电力系统过电压考试复习.docx

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1、n 当电力系统进展操作或发生接地故障时，就会在由电气设备构成的集中参数电路中产生电磁暂态过程，引起系统电压的升高或产生过电流。 n 当电力系统中某一点突然发生雷电过电压或操作过电压时，这一变化并不能立即在系统其它各点出现，而要以电磁波的形式按一定的速度从电压或电流突变点向系统其它部位传播。n 电磁波在分布参数电路中传播产生的暂态过程，简称波过程。 一般架空单导线线路的波阻抗Z500，分裂导线波阻抗Z300n 冲击电晕对导线耦合系数的影响 发生冲击电晕后，在导线周围形成导电性能较好的电晕套，在这个电晕区内充满电荷，相当于扩大了导线的有效半径，因而及其它导线间的耦合系数也增大。 n 冲击电晕对波阻

2、抗和波速的影响 冲击电晕将使线路波阻抗减小 、波速减小 n 冲击电晕对波形的影响 冲击电晕减小波的陡度、降低波的幅值的特性，有利于变电所的防雷保护。最大电位梯度出现在绕组的首端。冲击电压波作用于变压器绕组初瞬，绕组首端的电位梯度是平均电位梯度的l倍。 l越大，电位分布越不均匀，相应绕组的抗冲击能力越差。危及变压器绕组的首端匝间绝缘 n 最大电位梯度均出现在绕组首端，其值等于U0，对变压器绕组的纵绝缘匝间绝缘有危害 。n 绕组内的波过程除了及电压波的幅值有关外，还及作用在绕组上的冲击电压波形有关。过电压波的波头时间越长陡度越小，由于电感分流的影响，振荡过程的开展比拟和缓，绕组各点的最大对地电压和

3、纵向电位梯度都将下降；反之那么振荡越剧烈。波尾也有影响，在短波作用下，振荡过程尚未充分激发起来时，外加电压已经大为减小，导致绕组各点的对地电压和电位梯度也比拟低。 n 变压器绕组内部保护的关键措施是：改善绕组的初始电位分布，使初始电位分布尽可能地接近稳态电位分布。这可有效地降低作用在绕组纵绝缘上的电位梯度，并削弱振荡，减小振荡过电压的幅值 。1补偿对地电容C0的影响；静电环 2增大纵向电容K0 纠结式绕组 绕组匝间绝缘所承受的冲击电压为 n 侵入波的陡度愈大，每匝线圈的长度愈长，或波速愈小，那么作用在匝间的电压也愈大。n 为了限制匝间电压以保护绕组的匝间绝缘，必须采取措施来限制侵入电机的波的陡

4、度。 雷电放电(先导放电、 主放电 、余光放电 )A雷暴日/雷暴小时 B。落雷密度C雷电流 1、雷电流幅值的概率分布 2、雷电流波形 3、雷电流陡度 4、雷电流的极性避雷针由接闪器、引下线和接地体三局部组成 避雷线的接闪器为悬挂在空中的水平接地导体。 1.过电压限制器的放电电压应略高于系统的最大工作电压。2.应具有良好的伏秒特性，及被保护设备有合理的绝缘配合。3.应有较强的绝缘强度自恢复能力。 阀式避雷器、排气式避雷器 、氧化锌避雷器 n 接地是指将电力系统或建筑物内的电气设备的某一局部及大地相连接，及大地保持等电位。接地是由接地装置实现的。n 接地装置包括接地体及接地线，接地体是埋设于大地并

5、直接及大地土壤接触的金属导体，其作用是减小接地电阻，接地线是连接被接地物及接地体的金属导线。1工作接地 电力系统正常运行的需要而设置的接地。例如三相系统的中性点接地，双极直流输电系统的中点接地等。其作用是稳定电网的对地电位，以降低电气设备的绝缘水平，并有利于实现继电保护。工作接地要求的接地电阻一般为0.55。2保护接地 为了人身平安，而将电气设备的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等加以接地。这样可以保证金属外壳处于地电位，一旦设备绝缘损坏而使外壳带电时，不致有危险的电压升高对人身平安造成威胁。同时也要将接触电势和跨步电势限制在平安范围。高压设备接地保护要求的接地电阻为110。3防雷接地 针对

