電氣系統(tǒng)的內(nèi)部過電壓觸發(fā)的原因很多，既有線路參數(shù)匹配引起的工頻過電壓，也有開關(guān)操作時(shí)電弧復(fù)燃引起的操作過電壓；此外還有電感負(fù)載負(fù)荷截流引起的過電壓和電感電容串聯(lián)引起的諧振過電壓。內(nèi)部過電壓，特別是操作過電壓引起的事故時(shí)有發(fā)生；據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，一般工頻過電壓不會(huì)超過2倍相電壓，切除空載線路引起的操作過電壓和間歇性電弧引起的過電壓不會(huì)超過3． 5倍相電壓，鐵磁諧振過電壓不會(huì)超過3倍相電壓。但是，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，事故的發(fā)生往往是幾種過電壓疊加在一起， 過電壓倍數(shù)有時(shí)高達(dá)額定相電壓的7～8倍。
1．操作過電壓
在6～35 kV的中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，當(dāng)進(jìn)行負(fù)載的起動(dòng)或停止操作或發(fā)生事故時(shí)，由于開關(guān)觸頭間電弧重燃，運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生突變，引起電容和電感元件之間電磁能量相互轉(zhuǎn)換，出現(xiàn)一種振蕩性過電壓，即產(chǎn)生操作過電壓。
(1)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)合閘過電壓
理論上認(rèn)為，電動(dòng)機(jī)合閘起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)機(jī)端產(chǎn)生的過電壓為式中， ；為合閘電壓瞬時(shí)值；z；為電動(dòng)機(jī)沖擊波阻抗；Z 為電纜沖擊波阻抗。一般地，Z=100～5000Q，z =20～50 Q，因此電動(dòng)機(jī)合閘起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)機(jī)端產(chǎn)生的過電壓可達(dá)2倍相電壓。對(duì)于真空開關(guān)，觸頭閉合前往往會(huì)發(fā)生預(yù)擊穿，電弧的燃弧和熄滅可達(dá)數(shù)十次，這種預(yù)燃過電壓幅值較大且波前很陡，對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣可造成較大的威脅,電機(jī)產(chǎn)生過電壓可裝設(shè)電機(jī)型過電壓保護(hù)器。
(2) 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)狀態(tài)分閘過電壓
運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在斷開感性負(fù)載時(shí)，由于感性電流不在零點(diǎn)就被迫截?cái)嗉此^的截流，造成開關(guān)觸頭間電弧燃燒很不穩(wěn)定，波形產(chǎn)生高頻振蕩，在電感回路中產(chǎn)生的突變電流會(huì)感應(yīng)出很高的電壓。
1)截流過電壓由于真空斷路器有良好的滅弧性能，當(dāng)斷開小電流時(shí)，真空電弧在過零前就熄滅。由于電流被突然切斷，其滯留于電機(jī)等電感繞組中的能量必然向繞組的雜散電容充電，轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶瞿芰?。?duì)于電機(jī)和變壓器，特別是空載或容量小時(shí)，則相當(dāng)于一個(gè)大的電感，且回路電容較小，因此會(huì)產(chǎn)生大的過電壓。可以產(chǎn)生很高的過電壓，但由于觸頭和回路中有一定的電阻產(chǎn)生損耗以及發(fā)生擊穿，對(duì)過電壓值有相當(dāng)?shù)囊种谱饔?。但這種抑制作用是有限的，不能消除過電壓。因此，特別是對(duì)電感負(fù)載在采用真空斷路器作為操作元件時(shí)，應(yīng)加裝過電壓保護(hù)器,過電壓保護(hù)器型號(hào)有很多種,用戶可根據(jù)自己的保護(hù)對(duì)象來選型。
