【国家标准(GB)】 电能质量 暂时过电压和瞬态过电压

ICS_27.100
中华人民共和国国家标准
GB/T184812001
电能质量wwW.bzxz.Net
暂时过电压和瞬态过电压
Power quality-Temporary and transient overvoltages2001-11-02发布
中华人民共和国
国家质量监督检验检疫总局
2002-04-01实施
GB/T184812001
2引用标准
3术语及其定义
4系统（设备）按最高电压U的划分5电气设备上作用的过电压及其要求目
附录A（标准的附录）电气设备的绝缘水平附录B（提示的附录）交流电气装置的过电压保护附录C(提示的附录）
参考资料
GB/T18481--2001
本标准是电能质量系列标准之-，目前已制定领布的电能质量系列国家标准有：GB12325一1990《供电电压允许偏差》；GB12326--2000《电压波动和闪变》；GB/T14549—1993《公用电网谐波》GB/T15543—1995《三相电压允许不平衡度》和GB/T15945—1995《电力系统频率允许偏差》。本标准主要根据GB/T2900.19.GB156、GB/T16935.1、GB311.1和GB/T16927.1等标准（见引用标准）制定，同时参考了GB311.7和DL/T620等标准。本标准旨在规定电能质量有关暂时和瞬态过电压要求、与之相适应的电气设备绝缘水平，以及过电压保护方法。有关这方面详细的规定，都可以在相关标准中找到。因此本标准不取代已颁布的标准，只是从电能质量角度对这类过电压特性及相关问题作一扼要描述和国外电能质量标准中过电压内容相比，已较为详细。
本标准中引用的国家标准，基本上为近年来等同、等效或非等效采用的国际电工委员会（IEC）相应标准。
本标准的附录A是标准的附录。
本标准的附录B、附录C都是提示的附录。本标准由全国电压电流等级和频率标准化技术委员会提出并归口。本标准起草单位：中国电力科学研究院。本标准主要起草人：林海雪、杜澍春、赵刚。1范围
中华人民共和国国家标准
电能质量
暂时过电压和瞬态过电压
Power quality-Temporary and transient overvoltagesGB/T18481—2001
1.1本标准规定了交流电力系统中作用于电气设备的暂时过电压和瞬态过电压要求、电气设备的绝缘水平，以及过电压保护方法。
1.2当涉及过电压方面电能质量问题时，应根据本标准的规定，结合电网、设备特点和使用环境参照相关的专业标准执行。
1.3本标准不适用因静电、触及高压系统以及稳态波形畸变（谐波）引起的过电压。2引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB156-1993标准电压（neqIEC60038：1983）GB311.1—1997高压输变电设备的绝缘配合（neqIEC60071-1：1993）GB/T2900.19—1994电工术语高电压试验技术和绝缘配合（negIEC60060-1）GB/T16927.1—1997高电压试验技术第一部分：-般试验要求（eqvIEC60060-1：1989)GB/T16935.1一1997低压系统内设备的绝缘配合第一部分：原理、要求和试验(idtIEC60664-1:1992)
3术语及其定义
本标准的术语及其定义基本上引自GB/T2900.19和GB/T16935.1。3.1过电压overvoltage
以U，表示三相系统最高电压，则峰值超过系统最高相对地电压峰值（2/3Um）或最高相间电压峰值（2U）的任何波形的相对地或相间电压分别为相对地或相间过电压。注：系统最高电压是指当系统正常运行时，在任何时间、系统上任何一点所出现的电压最高值（不包括系统的暂态和异常电压。）
3.1.1暂时过电压temporaryovervoltage在给定安装点上持续时间较长的不衰减或弱衰减的（以工频或其一定的倍数、分数）振荡的过电压。3.1.2瞬态过电压transientovervoltage持续时间数毫秒或更短，通常带有强阻尼的振荡或非振荡的一种过电压。它可以叠加于暂时过电压上。
3.1.3缓波前过电压slow-frontovervoltage操作过电压switchingovervoltage一种瞬态过电压，通常是单极性的并且峰值时间在20us和5000μs之间，半峰值时间小于20ms。3.1.4谐振过电压reasonanceovervoltage中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局2001-17-02批准2002-04-01实施
