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緒論

• 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和研究表明,，過(guò)電壓是造成電網(wǎng)絕緣損壞事故的主要原因，也是選擇電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度的決定性因素

• 過(guò)電壓分兩大類(lèi),，即雷電過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓

• 雷電單次放電時(shí)間極短,，約數(shù)十微秒，最大電流幅值達(dá)到200kA以上，會(huì)產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)伏以上的極高過(guò)電壓,。

• 雷電過(guò)電壓又分兩種,，直接擊于導(dǎo)線和設(shè)備上引起的過(guò)電壓稱(chēng)為直擊雷過(guò)電壓；當(dāng)雷擊導(dǎo)線或設(shè)備的近旁,，由于電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的過(guò)電壓,，稱(chēng)為感應(yīng)雷過(guò)電壓，其幅值要比直擊雷過(guò)電壓低得多,，通常只對(duì)35kV以下的線路具有危險(xiǎn)性

• 內(nèi)部過(guò)電壓是由于電網(wǎng)內(nèi)部在故障和開(kāi)關(guān)操作時(shí)發(fā)生振蕩所引起的過(guò)電壓,，它分為穩(wěn)態(tài)性質(zhì)的暫時(shí)過(guò)電壓和暫態(tài)性質(zhì)的操作過(guò)電壓兩種，后者的幅值往往較高,，可達(dá)最高運(yùn)行相電壓幅值的三倍以上,，持續(xù)時(shí)間則比雷電過(guò)電壓長(zhǎng)得多，以幾毫秒到幾十毫秒計(jì),。

過(guò)電壓的分類(lèi)

雷電過(guò)電壓

  雷電是一種大氣中放電現(xiàn)象,，產(chǎn)生于積雨中，積雨云在形成過(guò)程中,，某些云團(tuán)帶正電荷，某些云團(tuán)帶負(fù)電荷,。它們對(duì)大地的靜電感應(yīng),，使地面或建筑物表面產(chǎn)生異性電荷，當(dāng)電荷積聚到一定程度時(shí),，不同電荷云團(tuán)之間,，或云與大地之間的電場(chǎng)強(qiáng)度可以擊穿空氣(一般為25-30KV/cm)，開(kāi)始游離放電,，我們稱(chēng)之為'先導(dǎo)放電',。云對(duì)地的先導(dǎo)放電是云向地面跳躍式逐漸發(fā)展的，當(dāng)?shù)竭_(dá)地面時(shí)(地面上的建筑物,，架空輸電線等),，便會(huì)產(chǎn)生由地面向云團(tuán)的逆導(dǎo)主放電。在主放電階段里,，由于異性電荷的劇烈中和,，會(huì)出現(xiàn)很大的雷電流(一般為幾十千安至幾百千安)，并隨之發(fā)生強(qiáng)烈的閃電和巨響,，這就形成雷電,。

• 雷電流是單極性的脈沖波；75%～90%的雷電流是負(fù)極性的,。

• 雷電流的幅值是指脈沖電流所達(dá)到的最高值,；波頭是指電流上升到幅值的時(shí)間；波長(zhǎng)（波尾）是指脈沖電流的持續(xù)時(shí)間,。幅值和波頭又決定了雷電流隨時(shí)間上升的變化率稱(chēng)為雷電流的陡度,。雷電流陡度對(duì)過(guò)電壓有直接影響,。

• 各國(guó)測(cè)得的雷電流波形基本一致，波頭長(zhǎng)度大多在1～5μs,，平均約為2～2.5μs,。我國(guó)在防雷保護(hù)設(shè)計(jì)中建議采用2.6μs。波長(zhǎng)在20～100μs,，平均約為50μs,，大于50μs的僅占18～30%。在防雷保護(hù)計(jì)算中雷電流的波形可采用2.6/50μs,。

• 一次雷電放電常包含多次重復(fù)沖擊放電,。根據(jù)約6000個(gè)實(shí)測(cè)記錄統(tǒng)計(jì)，55%的落雷包含兩次以上的沖擊,，3～5次沖擊占25%,，10次沖擊以上占4%；平均重復(fù)3次,，最高記錄可達(dá)42次,。一次雷電放電的總持續(xù)時(shí)間（包含多次重復(fù)沖擊放電時(shí)間），據(jù)統(tǒng)計(jì),，有50%小于0.2s,，大于0.62s只占5%。