2)三相同時(shí)斷開過電壓
三相同時(shí)斷開過電壓是由于斷路器首先斷開相弧隙產(chǎn)生重燃時(shí)，流過該相弧隙的高頻電流引起其余兩相弧隙中的工頻電流迅速過零，致使未開斷相隨之被切斷，在其余兩相弧隙中產(chǎn)生類似較大水平的截流現(xiàn)象，從而產(chǎn)生更高的操作過電壓。所產(chǎn)生的過電壓是加在相與相之間的絕緣上。在開斷中小容量電機(jī)或輕負(fù)載情況下容易出現(xiàn)三相開斷過電壓,所以要安裝三相組合過電壓保護(hù)器。
2．諧振過電壓
對(duì)于復(fù)雜的電氣系統(tǒng)，由一系列具有不同自振頻率的振蕩回路組成，其振蕩條件為感抗和容抗相等，即 一 ，或∞L= ， 因此諧振頻率(固有自振頻率)fo = 。在進(jìn)行開關(guān)操作或發(fā)生系統(tǒng)單相接地時(shí)，由于瞬變過程電源波形會(huì)引起某種變化，非正弦的電源波形含有一系列的諧波。當(dāng)電路中的自振頻率之一與電源諧波頻率之一恰好相等時(shí)，就會(huì)發(fā)生這一頻率的諧振過電壓。諧振是一種穩(wěn)定現(xiàn)象，諧振過電壓的持續(xù)時(shí)間可能很長，一旦發(fā)生，往往造成嚴(yán)重的后果。
鐵磁諧振過電壓
正常情況下，電路中電感大于電容，但由于某種原因使電感電壓升高， 電感磁飽和，感抗減小，出現(xiàn)感抗與容抗相等，甚至感抗小于容抗形成相位反轉(zhuǎn)，引起鐵磁諧振，激發(fā)產(chǎn)生持續(xù)的較高幅值的鐵磁諧振過電壓，鐵磁諧振過電壓不會(huì)超過3倍相電壓，實(shí)踐表明，大多在1．5～2倍之間。鐵磁諧振可以是基波諧振、高次諧波諧振、分次諧波諧振。這種諧振產(chǎn)生的過電壓的幅值雖然不高，但因過電壓頻率往往遠(yuǎn)低于額定頻率，鐵心處于高度飽和狀態(tài)，其表現(xiàn)形式可能是相對(duì)地電壓升高、勵(lì)磁電流過大或以低頻擺動(dòng)，引起絕緣閃絡(luò)、避雷器炸裂、高值零序電壓分量產(chǎn)生、虛幻接地現(xiàn)象出現(xiàn)和不正確的接地指示。嚴(yán)重時(shí)還可能誘發(fā)保護(hù)誤動(dòng)作或在電壓互感器中出現(xiàn)過電流引起TV燒壞。盡管10kV裝設(shè)了一次消諧器，但一次消諧器是在發(fā)生諧振以后才會(huì)起作用，鐵磁諧振可以持續(xù)較長時(shí)間，只是由于一次消諧器的作用，諧振持續(xù)時(shí)間很短，但并不能從源頭杜絕諧振。
無論是操作過電壓、線性諧振，還是鐵磁諧振，都應(yīng)在10kV母線側(cè)裝設(shè)了過電壓保護(hù)器、一次消諧器。
電力系統(tǒng)中，負(fù)載起停頻繁，操作過電壓特別是真空開關(guān)操作時(shí)極易產(chǎn)生過電壓。由于電路是由電感、、電容和電阻構(gòu)成的復(fù)雜電路，可以組合成一系列具有不同自振頻率的振蕩回路。在進(jìn)行開關(guān)操作或出現(xiàn)其他異常時(shí)，由于瞬變過程電源波形會(huì)引起某種變化，非正弦的電源波形含有一系列的諧波。當(dāng)電路中的自振頻率之一與電源諧波頻率正好相等時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這一頻率的諧振過電壓。過電壓一旦發(fā)生，往往造成嚴(yán)重的后果。因此在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，除應(yīng)在每組電壓互感器的高壓繞組中性點(diǎn)裝一只一次消諧器，進(jìn)行有效地限制弧光接地過電壓和消除鐵磁諧振外，還應(yīng)在相應(yīng)部位裝設(shè)合適的過電壓保護(hù)器來限制各種過電壓。此外，設(shè)備選型也很重要，如果選型不合適和質(zhì)量存在問題，即便采取再好的措施也難避免事故的發(fā)生。