6、防雷保护的需要而设置的接地，比方杆塔的接地、高层建筑物的接地、避雷装置的接地等，目的是将雷电流平安地导入大地，并减小雷电流通过接地装置时的地电位升高。架空输电线路杆塔的接地电阻一般不超过1030，避雷器的接地电阻一般不超过5。n 发电厂和变电站的接地 同时起到工作接地、平安接地和防雷接地的作用。发电厂变电站的接地体主要采用由扁钢水平敷设组成的地网，以将变电站内的设备及接地体相连，同时使站内的地表电位分布均匀，其面积S大体及发电厂和变电所的面积一样。 雷击线路可能引起两种破坏：短路接地故障，引起线路跳闸停电事故；雷击线路形成的雷电过电压波侵入波，沿线路传播侵入变电所，危害变电站电气设备的平安运行

7、。输电线路防雷性能的重要指标是耐雷水平和雷击跳闸率。 感应过电压的静电分量:由于先导通道中电荷所产生的静电场突然消失而引起的感应电压。感应过电压的电磁分量:由于主放电通道中雷电流所产生的磁场变化而引起的感应电压。由于主放电通道及导线几乎互相垂直，电磁感应较弱，因此电磁分量不大，约为静电分量的1/5。感应雷过电压的极性及雷电流极性相反，并且感应雷过电压的静电分量和电磁分量都是由同一主放电过程产生的电磁场突变引起的，感应雷过电压中静电分量起主导作用。 还击：作用于绝缘子串上的电压超过其50%冲击放电电压，绝缘子串会发生杆塔对导线放电导致的闪络。绕击：雷绕过避雷线而击于导线 输电线路的防雷措施 ：架

8、设避雷线 防止雷直击导线；分流；使杆塔电位下降；耦合作用，降低绝缘子串上的过电压；屏蔽作用，降低导线上的感应过电压。降低杆塔接地电阻 架设耦合地线 分流；耦合 采用不平衡绝缘方式 装设自动重合闸 加强线路绝缘 安装线路避雷器加装塔顶拉线 架设旁路架空地线 变电站侵入波的防护，采取的主要措施是采用避雷器。 不管被保护设备位于避雷器前或避雷器后，只要设备离避雷器有一段距离，那么设备上所受冲击电压的最大值必然高于避雷器的残压，其差值为 2当侵入波的陡度一定时，避雷器及被保护设备之间的电气距离越大，设备上的电压高出避雷器的残压也就越多。因此，要使避雷器起到良好的保护作用，它及被保护设备之间的电气距离就

9、不能超过一定的值最大电气距离。 进线段：指靠近变电站长度为12的一段架有避雷线的线路。进线段保护是指在进线段上加强防雷保护措施。对于35110全线无避雷线的线路，进线段必须架设避雷线，避雷线对导线的保护角不大于20；对于110及以上全线架设避雷线的线路，在进线段内应使保护角减小，并使进线段线路有较高的耐雷水平。 作用：减少直击雷形成侵入波的概率；削弱侵入波的陡度，降低侵入波的幅值；限制流入避雷器的雷电流。 旋转电机及输电线路的连接形式：1非直配电机：经过变压器后再及架空线相连接的电机；2直配电机：直接及架空线相连包括经过电缆线、电抗器等元件及架空线相连的电机。 电机防雷的特点 1在同一电压等级

10、的电气设备中，旋转电机的冲击绝缘强度最低。 2发电机只靠避雷器保护是不够的，还必须及电容器、电抗器和电缆段等配合起来进展保护 。 3电机匝间绝缘要求严格限制侵入波的陡度。 直配电机的防雷保护：在发电机出线母线上安装一组避雷器 ；在发电机母线上装设一组并联电容器C； 在发电机和架空线间接入一段电缆并在电缆首端加装管式避雷器 ；当发电机中性点有引出线时，在中性点加装一只避雷器 ；在电缆首端前方70m加装管式避雷器以发挥电缆段的作用 ；60以上的发电机不能及架空线直接连接，不能以直配电机的方式运行。 非直配电机的防雷保护：经变压器升压送电的非直配电机在防雷上比直配电机可靠 。经变压器送电的发电机可能

