过电压的产生及危害

过电压的产生及危害
过电压的概念：由电源系统外部（主要是雷电）和系统内部工作造成的工作电压超过正常供电值，即称为过电压。暂态过电压存在的时间非常短，只有几十微秒的时间。
1.1 雷电（外部过电压Lightning）的产生及危害
雷云形成的假说很多，至今没有一种被公认为无懈可击的完整学说，主要有威尔逊假说。广州的唐山樵先生的说法：雷电的出现除与气流、风速密切相关，而且与地球磁场也有一定联系。雷雨云内部的不停运动和相互摩擦，使雷雨云产生大量的正、负电荷的小微粒，即所谓的摩擦生电。这样庞大的雷雨云相当于一块带有大量正、负电荷的云块，这些正、负电荷不断地产生和复合，当这些云块在水平方向向东或向西移动时（最大风速可达40m/s），它与地球磁场磁力线产生切割，就好像导体切割磁力线产生电流一样，云中的正、负电荷将产生定向移动，其移动的方向按右手定则判断。若云层由西向东移动，因地磁场磁力线是由地球南极指向北极，所以，大量的正电荷向上移动，负电荷向下移动，当正、负电荷积聚的足够多时，场强达到（25～30kV/cm）时，将引起雷云间、雷云中或雷云对地的放电。没有大气运动就不会有雷电，这说明为什么雷电总是伴随着狂风暴雨出现。
    数字万用表大地被雷击时，多数是负电荷从雷云向大地放电，少数是雷云中的正电荷向大地放电；在一块雷云发生的多次雷击中，最后一次雷击往往是雷云上的正电荷向大地放电。观测证明，负电荷放电的能量平均为30kA；发生正电荷向大地放电的雷击显得特别猛烈，一般为100kA，高的达200～300kA。
前几年山东黄岛油库特大火灾事故，也是由于雷击所致，火灾造成100多人伤亡，毁掉原油数万m3，损失直接经济7000多万元，造成附近生态环境严重破坏。此次事故皆因领导不重视所至。
雷电破坏性很强的原因：
a. 在短短几十?s，数字万用表把雷云蕴藏的能量放出来。但据有关资料计算，每次闪击发出的能量只相当于几千克石油所放出的能量。
b. 大多数雷电流峰值为几十kA，也有少数的上百kA和几百 kA。
c. 在电源或输电线上的感应电压，低则几万伏，高的达几十上百万伏。
雷击的三种主要形式：
直击雷：带电的云层与大地上某一点之间发生猛烈的放电现象，称直击雷。避雷针并不能百分之百的拦截上空来的雷电，有的雷电并不是经最短的路径泄放电流，有时绕过避雷针，对建筑物产生侧击或绕击。据外国有关资料介绍，一个直击雷不仅仅影响到被击中的对象，而且对周围半径1.5km范围内都有影响。
感应雷：强大的脉冲电流对周围的导线或金属物体产生电磁感应发生高电压，以致发生闪击的现象，也叫二次雷。当感应到导线时传输的距离更远。一小女孩雨淋后，跑回家，欲打开金属大门，结果被击倒，抢救无效死亡。
球形雷：在雷电频繁的雷雨地区，偶尔会发现紫色、殷红色、灰红色、蓝色的“火球”。
这些火球有时从天空降落，然后又在空中或沿地面水平方向移动，有时平移，有时滚动。这些火球一般直径10几cm，大的超过1m，存在的时间从几s到几min，一般为几s的居多。
1975年9月25日，海南省临高县一座知青宿舍，有一个发绿光的球形雷从开着的窗口窜入屋内，一位女青年因害怕而夺门而逃，球雷随风尾追，碰到他身上爆炸，女青年死亡。
1983年8月15日，北京市东郊炼焦化工厂，因球形雷烧毁体积10m3的酒精罐两个。
球形雷形成的原因推测：一是等粒子体；二小范围的急促气旋造成，三核反应。到目前试验室未完满重复这一现象。
近年来，由于建筑物的防雷设计逐渐完善，直击雷造成的建筑物损坏和火灾事故已有所减少，但是，随着电子技术的飞速发展，敏感电子设备的工作电压不断降低。如第一代的计算机元件主要是电子管，过去没有什么防雷保护措施，也很少发生雷击事故。而今，新型超级计算机、人工智能计算机都使用集成电路模块，其耐压、过流的能力脆弱，国际电工委员会已将雷电灾害称为“电子化时代的一大公害”。数字万用表从大量的计算机雷击事例中分析可以认为：由雷电感应和雷电波侵入造成的雷电电磁脉冲（LEMP）是计算机和电子设备损坏的主要原因
具体有以下规律：
a.从被损坏部件在电路中的位置看，均在与外线连接的主机、终端机或MODOM接口中的驱动器和接收机，或击穿MODEM后再击穿主机或终端的接口，越过接口的部件很少被击穿，可见雷电感应过电压波侵入途径是室外通讯线和电源线。
b. 从接口与线路看，损坏的多是接口，线路绝缘很少损坏，保护重点应是接口。
c. 发生雷击外线路的长度，有长到二十多公里，也有短到几十米的，可见雷电波的侵入在引出机房之外的线路就可发生。
d. 导线屏蔽程度对雷击事故发生差别非常大，不加屏蔽或简单屏蔽多次遭雷击，屏蔽效果很好的导线，雷击发生率极低。
e. 架空线路的的雷电感应过电压。无屏蔽架空线路雷电感应过电压幅值按下式计算：
Vg: 感应过电压，kV
I ：雷电流幅值，kA
Ha：导线离地面高度，m
S：雷击点与导线的垂直距离，m据上式估算，在一公里远处有50kA的雷击电流，在4m高的导线上可产生5kV的感应过电压，显然，这对计算机和电子设备都会造成巨大的灾难。
f. 地下电缆的雷电感应过电压。5 kA雷电流流入地网，在其附近（5～10m）的无屏蔽电缆上将感应出5～7.5kV的高压。但电缆有金属护套并两端接地，则感应过电压将降为（5%～10%）。
另外，光纤通讯发展很快，光纤本身是非金属材料不怕雷击，但是为了防止外界的腐蚀作用和增强架空拉设的强度，电缆内部加有抗拉的钢芯，外加上金属护套，也与雷电联系在一起。
1.2 内部过电压(Inter Overvoltage)的产生及危害
在电力系统内部，由于断路器的操作、负荷的投入和切除或系统故障等系统内部的状态变化，而使系统参数发生变化，从而引起的电力内部电磁能量转换或传输过渡过程，将在系统中出现过电压，这种过电压称为内部过电压。在电力系统引起的内部过电压的原因大致可分为：
a. 电力大负荷的投入和切除（电梯、大功率空调机、冷冻机、等）；
b. 感性负荷的投入和切除（电机、继电器的线圈、带负荷垫板变压器）；
c. 功率因素补偿电容器的投入和切除；
d. 短路故障等。
内部过电压虽然没有外部过电压的危害大，但是，由于它长年作用于计算机系统，容易造成元器件的老化，减少设备的使用寿命和正常使用。
1.3 核致电磁脉冲（NEMP）