周立功致远电子解析电气中不可忽视的一瞬间

在电影《大话西游》中，唐僧的经典对白“打雷啦，下雨啦，快回家收衣服啊！”——打雷，在电气系统中十分容易造成电压的瞬间变化，这种瞬间变化，是什么呢？今天由小编给大家介绍介绍什么是瞬态。

电压的瞬态变化

电压的瞬态变化，简称瞬变，是指电气系统在某些参数发生变化时、或外界干扰信号产生时所产生的瞬间反应。它主要包括三个特点：超高压、瞬时态、高频次。根据其表现，可将其分为以下三种：

冲击瞬变：沿线路或电路传播的瞬态电压波，特点是电压快速上升后缓慢下降；

冲击瞬变

振荡瞬变：信号电压或电流在稳态时的突然变化，并按照系统自然频率振荡。它会使电力信号以非常快的速度交替放大缩小，并常会在一个周期内衰减到零；

振荡瞬变

电压波形缺口：连续（每周期）的电压瞬变现象，如大型变流器在换相过程中短暂相间短路引起的电源电压波形畸变。

电压波形缺口

瞬态过电压

电压的瞬变，将会对工作电路造成比工作电压高得多的过电压的短时作用，即瞬态过电压。其成因可大致分为两类：

外部过电压：主要由雷击引起，特点是持续时间短暂，冲击性强，与雷电活动直接相关而与设备电压等级无关。

外部过电压主要由雷击引起

内部过电压：由线路故障、空载线路投切、隔离开关操作空载母线、操作空载变压器或其它原因在系统中引起的相对地或相间瞬态过电压，其波形具有缓波前、持续时间短、单极性或震荡、强衰减电压特性。

内部过电压主要由线路故障等原因引起

瞬态过电压的危害

对于容性负载设备的危害：任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体都可以构成一个电容器。然而绝缘都只是相对的，过高的电压会导致原本绝缘的物体导电（电容器被击穿），形成一个小型电阻，导致电路中的电流增大，烧坏电路中的设备，甚至可能有造成起火的危险。

瞬态过电压的危害

对于感性负载设备的危害：电磁线圈具有抑制加在它上面的电流发生变化的特性。当断开线圈电源时，为了维持原有电流，将会产生很强的感应电动势（通常可达到外施电压的几十倍），不仅会对本回路造成强干扰，而且还会以电磁感应的方式施扰于临近回路，加大对电气产品的绝缘冲击和触头的磨损。

感性负载设备的危害

瞬态过电压的测量

为了能够监测、捕获与记录电压瞬态变化现象，要求电能质量测量仪器具有以下性能：

高采样率：稳态10kHz级以上，瞬态MHz级以上

高动态范围：输入信号从几百伏至8kV，瞬间变化20倍以上

同时，IEC 61000-4-30定义了瞬变的测量方法：

包络线法：以正弦波为基础设定波形包络线范围，作为瞬变的记录出发条件。可以用于浪涌、波形缺口等瞬变的监测。

方均根值法：使用非常快速的采样，在远小于一个基波周期的间隔内计算，将该方均根值与设定的阈值进行比较。

峰值检测法：设定一个固定的绝对阈值，电压瞬时值超过此值即为瞬变，可用于浪涌监测。

滚动窗口法：将瞬时值与前一个周期上相应的值进行比较，可用于监测功率因数校正电容器投切的低频瞬变现象。