11、受到的雷电过电压是经由变压器绕组传递而来的过电压。 经变压器送电的特别重要的发电机，在其出线上宜装设一组氧化锌避雷器，以保证平安。在多雷区，也需要在发电机出线的母线上装设并联电容器，并在中性点安装避雷器，以保证重要发电机的平安。 在电力系统内部，由于断路器的操作或发生故障，使系统参数发生变化，引起电网电磁能量的转化或传递，在系统中出现过电压，这种过电压称为内部过电压。暂时过电压包括工频电压升高及谐振过电压；持续时间比操作过电压长。 操作过电压即电磁暂态过程中的过电压；一般持续时间在 0五个工频周波以内的过电压称为操作过电压。 电感及电容上压降反相,且线路的容抗远大于感抗，使U2U1，造成线路末

12、端的电压高于首端的电压。线路末端接有并联电抗器时，线路末端电压U2将随电抗器的容量增大减小而下降。并联电抗器的电感能补偿线路的对地电容，减小流经线路的电容电流，削弱了电容效应。n 电源漏抗的存在犹如增加了线路长度，加剧了空载长线路末端的电压升高。n 在单电源供电系统中，应以最小运行方式的为依据，估算最严重的工频电压升高。 n 对于两端供电的长线路系统，进展断路器操作时，应遵循一定的操作程序：线路合闸时，先合电源容量较大的一侧，后合电源容量较小的一侧；线路切除时，先切容量较小的一侧，后切容量较大的一侧。这样操作能降低电容效应引起的工频电压升高。n 在超高压输电系统中，常用并联电抗器限制工频电压升

13、高。并联电抗器可以接在长线路的末端，也可接在线路的首端和输电线的中部。线路上接有并联电抗器后，沿线电压分布将随电抗器的位置不同而各异。n 并联电抗器的作用不仅是限制工频电压升高，还涉及系统稳定、无功平衡、潜供电流、调相调压、自励磁及非全相状态下的谐振等方面。 当系统发生单相或两相不对称对地短路故障时，短路引起的零序电流会使健全相上出现工频电压升高，其中单相接地时非故障相的电压可达较高的数值，假设同时发生健全相的避雷器动作，那么要求避雷器能在较高的工频电压作用下熄灭工频续流。 ：接地系数，说明单相接地故障时，健全相的对地最高工频电压有效值及故障前故障相对地电压有效值之比。中性点绝缘的系统：X0

14、主要由线路容抗决定，为负值。单相接地时，健全相电压升高约为线电压的 1.1 倍 -20。选择避雷器灭弧电压时，取 110% 的线电压110% 避雷器。中性点经消弧线圈接地系统：在过补偿状态运行时，X0 为很大的正值；欠补偿运行时， X0 为很大的负值。单相接地时健全相电压接近线电压。选择避雷器灭弧电压时，取 100% 的线电压100% 避雷器。 对中性点直接接地的110 220系统：X0 为不大的正值，一般X013，健全相上电压升高不大于倍相电压，约为80% 的线电压 80% 避雷器。 当甩负荷后，发电机中通过激磁绕组的磁通来不及变化，及其相应的电源电势Ed 不变。原来负荷的电感电流对主磁通的

15、去磁效应突然消失，而空载线路的电容电流对主磁通起助磁作用，使Ed上升。因此加剧了工频电压的升高。其次，从机械过程来看，发电机突然甩掉一局部有功负荷，而原动机的调速器有一定惯性，在短时间内输入给原动机的功率来不及减少，主轴上有多余功率，这将使发电机转速增加。转速增加时，电源频率上升，不但发电机的电势随转速的增加而增加，而且加剧了线路的电容效应。 线路的电容电流流过电源感抗也会造成电压升，同样会增加电容效应，犹如增加了导线的长度一样。显然，电源容量越小，电容效应越严重。 在线路末端接入电抗器，相当于减小了线路长度，因而降低了电压传递系数，可以降低线路的末端电压。 电抗器可以安装在线路的末端、首端、

16、中间，其补偿度及安装位置的选择，必须综合考虑实际系统的构造、参数、可能出现的运行方式及故障形式等因素，然后确定合理的方案。 电力系统包含有许多电感和电容元件 L：发电机、变压器、互感器、电抗器、消弧线圈等; C：线路对地电容、导线间电容、补偿用的并、串联电容、高压设备的杂散电容、均压电容等。n 当系统进展操作或发生故障时，这些电感、电容元件形成各种振荡回路，在一定条件下，可以产生串联谐振现象，导致系统中某局部或某元件上出现严重的谐振过电压。n 谐振过电压持续时间比操作过电压长得多，甚至可稳定存在，直到破坏谐振条件为止。但在某些情况，谐振发生一段时间后会自动消失，不能自保持。n 谐振过电压的危害

