瞬态过压现象的发生与整个自然界和人为的电气系统的设备操作有关，自然界的雷电、极光、电晕、静电、辐射和电离，都可能导致瞬态过压。在各种不同类型的瞬态现象中，雷电和开关转换冲击是最普遍?

　　每次冲击造成电子设备元器件的损伤，使其工作寿命缩短;

　　因设备故障导致业务停顿造成各类损失。例如邮电通信的GSM基站因雷击故障后，本基站覆盖范围内移动通话收入的减少;

　　因业务突然停顿造成的信誉等不可估量的间接损失，如用户打不通手机，对电信部门服务质量的抱怨(不能保证通信顺畅)。

　　1.2　开关切换造成的瞬态过压

　　导体上有电流流动时，就会产生磁场把能量存储起来，电流越大及导线越长，储能就越多。所以，当电力传输线中断和大负载切换时，在线路上能测到高达3500V的瞬态电压。

　　1.3　雷电造成的瞬态过压

　　一次雷电闪击过程一般由3部分冲击电流组成：第一部分是10μs内从0上升到100kA;第二部分是第一部分开始后半部5ms内达到2kA，总电荷超过20C;而第三部分是在两秒内达到200C。因此，雷击的要害是功率大、能量小、电流大和快速的电流变化。

　　根据IEC1312-1(02.95)的定义，供分析用的一次闪击由下列雷击组成：

　　*一个正或负极性的首次雷击

　　*一个正或负极性的长时间雷击

　　首次雷击10/350μs(参见图2)和后续雷击0.25/100μs电流波形的数学表达为i=(I/h){(t/τ1)10/[1+(t/τ)10]｝exp(-t/τ2)………………(1)

　　t———时间;S

　　τ1———波头时间常数;τ2———波尾时间常数。

　　我们可以按雷电冲击侵入设备的不同形式将雷击分为直击雷和感应雷。

　　设备或线路遭到直接雷击，全部雷电流都可能经过这些设备或线路再入地导走，这种情况称为直击雷。由于落雷的设备或线路上可能承载巨大的雷电流的冲击，因此直击雷造成的破坏性极大。感应雷分为静电感应和电磁感应。雷电形成时，雷雨云底部集中了单极性电荷(如负电荷)，由于对地电场的作用，雷雨云下部的大地感应出相应的正电荷，这就形成了静电感应电场。当雷击放电发生时，雷云和大地之间的电场消失，但雷电在周围空间形成很强的电磁场。由于电磁感应，在被保护物上会产生感应过电压，其过电压幅值与雷电流幅值成正比，与雷击点距离成反比。雷电磁场达到0.07高斯和2.4高斯时会导致微电子设备失灵和损坏，这相当于100kA的雷电流流过避雷针时，距离避雷针2.8km及80m处的磁场。一般来说建筑物内的电子设备和避雷针的距离要比这个距离小得多。同时也意味着在雷击中心2.8km的范围内都可能产生危险过电压。下面介绍雷击对低压系统的几种耦合侵入方式并通过实例加以说明：

　　1.3.1　电阻耦合过电压，(如由屏蔽层电阻或接地电阻引起的耦合)

　　我们也可导出雷击时电缆屏蔽层两端都接地情况下的反击过电压。反击过电压，是指雷击时设备的接地点电位升高，使设备的接地外壳与设备的导电部分之间产生可能使设备损坏的高电压。

　　表示雷击在a处时，建筑物b处的设备负载Zb上的反击过电压：

　　Vf=i2R2-i2(R1+Zb)-dφ/dt=i2R2-i1(R1+Zb)-L1di1/dt…………………………………(2)

　　(2)式中： i1———电缆内芯的冲击电流;i2———电缆屏蔽层的冲击电流;φ———电缆内芯和电缆屏蔽层回路的磁通量;R1———电缆内芯的电阻;R2———电缆屏蔽层的电阻;Zb———建筑物b处的设备负载阻抗;L1———电缆芯线电感。

　　可以通过使i1和i2分别等于零，得到电缆两端屏蔽层分别开路时加在建筑物b处的设备负载Zb上的反击过电压。

　　由于雷电形成过程中的静电场的作用，电荷便积聚在电场中所有的导电物体上。雷击终止后，静电场消失，电荷的重新分布便形成物体内部及阻抗上的电流，由此产生压降导致过电压。

　　1.3.3　电感耦合过电压

　　雷电冲击电流流经导线时，导线周围产生的磁场，会在相邻的各类传输线内感应出一个过电压。

　　1996年4月江西省电力调通局大楼北面相距16m左右的84 m高的微波塔上落雷，大楼中靠北面有一个电缆沟，其中有屏蔽的信号电缆相连的设备安然无恙，唯有一根从八楼计算机房通过这个电缆沟引到十楼调度室终端的RS232通信线没有屏蔽，信号线两端(八楼主机和十楼终端)的RS232接口损坏。从事故情况分析，由于微波塔落雷，雷电流沿几乎垂直的塔材(角钢)向地泄放时，产生水平方向磁场，感应到楼内与塔材平行的信号线上，导致RS232接口损坏：

　　2.1　防雷保护区

　　IEC标准将需要保护的空间划分为不同的防雷区：Z0A区———本区内物体都可能遭到直接雷区;Z0B区———本区内物体不可能遭到直接雷击，但区内电磁场没有衰减;　　Z1区———本区内物质不可能遭到直接雷击，区内电磁场有可能衰减，衰减程度取决于屏蔽措施。

　　在实际应用中，我们一般简单地将防雷分为外部防雷和内部防雷。

　　2.2　外部防雷系统

　　外部防雷系统由避雷针(或避雷带、避雷网)、引下线和接地系统构成。主要作用是为了保护建筑物免受雷击，通过避雷针为雷电流提供快速可靠的泄放入地途径。如果雷击在没有可靠泄放入地通道的物体上，雷电流的高压效应、高热效应、机械效应、静电感应、电磁感应、反击等均会产生极大的破坏力。

　　研究表明，雷电的先驱尖端离地面高度甚至几十米，其前进方向依然可能不受地上和地下特征的影响。具体高度视雷电强度而定。特别是低强度放电对地走向是不稳定的，可能以一个角度接近建筑物。这说明传统的避雷针“保护角”是不可靠的。因此，GB50057-94《建筑物防雷设计规程》不再沿用避雷针的“保护角”概念，而是根据IEC1024-1提法，在设计接闪器时，可单独或任意组合采用滚球法和避雷网格来计算避雷针(或避雷带、避雷网)的保护范围。滚球半径参见规范中的104页。

　　我们在实践中对贵冶623线路防雷改造上全面采用了“球切法”来计算避雷针的保护范围。贵冶623线路的电压等级6kV，全长5km，沿线是水田和丘陵。该线经常遭受严重雷害：瓷瓶炸飞，线路击断，变压器被击坏，雷电窜入低压系统。我们选用的方案是在每基电杆上装V型避雷针(避雷针基座已获国家专利)，针长和角度均经过仔细计算。