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某些通断操作或故障通断后形成电感、电容元件参数的不利组合而产生谐振时出现的暂时过电压，其持续时间较长，且波形有周期性。3.1.5快波前过电压fast-frontovervoltage雷电过电压lightningovervoltage一种瞬态过电压。通常是单极性的，其波前时间在0.1us和20us之间，半峰值时间小于300μs。3.2冲击耐受电压impulsewithstandvoltage在规定条件下，不造成绝缘击穿、具有一定波形和极性的冲击电压最高峰值。3.3暂时耐受过电压，短时耐受过电压temporarywithstandovervoltage在规定条件下，不造成绝缘击穿的暂时过电压的最大有效值。3.4额定电压ratedvoltage
制造厂对元件、电器或设备规定的电压值，它与运行（包括操作）和性能等特性有关。注：设备可有一个以上的额定电压或可具有额定电压范围。3.4.1额定冲击耐受电压ratedimpulsewithstandvoltage制造厂对设备或其部件规定的冲击耐受电压值，以表征其绝缘规定的抗瞬态过电压的耐受能力。3.4.2标准操作［雷电冲击耐受电压standardswithing[lighting］impulsewithstandvoltage在耐压试验时，设备绝缘能耐受的操作[雷电]冲击电压的标准值。3.4.3标准短时工频耐受电压standardshortdurationpower-frequencywithstandvoltage按规定的条件和时间进行试验时，设备耐受的工频电压标准值（有效值）。3.5过电压类别overvoltagecategory用数字表示瞬态过电压条件。此概念仅适用于直接由低压电网供电的设备。注：用「、I、Ⅱ和N表示过电压类别。过电压类别N是指使用在配电装置电源端的设备（此类设备包含如电表和前级过电流保护设备）上所承受的过电压；
过电压类别是指安装在配电装置中的设备，以及设备的使用安全（工作可靠）性和适用性必需符合特殊要求者（此类设备包含如安装在配电装置中的开关电器和永久连接至配电装置的工业用设备）上所承受的过电压；
过电压类别1是指由配电装置供电的耗能设备（此类设备包含如器具，可移动式工具及其他家用和类似用途负载）上所承受的过电压。如果此类设备的安全（可靠）性和适用性具有特强要求时，则采用过电压类别过电压类别1是指连接至具有限制瞬态过电压至相当低水平措施的电路的设备（例如，具有过电压保护的电子电路）上所承受的过电压。3.6绝缘配合insulationcoordination考虑所采用电压保护措施后，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索，合理地确定设备绝缘水平的过程。3.7额定绝缘水平ratedinsulationlevel足以证明满足所需绝缘耐受能力的一组标准耐受电压。a）对设备最高电压等于或小于252kV的设备.额定绝缘水平用标准雷电冲击和标准短时工频耐受电压表示。
b）对设备最高电压大于252kV的设备，额定绝缘水平用标准雷电冲击和操作冲击或短时工频耐受电压表示。
3.8标准绝缘水平standardinsulationlevel与最高电压标准值U。相应的额定绝缘水平。2
系统（设备）按最高电压U。的划分GB/T18481-2001
U.≤1kV的系统（设备）称为低压系统（设备）Um>1kV的系统（设备）称为高压系统（设备）。高压系统(设备)还可以分为两个范围范围1：1kV范围1U.>252kV
注：设备最高电压等于所在系统的系统最高电压，各级系统（设备）的最高电压在GB156中规定。5电气设备上作用的过电压及其要求5.1交流电力系统中的电气设备，在运行中除了作用有持续工频电压（其值不超过系统最高电压U.持续时间等于设计的运行寿命）外，还受到过电压的作用。按照作用过电压的幅值、波形及持续时间，可分为：
暂时过电压，包括工频过电压、谐振过电压：一瞬态过电压，包括操作（缓波前）过电压、雷电（快波前）过电压。各类过电压的典型波形如表1所示。表1
各类过电压的典型波形
督时过电压
10Hz0. 03 s缓波前
20T<5000s
T<20ms
瞬态过电压
快波前
0. 1 psT<300μs
注：陡波前的标准试验波形及耐受试验在考虑中，本标准中智不涉及。5.2暂时过电压和操作过电压的标么值如下：a）工频过电压的1.0p.u.=Um//3：b）谐振过电压和操作过电压的1.0p.u.=V2U./V3。注：此处Um指系统最高电压。
5.3暂时过电压（工频过电压，谐振过电压）及其要求阴波前
3 ns0.3MHz30kHzTa≤3ms
5.3.1暂时过电压与电力系统结构、容量、参数、运行方式、故障条件以及各种安全自动装置的特性有关。
5.3.2工频过电压一般由线路空载、接地故障和见负荷等引起。系统中工频过电压的限值如下：a）对于范围1的高压系统，工频过电压一般不宜超过下列数值：线路断路器的变电所侧1.3p.u.