17、性既决定于其幅值大小，也决定于持续时间长短。谐振过电压将危及电气设备绝缘，也可能因谐振持续的过电流烧毁小容量电感元件设备(如电压互感器)。 电感元件是线性的；完全满足线性谐振的时机极少，但是，即使在接近谐振条件下，也会产生很高的过电压。线性谐振条件是等值回路中的自振频率等于或接近电源频率。其过电压幅值只受回路中损耗电阻的限制。电感参数在某种情况下发生周期性的变化 ；参数谐振所需能量来源于改变参数的原动机，不需单独电源，一般只要有一定剩磁或电容的剩余电荷，参数处在一定范围内，就可以使谐振得到开展。电感的饱和会使回路自动偏离谐振条件，使过电压得以限制。 电路中的电感元件因带有铁芯，会产生饱和现象，

18、这种含有非线性电感元件的电路，在满足一定条件时，会发生铁磁谐振。电力系统中发生铁磁谐振的时机是相当多的。国内外运行经历说明，它是电力系统某些严重事故的直接原因。在中性点不接地的配电网中, 消弧线圈的主要作用是补偿系统单相接地故障的短路电流。 n 利用消弧线圈灭弧后，故障相恢复电压的自由振荡的角频率及系统电源的角频率相接近，恢复电压将以拍频的规律缓慢上升，从而可以保证电弧不再发生重燃和最终趋于熄灭，使系统恢复正常运行。n 系统装设消弧线圈后，熄弧后故障点的恢复电压为n 消弧线圈的功能有：补偿系统单相接地电容电流、延缓恢复电压的上升速度促使电弧自熄。 n 从减小残流、熄灭接地电弧来说，消弧线圈的脱

19、谐度越小越好。n 实际系统中消弧线圈又不宜运行在全补偿状态，因为系统正常运行时，电网三相对地电容不对称，可能在系统中性点上出现较大的位移电压。当系统接入消弧线圈后，恰好形成零序谐振回路，在系统位移电压的作用下将发生线性谐振现象。在超高压电网中，为抑制空载长线路的重合闸过电压，一般采用单相自动重合闸，即电网中单相断路器操作是一种正常的不对称操作，而且超高压电网并联电抗器的补偿度通常在60%以上。系统发生不对称操作情况时，会使健全相对断开相的相间电容及断开相的对地电抗器形成串联谐振回路，由于电抗器的线性度很高，这种电感、电容效应将会产生较高的工频过电压，使得故障开断相的工频接地电弧潜供电流不能熄灭

20、，自动重合闸也就归于失败。n 在电力系统中，当发生不对称接地故障或断路器的不同期操作时，将会出现零序电压和零序电流，通过静电和电磁耦合，会在相邻的低压平行线路中感应出传递过电压；n 当变压器的高压绕组侧出现零序电压时，会通过绕组间的杂散电容传递至低压侧，危及低压绕组绝缘或接在低压绕组侧的电气设备。 在变压器的不同绕组之间亦会发生电压的传递现象。如果传递的方向是从高压侧到低压侧，那就可能危及低压侧的电气设备绝缘的平安。假设及接在电源中性点的消弧线圈或电压互感器等铁磁元件组成谐振回路，还可能产生线性谐振或铁磁谐振的传递过电压。抑制传递过电压的措施：防止出现系统中性点位移电压，如尽量使断路器三一样期

21、操作；装设消弧线圈后，应当保持一定的脱谐度，防止出现谐振条件；在低压绕组侧不装消弧线圈的情况下，可在低压侧加装三相对地电容，以增大3C0。产生串联铁磁谐振的必要条件是：电感和电容的伏安特性曲线必需相交n 在一样的电源电势作用下，回路有两种不同性质的稳定工作状态。在外界激发下，电路可能从非谐振工作状态跃变到谐振工作状态，相应回路从感性变成容性，发生相位反倾现象，同时产生过电压及过电流。 n 非线性电感的铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件饱和效应本身也限制了过电压的幅值。此外，回路损耗也是阻尼和限制铁磁谐振过电压的有效措施。n 基波铁磁谐振 、高次谐波谐振、分频谐振 非全相运行时的谐振电

