电力系统中电气设备绝缘的过电压及其保护

一般情况下，如果电力系统的工作状态和运行表现正常的话，那么此时的电气设备在正常的工作电压下状态应该是绝缘的，但是如果遇到了雷击或者是因为操作的失误使仪器发生了意外的故障的话，就会因此而导致在系统中的局部电压超出了额定的范围，那么这种现象就被称之为过电压。可将这种过电压分为两种，内部的过电压和大气过电压。内部过电压的发生原因一般是因为在对电气设备进行操作的过程中，由于人为的原因操作失误，或者是线路在使用的时候由于长时间没人管理而发生了短路或者接地的现象而使局部电压突然上升而超出了规定的范围，由此产生的现象会对整个系统造成一定的危害，归结起来内部过电压的发生原理是因为在系统内部的电磁能过度集中和发生震荡所引起的。
　　一般将内部过电压分为静态情况下的过电压和操作过电压，对于这两种过电压很好解释，静态过电压就是由于在运行的过程中，由于系统的运行故障而造成的过电压，而其中的操作过电压就是因为在对设备进行操作的过程中，人为的原因导致的操作失误而使电压上升，这种情况的发生具有随机性较强的特点。
　　而大气过电压一般被划分三种情况，感应雷引起的过电压、直接雷引起的过电压和侵入雷引起的过电压，由这三种方式引起的过电压在时间上比较短，是其中的特点，但是所带来的冲击力是非常的大的，对于系统所造成的伤害是非常强的，它们所引发的破坏程度是和雷电的变现强度有着非常大的关系的，与设备在电压上的等级是没有多大关系的。
　　 1.雷电过电压
　　分为直击雷过电压和感应雷过电压。直击雷过电压由雷电流通过被击物在阻抗上产生的压降和兼有雷电通道的电磁场的感应电压共同组成，其幅值极高；感应雷过电压是在输电线路附近地面遭到雷击时，由电场和电磁场的剧烈变化形成的过电压，这种过电压多数为正极性，波前时间约l0us，其幅值一般不大于500kv，对60kv以下的线路有击穿的危险。
　　 2.内部过电压
　　电力系统在正常运行过程中， 由于人为的开关操作或故障引起的工作状况发生改变，这样会就在变化过程中引起系统内部的电磁能发生振荡，这就是所谓的内部过电压。操作过电压倍数，实际出现的操作过电压幅值与系统最高运行相电幅值之比，称为操作过电压倍数k。它是随机变量，与系统结线、容量及参数、中性点接地方式、断路器性能、母线出现回路数以及系统运行、操作方式等有关。
　 3.雷电过电压保护
　　避雷器是作为雷电过电压保护的重要设备之一，避雷器安装在导线和大地之间，与保护设备成并联状态，是用来预防过电压的重要措施之一，当雷电发生时，导线产生过电压的情况下避雷器就会释放出电压电荷，保护导线的电压在规定范围内，确保导线的绝缘不被损坏，保证供电系统的正常运行。
　　 架空送电线路的防雷保护架空送电线路的防雷保护措施有：
　　现在为了避免雷电袭击产生过电压，通常在架空线路上采用避雷线，这样在雷电天气，导线受雷击的次数就会相对减少。
　　 减少避雷线的接地电阻或适当加强线路绝缘，以避免反击闪络。个别杆塔亦可使用管形避雷器保护。
　　 有时可用降低线路绝缘上的工频平均电场强度的办法，使发生冲击闪络后不致转为稳定的电力电弧。考虑到雷击事故中主要是单相接地，电网中性点可采用不直接接地的方式，以提高供电的可靠性。
　　 采用自动重合闸或采用双回路（或环网）供电。
　　 4.变电站的防雷保护
　　在变电站，对直击雷的保护采用避雷针或避雷线，对侵入波则采用阀型避雷及进线段保护。对于不是全线架设的避雷线路，需要在距离变电站二公里左右的地方装设避雷线及管型避雷器，这样就能在线路被直击雷击中时进行有效的保护，雷电波难以侵入进来。
　　对变压器及电力设备防止雷电侵入波的保护
　　侵入波是防雷的重点，侵入波对变电站内变压器等电力设备的损害是十分严重的，侵入波侵入后电力设备就会产生过电压，影响电力系统运行的安全。所以除了进行进线段保护外，还要利用阀型避雷器时进行保护，必须注意到被保护设备上的过电压u，由于下述一些原因，它会超过避雷器残压ubc的额定最大值。
　　 避雷器至被保护设备连接的电感与被保护设备绝缘的等值电容组成振荡回路。振荡过程中电感中感应电势和残压迭加，共同作用于被保护设备。这种作用称为“距离效应”。如考虑被保护设备上有与行波反号的工频电压，由于振荡加强，u较ubc大得更多。
　　 流过避雷器的雷电流波前小于规定值（8us）时，实际残压将超过计算时所取的值。这种作用称为“雷电流波形效应”。
　　由于避雷器的接地引线及接地电阻上的压降及避雷器老化等原因，实际残压可能超过额定值。因此，在被保护设备的耐受电压和避雷器残压之间要留有适当的间隔。阀型避雷器与被保护设备间的最大允许距离同上述诸因素有关，除对新建高压变电站外，一般可按过电压保护规程所规定的数据来确定。
　　5.电缆线路的防雷保护
　　电缆线路一般不会遭到直击雷，雷电过电压只能从连接的架空线路侵入，故需考虑对雷电侵入波的保护。电缆的波阻抗小，约为架空线的1/10，故当入侵的雷电过电压在电缆两端来回反射时，对短电缆有可能产生很高的过电压，需装设避雷器保护。避雷器有装于电缆的始端、末端和两端等方式。
　　6.架空配电网的防雷保护
　　对3～10kv采用钢筋混凝土杆的线路，一般采用瓷横担，如采用铁横担，宜用高一级绝缘水平的绝缘子，并尽量缩短切除故障时间，以减少雷击跳闸率和断线等事故。另外，按防止侵入波的要求，在进线上需装设避雷器或保护间隙及短段避雷线保护措施。对3～10kv配电变压器，应用阀型避雷器保护。也可两相用避雷器一相用间隙保护，在同一配电网中，间隙必须装在同一相等线上，或者三相均用间隙保护，保护装置应尽量靠近变压器，其接地线应与变压器低压侧中性点或中性点击穿保险器的接地端（对中性点不接地的电网）以及金属外壳连在一起接地。