第6讲 暂时过电压和瞬态过电压标准
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专家讲座
电能质量国家标准系列讲座
Lectures on National Standard of Power Quality
第 6 讲 暂时过电压和瞬态过电压标准
林海雪 （中国电力科学研究院， 北京市 100192） Lecture Six Standard of Temporary and Transient Overvoltage Lin Haixue （China Electric Power Research Institute， Beijing 100192， China）
Abstract This paper presents not only the basic provisions， preparation bases and considerations of the national standard GB / T 18481 - 2001 Power Quality — Temporary and Transient Overvoltages， but also the basic concepts of overvoltage and the selection of standards' contents， including the instruction of main standard provisions and proper application of the standard.
能质量指标之一， 予以标准化 （GB / T 18481 - 2001 《电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》）， 在国内还 是首次尝试。 一方面这客观地反映了供电的特性， 另 一方面， 在市场经济条件下， 电能作为商品， 其质量 问题引起的纠纷不可避免， 而由于过电压造成的问题 涉及面广， 发生频繁， 关系到供、 用电和制造部门的 权益， 所以作为纠纷仲裁的主 要技术依据 — —— 标 准 的制定是必不可少的。
0. 1 μs < T1 < 20 μs T2 < 300 μs
注： 陡波前的标准试验波形及耐受试验尚在考虑中， 本标准中暂不涉及。
16 Nov. 2011 Vol. 30 No. 11 660
3 ns < T1 < 100 ns 0. 3 MHz < f1 < 100 MHz
30 kHz < f2 < 300 kHz Td ≤ 3 ms
关键词 国家标准 暂时过电压 瞬态过电压 电能质量
1 概述
电力系统中因运行操作、 雷击和故障等原因， 过 电压是经常发生的， 这是供电特性之一。 减少或杜绝 过电压引发的事故是电力工作者面临的长期任务。 围 绕过电压问题， 有关设备绝缘、 试验和过电压保护方 面已有不少国家标准或行业标准， 但将过电压作为电
本标准引自 GB / T 2900. 19 - 1994 的暂时过电压 定义实际上已包含谐振过电压内容， 由于谐振过电压 的发生机理和工频过电压不同， 标准中增加了 “谐振 过电压” 术语。 4． 3 系统 （设备） 按最高电压 Um 的划分
GB 311. 1 - 1997 中将高压输变电设备按最高电 压 Um 分为两个范围： 范围 Ⅰ， 1 kV < Um ≤ 252 kV； 范 围 Ⅱ， Um > 252 kV。 而低压设备， 在各种标准中均规 定为额定 电压不超过 1 000 V。 将 Um 作这样的划 分 ， 和过电压及绝缘配合上的考虑有关， 这从本标准附录 表 A1、 A2 中可以看出。 但应指出， 额定电压为 1 kV 的设备， 其最 高电压肯定超过 1 kV （GB 156 中对于低 压设备 Um 未作规定）。 按 GB 156 规定， 高压系统最 低一级标称电压为 3 kV （Um 为 3. 6 kV）， 远大于 1 kV。
形外， 暂不涉及。
3 标准内容的选择
在制定标准时， 参考了大量国内外相关标准。 目 前国外将过电压作为电能质量指标的规定一般较为简 单。 例如， 欧 洲 标 准 EN 50160 《公 用 配 电 系 统 供 电 电压特性》 中仅对低压和中压系统的暂时过电压和瞬 态过电压产生的原因、 波形、 幅值和持续时间等作了 一 般 性 的 描 述 ； 美 国 电 力 科 学 研 究 院 Mark McGranaghan 先生在对电能质量标准的综述中专门介 绍了 “瞬态过电压及其冲击抑制标准”， 原则性地提 出瞬态问题的解决途径有： 控制瞬态发生源， 改变影 响瞬态的系统特性或对受影响的设备进行保护等。 其 中 ， 瞬 态 过 电 压 方 面 享 有 盛 誉 的 标 准 ANSI / IEEE 62. 