22、路，在一定的参数配合和激发条件下，可能会产生基频、高频或分频谐振。 当发生基频谐振时，会出现三相对地电压不平衡，如两相电压升高、一相电压降低，或三相电压同时升高的现象。在负载变压器侧可能发生负序电压占主要成分的情况，引起系统相序反倾，造成小容量电机反转的现象。 为防止断线过电压，限制措施：保证断路器的三一样期动作，不采用熔断器设备；加强线路的巡视和检修，预防发生断线；假设断路器操作后有异常现象，可立即复原，并进展检查；不要把空载变压器常期接在系统中；在中性点接地的电网中，合闸中性点不接地的变压器时，先将变压器中性点临时接地。这样做可使变压器未合闸相的电位被三角形联接的低压绕组感应出来的恒定电压

23、所固定，不会引起谐振。正常运行时，电压互感器的励磁阻抗很大，所以每相对地阻抗L和C0并联后呈容性，三相根本平衡，系统中性点0的位移电压很小。但当系统中出现某些扰动，使电压互感器三相电感饱和程度不同时，系统中性点就有可能出现较高的位移电压，激发起谐振过电压。使电压互感器产生严重饱和的情况有：电源突然合闸到母线上，使接在母线上的电压互感器某一相或两相绕组出现较大的励磁涌流，而导致电压互感器饱和；由于雷击或其它原因使线路发生瞬间单相电弧接地，使系统产生直流分量，而故障相接地消失时，该直流分量通过电压互感器释放，而引起电压互感器饱和；传递过电压，例如高压绕组侧发生单相接地或不同期合闸，低压侧有传递过电

24、压使电压互感器产生饱和。参数谐振过电压特点：参数谐振所需要的能量由改变参数的原动机供应，不需要单独的电源，一般只要有一定的剩磁或电容中具有很小的剩余电荷，就可以使谐振得到开展。由于回路中有损耗，所以参数变化所引入的能量必须足以补偿损耗能量，才能保证谐振的开展。对一定的回路电阻R，存在一定的谐振范围。谐振发生以后，由于电感的饱和，使回路自动偏离谐振条件，使自励磁过电压不能继续增大。抑制参数谐振过电压措施有：利用快速自动励磁调节装置消除同步自励磁；在超高压电网中投入并联电抗器，补偿线路电容，使得等值容抗大于和，从而消除谐振；临时投入串联电阻。 操作过电压 切：L空变、L、电动机 C空线、电容器组

25、解列 合：空线35及以下中性点不接地系统发生单相弧光接地时，不大的电容电流流经接地点，产生时燃时灭的电弧相当于开关的反复操作。弧光接地过电压操作引起暂态过程，电磁能量发生转化，出现过电压。 操作过电压幅值及系统额定电压有关限制操作过电压措施：带并联电阻的断路器、高压并联电抗器间歇性电弧接地过电压产生机理：当中性点不接地系统中发生单相接地时，经过故障点将流过数值不大的接地电容电流。 随着电网的开展和电压等级的提高，单相接地电容电流随之增加，一般 6 l0 电网的接地电流超过30A，35 60 电网的接地电流超过10A 时电弧便难以熄灭。但这个电流还不至于大到形成稳定燃烧电弧，因此可能出现电弧时燃

26、时灭的不稳定状态，引起电网运行状态的瞬时变化，导致电磁能量的强烈振荡，并在健全相和故障相上产生过电压，过电压产生原因： 当发生间歇性电弧接地时，健全相对地电压的起始值及稳态值不同，电容及电源电感产生振荡引起过电压。每隔半个工频周期依次发生熄弧和重燃，健全相的最大过电压为 3.5.，故障相的最大过电压为 2.0 .。限制措施：消除间歇性电弧 110 及以上电网大都采用中性点直接接地的运行方式单相短路电流，断路器跳闸切除故障 35 及以下电压等级的配电网采用中性点经消弧线圈接地的运行方式补偿电容电流消弧线圈的根本作用： 补偿流过故障点的短路电流，使电弧能自行熄灭，系统自行恢复到正常工作状态。 降低

