操作过电压的产生危害及预防措施

电网在运行中，往往由于电气设备绝缘的老化或损坏以及外力破坏等原因，致使电网运行不正常。如中性点不接地系统的单相接地或设备过负荷等，或是发生电力事故时，要求能及时地发出信号或警报，通知运行值班人员进行处理，或能自动跳闸将故障切除，限制事故的扩大，尽量减少对其他用户的影响，避免造成更大的经济损失。在二次回路中存在有许多电感线圈(如断路器、继电器、接触器等设备均有不同作用的线圈)，这些设备的线圈都具有一定电感量，当事故跳闸或停电操作时，突然切断电感电路的电流时，往往会产生较大的反电势，由于它的幅值大，频率高，称为操作过电压，此过电压通常对回路中的一些电器元件产生破坏或干扰作用。
　　一、操作过电压产生的机理
　　变电所二次回路中存在许多不同作用的线圈，它们都有一定电感量。这些线圈除了具有电感外，还有电阻及线圈联线间、匝间存在的分布电容。若将分布电容用一个等值集中电容代替并联到线圈两端，就构成一个RLC的衰减振荡电路。其继电器的触点起到回路中的开关作用。由电工学可知：当回路的开关断开时，往往产生较大反电势。电容器两端电压按一定规律变化，其电压波形是一个正弦衰减振荡电压。由于此电压不受电源控制，所以又叫自由分量电压，此电压经过1/4周期稍长的时间达到最大值。当电阻值较小时，电容器两端电压最大，往往比电源电压高出几倍或十几倍，这是操作时产生的过电压。
　　二、操作过电压的危害
　　当电网发生事故跳闸或停电操作时，突然切断电感电路的电流时会产生过电压。在开关断开过程中，触点间的距离尚未到达足够大时就已经被击穿，高电压进入直流操作电源系统，电压承受水平较低的半导体器件就会受到不同程度的破坏及影响。因为半导体器件的过电压承受水平较低，反应灵敏，会造成损坏或无法正常工作。而对电磁元件影响不大，因为其绝缘水平较高，并且其动作过程有一定的惰性，所以不会造成误动作影响正常工作。
　　三、操作过电压的传递途径
　　操作过电压的传递是一种电能传递过程，任何电能传递都通过电与磁的途径实现。二次回路突然切断电感电路的电流时，所产生的操作过电压，一方面会通过触点间的电弧传入直流系统，另一方面原来线圈的磁场能量会转换成分布电容的电场能量，这说明分布电容起到传递过电压的作用。
　　其次，磁场的耦合作用也会传递过电压，过电压器具的振荡电流产生交变磁场，有部分磁力线与受干扰回路耦合，在其中产生感应电势，这是由磁场耦合而传递过电压的。
第三，在二次回路操作过程中，多数情况是电压较大，电流不一定大。控制回路常采用多芯电缆，缆芯平行且靠得很近，静电互感系数比较大，而磁力线绝大部分集中在断路器、继电器、跳合闸线圈等铁心线圈回路中，与之相比缆芯之间交链的磁力线很少，互感系数较小。因此，操作过电压比感应电压大得多，这也说明过电压主要是通过分布电容进行传递。
　　四、操作过电压的防范措施
　　当突然切断电感回路的电流时，会产生操作干扰电压，其特点是幅值大，频率高。幅值大则产生过电压，频率高则易通过分布电容传递。据此特点而采取如下防范措施：
　　1.线圈两端并联非线性电阻
　　二极管是常用的非线性电阻。为防止操作时的过电压，常用方法是在线圈两端并联一个非线性电阻，当突然切断电感电路的电流时，往往会产生较大的反电势，由于并联二极管，反电势通过二极管被短路，线圈中的自由分量电流是按指数形式衰减。线圈的端电压等于二极管的压降，其值远小于电源电压。这样，二极管就能消除振荡过电压的产生。但这种办法不适用于交流电路。
　　2.线圈两端并联阻容支路
　　这种办法不仅适用于直流电路也适用于交流电路。其结线方式是把阻容支路并联在线圈两端。在增加的并联支路所组成的回路中，电阻被调整到临界值，因而当开关切断载流线圈电流时不产生振荡。另一方面，由于两支路的时间常数相等，因而不管总电流随时间如何变化，两支路中的自由电流分量总是大小相等，方向相反。电源支路中自由电流分量等于零，也就是说，当开关切断线圈电流时，线圈两端的电压为零。所以这种结线方式，不仅可消除操作过电压，同时也消除了在切断感性负载时，开关触点间产生的电弧及火花。
　　3.采用具有金属屏蔽层的电缆
　　当二次回路中的电缆靠得比较近时，一根电缆的高频电压，会通过分布电容传递到附近另一根电缆缆芯上，为减少过电压的传递，最好采用有金属屏蔽层的电缆，并将屏蔽层在电缆两端分别接地，从而使操作过电压的磁力线绝大部分集中在屏蔽层，不会进入电缆内部，从而避免了过电压的传递。
　　如果电缆没有金属屏蔽层时，将电缆内备用缆芯接地，同样也能起到减少操作过电压传递的效果。
　　在采取防止操作干扰过电压的措施时，同时还应注意不能影响装置的正常工作。