41 - 1991 《 低 压 交 流 电 力 电 路 中 冲 击 电 压 》 导 则， 规定了设备瞬态环境， 并提供了设备耐受试验 用 波 形 。 国 际 电 工 委 员 会 的 IEC 61000 系 列 标 准 文 件 涉及 电 磁 兼 容 （ EMC ） 领 域 ， 和 电 能 质 量 标 准 密 切 相 关 ， 其 中 IEC / TR 61000-2-5 Electromagnetic compatibility （ EMC ） — Part 2 - 5 ： Environment — Description and classification of electromagnetic environments 技术报告中对高频瞬态过电压作了描述。 分别列出了低压交流电力系统中传导性单向瞬态和 振荡瞬态干扰源与扰动范围。 但此技术报告目前还 不能采用作为国家标准。
Key words National standard Temporary overvoltage Transient overvoltage Power quality
摘 要 介绍国家标准 GB / T 18481 - 2001 《电 能质量 暂时过电压和瞬态过电压》 的基本条文、 编 制依据及考虑的因素； 介绍过电压的基本概念、 标准 内容的选择， 对标准主要条款进行说明， 提示如何正 确应用标准。
专家讲座
作为电能质量标准， 应反映出与过电压指标相关 的主要问题， 包括特性 （波形、 幅值、 持续时间）、 来源、 绝缘配合和措施等， 以利于标准的贯彻执行， 同时又不宜取代相关的专业标准， 因此对于标准内容 的取舍以及相关技术的扼要论述是十分关键的。
本标准中全部引用标准取自国家标准， 这些标准 等同、 等效或非等效地采用了国际电工委员会 （IEC） 的相关标准。
本讲论述电力系统中过电压的基本概念， 介绍国 家标准 《电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》 制定 中的一些基本考虑、 标准内容的选择以及条文的说 明， 并提出一些建议， 供执行标准时参考。
2 过电压的基本概念
当峰值电压超过系统正常运行的最高峰值电压 时的工况叫过电压。 电力系统中过电压是经常发生 的。 作用于设备的过电压传统的分类是按其来源分 为内部过电压和外部过电压。 内部过电压是由于操 作 （如切、 合闸）、 事故 （如接地、 断线） 或其它原 因， 引起电力系统的状态突然从一种稳态转变为另一 种稳态的过渡过程中出现的过电压。 这种过电压是由 于系统内部原因而造成并且能量又来自电网本身， 所 以叫内部过电压。 内部过电压又可以分为工频过电 压、 操作过电压和谐振过电压等。 外部过电压又叫大
“ 绝 缘 配 合 ” （ insulati on coordination） 虽 列 入
GB / T 16935. 1 - 1997 的 “术语及其定义” 一节中， 但在该标准的 “绝缘配合的基本原理” 一节中对其作 的解释和定义有所不同， 两者表述上均不够清晰， 本 标准采用 GB / T 2900. 19 - 1994 中对 “绝缘配合” 的 定义： “考虑所采用的过电压保护措施后， 根据可 能作用的过电压、 设备的绝缘特性及可能影响绝 缘特性的因素， 合理地确定设备绝缘水平的过程。”
4 标准主要条款的说明
4． 1 范围 本标准规定了暂时过电压和瞬态过电压要求。 由
于暂时过电压和瞬态过电压主要和电气设备绝缘选择 有关， 也和所采用的保护方法有关， 因此将本标准的 范围限定在 “交流电力系统中作用于电气设备的暂时 过电压和瞬态电压要求、 电气设备的绝缘水平， 以及 过电压保护方法”。 标准中仅选取了引用标准中的少 量条文， 实际执行中必须参照相关的专业标准， 这在 标准条文中已作了明确说明。 同时将属于其他原因如 静电、 触及高压系统以及稳态波形畸变 （谐波） 造成 的过电压排除在外。 4． 2 术语及其定义
术语及其定义主要取自标准 GB / T 2900. 19 - 1994 《电工术语 高电压试验技术和绝缘配合》 和 GB / T 16935. 1 - 1997 《低压 系统内设备 的 绝 缘 配 合 第一部分： 原理、 要求和试验》 （现已被 GB / T 16935. 1 - 2008 《低压系统内设备的绝缘配 合 第 1 部 分 ： 原 理、 要求和试验》 替代）。 关于过电压 （overvoltage） 定 义， 由于出现 “系统最高电压”， 根据 GB 156 - 1993 《标准电压》 （现已被GB 156-2007 《标准电压》 替代） 相关条文对定义作了加注。 其中 temporary overvoltage 在 GB / T 16935. 1 - 1997 标准中有两个译名 ： 暂态过 电压和短时过电压； 而在 GB / T 2900. 19 - 1994 中 仅 有 一个译名： 暂时过电压； 在 GB 311. 1 - 1997 中则 只出现暂时过电压。 而 transient overvoltage 在这几个 标准中均译为瞬态过电压。 为了统一起见， 考虑到过 电压专业人员较为通用， 将本标准名称由原计划的 《电能质量 暂时过电压和瞬时过电压》 改为 《电能 质量 暂时过电压和瞬态过电压》。
