电力系统一些电气设备的绝缘能承受正常工作电压，但是由于各种各样的原因，电网中的某些部分可能会产生高于正常运行时的电压。这种对电气设备的绝缘有破坏性的电压升高，称为过电压。在电力系统各种事故中，很大一部分是由于设备绝缘损坏所造成的，而绝缘损坏，有许多是由于过电压引起的。引起系统过电压的原因主要有两个方面，一是大气过电压（雷电）；另一个就是内部过电压。这里主要给大家分享大气过电压（雷电）的基础知识。
1、雷云的形成
当地面的温度较高时，地面的水分化为水蒸气，并随受热上升的空气升到高空。每上升1km，空气温度约下降10℃，由于温度下降水蒸气便凝结成为小水滴。这一过程连续下去，最后形成浓黑的乌云。
关于乌云带电的机理有多种解释，但至今没有统一的定论。一般来说，主要由于以下三种原因，使乌云中带有大量的电荷，从而形成雷云。
第一种带电的原因是水滴破裂效应。当空中的水滴在气流的作用下被吹散，较大的残滴带有正电，而细微的水沫带有负电，这是因为在水滴表面有很多电子的缘故。
第二种带电的原因是吸收电荷效应。在大气中有射线穿过并存在方向向下的电场。由于射线的作用，空气游离产生正、负离子。中性水滴在电场的作用下受到极化，使其上端出现负电荷，下端出现正电荷。受极化的大水滴在重力作用下，向下坠落，其下端将吸收空气中的负离子，排斥正离子，其上端由于下降速度大，而来不及吸收正离子，这样使整个大水滴带负电。受极化的小水滴被气流带着向上走，其上端的极化负电荷吸收正离子，所以小水滴带正电荷。
第三种带电的原因是水滴结冰效应。 试验发现，水在结冰时会带正电荷，而没有结冰的水带负电荷。所以当云中冰晶区中的上升气流将冰粒上面的水带走以后，就会导致电荷的分离，因而便使不同云区带电。
2、雷云对地放电的过程
雷云对地放电的发展过程如图1 所示。
图 1
当雷云与大地之间的电场强度达到25-30kv/cm时，空气产生强烈游离， 形成指向大地的一段导电通道，此通道称为先导放电通道，简称先导通道。当先导放电通道的头部与大地上感应电荷集中的电场强度达到了极高的数值，使空气急剧游离。游离后产生的正、负电荷分别向上、向下运动去中和先导放电通道被击点的电荷，这就是主放电阶段。主放电存在的时间极短，为50-100µs。主放电时电流可达数千安，电压可达千万伏至上亿伏。
由于主放电过程中高速运动时的强烈摩擦以及复合等原因，使通道发出耀限的强光，这就是通常所见到的“雷闪”。又由于通道突然受热和冷却而形成的猛烈膨胀和压缩，以及在高压放电火花的作用下，使水和空气分解，产生瓦斯爆炸，于是就发出强烈的“雷鸣”。当主放电完成以后，雷云中的剩余电荷沿着导电的通道流向大地，形成余辉放电，其电流约为10-10³A.