• 雷暴日表征不同地區(qū)雷電活動(dòng)的頻繁程度,，是指某地區(qū)一年中有雷電放電的天數(shù),，一天中只要聽(tīng)到一次以上的雷聲就算一個(gè)雷暴日T。根據(jù)雷電活動(dòng)的頻度和雷害的嚴(yán)重程度,，我國(guó)把年平均雷暴日數(shù)T≥90的地區(qū)叫做強(qiáng)雷區(qū),，T≥40的地區(qū)為多雷區(qū)，15≤T≤40的地區(qū)為中雷區(qū),，T≤15的地區(qū)為少雷區(qū),。

避雷針

(h≤30m時(shí)，θ＝45°)

a)避雷針在地面上的保護(hù)半徑,，應(yīng)按下式計(jì)算：

r＝1.5hP                                   

式中：r——保護(hù)半徑,，m；

      h——避雷針的高度,，m,；

      P——高度影響系數(shù)，h≤30m,，P＝1,；

30m＜h≤120m，；當(dāng)h＞120m時(shí),，取其等于120m,。

 b)在被保護(hù)物高度hx水平面上的保護(hù)半徑應(yīng)按下列方法確定：

    1)當(dāng)hx≥0.5h時(shí)

rx＝(h-hx)P＝haP                                 

式中：rx——避雷針在hx水平面上的保護(hù)半徑,，m,；

       hx——被保護(hù)物的高度，m,；

       ha——避雷針的有效高度,，m,。

    2)當(dāng)hx＜0.5h時(shí)

rx＝(1.5h-2hx)P

高度為h的兩等高避雷針的保護(hù)范圍

a)兩針外側(cè)的保護(hù)范圍應(yīng)按單支避雷針的計(jì)算方法確定。

b)兩針間的保護(hù)范圍應(yīng)按通過(guò)兩針頂點(diǎn)及保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)O的圓弧確定,，圓弧的半徑為R′O,。O點(diǎn)為假想避雷針的頂點(diǎn)，其高度應(yīng)按下式計(jì)算：

ho＝h－D/7P

式中：hO——兩針間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)高度,，m,；

D——兩避雷針間的距離，m,。

兩針間距離與針高之比D/h不宜大于5,。

(h≤30m時(shí)，θ＝25°)

a)當(dāng)hx≥h/2時(shí)

rx＝0.47(h-hx)P

式中：rx——每側(cè)保護(hù)范圍的寬度,，m,。

 b)當(dāng)hx＜h/2時(shí)

rx＝(h-1.53hx)P

a) 兩避雷線外側(cè)的保護(hù)范圍應(yīng)按單根避雷線的計(jì)算方法確定。

b) 兩避雷線間各橫截面的保護(hù)范圍應(yīng)由通過(guò)兩避雷線1,、2點(diǎn)及保護(hù)范圍邊緣最低點(diǎn)O的圓弧確定。O點(diǎn)的高度應(yīng)按下式計(jì)算：

        ho＝h－D/7P   

式中：hO——兩避雷線間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)的高度,，m,；

       D——兩避雷線間的距離，m,；

       h——避雷線的高度,，m。

c)兩避雷線端部的兩側(cè)保護(hù)范圍仍按單根避雷線保護(hù)范圍計(jì)算,。兩線間保護(hù)最小寬度按下列方法確定：

 1)當(dāng)hx≥h/2時(shí)

bx＝0.47(hO-hx)P

2)當(dāng)hx＜h/2時(shí)

bx＝(hO－1.53hx)P

金屬氧化物避雷器

   金屬氧化物避雷器的閥片是以氧化鋅為主要材料,，并以少量的氧化鉍、氧化鈷,、氧化錳,、氧化銻等金屬氧化物作添加劑，經(jīng)過(guò)粉碎,、混合,、選粒、成型等加工處理后，在1000℃以上的高溫中燒結(jié)而成,。

  氧化鋅閥片的非線性特性與其微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān),，含有微量鈷和錳的氧化鋅晶粒平均直徑約為10微米，平均電阻率為（1-10）×10－2歐.米,。在氧化鋅晶粒的周?chē)怯裳趸G形成的不足1微米厚的晶界層,。晶界層的電阻率與所處的場(chǎng)強(qiáng)關(guān)系極大，在低場(chǎng)強(qiáng)下,，晶界層的電阻率高達(dá)1010－1011歐.米,，但當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)增加到某一數(shù)值時(shí)，其電阻率會(huì)驟然下降,，呈現(xiàn)低阻狀態(tài),，晶界層的介電系數(shù)為1000-2000，因此氧化鋅閥片具有較大的固有電容,。