作者信息 林海雪， 男， 中国电力科学研究院， 教授级高级工程师。
15
电能质量国家标准系列讲座 第 6 讲 暂时过电压和瞬态过电压标准 （林海雪） 659
誖
BUILDING
2 011 年 第 11 期 EL ECTRI CI TY
气过电压或雷电过电压， 分为直击雷过电压和感应雷 过电压两种类型。
在本标准中主要根据 GB 311. 1 - 1997 《高压输 变电设备的绝缘配合》， 将过电压按其波形特点分为 “暂时过电压” 和 “瞬态过电压” 两大类。 过电压波 形的幅值和持续时间决定了对设备绝缘和保护装置的 影响程度， “暂时过电压” 是指其频率为工频或某次 谐波 （或间谐波） 频率， 且在其持续时间范围内无 衰减或慢衰减的过电压； “瞬态过电压” 为振荡的 或非振荡的， 通常衰减很快， 持续时间只有几毫秒 且为缓波前 （例如由一些操作产生） 的或几十个微 秒且为快波前 （例如由雷电产生） 的过电压。 但需 指出， “操作过电压”、 “雷电过电压” 虽然通常分 别由操作 （或故障） 及雷击放电所引起， 但其波形 特征未必总是如此。 例如， 当变压器一侧有雷电波 作用时， 经绕组间耦合的电感性传递过电压， 会有 接近于操作过电压的缓波前特征； 而当单相接地 时， 由于相间的电磁耦合， 可在正常相上产生接近 于雷电过电压的快波前特征。 因此本标准中所谓的 “操作”、 “雷电” 过电压是指可分别用缓波前的 操作冲击和快波前的雷电冲击来代表的过电压 （见 表 1）。 此外 GB 311. 1 - 1997 中还有一种 “陡波前 ” 瞬 态 过 电压， 其波前上升时间在 3 ～ 100 ns， 持续时间 ≤ 3 ms， 对 于 这 种 过 电 压 的 标 准 电 压 波 形 和 耐 受 试验波形均在考虑中， 本标准除了表示其典型波
表 1 各类过电压的典型波形 Tab. 1 Typical waveforms of various overvoltage
分类
暂时过电压
缓波前
瞬态过电压 快波前
陡波前
电压波形
电压波形范围
10 Hz < f < 500 Hz 0. 03 s < Tt; 5 000 μs T2 < 20 ms
电能质量国家标准系列讲座
Lectures on National Standard of Power Quality
第 6 讲 暂时过电压和瞬态过电压标准
林海雪 （中国电力科学研究院， 北京市 100192） Lecture Six Standard of Temporary and Transient Overvoltage Lin Haixue （China Electric Power Research Institute， Beijing 100192， China）
Abstract This paper presents not only the basic provisions， preparation bases and considerations of the national standard GB / T 18481 - 2001 Power Quality — Temporary and Transient Overvoltages， but also the basic concepts of overvoltage and the selection of standards' contents， including the instruction of main standard provisions and proper application of the standard.
能质量指标之一， 予以标准化 （GB / T 18481 - 2001 《电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》）， 在国内还 是首次尝试。 一方面这客观地反映了供电的特性， 另 一方面， 在市场经济条件下， 电能作为商品， 其质量 问题引起的纠纷不可避免， 而由于过电压造成的问题 涉及面广， 发生频繁， 关系到供、 用电和制造部门的 权益， 所以作为纠纷仲裁的主 要技术依据 — —— 标 准 的制定是必不可少的。
0. 1 μs < T1 < 20 μs T2 < 300 μs
注： 陡波前的标准试验波形及耐受试验尚在考虑中， 本标准中暂不涉及。
16 Nov. 2011 Vol. 30 No. 11 660
3 ns < T1 < 100 ns 0. 3 MHz < f1 < 100 MHz
