第一篇：避雷器培训课件
避雷器培训教材
避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备。避雷器的类型主要有保护间隙、阀型避雷器和氧化锌避雷器。保护间隙主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段保护。阀型避雷器与氧化锌避雷器用于变电所和发电厂的保护，在220KV及以下系统主要用于限制大气过电压，在超高压系统中还将用来限制操作内过电压。
一、保护间隙
保护间隙，一般由两个相距一定距离的、敞露于大气的电极构成，将它与被保护设备并联，如图18－5所示，适当调整电极间的距离（间隙），使其击穿放电电压低于被保护设在绝缘的冲击放电电压，并留一定的安全裕度，设备就可得到可靠的保护。
图18－5 角型保护间隙及其与被保护设备的连接
1－圆钢；2－主间隙；3－辅助间隙；4－被保护物；5－保护间隙
当雷电波入侵时，主间隙先击穿，形成电弧接地。过电压消失后，主间隙中仍有正常工作电压作用下的工频电弧电流（称为工频续流）。对中性点接地系统而言，这种间隙的工频续流就是间隙处的接地短路电流。由于这种间隙的熄弧能力较差，间隙电弧往往不能自行熄灭，将引起断路器跳闸，这是保护间隙的主要缺点，也是其应用受限制的原因。此外，由于间隙敞露，其放电特性也受气象和外界条件的影响。
二、阀型避雷器
阀型避雷器由装在密封瓷套中的间隙（又称火花间隙）和非线性电阻（又称阀片）串联构成，如图18－6所示。阀片的电阻值与流过的电流有关，具有非线性特性，电流愈大电阻愈小，其伏安特性曲线如图18－7所示。
阀型避雷器分普通型和磁吹型两类。普通型避雷器的火花间隙由许多如图18－8所示的单个间隙串联而成。单个间隙的电极由黄铜板冲压而成，两电极间用云母垫圈隔开形成间隙，间隙距离为0.5～1.0mm，这种间隙的伏秒特性（指一定冲击电压波形下，其电压幅值与击穿时间的关系）曲线很平坦且分散性较小、性能较好。单个间隙的工频放电电压约为2.7～3.0kV。避雷器动作后，工频续流电弧被许多单个间隙分割成许多段短弧，使其熄灭。减小工频续流有利于间隙电弧的熄灭，因此在工频电压下，希望阀片有较大的电阻，由于阀片电阻是非线性的，因而在很大的雷电压通过时电阻值很小、残压
图18－6 阀型避雷器
原理结构图
1－间隙；2－非线性电阻
图18－8 单个火花间隙
图18－7 阀片电阻的
伏安特性曲线
不高（不会危及设备绝缘）。当雷电流过去之后，在工频电压作用下，电阻值变得很大，因而大大地限制了工频续流，以利于火花间隙灭弧。利用阀片电阻的非线性特性，解决了既要降低残压又要限制工频续流的矛盾，并且不致产生危险的截波。
磁吹型避雷器的火花间隙也由许多单个间隙串联而成，但每个间隙的结构较复杂，利用磁场使每个间隙中的电弧产生运动（如旋转或拉长）来加强去游离，以提高间隙的灭弧能力。磁场是由与间隙串联的线圈所产生，其原理接线见图18－9。磁吹线圈两端设置的辅助间隙的作用，是为了消除磁吹线圈在冲击电流通过时产生过大的压降而使保护性能变坏。在冲击电压作用下，主间隙被击穿，放电电流通过磁吹线圈，其上的压降使辅助间隙击穿，放电电流便经过辅助间隙、主间隙和电阻阀片而流入大地，使避雷器的压降不致增大。当工频续流通过时，磁吹线圈上的压降减小，迫使辅助间隙中的电弧熄灭，工频续流也就很快转入磁吹线圈，产生磁场起吹弧作用。
如前所述，阀型避雷器的火花间隙是由许多单个间隙串联而成，由于各间隙对地和对高压端存在寄生电容，故电压在各间隙上的分布将是不均匀的。为充分发挥每个间隙的灭弧能力，常在间隙组（若干间隙为一组）上并联适当的均压电阻。
