摘要：雷电过电压现象主要指的是因大气中的雷云和雷云之间以及雷云同地面物体之间所产生的放电现象，雷云可以直接对地面的电气设备及其建筑物进行放电，或产生雷电感应，因而导致过电压的形成，此即所谓的雷电过电压现象。由于雷电过电压对于电气设备的危害极大，因此必须采取有效的防护策略，以避免雷电过电压的形成，通常而言，雷电过电压防护时多从如下两个方面进行：一方面应尽可能地减少雷电过电压的产生；另一方面是一旦有雷电过电压产生，应当立即采取有效措施将其危害程度降至最低。目前，现行的防护措施主要是使用避雷针及并联电容器等来对直击雷以及感应雷所带来的过电压幅值及陡度进行限制。
关键词：雷电；过电压；电气设备；危害；分析
1导言
电力系统用的基本电气设备是由电线电缆、变压器、开关、高压电瓷等组成。雷电过电压对这些电气设备的器件的危害极大,会造成其绝缘击穿、跳闸,甚至烧毁,其中尤以对变压器的危害最甚。据资料报道,在雷电活动频繁的地区,配电变压器的损坏,约有40%系雷击所致。往往由于其中一台或几台设备和器件的损坏,抑或线路发生故障而导致大面积的长时间的停电,造成经济损失和生活不便。如美国纽约发生的大停电事故,就是明证:1977年7月13日,当地遭受一场猛烈的暴风雨袭击,雷电两次击中34k5v同杆双回线路,使整个电网损坏,造成全市大停电,损失惨重。
2雷电过电压的形成
对于雷电而言，其对大地的放电过程会由先导放电快速发展为主放电阶段，同时会伴随着雷鸣及闪电。而主放电阶段的电流可高达数百千安培，虽然持续时间相当短，但是危害仍相当大，其所具有的冲击特性会在微秒之内迅速上升至最大幅值，其幅值同雷云中所具有的电荷量密切相关，此外，还与雷电频繁程度相关。雷电过电压主要包括如下两种类型：
一是直击雷过电压，此种类型将会直击导线，雷电将在导线上产生巨大的电流及过电压，但是，此电压并非完全施加在电气设备绝缘上，因此，在对雷电过电压危险程度以及防雷设备的防雷保护作用进行估计时，主要以雷电流的幅值及其坡头的陡度为依据进行确定。二是感应过电压，对于输电线路而言，除直击雷过电压类型以外，还会存在感应过电压类型，一旦出现雷电天气，即时雷电未直接击中输电线路，但是，输电导线仍会感应出大量的束缚电荷，一旦雷云放电结束，此束缚电荷将会以光速飞速朝着导线的两侧进行传播，进而产生极高的感应过电压。因此，此种类型的过电压对于低于35k V的输电线路而言危害性极大。因此，为了避免此种类型的过电压现象，应在建筑物周围进行环形接地网的设置，并且，还应在室内靠近地面的墙面进行公共接地母线的设置。
3过电压和雷电冲击波
电力系统的过电压分为外部过电压和内部过电压。外部过电压是由大气放电引起，也称雷电过电压。内部过电压是由于运行操作或故障引起的在电力系统内部产生的过电压，其又分为暂态过电压和操作过电压。这些过电压的幅值超过了电气设备的绝缘强度（即设备所能承受的电压水平），易造成电气设备绝缘击穿。雷雨时，云层大范围带有负电荷，雷电是由逐步推进的先导放电所触发，当先导电子趋近大地时，大地靶子区所感应的正电荷，其场强大到足以引起击穿，大地与云层之间便产生强烈的放电，主放电电流超过数千安，出现一个历时数微妙的交电流波头，接着是几百微妙的低电流波尾雷电冲击波。电气设备遭受雷击的危险与雷暴的活动程度相关，也即雷电日数，在进行防雷设计和采取防雷措施时，必须从该地区的雷电活动情况出发。
4耐受电压和自恢复绝缘
耐受电压没有准确数值，一般的理解就是超过它会引起绝缘击穿，未被击穿将百分百地安全。如果过分提高设备安全系数，则设备会变得很昂贵。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆自恢复绝缘一般是外绝缘，它在放电后能恢复其绝缘性能，因此，它可以承受重复的闪络试验（或闪络运行）；自恢复绝缘通常是由一些固体、液体或气体等绝缘元件或介质所构成的设备内绝缘，防护或隔离设备免受大气影响。