30 kHz < f2 < 300 kHz Td ≤ 3 ms
关键词 国家标准 暂时过电压 瞬态过电压 电能质量
1 概述
电力系统中因运行操作、 雷击和故障等原因， 过 电压是经常发生的， 这是供电特性之一。 减少或杜绝 过电压引发的事故是电力工作者面临的长期任务。 围 绕过电压问题， 有关设备绝缘、 试验和过电压保护方 面已有不少国家标准或行业标准， 但将过电压作为电
本标准引自 GB / T 2900. 19 - 1994 的暂时过电压 定义实际上已包含谐振过电压内容， 由于谐振过电压 的发生机理和工频过电压不同， 标准中增加了 “谐振 过电压” 术语。 4． 3 系统 （设备） 按最高电压 Um 的划分
GB 311. 1 - 1997 中将高压输变电设备按最高电 压 Um 分为两个范围： 范围 Ⅰ， 1 kV < Um ≤ 252 kV； 范 围 Ⅱ， Um > 252 kV。 而低压设备， 在各种标准中均规 定为额定 电压不超过 1 000 V。 将 Um 作这样的划 分 ， 和过电压及绝缘配合上的考虑有关， 这从本标准附录 表 A1、 A2 中可以看出。 但应指出， 额定电压为 1 kV 的设备， 其最 高电压肯定超过 1 kV （GB 156 中对于低 压设备 Um 未作规定）。 按 GB 156 规定， 高压系统最 低一级标称电压为 3 kV （Um 为 3. 6 kV）， 远大于 1 kV。
形外， 暂不涉及。
3 标准内容的选择
在制定标准时， 参考了大量国内外相关标准。 目 前国外将过电压作为电能质量指标的规定一般较为简 单。 例如， 欧 洲 标 准 EN 50160 《公 用 配 电 系 统 供 电 电压特性》 中仅对低压和中压系统的暂时过电压和瞬 态过电压产生的原因、 波形、 幅值和持续时间等作了 一 般 性 的 描 述 ； 美 国 电 力 科 学 研 究 院 Mark McGranaghan 先生在对电能质量标准的综述中专门介 绍了 “瞬态过电压及其冲击抑制标准”， 原则性地提 出瞬态问题的解决途径有： 控制瞬态发生源， 改变影 响瞬态的系统特性或对受影响的设备进行保护等。 其 中 ， 瞬 态 过 电 压 方 面 享 有 盛 誉 的 标 准 ANSI / IEEE 62. 41 - 1991 《 低 压 交 流 电 力 电 路 中 冲 击 电 压 》 导 则， 规定了设备瞬态环境， 并提供了设备耐受试验 用 波 形 。 国 际 电 工 委 员 会 的 IEC 61000 系 列 标 准 文 件 涉及 电 磁 兼 容 （ EMC ） 领 域 ， 和 电 能 质 量 标 准 密 切 相 关 ， 其 中 IEC / TR 61000-2-5 Electromagnetic compatibility （ EMC ） — Part 2 - 5 ： Environment — Description and classification of electromagnetic environments 技术报告中对高频瞬态过电压作了描述。 分别列出了低压交流电力系统中传导性单向瞬态和 振荡瞬态干扰源与扰动范围。 但此技术报告目前还 不能采用作为国家标准。
Key words National standard Temporary overvoltage Transient overvoltage Power quality
摘 要 介绍国家标准 GB / T 18481 - 2001 《电 能质量 暂时过电压和瞬态过电压》 的基本条文、 编 制依据及考虑的因素； 介绍过电压的基本概念、 标准 内容的选择， 对标准主要条款进行说明， 提示如何正 确应用标准。
专家讲座
作为电能质量标准， 应反映出与过电压指标相关 的主要问题， 包括特性 （波形、 幅值、 持续时间）、 来源、 绝缘配合和措施等， 以利于标准的贯彻执行， 同时又不宜取代相关的专业标准， 因此对于标准内容 的取舍以及相关技术的扼要论述是十分关键的。
本标准中全部引用标准取自国家标准， 这些标准 等同、 等效或非等效地采用了国际电工委员会 （IEC） 的相关标准。
本讲论述电力系统中过电压的基本概念， 介绍国 家标准 《电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》 制定 中的一些基本考虑、 标准内容的选择以及条文的说 明， 并提出一些建议， 供执行标准时参考。
2 过电压的基本概念
当峰值电压超过系统正常运行的最高峰值电压 时的工况叫过电压。 电力系统中过电压是经常发生 的。 作用于设备的过电压传统的分类是按其来源分 为内部过电压和外部过电压。 内部过电压是由于操 作 （如切、 合闸）、 事故 （如接地、 断线） 或其它原 因， 引起电力系统的状态突然从一种稳态转变为另一 种稳态的过渡过程中出现的过电压。 这种过电压是由 于系统内部原因而造成并且能量又来自电网本身， 所 以叫内部过电压。 内部过电压又可以分为工频过电 压、 操作过电压和谐振过电压等。 外部过电压又叫大
