在電力系統(tǒng)與電子工程領(lǐng)域，“暫態(tài)過電壓”（Transient Overvoltage, TOV）與 “瞬態(tài)過電壓”（Transient Voltage Surge, TVS，或 Fast Transient Overvoltage, FTOV）常被混淆，但二者在持續(xù)時間、能量大小、產(chǎn)生機制、危害對象上存在本質(zhì)區(qū)別，核心分界是 “時間尺度” 與 “能量特性”。以下從定義、關(guān)鍵參數(shù)、產(chǎn)生源、危害、防護(hù)措施五個維度展開對比，明確二者差異：

一、核心定義：時間尺度是根本分界

暫態(tài)與瞬態(tài)的本質(zhì)區(qū)別在于過電壓的持續(xù)時間（從電壓偏離額定值到恢復(fù)正常的時長），這直接決定了能量大小和影響范圍：

暫態(tài)過電壓（TOV）：指持續(xù)時間較長的過電壓，通常定義為毫秒級（ms）至秒級（s），甚至更長（如幾秒到幾十秒），幅值相對溫和（一般為額定電壓的 1.2~2.5 倍，極端場景不超過 3 倍），能量密度低但總能量大（因持續(xù)時間長）。核心特征：“緩慢變化的過電壓”，屬于電網(wǎng)內(nèi)部能量重新分配導(dǎo)致的 “穩(wěn)態(tài)偏移”，而非瞬時沖擊。

瞬態(tài)過電壓（TVS/FTOV）：指持續(xù)時間極短的電壓尖峰脈沖，通常定義為納秒級（ns）至微秒級（μs）（典型范圍：1ns~100μs），幅值極高（可達(dá)額定電壓的 2~10 倍，雷擊場景甚至超過 100 倍），能量密度高但總能量小（因持續(xù)時間極短）。核心特征：“瞬時沖擊性過電壓”，屬于外部干擾或快速操作引發(fā)的 “脈沖式擾動”，瞬間能量集中。

二、關(guān)鍵參數(shù)對比：從時間、幅值到能量

三、產(chǎn)生源對比：內(nèi)部穩(wěn)態(tài)擾動 vs 外部瞬時沖擊

二者的產(chǎn)生機制完全不同，暫態(tài)過電壓源于電網(wǎng)內(nèi)部的能量失衡，瞬態(tài)過電壓源于外部干擾或快速操作：

1. 暫態(tài)過電壓（TOV）的產(chǎn)生源（電網(wǎng)內(nèi)部因素）

操作過電壓：電網(wǎng)開關(guān)設(shè)備（斷路器、隔離開關(guān)）的緩慢操作導(dǎo)致能量重新分配，如：

切除大容量電容（如補償電容柜）：電容放電電流驟減，線路電感產(chǎn)生過電壓；

空載變壓器合閘：鐵芯磁飽和，激磁電流突變引發(fā)過電壓；

線路合閘 / 分閘：長線路電容效應(yīng)導(dǎo)致電壓升高（如 50km 以上架空線空載合閘，電壓可達(dá) 1.5 倍額定值）。

故障過電壓：電網(wǎng)故障導(dǎo)致的電壓異常，如：

單相接地故障（中性點不接地系統(tǒng)）：非故障相電壓升高至√3 倍（約 1.732 倍），持續(xù)至故障切除（幾秒到幾十秒）；

甩負(fù)荷故障：大型負(fù)載（如電機、電弧爐）突然停機，電網(wǎng)功率過剩，電壓升高（如 220V→250V）。

諧振過電壓：電網(wǎng)電感（變壓器、電抗器）與電容（電纜、補償電容）形成諧振，導(dǎo)致電壓放大，持續(xù)時間長（幾秒到幾分鐘），如 “鐵磁諧振”（變壓器鐵芯飽和引發(fā)的低頻諧振）。

2. 瞬態(tài)過電壓（TVS/FTOV）的產(chǎn)生源（外部干擾或快速操作）

雷擊干擾：最常見的瞬態(tài)源，分為 “直擊雷” 和 “感應(yīng)雷”：

直擊雷：雷電直接擊中線路或設(shè)備，產(chǎn)生數(shù)萬伏的尖峰電壓（如 10kV 線路直擊雷，過電壓可達(dá) 100kV）；

感應(yīng)雷：雷電擊中設(shè)備附近的地面或物體，通過電磁感應(yīng)在線路上產(chǎn)生過電壓（幅值通常為 2~10 倍額定電壓）。

靜電放電（ESD）：工業(yè)環(huán)境或日常生活中的靜電釋放，如：

電子廠車間：人員穿戴化纖衣物產(chǎn)生的靜電（電壓可達(dá) 10kV），通過接觸設(shè)備放電，產(chǎn)生 ns 級的瞬態(tài)脈沖；

民用場景：插拔電源插頭時，金屬接觸瞬間的靜電放電（幅值幾百至幾千伏）。

快速開關(guān)操作：電力電子器件的高頻通斷，如：

逆變器（新能源并網(wǎng)、變頻器）：IGBT 開關(guān)頻率達(dá) kHz 級，快速通斷導(dǎo)致線路電感產(chǎn)生尖峰電壓；

繼電器 / 接觸器：觸點快速分?jǐn)鄷r，電弧熄滅瞬間產(chǎn)生的 “電弧過電壓”（持續(xù)時間 μs 級）。

四、危害對象對比：電力設(shè)備絕緣 vs 電子設(shè)備芯片

由于能量特性和時間尺度不同，二者的危害對象存在顯著差異：

1. 暫態(tài)過電壓（TOV）的危害：針對 “電力設(shè)備絕緣”