• 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，沒(méi)有間隙，因此沒(méi)有放電時(shí)延,，保護(hù)性能好

• 不需要吸收續(xù)流能量,，只吸收沖擊過(guò)電壓的能量，耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)

• 通流容量大,，在雷電沖擊和操作沖擊過(guò)電壓的作用下,，氧化鋅閥片單位體積吸收的能量比碳化硅閥片大4倍左右。

• 造價(jià)低,，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著

  避雷器的額定電壓是施加到避雷器端子間的最大允許工頻電壓有效值,，按照此電壓所設(shè)計(jì)的避雷器能在所規(guī)定的動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)中確定的暫時(shí)過(guò)電壓下正確動(dòng)作。它不等于系統(tǒng)的標(biāo)稱(chēng)電壓,。額定電壓一般的考慮原則是：只要滿(mǎn)足保護(hù)絕緣的配合系數(shù),，避雷器的額定電壓可選得高一些。無(wú)間隙金屬氧化物避雷器的額定電壓可按式（1）選擇,。

Ur≥kUt                          （1）

式（1）中,，k為切除單相接地故障時(shí)間系數(shù)。對(duì)于110kV～750kV系統(tǒng),、10s及以?xún)?nèi)切除故障的66kV系統(tǒng),，k＝1.0；對(duì)于66kV系統(tǒng)10s以上切除故障時(shí),，k＝1.25～1.3（1.25主要用于保護(hù)并聯(lián)補(bǔ)償電容器及其他絕緣較弱設(shè)備的避雷器）,。Ut為暫時(shí)過(guò)電壓（kV）。暫時(shí)過(guò)電壓（Ut）的推薦值見(jiàn)表1,，表1中Um為系統(tǒng)最高工作電壓,。對(duì)于直接接地系統(tǒng)的變壓器中性點(diǎn)用無(wú)間隙金屬氧化物避雷器的額定電壓一般不低于系統(tǒng)最高工作相電壓,，66kV變壓器中性點(diǎn)用無(wú)間隙金屬氧化物避雷器的額定電壓應(yīng)不低于系統(tǒng)最高工作電壓。

表 1   暫時(shí)過(guò)電壓Ut推薦值（kV有效值）

表 2  無(wú)間隙金屬氧化物避雷器額定電壓Ur的建議值（kV有效值 ）

表 3   變壓器中性點(diǎn)用無(wú)間隙金屬氧化物避雷器額定電壓Ur建議值（kV有效值）

  持續(xù)運(yùn)行電壓是允許持久施加在避雷器端子間的工頻電壓有效值,。一般相當(dāng)于避雷器額定電壓的75%～80%,。

  對(duì)于110kV～750kV系統(tǒng)，無(wú)間隙金屬氧化物避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓應(yīng)不低于系統(tǒng)的最高工作相電壓,。對(duì)于66kV的系統(tǒng),，10s及以?xún)?nèi)切除故障時(shí)，Uc≥Um/,；10s以上切除故障時(shí),，Uc≥Um。

  在持續(xù)運(yùn)行電壓下通過(guò)避雷器的持續(xù)電流應(yīng)不超過(guò)規(guī)定值,，該值由制造廠規(guī)定和提供,，所提供值應(yīng)包括全電流和阻性電流基波分量的峰值。

  交接試驗(yàn)時(shí),，在系統(tǒng)運(yùn)行電壓下測(cè)量持續(xù)電流即運(yùn)行電壓下的交流泄漏電流應(yīng)不大于出廠試驗(yàn)值的30%,。

工頻參考電壓：

工頻參考電壓是避雷器在工頻參考電流下測(cè)出的避雷器的工頻電壓最大峰值除以。工頻參考電流由制造廠確定,，對(duì)于單柱避雷器,，參考電流的典型范圍為每平方厘米電阻片面積0.05mA～1.0mA。工頻參考電壓應(yīng)不低于避雷器的額定電壓值,。

直流參考電壓：

直流參考電壓是避雷器在直流參考電流下測(cè)出的避雷器的電壓,。直流參考電流的數(shù)值由制造廠規(guī)定。通常取1mA～5mA,，國(guó)內(nèi)一般取1mA,。直流1mA參考電壓值一般不小于避雷器額定電壓的峰值，同時(shí)不應(yīng)小于附錄表A1的規(guī)定值,。