线路断路器的线路侧1.4p.u.
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b）对于范围中的110kV及220kV系统，工频过电压不超过1.3p.u，c)3kV~10kV和35kv~66kV系统分别不超过1.1V3p.u.和3p.u.。5.3.3谐振过电压包括线性谐振和非线性（铁磁）谐振过电压，一般因操作或故障引起系统元件参数出现不利组合而产生。系统中应采取防止措施，避免出现谐振过电压的条件：或用保护装置限制其幅值和持续时间。系统中可能出现的谐振过电压有：a）发电机与空载线路连接时，因前者周期性变化的电感与后者电容引起的发电机自励磁（参数）谐振过电压。
b）转子上未装设阻尼绕组的水轮发电机，因不对称短路或负荷严重不平衡时产生的谐振过电压。c）范围1的系统当空载线路上接有并联电抗器，且其零序电抗小于线路零序容抗时，如发生非全相运行状态（分相操动的断路器故障或采用单相重合闸时），由于线间电容的影响，断开相上可能发生谐振过电压。
d）范围I的系统中，当空载线路（或其上接有空载变压器时）由电源变压器断路器合闸、重合闸或由只带有空载线路的变压器低压侧合闻、带电线路末端的空载变压器合闻以及系统解列等情况下，如由这些操作引起的过渡过程的激发使变压器铁心饱和、电感作周期性变化，回路等值电感在2倍工频下的电抗与2倍工频下线路人口容抗接近相等时，可能产生以2次谐波为主的高次谐波谐振过电压。e）范围1的系统中有可能出现下列谐振过电压：1）110kV及220kV系统采用带有均压电容的断路器开断连接有电磁式电压互感器的空载母线，可能产生铁磁振过电压。
2）由单一电源侧用断路器操作中性点不接地的变压器出现非全相或熔断器非全相熔断时，如变压器的励磁电感与对地电容产生铁磁谐振，能产生过电压；有双侧电源的变压器在非全相分合闸时，由于两侧电源的不同步在变压器中性点上可出现接近于2.0p.u.的过电压，如产生铁磁谐振，则会出现更高的过电压。
3）断路器操作中性点不接地的110kV及220kV变压器，因操作机构故障出现非全相或严重不同期时可能产生的铁磁谐振过电压。有单侧电源的变压器，如另一侧带有同期调相机或较大的同步电动机，也类似有双侧电源的情况。4）3kV～66kV不接地系统或消弧线圈接地系统偶然脱离消孤线圈的部分，当连接有中性点接地的电磁式电压互感器的空载母线（其上带或不带空载短线路），因合闸充电或在运行时接地故障消除等原因的激发，使电压互感器过饱和则可能产生铁磁谐振过电压。5）3kV～66kV不接地及消弧线圈接地系统，会因配电变压器高压绕组对地短路或送电线路一相断线且一端接地或不接地，产生铁磁谐振过电压。6）有消弧线圈的系统，可能因消弧线圈的脱谐度选择不当而出现谐振；无消弧线圈的较低电压系统可能因零序电压通过电容（如变压器绕组间或两条架空线路间的电容耦合），由较高电压系统传递到中性点不接地的较低电压系统，或由较低电压系统传递到较高电压系统，或回路参数形成申联谐振条件，产生高幅值的转移过电压。5.3.4低压系统暂时过电压的限值，正在考虑中。5.4瞬态过电压（操作过电压、雷电过电压）及其要求5.4.1操作过电压一般由以下原因引起：a）线路切、合与重合；