“ 绝 缘 配 合 ” （ insulati on coordination） 虽 列 入
GB / T 16935. 1 - 1997 的 “术语及其定义” 一节中， 但在该标准的 “绝缘配合的基本原理” 一节中对其作 的解释和定义有所不同， 两者表述上均不够清晰， 本 标准采用 GB / T 2900. 19 - 1994 中对 “绝缘配合” 的 定义： “考虑所采用的过电压保护措施后， 根据可 能作用的过电压、 设备的绝缘特性及可能影响绝 缘特性的因素， 合理地确定设备绝缘水平的过程。”
4 标准主要条款的说明
4． 1 范围 本标准规定了暂时过电压和瞬态过电压要求。 由
于暂时过电压和瞬态过电压主要和电气设备绝缘选择 有关， 也和所采用的保护方法有关， 因此将本标准的 范围限定在 “交流电力系统中作用于电气设备的暂时 过电压和瞬态电压要求、 电气设备的绝缘水平， 以及 过电压保护方法”。 标准中仅选取了引用标准中的少 量条文， 实际执行中必须参照相关的专业标准， 这在 标准条文中已作了明确说明。 同时将属于其他原因如 静电、 触及高压系统以及稳态波形畸变 （谐波） 造成 的过电压排除在外。 4． 2 术语及其定义
术语及其定义主要取自标准 GB / T 2900. 19 - 1994 《电工术语 高电压试验技术和绝缘配合》 和 GB / T 16935. 1 - 1997 《低压 系统内设备 的 绝 缘 配 合 第一部分： 原理、 要求和试验》 （现已被 GB / T 16935. 1 - 2008 《低压系统内设备的绝缘配 合 第 1 部 分 ： 原 理、 要求和试验》 替代）。 关于过电压 （overvoltage） 定 义， 由于出现 “系统最高电压”， 根据 GB 156 - 1993 《标准电压》 （现已被GB 156-2007 《标准电压》 替代） 相关条文对定义作了加注。 其中 temporary overvoltage 在 GB / T 16935. 1 - 1997 标准中有两个译名 ： 暂态过 电压和短时过电压； 而在 GB / T 2900. 19 - 1994 中 仅 有 一个译名： 暂时过电压； 在 GB 311. 1 - 1997 中则 只出现暂时过电压。 而 transient overvoltage 在这几个 标准中均译为瞬态过电压。 为了统一起见， 考虑到过 电压专业人员较为通用， 将本标准名称由原计划的 《电能质量 暂时过电压和瞬时过电压》 改为 《电能 质量 暂时过电压和瞬态过电压》。
作者信息 林海雪， 男， 中国电力科学研究院， 教授级高级工程师。
15
电能质量国家标准系列讲座 第 6 讲 暂时过电压和瞬态过电压标准 （林海雪） 659
誖
BUILDING
2 011 年 第 11 期 EL ECTRI CI TY
气过电压或雷电过电压， 分为直击雷过电压和感应雷 过电压两种类型。
在本标准中主要根据 GB 311. 1 - 1997 《高压输 变电设备的绝缘配合》， 将过电压按其波形特点分为 “暂时过电压” 和 “瞬态过电压” 两大类。 过电压波 形的幅值和持续时间决定了对设备绝缘和保护装置的 影响程度， “暂时过电压” 是指其频率为工频或某次 谐波 （或间谐波） 频率， 且在其持续时间范围内无 衰减或慢衰减的过电压； “瞬态过电压” 为振荡的 或非振荡的， 通常衰减很快， 持续时间只有几毫秒 且为缓波前 （例如由一些操作产生） 的或几十个微 秒且为快波前 （例如由雷电产生） 的过电压。 但需 指出， “操作过电压”、 “雷电过电压” 虽然通常分 别由操作 （或故障） 及雷击放电所引起， 但其波形 特征未必总是如此。 例如， 当变压器一侧有雷电波 作用时， 经绕组间耦合的电感性传递过电压， 会有 接近于操作过电压的缓波前特征； 而当单相接地 时， 由于相间的电磁耦合， 可在正常相上产生接近 于雷电过电压的快波前特征。 因此本标准中所谓的 “操作”、 “雷电” 过电压是指可分别用缓波前的 操作冲击和快波前的雷电冲击来代表的过电压 （见 表 1）。 此外 GB 311. 1 - 1997 中还有一种 “陡波前 ” 瞬 态 过 电压， 其波前上升时间在 3 ～ 100 ns， 持续时间 ≤ 3 ms， 对 于 这 种 过 电 压 的 标 准 电 压 波 形 和 耐 受 试验波形均在考虑中， 本标准除了表示其典型波
表 1 各类过电压的典型波形 Tab. 1 Typical waveforms of various overvoltage
分类
暂时过电压
缓波前
瞬态过电压 快波前
陡波前
电压波形
电压波形范围
10 Hz < f < 500 Hz 0. 03 s < Tt; 5 000 μs T2 < 20 ms