  交接試驗(yàn)的直流參考電壓不應(yīng)大于出廠值的±5%,。0.75倍直流參考電壓下泄漏電流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器在0.75倍直流1mA參考電壓下的漏電流不應(yīng)大于50μA。額定電壓大于216kV時(shí),，漏電流由制造廠和用戶(hù)協(xié)商規(guī)定。

  標(biāo)稱(chēng)放電電流是用來(lái)劃分避雷器等級(jí)的波形為8/20μs的雷電沖擊電流峰值,。無(wú)間隙金屬氧化物避雷器按遠(yuǎn)方雷擊侵入波的概率統(tǒng)計(jì)及電站的重要性,，一般可按下表進(jìn)行選擇。

  殘壓是標(biāo)稱(chēng)放電電流通過(guò)避雷器時(shí),，其端子間最大電壓峰值,。避雷器在陡波（1μs）、雷電（8/20μs）及操作沖擊電流（30-100μs）下的殘壓值不同,。

  工頻電壓耐受時(shí)間特性是表明避雷器在運(yùn)行中吸收了規(guī)定的操作過(guò)電壓能量后,，耐受暫時(shí)過(guò)電壓的能力,。當(dāng)暫時(shí)過(guò)電壓的幅值高于或低于避雷器額定電壓而作用時(shí)間短于或長(zhǎng)于10s時(shí)，可以用工頻耐受時(shí)間特性曲線校核,，該曲線必須由避雷器制造廠提供,。

1  雷電過(guò)電壓保護(hù)水平

  避雷器雷電過(guò)電壓的保護(hù)水平取下列兩項(xiàng)數(shù)值的較高者：陡波沖擊電流下最大殘壓除以1.15；標(biāo)稱(chēng)放電電流下的最大殘壓,。

2  操作過(guò)電壓保護(hù)水平

  避雷器的操作過(guò)電壓保護(hù)水平是規(guī)定的操作沖擊電流下的最大殘壓,。避雷器的操作沖擊電流殘壓試驗(yàn)所用的操作沖擊電流的波頭時(shí)間為30μs～100μs。其電流幅值則按避雷器的不同標(biāo)稱(chēng)電流系列,、不同類(lèi)型以及不同額定電壓分別規(guī)定了不同的數(shù)值,。

3、配合系數(shù)（ks）

  配合系數(shù)為設(shè)備的絕緣水平與避雷器的保護(hù)水平之間應(yīng)有的裕度,。等于被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平除以避雷器的保護(hù)水平,。

  雷電過(guò)電壓的配合系數(shù)

1)  中性點(diǎn)避雷器                ks >1.25

2)  避雷器非緊靠保護(hù)設(shè)備        ks >1.4

b)  操作過(guò)電壓的配合系數(shù)          ks >1.15

  對(duì)于330kV及以上電壓等級(jí)變電所、帶電纜段的變電所及全封閉組合電器（GIS）的配合系數(shù),，應(yīng)通過(guò)模擬計(jì)算對(duì)絕緣配合狀態(tài)進(jìn)行校核,，也可用統(tǒng)計(jì)法求出變電所的危險(xiǎn)概率。

1,、長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間電流沖擊吸收能力

  避雷器應(yīng)耐受在型式試驗(yàn)時(shí)校核的長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間電流沖擊的考核,。對(duì)于5kA等級(jí)（額定電壓90kV及以上）、10kA及20kA無(wú)間隙金屬氧化物避雷器應(yīng)根據(jù)標(biāo)稱(chēng)放電電流及用戶(hù)要求的線路放電等級(jí)通過(guò)線路放電試驗(yàn)驗(yàn)證長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間耐受能力,。對(duì)于1.5kA,、5kA等級(jí)（額定電壓90kV以下）無(wú)間隙金屬氧化物避雷器應(yīng)通過(guò)2000μs方波電流沖擊試驗(yàn)驗(yàn)證長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間耐受能力。長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間電流沖擊耐受試驗(yàn)后,，電阻片應(yīng)無(wú)擊穿,、閃絡(luò)、破碎或其他明損傷的痕跡,，且試驗(yàn)前后各種沖擊電流下的殘壓變化應(yīng)不大于5%,。