b）故障与切除故障；
c）开断容性电流和开断较小或中等的感性电流；d）负载突变。
影响操作过电压的因素除5.3.1中所述外，还和断路器（或熔断器）性能，电力系统中性点接地方式4
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密切相关。由于许多随机因素的影响，操作过电压波形参数、幅值都是随机的（其结果不能预先确知变数，但由大量的计算、模拟试验或在系统中实测可以给出它们位于一定范围内的概率。在以下条款中除统计操作过电压（等于或大于该值的概率为0.02)专门说明外，凡未说明的操作过电压限值均指最大操作过电压（等于或大于该值的概率为0.0014)。5.4.2线路合闻和重合闸过电压的要求a）系统最高电压范围1的空载线路合闸、单相重合闸和成功的三相重合闻（如运行中使用时），在，线路上产生的相对地统计过电压，对330kV和500kV系统分别不大于2.2p.u，和2.0p.u.。b）系统最高电压范围1的线路合阐和重合闻过电压不超过3.0p.u.。5.4.3空载线路分闸过电压的限值a）范围I，线路断路器在电源对地电压为1.3p.u.条件下开断空载线路不发生重击穿，即不应产生过电压。
b）范围1，110kV和220kV开断空载线路过电压不超过3.0p.u.c）范围I，66kV及以下非低电阻接地系统开断空载线路过电压不超过4.0p.u.低电阻接地系统不超过3.2p.u.
5.4.4范围1线路非对称故障分闸和振荡解列过电压不超过5.4.2a）的相应值。范围1不超过5.4.2b)的相应值。
5.4.53kV~66kV用断路器开断并联电容补偿装置时电容器高压端对地过电压不超过4.0p.u.；电容器极间过电压不超过2.152U.c。注：Unc为电容器的额定电压。
5.4.6用断路器开断具有冷轧硅钢片的变压器时，过电压不超过2.0p.u.；开断具有热轧硅钢片铁心的110kV及220kV变压器的过电压不超过3.0p.u.，66kV及以下变压器不超过4.0p.u.，空载变压器和并联电抗器补偿装置合闸产生的操作过电压不超过2.0p.u.。5.4.7高压感应电动机合闸过电压一般不超过2.0p.u.空载分闸过电压不超过2.5p.u.5.4.8大于1kV且小于等于66飞V系统单相间隙性电孤接地过电压的限值，随接地方式不同而异：不接地3.5p.u.
消弧线圈接地3.2p.u.
电阻接地2.5p.u.