5电气设备中雷电过电压的防护对策研究
5.1采用有效的防雷保护装置
一是避雷针。作为最为熟悉的避雷装置之一，避雷针主要是由金属制成的，其对电气设备及建筑物的防雷效果较高，且接地装置良好。其主要是通过将雷吸引到自身装置中，然后再将其安全有效的导入地下实现防雷避雷的效果的，因此，可确保其周围比他更矮的电气设备及建筑物免受雷电的攻击。避雷针主要包括了接闪器、引下线以及接地体三个组成部分，其具有引雷作用，因而能够对周围物体产生保护作用。对于避雷针而言，其下一定高度内为一个有效的安全区域，此区域中的任何物体基本都不会受到雷电的危害，因而此区域又被称为避雷针保护范围。根据支数的差异，避雷针可分为单支、双支以及多支避雷针。
二是阀式避雷器。阀式避雷器是电气设备的其中一种主要的避雷保护装置，其主要是由密封瓷套中所包含的火花间隙同非线性电阻共同构成的。由于阀型避雷器中的火花间隙是多个平板电极之间的单间隙串联。因此，若电气设备中无过电压存在时，火花间隙的对地绝缘强度足够大，当然也不会受到正常电压的影响而被击穿。然而，一旦系统中有过电压情况出现，此时，火花间隙将迅速被击穿，导致电流迅速通过阀片并流入大地中。对于国内的普通阀式避雷器而言，其主要包括FS及FZ两种系列。其中，FZ主要负责进行大容量及中等容量变电所电气设备的防雷保护，而FS主要负责对小容量配电装置中的电气设备进行保护。阀式避雷器的避雷保护原则即对雷电过电压进行限制，并相应地减少阀片的数量和串联单间隙的数量，以实现放电电压的大幅降低。
5.2对输电线路的雷电过电压防护策略
闪络会在电路中形成低阻抗，使电路通道中产生工频电弧，造成断电或者短路。对输电线路的雷电过电压的具体保护措施大致分为以下几类：一是安装避雷线。避雷线可以避免杆塔、导线等遭到雷电直击，将雷电电流分流并降低塔顶电位对导线的反击概率。此外，避雷线还有耦合作用，使导线耦合，从而减小杆塔与导线的电位差，降低绝缘子过电压。二是为了防止反击导线的发生，可以通过降低杆塔的接地电阻来降低塔顶在雷击时的点位。三是增加输电线路的绝缘部分，提升抗雷击能力。四是使用采用经消弧线圈接地或中性点不接地方式运行，提高线路的耐雷能力。
6结论
在大自然中，雷电的发生通常会形成超高的电压和极大的电流，过电压会对电气设备造成非常大的威胁，破坏电气设备，甚至形成灾害。因此，当雷电过电压产生时，要对电气设备进行防护，安装防雷设施，保证电气设备的正常运行，将雷电过电压对电气设备的危害降到最低。
参考文献:
[1]王筱楠.配电变压器受雷击损害分析及防雷措施研究[J].技术与市场,2017,24(12):169+171.
[2]黄新波,曹雯.输电线路灾害机理研究进展[J].西安工程大学学报,2017,31(05):589-605.
[3]李伯颐,崔厚坤,安增军,刘贺晨,芮皓然,赵涛.单段高压电缆最大允许敷设长度研究[J].电线电缆,2017(05):42-46.
[4]王鹏.简析电力系统中常用的防雷保护装置[J].煤炭科技,2017(03):95-96.
[5]吴仕军,吴安坤,邵莉丽,杨群.基于Bergeron模型的变电站雷电入侵分析[J].科技创新与应用,2017(21):6-8.
[6]李祥超,周中山,陈璞阳,李鹏飞,陈则煌.多间隙气体放电管研究及其应用[J].电工技术学报,2017,32(02):70-76.
论文作者:安祺,贺国华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/20
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