2、 大電流沖擊耐受能力

  無(wú)間隙金屬氧化物避雷器電阻片需進(jìn)行波形為4/10的大電流沖擊耐受抽樣試驗(yàn),。電阻片在大電流沖擊下,，不應(yīng)有擊穿或閃絡(luò)等破壞。在動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)中,，也要施加大電流沖擊,，試驗(yàn)只施加兩次沖擊，試品不應(yīng)有擊穿,、閃絡(luò)等損壞,。

  壓比為閥片在標(biāo)稱(chēng)電流下的殘壓與其參考電壓之比。壓比越小,，表明通過(guò)沖擊大電流時(shí)的殘壓越低,，避雷器的保護(hù)性能越好,。

  持續(xù)運(yùn)行電壓的峰值與直流參考電壓的比值稱(chēng)為避雷器的荷電率。荷電率的高低直接影響到避雷器的老化過(guò)程：荷電率高時(shí),，會(huì)加速避雷器的老化,；降低荷電率時(shí)，不但老化性能較好,，暫時(shí)過(guò)電壓的耐受能力也會(huì)提高,，但荷電率偏低會(huì)使避雷器的保護(hù)性能變壞，所以應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定性的要求,，針對(duì)不同的電網(wǎng)確定合理的荷電率,，一般為45%-75%。在中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中,，由于單相接地時(shí)健全相的電壓升高較大,，一般采用較低的荷電率，而中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)則用較高的荷電率,。

國(guó)產(chǎn)110-220kV交流氧化鋅避雷器的電氣特性

接地裝置

  由于運(yùn)行和安全的需要,，常將電力系統(tǒng)及其電氣設(shè)備的某些部分與大地相連接，這就是接地,。埋入大地并直接與土壤接觸的金屬導(dǎo)體稱(chēng)為接地體,，電氣設(shè)備的接地部分同接地體相連接的金屬導(dǎo)體稱(chēng)為接地線，接地體和接地線合稱(chēng)接地裝置,。

（1）工作接地,。根據(jù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行方式的需要而將電網(wǎng)中某一點(diǎn)接地，例如電網(wǎng)中性點(diǎn)接地和利用大地作為導(dǎo)線時(shí)的接地等,。在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中,，要求流過(guò)接地網(wǎng)的工頻短路電流I在接地網(wǎng)上的壓降IR不大于2000V，即要求接地電阻R≤2000/I,，其值通常不應(yīng)超過(guò)0.5Ω,。

（2）保護(hù)接地。某些電氣設(shè)備的金屬外殼必須妥善接地,，以免絕緣損壞時(shí)外殼帶電危及人身安全,。高壓設(shè)備接地保護(hù)保護(hù)要求的接地電阻為1-10Ω。

（3）防雷接地,。金屬桿塔,、避雷針（線）和避雷器等的接地，以便將強(qiáng)大的雷電流導(dǎo)入地中,。架空輸電線路桿塔的接地電阻一般不超過(guò)10-30Ω,；避雷器的接地電阻一般不超過(guò)5Ω,。

  上述三種接地有時(shí)是很難分開(kāi)的,。例如發(fā)電廠,、變電站的接地網(wǎng)實(shí)際上是集工作接地、保護(hù)接地和防雷接地為一體的接地裝置,。

  接地電阻是接地網(wǎng)與無(wú)窮遠(yuǎn)的零電位處之間的土壤的電阻,。

  實(shí)際上，對(duì)防雷起作用的是沖擊接地電阻Rch,。 Rch與工頻接地電阻Rg有兩點(diǎn)主要區(qū)別,，一是由于雷電流相當(dāng)于高頻，接地體的電感效應(yīng)將使伸長(zhǎng)接地體在雷電流的作用下呈現(xiàn)較大的阻抗,；另一方面,，由于雷電流幅值很大（數(shù)十千安），接地體的電位很高,，其周?chē)寥乐械碾妶?chǎng)強(qiáng)度將大大超過(guò)土壤的耐壓強(qiáng)度（8.5kV/cm左右）,，在接地體周?chē)耐寥乐袝?huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花放電。實(shí)驗(yàn)表明,，單根水平接地體的電位為1000kV時(shí),，火花放電區(qū)域的直徑可達(dá)70cm。這種在土壤中形成的強(qiáng)烈放電可使土壤的等值電阻率ρ大為減小,，也可以認(rèn)為ρ不變,，但接地體的等值直徑已大為增加。所以這種火花效應(yīng)將使接地體的沖擊接地電阻比工頻接地電阻大大減小,。

