瞬態(tài)過電壓是電力系統(tǒng)的典型現(xiàn)象。過電壓的來源是直接或附近的雷擊、開關(guān)操作、電磁脈沖和靜電放電。保護(hù)變電站設(shè)備免受瞬態(tài)過電壓影響的經(jīng)典裝置是避雷器。
　變電站常見的暫態(tài)過電壓來自于開關(guān)操作，可怕的是雷電，它會帶來較大的擾動?！?br>　雷擊引起的瞬態(tài)過電壓
　閃電是瞬態(tài)過電壓的主要來源。在免受直接雷擊且接地電阻相對較低的變電站中，可能的雷電浪涌源是通過架空線路進(jìn)入的行波。
　當(dāng)閃電擊中架空線路時，會引發(fā)行波。行波的電流值取決于雷電浪涌的大小、線路浪涌阻抗和塔基電阻。在相導(dǎo)體充分屏蔽直接撞擊的情況下，行波的主要原因是絕緣體閃絡(luò)；在這種情況下，過電壓幅度就是絕緣體閃絡(luò)值。
　閃電是隨機的，雷擊總是有可能繞過變電站的屏蔽，擊中變電站內(nèi)或附近的受保護(hù)電路。
　保護(hù)變電站設(shè)備免受過電壓影響的標(biāo)準(zhǔn)裝置是避雷器。當(dāng)從每相導(dǎo)體連接到地面時，電涌放電器將高浪涌電流安全地傳輸?shù)降孛?，保護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備（例如變壓器、斷路器和套管）免受過電壓的影響。　
　一些有用的術(shù)語
　電力系統(tǒng)暫態(tài)分析中有許多術(shù)語。需要注意的一些有用術(shù)語是：
　電源頻率：60 Hz 或 50 Hz，取決于國家標(biāo)準(zhǔn)。
　閃絡(luò)：絕緣體表面周圍或上方的破壞性放電。不要與火花放電混淆，火花放電是避雷器術(shù)語。
　火花放電：避雷器電極之間的破壞性放電。該術(shù)語不適用于無間隙金屬氧化物避雷器。
　工頻耐受電壓：避雷器不會閃絡(luò)的有效值施加電壓。
　沖擊耐受電壓：避雷器不發(fā)生閃絡(luò)的浪涌電壓峰值。
　功率跟隨電流：浪涌電流通過期間和之后通過避雷器的工頻電流。該術(shù)語不適用于金屬氧化物避雷器。
　避雷器額定電壓：即使在瞬態(tài)條件下，避雷器可能承受的工頻均方根線對地電壓。
　避雷器放電電壓：避雷器承載浪涌電流時的電壓。
　避雷器放電電流：由于沖擊浪涌而流過避雷器的電流。
　工頻跳火：在線路和接地端子之間引發(fā)跳火的工頻有效值電壓。該術(shù)語不適用于無間隙金屬氧化物避雷器。
　波前跳火：脈沖波前端的電壓以預(yù)設(shè)的恒定速率上升，此時避雷器產(chǎn)生跳火。
　1.2/50 μs 脈沖跳火：避雷器允許無跳火的脈沖電壓。該術(shù)語不適用于無間隙金屬氧化物避雷器。
　連續(xù)工作電壓（MCOV）：可連續(xù)施加在避雷器端子之間的有效工頻電壓。該術(shù)語僅適用于金屬氧化物避雷器?！?br>　介電測試
　異常電壓應(yīng)力會導(dǎo)致早期絕緣失效。絕緣耐壓是指設(shè)備絕緣不發(fā)生故障時所承受的電壓。
　了解絕緣系統(tǒng)的承受能力和耐久性質(zhì)量至關(guān)重要。絕緣類型名稱以及高電位和浪涌電壓測試對絕緣性能進(jìn)行分類并說明耐受能力。
　過壓測試證明設(shè)備絕緣在制造完成后能夠承受各種應(yīng)力水平。常見的測試是：
　基本雷電脈沖絕緣等級 (BIL)
　耐受斬波 (CWW)
　基本開關(guān)脈沖電平 (BSL)
　波前測試
　讓我們進(jìn)一步探討一下每個測試。
　
　基本雷電脈沖絕緣等級 (BIL)
　BIL 是全波測試。標(biāo)準(zhǔn)脈沖是 1.2/50 μs (T1/T2 μs) 波形，峰值以千伏為單位。這意味著電壓脈沖在 1.2 μs 內(nèi)從零增加到峰值，并在 50 μs 內(nèi)下降到 1/2 峰值。該波形的上升時間和持續(xù)時間復(fù)制了閃電浪涌。

　實際電壓的波形圖可能難以解釋，特別是在波形開始時。在這種情況下，BIL 測試通過定位波前電壓為峰值的 30% 和 90% 的點來找到虛擬時間零，并通過這些點繪制一條直線。虛擬時間零是這條線與時間軸的交點。

　圖 1 顯示了標(biāo)準(zhǔn) 1.2/50 μs 開路電壓波形?！?br>　標(biāo)準(zhǔn) 1.2/50 μs 開路電壓波形。
　圖 1. 標(biāo)準(zhǔn) 1.2/50 μs 開路電壓波形。　
　T1 是從虛擬零到由峰值電壓值處的直線與水平線的交點確定的點的時間。T2是從虛擬零到波尾峰值一半的時間。
　因此，T1 = 1.2 μs 是波前的持續(xù)時間，T2 = 50 μs 是從虛擬零到 1/2 峰值的時間。
　另一種計算峰值時間的方法是峰值 30% 到 90% 之間實際時間的 1.67 倍。峰值被分類為離散值。給定的額定電壓可能有多個 BIL 級別。
　雷擊電流也會在很大范圍內(nèi)變化。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)脈沖電流為 8/20 μs (T1/T2 μs) 波形，如圖 2 所示?！?br>