5.4.9低压系统操作过电压的限值，正在考虑中。5.4.10雷电过电压及其限制
a）作用于输配电线路的雷电过电压有雷直击于导线、雷击于塔项或避雷线后反击导线而产生的过电压以及雷击于线路及其附近的地面（包括塔顶），由于电、磁场的激烈变化产生的感应过电压。作用于发电厂、变电所电气设备上的雷电过电压，在大多数情况下是沿线路而来的雷电波。b）架空线路上的雷电过电压
1)距架空线路S>65m处，雷击对地放电时，线路上产生的感应过电压最大值为The
式中：U雷击大地时感应过电压最大值，kV；[—雷电流幅值（一般不超过100)，kA；he——导线平均高度，m；
S-一雷击点与线路的距离，m。
.（1)
线路上的感应过电压为随机变量，其最大值可达300kV～400kV，一般仅对35kV及以下线路的绝缘有一定威胁。
2）雷击架空线路导线产生的直击雷过电压为5
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Us~1001
（2）
式中：Us雷击点过电压最大值，kV。.3）因雷击架空线路避雷线、杆顶形成作用于线路绝缘的雷电反击过电压，与雷电参数、杆塔型式、高度和接地电阻等有关。
5.5为监测系统运行中出现的工频过电压、谐振过电压、操作过电压和雷电过电压，宜安装过电压波形或幅值的自动记录装置，并要为收集实测结果。5.6电气设备（装置）在过电压作用下运行的安全性，不仅取决于过电压的限值，还取决于设备的绝缘水平（见附录A）。设备的绝缘水平由制造和绝缘监督来保证。有关过电压保护见附录B。本标准参考资料见附录。
A1低压设备的绝缘水平
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附录A
(标准的附录)
电气设备的绝缘水平
瞬态过电压可作为确定设备绝缘额定冲击电压的基础。设备的额定冲击电压根据不同的过电压类别按GB/T16935.1来选定。暂时过电压与绝缘配合的关系仍在考虑中，但规定其基本固体绝缘和附加固体绝缘应能承受下列暂时过电压：1.5U.+750V短期暂时过电压时间至5s-1.5U.长期暂时过电压时间大于5s（但不超过24h）。(U，为中性点接地的低压电网的标称线对中性点的电压）。过电压类别的划分取决于被控过电压的条件。主要有下面两种控制：a）内在（固有）控制：电气系统内的条件要求该系统的特性能使预期瞬态过电压限制在规定水平；b）保护控制：电气系统内的条件要求以特定的过电压衰减措施可使预期瞬态过电压限制在规定的水平（特定的过电压衰减措施可以是具有储能和耗能措施的器件，并在规定的条件下能无害地消耗预期位置上过电压能量）。
A2高压设备的绝缘水平
高压输变电设备的绝缘配合见GB311.1，有关绝缘水平规定如下：A2.1范围1的设备的绝缘水平列于表A1。在此范围内选取设备的绝缘水平时，首先应考虑雷电冲击作用电压，和每一设备最高电压相对应，给出了设备绝缘水平的两个耐受电压，即：a）额定雷电冲击耐受电压；
b）额定短时工频耐受电压。
A2.2范围I的设备的绝缘水平列于表A2。在此电压范围内，选取设备的绝缘水平时，要考虑操作冲击和雷电冲击作用电压，和每一设备最高电压相对应，给出了设备绝缘水平的两个耐受电压，即：a）额定雷电冲击耐受电压：
b）额定操作冲击耐受电压。
A2.3绝缘试验的规定
表A1、表A2所列的对受电压值对应于标准参考大气条件，如大气条件不同，则应按GB/T16927.1中规定进行校正。
表A1电压范围1（1kV(有效值）
设备最高电压
（有效值）
额定雷电冲击耐受电压（峰值）系列1
系列1
额定短时工题耐受电压
(有效值）
30/423\;35
系统标称电压
（有效值）
设备最高电压
(有效值）
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表A1（完）
额定雷电冲击耐受电压（峰值）系列1
185/2003
1）该栏斜线下之数据仅用于变压器类设备的内绝缘。2）220kV设备，括号内的数据不推荐使用。450/480\
(750)2)
(1050)2)
系列！
80/953.85
额定短时工频耐受电压
