淺析電氣設備過電壓安全防范措施

吳連峰

[摘 要] 對日常工作中常見的電氣設備過電壓現象產生的原因及特征進行了綜合分析，結合多年的工作經驗提出對電氣設備過電壓現象的防范措施和相關處理方案。

[關鍵詞] 電氣設備;過電壓;處理方案

據相關事故統計分析，由過電壓所引起的電氣設備絕緣損壞事故在電力系統故障中占到主導地位。所以，對電氣設備過電壓現象進行有效分析，找到相應的安全防范措施對電力系統的正常、穩定、安全運行有著重要意義。

一、電氣設備過電壓產生的原因、分類和特征

1.直擊雷過電壓產生原因及特征

直擊雷過電壓指的是電氣設備由于磁場作用被雷電擊中后雷電流在電氣設備內部被擊物阻抗（包括設備接地電阻）所形成的電壓降，其幅值受到被擊物阻抗的性質和參數及雷電流的大小和上升幅度影響。并且，雷電云對地放電現象會多次重復，每次放電過程可以分為先導放電和主放電兩個階段，對電氣設備影響最大的是主放電，它的幅值很高，上升速度和頻率較大，形成的過電壓現象較大，相應也較重。直擊雷過電壓的特點就是過電壓電壓較高，能量較大，所產生的破壞程度較為嚴重，幾乎所有絕緣部件都無法承受，會對電力系統造成較大的破壞，但是持續時間較短。

2.感應雷過電壓產生的原因及特征

感應雷過電壓的產生的原因主要是當雷擊中電氣設備附近建筑物或者地面時，靜電感應和電磁感應會在電氣設備內部產生感應電流，從而產生感應過電壓。這是因為雷電云在先導放電階段通過先導通道內的大量電荷將其附近的電氣設備上感應出與雷電云電荷相等但極性相反的電荷，一般叫作束縛電荷，而與雷電云相同極性的電荷就會通過電力系統接地點直接進入地面，從而形成較高的感應過電壓。但是感應過電壓一般不會超過500kV，并且僅會對35kV及以下的電力系統造成一定的閃絡影響，引發閃絡事故，對110kV及以上的電力系統由于該系統中的絕緣設備耐受力較高，一般不會引發閃絡事故。感應雷過電壓的特點就是電氣設備具有一定的耐受力，它所造成的影響取決于電氣設備絕緣設備的耐受程度高低，并且感應雷過電壓的持續時間較長。

3.操作過電壓產生的原因及特征

操作過電壓一般分為切斷空載線路過電壓、電弧接地過電壓、切斷空載變壓器過電壓三種，它們的形成原因大致相同，但也存在一定的區別。（1）切斷空載線路過電壓的形成原因是在切斷電力系統中的空載設備時，由于電流會在電路中形成一定的電磁感應從而由于回流效應產生一定的電壓，就會產生操作過電壓使絕緣設備閃絡或者擊穿。此種過電壓會受到諸多因素影響，它的幅值不會很高，造成的影響不會很大。（2）電弧接地過電壓的產生原因大都是因為電力系統單相接地故障時，常會出現電弧，流過另外兩相對地電容電流，其大小一般為幾安到幾十安，但不會引起斷路器跳閘。由于受到各種因素影響，電弧接地過電壓的過壓值不會很大，但是它的波及面較廣，發生幾率較高，并且容易在系統絕緣設備耐受程度較差時造成一定的系統破壞性，我們在日常工作中需要著重注意。（3）切斷空載變壓器過電壓和切斷空載線路過電壓形成原因類似，主要是用滅弧能力較強的斷路器切除空載變壓器或感應負載時，有可能在被切除的電器和開關上產生過電壓，產生的主要原因是斷路器的截流現象。

二、強電電氣設備過電壓保護方式及相關部件性能分析

1.雷擊過電壓設備保護措施

對于雷擊后所形成的過電壓，我們對電氣設備的采取的保護措施一般是安裝避雷針或者避雷器，但是這兩者的安裝要求和防護范圍是不一樣的。防護直擊雷過電壓最有效的辦法就是在電氣設備周圍安裝避雷針，并且安裝個數和高度需要由被保護設備的范圍直徑決定。為了防止雷擊避雷針后，雷電流在避雷針接地阻抗上的電壓降高電位對被保護的設備放電（這種情況我們一般稱為逆閃絡或者電反擊），還應保證被保護設備與避雷針的空間距離不小于5米，其外殼與避雷針接地體在地中的距離不少于3米。但是考慮到電氣設備的相對密集性，為了降低上述這兩個安全距離，我們一般要求裝設避雷針的獨立接地體電阻不小于10歐。這里需要說明一點的是，一般情況下電廠主機房不設避雷針，但是為保護其他設備在布置上的需求，除了安裝相應的接地裝置外，還需要安裝多條地下引線用作雷電流分流。

2.工礦企業電氣設備過電壓安全防護

目前，工礦企業所使用的電氣設備中已越來越多地應用了軟啟動、變頻器、永磁電機（由大功率電子器件控制的電氣設備），這些大功率電子器件尤其對過電壓敏感，現場的過電壓突變極易造成這些電子器件的損壞，因此，這些設備的過電壓保護措施尤為重要。通常情況下，工礦企業電氣設備過電壓保護措施主要分為三種。（1）在電氣設備附近安裝穩壓裝置。一旦回路內電壓出現波動，穩壓裝置自動運轉，通過設備調節，讓電氣設備得以正常運轉;（2）電壓緩控裝置的安裝。緩控裝置主要是預防電氣回路中的突然斷電和來電，預防瞬時高電壓對電氣設備部分元器件造成損傷。（3）電氣設備避雷設施的安裝。電氣設備正常運行狀態下，其設備中本身就存在一定的過電壓，如遇雷雨天氣雷電擊中后，會讓過電壓現象直接放大數十倍甚至數百倍，直接將電氣設備摧毀更甚引起一系列電氣火災，安裝避雷設施就是預防此種情況的發生。

總之，電氣設備過電壓的安全防范是一個復雜且系統的問題，日常工作中我們需要加強對相關設備的維修保養，做好絕緣設施的監督測試工作，注重對過電壓保護裝置性能的定期檢測，從而確保電力系統的安全、穩定、高效運行。

參考文獻：

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[2]趙紅帥.電力系統產生鐵磁諧振過電壓的原因及消除方法[J].南方農機，2018，49（18）.

[作者單位]

山西朔州平魯區茂華萬通源煤業有限公司

（編輯：薄躍華）