  通常把沖擊接地電阻Rch 與工頻接地電阻Rg的比值α叫做接地體的沖擊系數(shù),，其值一般小于1。但采用伸長(zhǎng)接地體時(shí),，有可能因電感影響更加顯著而大于1,。

跨步電壓與接觸電壓

  跨步電壓是雷電擊中地面物，雷電流泄入大地并在土壤中散流開(kāi),，由于土壤電阻率有一定分布,，雷電流在地面上各點(diǎn)間就出現(xiàn)電位降，靠近雷擊點(diǎn),，電流密度越大,，電位降也就越大。如果人站在或行走在落雷點(diǎn)附近,，在兩腳間的電位降可使雷電流通過(guò)兩腳和軀干的下部,，人就會(huì)被擊傷。這兩腳間的電位降叫“跨步電壓”,，兩腳間跨距取0.8m,。

  當(dāng)人用手去接觸接地導(dǎo)體時(shí)，人的手和腳處于不同的電位,，地面上離設(shè)備水平距離為0.8m處與設(shè)備外殼離地面高度1.8m處兩點(diǎn)間的電位差稱(chēng)為接觸電壓,。

絕緣配合

   電力系統(tǒng)中用以確定輸電線路和電工設(shè)備絕緣水平的原則,、方法和規(guī)定。研究絕緣配合的目的在于綜合考慮電工設(shè)備可能承受的作用電壓,，過(guò)電壓防護(hù)裝置的效用,，以及設(shè)備的絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)對(duì)各種作用電壓的耐受特性等因素，并且考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性以確定輸電線路和電氣設(shè)備的絕緣水平,，且還要全面考慮設(shè)備造價(jià),、維護(hù)費(fèi)用和事故損失三方面，力求達(dá)到安全,、經(jīng)濟(jì)和高質(zhì)量供電的目的,。作用在電工設(shè)備上的電壓是指正常運(yùn)行條件下的工作電壓和各種過(guò)電壓，后者包括暫時(shí)過(guò)電壓,、操作過(guò)電壓,、雷電過(guò)電壓等。為了經(jīng)濟(jì)合理地設(shè)計(jì)輸電線路和電工設(shè)備絕緣,，電力系統(tǒng)中一般采取專(zhuān)用設(shè)備和裝置以限制過(guò)電壓,。絕緣水平是電工設(shè)備能夠耐受的試驗(yàn)電壓值：①短時(shí)工頻耐受電壓值。②雷電沖擊耐受電壓值,。③操作沖擊耐受電壓值,。④長(zhǎng)時(shí)間工頻試驗(yàn)電壓值。這些試驗(yàn)電壓的波形,、數(shù)值,、施加方法、時(shí)間,、次數(shù)等,，各國(guó)都有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定。

   按系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種電壓和保護(hù)裝置的特性來(lái)確定設(shè)備絕緣水平,，即進(jìn)行絕緣配合時(shí),，應(yīng)全面考慮設(shè)備造價(jià)、維修費(fèi)用以及故障損失三個(gè)方面,，力求取得較高的經(jīng)濟(jì)效益,。

   不同系統(tǒng)，因結(jié)構(gòu)不同以及在不同的發(fā)展階段,，可以有不同的絕緣水平,。

對(duì)220kV及以下系統(tǒng)，一般以雷電過(guò)電壓決定系統(tǒng)絕緣水平,，就是以避雷器的殘壓為基礎(chǔ)確定設(shè)備的絕緣水平,，并保證輸電線路有一定的耐雷水平。由于這樣決定的絕緣水平在正常情況下能耐操作過(guò)電壓的作用，因此220kV及以下系統(tǒng)不采用專(zhuān)門(mén)限制內(nèi)部過(guò)電壓的措施,。

   對(duì)330kV及以上的超高壓系統(tǒng),，變電站和線路的絕緣占整個(gè)造價(jià)的比重較大，隨著運(yùn)行電壓的提高,，操作過(guò)電壓的幅值將隨之增大，所以在超高壓電網(wǎng)絕緣配合中,，操作過(guò)電壓將逐漸起主導(dǎo)作用,。因此在超高壓電網(wǎng)中一般都采取了專(zhuān)門(mén)限制內(nèi)部過(guò)電壓的措施。我國(guó)是以帶并聯(lián)電阻的斷路器和并聯(lián)電抗器作為主要手段,，同時(shí)以避雷器作為后備保護(hù),，對(duì)于線路絕緣水平的選擇，仍以保證一定的耐雷水平為目標(biāo),。