　標(biāo)準(zhǔn) 8/20 μs 脈沖電流波形。

　圖 2. 標(biāo)準(zhǔn) 8/20 μs 脈沖電流波形?！?br>　另一種計算峰值時間的方法是峰值 10% 到 90% 之間實際時間的 1.25 倍?！?br>　耐受斬波 (CWW)
　該測試的波形與用于確定 BIL 的波形相同，但在波峰后的時間 t（標(biāo)準(zhǔn)中指定）由于分流測試設(shè)備的外部桿間隙的火花而崩潰。峰值電壓為 BIL 的 110% 至 115%（圖 3）。

　

　尾巴上有火花。
　圖 3. 尾部發(fā)生火花。　
　基本開關(guān)脈沖電平 (BSL) 
　設(shè)備的 BSL 測試與 BIL 類似，但側(cè)重于開關(guān)脈沖而不是雷電。波形取決于測試設(shè)備。
　波前測試
　該測試與斬波測試類似，但電壓在時間 t 時被波上升前沿上的桿間隙切斷，而不是在波峰后不久。該間隙將電壓限制在預(yù)設(shè)值（圖 4）。

　

　波前火花放電。
　圖 4. 波前跳火。
　前面的描述涉及介電測試的一般原理。各種類型設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)說明了適用于相關(guān)設(shè)備的測試和方法?！?br>　避雷器的工作原理
　絕緣成本非常高，因此對系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行絕緣以抵抗可能出現(xiàn)的任何電壓在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。對穩(wěn)態(tài)電壓進(jìn)行絕緣并接受浪涌引起的所有斷電也是不切實際的。在絕緣和保護(hù)裝置的成本之間尋求平衡是合理的。
　避雷器對于保護(hù)變電站免受雷電和開關(guān)浪涌的影響至關(guān)重要。它們的浪涌防護(hù)能力決定了電力系統(tǒng)的絕緣水平。
　避雷器的職責(zé)是避免超出系統(tǒng)和設(shè)備的承受能力。然后，每當(dāng)浪涌試圖超過絕緣能力時，避雷器就會將電壓保持在可接受的范圍內(nèi)，從而保護(hù)昂貴的電氣設(shè)備。 
　避雷器一般與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，在正常工作條件下承受系統(tǒng)電壓。在穩(wěn)態(tài)電壓下，它們的阻抗非常高。然而，當(dāng)陡峭的波前浪涌進(jìn)入系統(tǒng)時，它會在較高電壓下突然下降。避雷器將避雷器擊穿點上方的波浪部分轉(zhuǎn)移到地面，遠(yuǎn)離下游受保護(hù)設(shè)備，如圖 5 所示。

　

　避雷器的工作原理。
　圖 5. 避雷器的工作原理?！?br>　為了使浪涌抑制器充分保護(hù)設(shè)備，浪涌到來之前和之后抑制器所承受的電壓不得超過設(shè)備可以承受的電壓。 
　除了避雷器將電壓保持在可接受水平的能力之外，需要考慮的一個重要因素是其存儲或耗散能量的能力。通過避雷器的轉(zhuǎn)移電流及其兩端的電壓使設(shè)備吸收一定量的能量，該能量取決于浪涌的幅度和持續(xù)時間。避雷器必須在不造成任何損壞的情況下存儲或耗散該能量。
　在穩(wěn)態(tài)條件下，其電阻應(yīng)足夠高，以消耗很少的電流并消耗的功率。
　總而言之，避雷器應(yīng)該：
　在穩(wěn)態(tài)條件下表現(xiàn)出高電阻，消耗少量漏電流（如果有）并承受其產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
　防止過壓，立即釋放浪涌電流并將電壓限制在指定的上限（避雷器放電電壓）內(nèi)。
　承受浪涌電流流經(jīng)避雷器元件時產(chǎn)生的熱能——避雷器放電電流。
　浪涌電壓和電流消失后立即恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，并中斷續(xù)流。
　具有規(guī)定等級的開關(guān)浪涌泄放能力。
　能夠?qū)鬏斁€進(jìn)行放電
　避雷器中的間隔距離
　電涌放電器應(yīng)盡可能靠近其保護(hù)的設(shè)備，因為無論其在運行之前通過什么，都會以相同的極性反射 - 設(shè)備的浪涌阻抗通常遠(yuǎn)大于線路的浪涌阻抗（圖 6）。
　如果設(shè)備和避雷器之間的距離較大，則端電壓可能會達(dá)到很高的值，然后會因避雷器的反射而降低。

　

　避雷器與變壓器分離。 圖片由麥格勞-愛迪生公司提供。
　圖 6. 與變壓器分離的避雷器。圖片由麥格勞-愛迪生公司提供。　
　保持避雷器的引線較短會降低其電感。我們必須避免避雷器的動作幾乎被引線電感阻止或嚴(yán)重延遲的情況?！?br>　變電站暫態(tài)過電壓保護(hù)綜述
　浪涌是電力系統(tǒng)中電壓暫時急劇上升的現(xiàn)象，通常是由于閃電或內(nèi)部原因（主要是開關(guān)操作）造成的。浪涌中包含的能量可能會導(dǎo)致電氣系統(tǒng)和設(shè)備的絕緣故障，除非它們得到正確的保護(hù)。
　避雷器通過限制雷擊并將過電壓限制在低于絕緣耐受電壓的指定保護(hù)水平來保護(hù)變電站。 
　避雷器具有非線性電壓和電流特性，允許它們在指定電壓水平下開始導(dǎo)通，在過壓持續(xù)時間內(nèi)保持電壓，并在電壓恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)條件時停止導(dǎo)通。避雷器也吸收或耗散過電壓能量。