3、直击雷和感应雷
1）直击雷
当雷云通过线路或电气设备放电时称为直击雷。主放电瞬问通过线路或电气设备将流过数百千安的巨大雷电流，并以光速向线路两端涌去。这时若没有适当设备将雷电流迅速引人大地，则大量电荷将使线路发生很高的过电压，势必将绝缘薄弱处击穿而导人大地。这种过电压称为直击雷过电压，它的大小取决于雷电流的幅值与雷电流波头的陡度(即雷电流变化的速度)。
如果直击雷落在铁塔上，即雷云通过铁塔放电，一旦铁塔底脚接地电阻过大，则雷电流泄入大地时势必在铁塔上产生很高的压降。例如，雷电流幅值为30kA,铁塔接地电阻为40Ω，则雷电流所产生的对地电压为30×40=1200（kv），这样高的电压有可能击穿设备或线路的绝缘，这种现象通常称为“反击”。
2）感应雷
当雷落在线路附近时，会在导线上感应出过电压，该过电压沿着导线向两端传出，落雷点离线路越近，则感应过电压越高。
在导线上，雷电感应过电压是怎样形成的呢？在雷云放电的起始阶段，雷电先导通道中充满与雷云同极性的电荷逐渐向地面发展。如果地面附近有线路通过，由于线路导线对大地有对地电容C，因而雷云对导线发生静电感应，相当于在导线上充以大量与雷云不同极性的电荷Q，如图2（a）所示。此时在导线上随着雷电感应的充电过程，逐渐建立一个雷电感应电压Ug。Ug=Q/C。
图 2
由于雷电先导通道发展较慢，所以导线上电荷聚集的过程较慢，感应过电压是逐渐建立而增高的。此时由于电荷受雷云的束缚，所以导线上的雷电流很小。当雷云对附近地面放电时，先导通道中的电荷和地面迎雷先导中的不同极性电荷迅速中和(闪电)，于是导线上的束博电荷失去束缚力而转变为自由电荷，它在雷电感应过电压的推动下，以电磁波的速度向导线两侧传播，如图2(b)所示即是感应 过电压冲击波的形成过程。可见，雷击地点离导线越近，则导线上的感应过电压就越高。如果雷击地点离导线过近时，雷云就会直接对导线放电，这时导线上呈现的就不是感应过电压，而是直击雷电压。因此计算感应过电压时，规程中要求直接雷击点与线路之间的距离S应大于65m。此时，雷云对地放电，在导线上产生的感应过电压最大值的计算式为Ug=25×（Ihd/s）。
式中I——雷电流幅值，KA；hd——导线平均悬挂高度，m；s——雷击点距线路的距离，m。
例：某工厂10KV的配电线路，导线平均悬挂高度为10m，雷击距线路水平距离为70m，其电流幅值100KA，求感应过电压Ug。
解: Ug=25×（Ihd/s）=25×（100×10/70）=357.14（KV）
由此例可以看出，在线路上出现的感应过电压为线路额定电压的三十多倍，势必会击穿绝缘而造成严重的破坏。
感应过电压的幅值通常都为100-150KV，有时可达250-300KV，在极少情况下能达到500-600KV。
无论是直击雷还是感应雷，都会在电气设备上产生很高的电压，都会危及电气设备的安全运行，这在防雷保护中需要加以考虑。一般前者比后者危险得多，故更应引起人们的注意。
雷电过电压的形式除了直击雷和感应省这两种基本形式外，还有一种是沿着架空线路侵入变配电所或客户的雷电波，这种雷电波是由线路遭受直击雷或发生感应雷而产生的。据调查统计，电力系统中由于雷电波侵入而造成的雷害事故在整个雷害事故中占一半以上，因此对雷电波侵人的防护应予以重视。
4、雷电的危害
雷电的危害主要表现在以下几方面:
(1)雷电的机械效应。击毁杆塔和建筑物。
(2)雷电的热效应。烧断导线，烧毁设备，引起火灾。
(3)雷电的电磁效应。产生过电压，击穿电绝缘，甚至引起火灾和爆炸，造成人畜伤亡。
（4）雷电的闪络放电。引起绝缘子烧坏，开关掉闸，线路停电或引起火灾等。
当强大的雷电流通过树木、输电线路的木杆和木横担时，木质纤维内的水分受热突然汽化，体积急剧膨胀，以致劈裂飞散。这种雷电流的机械效应也会击毁建筑物和砖砌烟囱等。通过金属导体的雷电流会产生很大的热效应，可使导线熔断。雷击木质纤维时，也往往因发热而起火燃烧。雷击人畜所造成的死亡事故是大家所熟知的，即使雷击于临近人畜的建筑物上或大地时，也会因逆闪络和跨步电压而发生严重伤亡。所以，雷雨时除工作外，应尽量少在户外或野外逗留。在户外工作时尽量不要站在露天里，尤其要距电杆、大树等5m以外。
还有一种球滚雷，它能沿地面滚动或在空气中飘行而伤害人畜。当球滚雷击于建筑物附近时，强电磁会在建筑物的金属连接物之间感应出很高的电压(雷电的二次作用)，产生火花放电，严重地威胁着易燃品和爆炸品仓库的安全。为此，雷雨时最好关好门窗，以防止出现的球滚雷浸入房间对人体、房屋及设备造成危害。