（有效值）
185:200
(325)2)
(460)2)
3）为设备外绝缘在干燥状态下之耐受电压。注：系统标称电压3～15kV所对应设备的系列「的绝缘水平，在我国仅用于中性点低电阻接地系统（单相接地故障跳闻时间10s)。
电压范围I（Um>252kV）的设备的标准绝缘水平表A2
额定雷电冲
系统标称
(有效值）
设备最高
(有效值）
相对地
额定操作冲击耐受电压（峰值）相间
相间与相
对地之比
纵绝缘2)
（+295)）
（+450）\
击耐受电压
(峰值)
相对地
额定短时工
频耐受电压
(有效值）
纵绝缘
相对地
（630)
1）栏7括号中数值是加在同一极对应相端子上的反极性工额电压的峰值。2）纵绝缘的操作冲击耐受电压选取栏6或栏7之数值，决定于设备的工作条件，在有关设备标准中规定。3）栏10括号内之短时工频耐受电压值，仅供参考。4）开关设备纵绝缘的额定雷电冲击耐受电压由两个分量组成，一为相对地的额定雷电冲击耐受电压，另一为反极性工频电压，其幅值为(0.7~1.0)V2Um
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附录B
（提示的附录）
交流电气装置的过电压保护
为了保证电力系统发，输、供、配、用电设备的安全，对于系统中出现的暂时和瞬态过电压应采取相应的保护，使其和设备的绝缘水平相配合。本附录提供了交流电气装置过电压保护的一些基本方法。B1暂时过电压的保护
B1.1工频过电压的保护
a）系统中的工频过电压一般由线路空载、接地故障和甩负荷等引起。对范围I的工频过电压，在设计时应结合实际条件加以预测。根据这类系统的特点，有时需考虑几种因索的影响。通常可取正常送电状态下甩负荷和在线路受端有单相接地故障情况下甩负荷作为确定系统工频过电压的条件。
对于工频过电压应采取措施予以降低。一般主要采用在线路上安装并联电抗器的措施限制工频过电压。在线路上架设良导体避雷线降低工频过电压时，宜通过技术经济比较加以确定。b）范围1的工频过电压通常无需采取专门措施加以限制，即可达到本标准规定的限值。但应避免在110kV及220kV有效接地系统中偶然形成局部不接地系统，并产生较高的工频过电压。对可能形成这种局部系统，低压侧有电源的110kV及220kV变压器不接地的中性点应装设间隙。因接地故障形成局部不接地系统时该间隙应动作；系统以有效接地方式运行发生单相接地故障时间隙不应动作。间隙距离的选择除应满足这两项要求外，还应兼顾雷电过电压下保护变压器中性点标准分级绝缘的要求。B1.2谐振过电压的保护
a）防止发电机自励磁（参数谐振）过电压的方法：1）使发电机的容量大于被投人空载线路的充电功率；2）避免发电机带空载线路启动或避免以全电压向空载线路合闸；3）快速励磁自动调节器限制发电机同步自励过电压。对于发电机异步自励过电压，仅能用速动过电压继电保护切机来限制其作用时问。b）为了防止水轮发电机不对称短路或负荷严重不平衡时产生的谐振过电压，应在水轮发电机转子上装设阻尼绕组。
c）为防止5.3.3c)所述谐振过电压需在并联电抗器的中性点与大地之间串接一接地电抗器。该接地电抗器的电抗值宜按补偿并联电抗器所接线路的相间电容选择，同时应考虑以下因素：1）并联电抗器、接地电抗器的电抗及线路容抗的实际值与设计值的变异范围；2）限制潜供电流的要求；
3）连接接地电抗器的并联电抗器中性点绝缘水平。d）为防止5.3.3d)所述谐振过电压，应尽量避免产生2次谐波谐振的运行方式、操作方式以及防止在故障时出现该种谐振的连线：确实无法避免时，可在变电所线路继电保护装置内增设过电压速断保护，以缩短该过电压的持续时间。e）为防止5.3.3e)1)所述谐振过电压，运行中应尽量避免引起此种谐振的操作方式。对新建工程可考虑采用电容式电压互感器。
f）为防止5.3.3e)3)所述谐振过电压，宜在变压器中性点上装设间隙。对该间隙的要求与B1.1b）相同。
g）为防止5.3.3d>所述谐振过电压，可选取下列措施：1）选用励磁特性饱和点较高的电磁式电压互感器；9
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