暫態(tài)過電壓持續(xù)時間長、總能量大，主要破壞高電壓等級的電力設(shè)備絕緣層，導(dǎo)致 “慢性老化” 或 “永久性擊穿”：

變壓器 / 電抗器：絕緣層（如油紙絕緣、環(huán)氧樹脂）長期承受過電壓，出現(xiàn)裂紋、老化，縮短壽命（如 10kV 變壓器長期承受 1.2 倍過電壓，壽命從 20 年降至 10 年）；嚴(yán)重時絕緣擊穿，導(dǎo)致繞組短路燒毀。

電纜 / 絕緣子：電纜絕緣層（如 XLPE 交聯(lián)聚乙烯）被過電壓擊穿，引發(fā) “對地短路”，表現(xiàn)為電纜發(fā)熱、冒煙；絕緣子（如瓷瓶）表面閃絡(luò)，導(dǎo)致線路跳閘。

補償電容：過電壓導(dǎo)致電容介質(zhì)老化加速，出現(xiàn) “鼓包、漏液”，甚至爆炸（尤其并聯(lián)電容柜，單臺電容故障可能引發(fā)連鎖損壞）。

危害特點：不直接損壞精密電子設(shè)備，但會破壞電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，導(dǎo)致大面積停電或設(shè)備長期故障。

2. 瞬態(tài)過電壓（TVS/FTOV）的危害：針對 “電子設(shè)備半導(dǎo)體”

瞬態(tài)過電壓幅值高、能量密度大，主要破壞低電壓等級的電子設(shè)備半導(dǎo)體器件（如芯片、二極管），導(dǎo)致 “瞬時擊穿”：

消費電子：手機充電器、電腦電源的芯片（如 IC、MOS 管）被擊穿，表現(xiàn)為 “通電無反應(yīng)”；電視、路由器的接口電路（如網(wǎng)口、HDMI 口）損壞，無法連接外部設(shè)備。

工業(yè)電子：電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的 ADC 芯片、通信模塊被擊穿，導(dǎo)致 “采樣數(shù)據(jù)固定為 0”“4G / 以太網(wǎng)斷聯(lián)”；數(shù)控機床的伺服驅(qū)動器故障，生產(chǎn)線突然停機。

新能源設(shè)備：光伏逆變器的 IGBT、風(fēng)電變流器的整流芯片被瞬態(tài)過電壓擊穿，導(dǎo)致設(shè)備脫網(wǎng)，出力中斷。

危害特點：不直接破壞電力設(shè)備，但會瞬間損壞精密電子器件，導(dǎo)致局部設(shè)備失效、數(shù)據(jù)丟失，甚至引發(fā)生產(chǎn)中斷。

五、防護(hù)措施對比：針對能量特性的差異化設(shè)計

防護(hù)措施需匹配二者的能量特性，暫態(tài)過電壓側(cè)重 “能量吸收與抑制”，瞬態(tài)過電壓側(cè)重 “快速鉗位與泄放”：

1. 暫態(tài)過電壓（TOV）的防護(hù)措施

避雷器：使用氧化鋅避雷器（MOA），在過電壓超過閾值時導(dǎo)通，將能量泄入大地（適用于 10kV 及以上高壓系統(tǒng)）；

電抗器 / 電容器：在長線路或電容柜中串聯(lián)電抗器，抑制合閘過電壓；并聯(lián)阻尼電阻，消耗諧振能量；

接地優(yōu)化：完善電網(wǎng)接地網(wǎng)（接地電阻≤4Ω），加速故障電流泄放，縮短過電壓持續(xù)時間；

保護(hù)裝置：配置過電壓繼電器，監(jiān)測電壓超限后觸發(fā)開關(guān)跳閘，切除故障源（如切除諧振的電容柜）。

2. 瞬態(tài)過電壓（TVS/FTOV）的防護(hù)措施

浪涌保護(hù)器（SPD）：核心防護(hù)器件，分為電源 SPD（保護(hù)設(shè)備供電）和信號 SPD（保護(hù)通信 / 采樣線），通過壓敏電阻、TVS 二極管快速鉗位過電壓（響應(yīng)時間 ns 級），將幅值限制在設(shè)備耐受范圍內(nèi)；

靜電防護(hù)：電子廠車間配備防靜電地板、防靜電手環(huán)，設(shè)備外殼接地，減少靜電積累；

屏蔽措施：對敏感線路（如采樣線、通信線）采用屏蔽電纜，設(shè)備外殼接地，阻斷電磁感應(yīng)產(chǎn)生的瞬態(tài)干擾；

快速熔斷器：在精密電子設(shè)備前端串聯(lián)快速熔斷器，瞬態(tài)過電壓導(dǎo)致電流突增時，熔斷器瞬間熔斷，保護(hù)后端芯片。

六、總結(jié)：核心區(qū)別一句話概括

簡言之：暫態(tài)過電壓是 “電網(wǎng)的慢性病”，危害基礎(chǔ)設(shè)施；瞬態(tài)過電壓是 “電子設(shè)備的急性病”，秒殺精密芯片。在實際應(yīng)用中，需根據(jù)過電壓的時間尺度和產(chǎn)生源，選擇對應(yīng)的防護(hù)方案，避免混淆導(dǎo)致防護(hù)失效。

審核編輯 黃宇