   在污穢地區(qū)的電網(wǎng),，外絕緣的強(qiáng)度受污穢影響而大大降低。污閃事故常發(fā)生在惡劣氣象條件正常工作電壓下,，因此嚴(yán)重污穢地區(qū)電網(wǎng)外絕緣水平應(yīng)主要由系統(tǒng)最大運(yùn)行電壓決定,。

   另外隨著電網(wǎng)額定電壓的提高和限制過(guò)電壓措施的不斷完善，當(dāng)過(guò)電壓被限制到1.7-1.8倍或更低時(shí),，長(zhǎng)時(shí)間工作電壓就可能成為決定電網(wǎng)絕緣水平的主要因素,。

絕緣配合中是不考慮諧振過(guò)電壓的，因此在電網(wǎng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中都應(yīng)當(dāng)避開(kāi)諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生,。

一般不需要考慮線路絕緣和發(fā),、變電站絕緣間的配合問(wèn)題。如降低線路絕緣使之與電站相配合,，則會(huì)使線路事故大增,。

絕緣配合方法主要有3種：

① 慣用法。按作用在設(shè)備絕緣上的預(yù)期最大過(guò)電壓,，然后根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)乘上一個(gè)考慮各種影響因素和一定裕度的系數(shù),，確定設(shè)備絕緣應(yīng)能耐受的電壓水平，再要求設(shè)備的最小絕緣強(qiáng)度不低于上述耐受電壓,。慣用法簡(jiǎn)單明了,，但無(wú)法估計(jì)絕緣故障的概率以及概率與配合系數(shù)之間的關(guān)系，故這種方法對(duì)絕緣的要求偏嚴(yán),。在3～220kV設(shè)備通常采用慣用法,。 目前，慣用法中所采用的最大雷電過(guò)電壓是以避雷器的殘壓為基礎(chǔ)決定的,；最大操作過(guò)電壓則按實(shí)測(cè)和模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果統(tǒng)計(jì)歸納得出,。我國(guó)相對(duì)地操作過(guò)電壓的計(jì)算倍數(shù)（以電網(wǎng)最高運(yùn)行相電壓峰值為基準(zhǔn)）為：63kV及以下：4.0；110kV及220kV：3.0；500kV：2.0,。適用于自恢復(fù)型絕緣和非自恢復(fù)型絕緣,。

②統(tǒng)計(jì)法。電力系統(tǒng)絕緣配合是要正確處理過(guò)電壓大小與在過(guò)電壓作用下絕緣損壞可能性之間的關(guān)系,。而這二者是有明顯隨機(jī)性的,。統(tǒng)計(jì)法是根據(jù)過(guò)電壓幅值及絕緣閃絡(luò)電壓的統(tǒng)計(jì)特性，算出絕緣故障率,。在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的基礎(chǔ)上,，使故障率達(dá)到可以被接受的程度，合理地確定絕緣水平,。統(tǒng)計(jì)法不僅能定量地給出絕緣配合的安全程度,，還可按照設(shè)備折舊費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)及事故損失費(fèi)三者總和最小的原則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),。困難在于隨機(jī)因素較多,，某些統(tǒng)計(jì)規(guī)律還有待認(rèn)識(shí)。統(tǒng)計(jì)法主要用于330～500kV設(shè)備,。只適用于自恢復(fù)型絕緣,。在實(shí)際工程中嚴(yán)格采用統(tǒng)計(jì)法是困難的。如對(duì)非自恢復(fù)絕緣進(jìn)行放電概率的測(cè)定,，其耗資太大,，無(wú)法承受。對(duì)一些隨機(jī)因素（氣象條件,、過(guò)電壓波形影響等）的概率分布有時(shí)并非已知,。所以統(tǒng)計(jì)法雖然合理，但有待于進(jìn)一步完善,。

③簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法,。為了便于計(jì)算，假定過(guò)電壓及絕緣放電概率的統(tǒng)計(jì)分布均服從正態(tài)分布,，并已知其標(biāo)準(zhǔn)方差,。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）及中國(guó)國(guó)家絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)，推薦采用出現(xiàn)的概率為  2％的過(guò)電壓作為統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓Us,，再取閃絡(luò)概率為10％的電壓作為絕緣的統(tǒng)計(jì)耐受電壓Uw,，在不同的統(tǒng)計(jì)安全系數(shù) γ＝Uw／Us的情況下，計(jì)算出絕緣的故障率 R,。根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,，在成本與故障率間協(xié)調(diào)，定出可以接受的R 值 ,，再根據(jù)相應(yīng)的γ及Us,，確定絕緣水平,。 適用于自恢復(fù)型絕緣。

   應(yīng)用簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法計(jì)算絕緣故障率,。其值只決定于統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓和統(tǒng)計(jì)耐受電壓間的比值（統(tǒng)計(jì)安全系數(shù)）,，這點(diǎn)在形式上很像慣用法中最大過(guò)電壓與最低絕緣強(qiáng)度間的配合。從另一角度看,，慣用法亦包含了統(tǒng)計(jì)的概念,，只不過(guò)其最大過(guò)電壓和最低絕緣強(qiáng)度沒(méi)有明確地用統(tǒng)計(jì)的概念表達(dá)而已，且在絕緣配合中,，利用一系列影響因素,，有意使絕緣得到較大裕度，用它來(lái)補(bǔ)償估計(jì)最大過(guò)電壓和確定最低絕緣強(qiáng)度時(shí)的誤差,，也不去估算絕緣故障概率，這是與統(tǒng)計(jì)法不同的,。

   變電站電氣設(shè)備的絕緣水平與保護(hù)電器的性能,、接線方式和保護(hù)配合原則等有關(guān)。變電站內(nèi)的所有電氣設(shè)備均受到避雷器的保護(hù),，故避雷器在5kA（220kV及以下）或10kA（330－500kV）時(shí)的殘壓Ucn是確定電氣設(shè)備絕緣水平的基礎(chǔ),。

   電氣設(shè)備的絕緣水平用下列耐受電壓值來(lái)表示：

額定短時(shí)工頻耐受電壓，即1min工頻試驗(yàn)電壓,。額定雷電沖擊耐受電壓用全波雷電沖擊電壓（1.2/50μs）進(jìn)行試驗(yàn),，稱(chēng)基本沖擊絕緣水平（BIL）額定操作沖擊耐受電壓用規(guī)定波形（250/2500μs）的操作波進(jìn)行試驗(yàn)，稱(chēng)基本操作沖擊絕緣水平（BSL）,。

   在220kV及以下的系統(tǒng)中,，避雷器的作用只是限制雷電過(guò)電壓，在操作過(guò)電壓下是不動(dòng)作的,，即認(rèn)為操作過(guò)電壓對(duì)正常絕緣是不危險(xiǎn)的,，因此，在現(xiàn)場(chǎng)中,，操作沖擊耐受電壓試驗(yàn)可用額定短時(shí)工頻耐受電壓試驗(yàn)代替,。

   雷電沖擊耐受電壓BIL由避雷器殘壓Ucn乘以一定的配合系數(shù)Kc計(jì)算選定，通常取Kc＝1.4,。避雷器分變電站型和線路型,，前者接在母線上，其額定電壓和相應(yīng)的殘壓較低,，用以確定變壓器的耐受電壓,；后者接在線路側(cè)，其額定電壓和殘壓較高,，用以確定并聯(lián)電抗器,、開(kāi)關(guān)、電流互感器等設(shè)備的耐受電壓。

   配合系數(shù)Kc是一個(gè)綜合了多方面影響因素的系數(shù),，主要有：避雷器與被保護(hù)設(shè)備之間的距離,；避雷器的內(nèi)部電感；變壓器絕緣老化,，即累積效應(yīng),；避雷器運(yùn)行中參數(shù)的變化；變壓器工頻勵(lì)磁的影響等等,。

   對(duì)220kV及以下設(shè)備的型式試驗(yàn),，在條件許可時(shí)，應(yīng)按上述BIL值作雷電沖擊耐受電壓試驗(yàn),。對(duì)超高壓設(shè)備,，除工頻和雷電沖擊耐受電壓試驗(yàn)外，型式試驗(yàn)時(shí)還要作額定操作沖擊耐受電壓試驗(yàn),，其值可取統(tǒng)計(jì)操作過(guò)電壓水平或避雷器（它能同時(shí)限制操作過(guò)電壓）的操作沖擊殘壓乘以配合系數(shù)Kc,，通常取Kc＝1.15。