27、故障相上的恢复电压上升的速度，减小电弧重燃的可能性。空载变压器分闸过电压产生原因：由于截流留在电感中的磁场能量转化为电容上的电场能量。影响因素：1断路器的性能 切除空载变压器引起的过电压及截流数值成正比，断路器截断电流的能力愈大，过电压 就越高。2变压器的参数 变压器 L 愈大，C 愈小，那么过电压愈高。当电感中的磁场能量不变，电容 C 愈小时，过电压也愈高。3变压器的相数、线组接线方式、铁芯构造、中性点接地方式、断路器的断口电容，以及及变压器相连的电缆线段、架空线段等，都会对切除空载压器过电压产生影响。 限制措施：切断空载变压器过电压的特点是：幅值高、频率高，但持续时间短、能量小。 只要在变

28、压器任一侧装上普通阀式避雷器就可以有效限制这种过电压。计算说明：普通阀型避雷在雷电过电压下动作后所吸收的能量，要比变压器线圈中贮藏的能量大一个数量级。实际运行中也未发现因切空载变压器而引起避雷器损坏的情况。由于这种避雷器安装的目的是用来限制切除空载变压器过电压的，所以在非雷雨季节也不应退出运行。 空载线路分闸过电压 假设使用的断路器的灭弧能力不够强，以致电弧在触头间重燃时，切除空载线路的过电压事故就比拟多，因此，电弧重燃是产生这种过电压的根本原因。影响因素：1断路器的性能 随着断路器制造质量的提高，断路器已能做到根本上不重燃，使得这类过电压降到了次要的位置。2中性点接地方式 中性点非直接接地电

29、网中，三相断路器分闸不同期会构成瞬间的不对称电路，使中性点产生位移，相间的耦合，使过电压增高。3损耗 电晕要消耗能量，电源及线路损耗使过电压降低。4其它 假设母线上有很多出线时，过电压降低。此外，当线路装有电磁式电压互感器时，将泄放线路上的剩余电荷，降低了过电压。 限制措施1采用不重燃断路器2在断路器装设分闸电阻 切除线路时，先翻开主触头，R 上的压降就是主触头两端的恢复电压。经过一段时间后，辅助触头才翻开，此时它的恢复电压也较低，不会发生电弧的重燃，即使发生重燃，R 的阻尼使过电压降低。3线路上装设泄流设备 在线路侧假设接有并联电抗器或电磁式电压互感器，都能使线路上的剩余电荷得以泄放或产生衰

30、减振荡，到达降低过电压的目的。 4装设避雷器 空载线路合生过电压的根本原因：电容、电感的振荡，其振荡电压叠加在稳态电压上所致。 影响因素1合闸相位 合闸相位是随机的，有一定的概率分布，及断路器合闸过程中的预击穿特性及断路器合闸速度有关。2剩余电荷 过电压的大小及线路上剩余电荷数值和极性有关。3断路器合闸的不同期 由于三相线路之间有耦合，先合相相当于在另外两相上产生剩余电荷。4回路损耗 实际输电线路中，能量损耗电阻、电晕会引起振荡分量的衰减。5电容效应 合闸空载长线时，由于电容效应使线路稳态电压增高，导致了合闸过电压增高。限制措施：1降低工频电压升高 目前超高压电网中采取的有效措施是装设并联电抗

31、器和静止补偿装置，其主要作用是削弱电容效应。2断路器装设并联电阻 第一阶段：带电阻 R 合闸，将 R 及辅助触头串联。由于 R 对振荡回路起阻尼作用，使过渡过程中的过电压降低。 第二阶段：大约经 8 15 ，主触头闭合，将 R 短接，电源直接及线路相连。3控制合闸相位 空载线路合闸过电压的大小及电源电压的合闸相位有关，可以通过电子装置来控制断路器的动作时间，以到达降低合闸过电压的目的。4消除线路上的剩余电荷 在线路侧接电磁式电压互感器，可在几个工频周波内，将全部剩余电荷通过互感器泄放掉。5装设避雷器 在线路首端和末端装设磁吹避雷器或金属氧化物避雷器，当出现较高的过电压时，避雷器应能可靠动作，将过电压限制在允许的范围内。