供配電系統(tǒng)過(guò)電壓分為大氣過(guò)電壓和內(nèi)過(guò)電壓兩大類(lèi)。
1、大氣過(guò)電壓
大氣過(guò)電壓又稱(chēng)雷電過(guò)電壓，它是由于供配電系統(tǒng)的設(shè)備或建筑物遭受來(lái)自大氣中的雷擊或雷電感應(yīng)而引起的過(guò)電壓，因其能量來(lái)自系統(tǒng)外部，故又稱(chēng)為外部過(guò)電壓，大氣過(guò)電壓還被稱(chēng)為沖擊過(guò)電壓。當(dāng)雷云主放電時(shí)，由于放電電流為波頭很陡、波幅值很高、衰減很快的沖擊波，因而作用在物體上形成的沖擊過(guò)電壓對(duì)建筑物、人身和設(shè)備絕緣都有很大的危害性。由大氣中的雷云對(duì)地面放電而引起的大氣過(guò)電壓又分直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓兩種最基本形式。
1.1 直擊雷過(guò)電壓
直擊雷過(guò)電壓是指雷直接擊中地線或繞擊到導(dǎo)線上，雷電流在接地電阻上或?qū)Ь€的阻抗上的電壓降叫直擊雷過(guò)電壓。直擊雷電過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間約為幾十微秒，具有脈沖的特性，故常稱(chēng)為雷電沖擊波。直擊雷過(guò)電壓是雷閃直接擊中電氣設(shè)備的導(dǎo)電部分時(shí)所出現(xiàn)的過(guò)電壓。雷閃擊中帶電的導(dǎo)體，如架空輸電線路導(dǎo)線，稱(chēng)為直接雷擊。雷閃擊中正常情況下處于接地狀態(tài)的導(dǎo)體，如輸電線路鐵塔，使其電位升高以后又對(duì)帶電的導(dǎo)體放電稱(chēng)之為反擊。直擊雷過(guò)電壓幅值可達(dá)上百萬(wàn)伏，會(huì)破壞電工設(shè)施絕緣，引起短路接地故障。
圖1 直擊雷的放電示意圖
直擊雷過(guò)電壓的過(guò)程為雷云→雷電先導(dǎo)→迎雷先導(dǎo)→主放電階段→余輝放電。主放電電流很大，高達(dá)幾百千安，但持續(xù)時(shí)間極短，一般只有50～100μs。余輝放電階段電流較小，約幾百安，持續(xù)時(shí)間約為0.03～0.15s。
1.2 感應(yīng)雷過(guò)電壓
感應(yīng)雷過(guò)電壓是雷擊在線路附近的物體或大地上，劇烈的電磁場(chǎng)變化對(duì)線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)而形成的過(guò)電壓，最高可達(dá)500～600kv。感應(yīng)雷過(guò)電壓是雷閃擊中電氣設(shè)備附近地面，在放電過(guò)程中由于空間電磁場(chǎng)的急劇變化而使未直接遭受雷擊的電氣設(shè)備上感應(yīng)出的過(guò)電壓，這里的電氣設(shè)備包括二次設(shè)備、通信設(shè)備等。因此，架空輸電線路需架設(shè)避雷線和接地裝置等進(jìn)行防護(hù)。通常用線路耐雷水平和雷擊跳閘率表示輸電線路的防雷能力。
2、內(nèi)部過(guò)電壓
內(nèi)部過(guò)電壓是由于操作、事故或其他原因引起系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生突然變化，而出現(xiàn)從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)渡過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中所產(chǎn)生的可能對(duì)系統(tǒng)有危險(xiǎn)的過(guò)電壓。這些過(guò)電壓是由系統(tǒng)內(nèi)電磁能的振蕩和積聚引起的，所以叫內(nèi)部過(guò)電壓，又分為暫態(tài)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓等。
2.1 暫態(tài)過(guò)電壓
暫態(tài)過(guò)電壓是由于斷路器操作或發(fā)生短路故障，使供配電系統(tǒng)經(jīng)歷過(guò)渡過(guò)程以后重新達(dá)到某種暫時(shí)穩(wěn)定的情況下所出現(xiàn)的過(guò)電壓，又稱(chēng)工頻電壓升高。暫態(tài)過(guò)電壓常見(jiàn)的有空載長(zhǎng)線電容效應(yīng)、不對(duì)稱(chēng)短路接地和甩負(fù)荷過(guò)電壓等三種具體形式。空載長(zhǎng)線電容效應(yīng)，又稱(chēng)費(fèi)蘭梯效應(yīng)，在工頻電源作用下，由于遠(yuǎn)距離空載線路電容效應(yīng)的積累，使沿線電壓分布不等，末端電壓最高;不對(duì)稱(chēng)短路接地，三相輸電線路l1相短路接地故障時(shí)，l2、l3相上的電壓會(huì)升高;甩負(fù)荷過(guò)電壓，輸電線路因發(fā)生故障而被迫突然甩掉負(fù)荷時(shí)，由于電源電動(dòng)勢(shì)尚未及時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)而引起的過(guò)電壓。
2.2 操作過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓
操作過(guò)電壓是由于進(jìn)行斷路器操作或發(fā)生突然短路而引起的衰減較快、持續(xù)時(shí)間較短的過(guò)電壓，常見(jiàn)的有空載線路合閘和重合閘過(guò)電壓、切除空載線路過(guò)電壓、切斷空載變壓器過(guò)電壓和弧光接地過(guò)電壓等四種具體形式。諧振過(guò)電壓是供配電系統(tǒng)中電感、電容等儲(chǔ)能元件在某些接線方式下與電源頻率發(fā)生諧振所造成的過(guò)電壓。諧振過(guò)電壓一般按起因分為線性諧振過(guò)電壓、鐵磁諧振過(guò)電壓和參數(shù)諧振過(guò)電壓等三種具體形式。線性諧振過(guò)電壓，指諧振回路中如輸電線路的電感、變壓器的漏感等由不帶鐵芯的電感元件或勵(lì)磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件和系統(tǒng)中的電容元件所組成;鐵磁諧振過(guò)電壓，指諧振回路中如空載變壓器、電壓互感器等由帶鐵芯的電感元件和系統(tǒng)的電容元件組成;因鐵芯電感元件的飽和現(xiàn)象，使回路的電感參數(shù)是非線性的，這種含有非線性電感元件的回路在滿(mǎn)足一定的諧振條件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振;參數(shù)諧振過(guò)電壓，指由電感參數(shù)作周期性變化的電感元件組成回路，當(dāng)參數(shù)配合時(shí)，通過(guò)電感的周期性變化，不斷向諧振系統(tǒng)輸送能量，造成參數(shù)諧振過(guò)電壓。