上述两类阀型避雷器，其阀片的主要作用是限制工频续流，使间隙电弧能在工频续
图18－9 磁吹型流第一次过零时就熄灭。它们避雷器的原理图 的电阻阀片都是金刚砂（SiC）1－主间隙2－辅
助间隙3－磁吹和结合剂烧结而成，称为碳化
线圈4－电阻阀硅阀片。
图18－10 FS3－10型阀型避雷器结构示意图
1－密封橡皮；2－压紧弹簧；3－间隙；
4－阀片；5－瓷套；6－安装卡子
普通型避雷器的阀片是在低温下烧结而成，非线性系数较低（约为0.2），但通流容量小，不能承受持续时间较长的内过电压冲击电流；磁吹型避雷器的阀片，是在高温下烧结而成，非线性系数较高，但通流容量大，能用于限制内部过电压。
目前我国生产的普通型避雷器有FS型和FZ型两种型号。FS型避雷器，其通流容量较小，主要用于保护小容量的3～l0KV配电装置中的电气设备（如变压器等），图18－10为FS3－10型避雷器结构示意图。
FZ型避雷器，其特性较好、通流容量较大，主要用于保护大中型变电所的变压器和电容器等设备。对于FZ型避雷器：电压低的，制成单体形式；35～220KV的，由若干标准单元串联组组成，如FZ－110J型避雷器（适用于110KV中性点接地系统）就是由四个FZ－30型的串联而成，见图18－11（a），110KV及以上电压等级的阀型避雷器，在其顶部装有均压环，以减少对地电容引起的电压不均匀现象。
磁吹型避雷器主要有FCZ电站型和保护旋转电机用的FCD型。图18－11（b）、（c）为FCZ3－220J型和FCZ－500J型避雷器的外型及安装尺寸。
图18－11 阀型避雷器外形及安装尺寸（mm）
（a）FZ－110J型；（b）FCZ3－220J型；（c）FCZ
－500J
三、氧化锌避雷器
氧化锌避雷器，实际上是一种阀型避雷器，其阀片以氧化锌（ZnO）为主要材料，加入少量金属氧化物，在高温下烧结而成。氧化锌阀片具有很好的的伏安特性，其非线形系数a=0.02～0.05。图18－12示出SiC避雷器、ZnO避雷器及理想避雷器的伏安特性，以做比较。
图中，假定ZnO、SiC阀片在10KA电流下的残压相同；但在额定电压（或灭弧电压）下，ZnO伏安特性曲线所对应的电流一般在10－5A以下，可以近似认为其续流为零，而SiC伏安特性曲线所对应的续流却为100A左右。也就是说，在工作电压下ZnO阀片可看作是绝缘体。
ZnO避雷器与SiC避雷器相比较，由于ZnO避雷器采用了非线性优良的ZnO阀片，使其具有许多优点。
（1）无间隙、无续流。在工作电压下，ZnO阀片呈现极大的电阻，续流近似为零，相当于绝缘体，因而工作电压长期作用也不会使阀片烧坏，所以一般不用串联间隙来隔离工作电压。
（2）通流容量大。由于续流能量极少，仅吸收冲击电流能量，故ZnO避雷器的通流容量较大，更有利于用来限制作用时间较长（与大气过电压相比）的内部过电压。（3）可使电气设备所受过电压降低。在相同雷电流和相同残压下，SiC避雷器只有在串联间隙击穿放电后才泄放电流，而ZnO避雷器（无串联间隙）在波头上升过程中就有电流流过，这就可降低作用在设备上的过电压。
（4）在绝缘配合方面可以做到陡波、雷电波和操作波的保护裕度接近一致。（5）ZnO避雷器体积小、质量轻、结构简单、运行维护方便。
ZnO避雷器的主要特性常用起始动作电压及压比等表示。起始动作电压又称转折电压，从这一点开始，电流将随电压升高而迅速增加，也即其非线性系数迅速进入0.02～0.05的区域。通常以1mA时的电压作为起始动作电压，其值约为其最大允许工作电压峰值的105％～115％。
压比是指ZnO避雷器通过大电流时的残压与通过1mA直流电流时的电压之比。例如，10KA压比是指通过10KA冲击电流时的残压与通过lmA（直流）时的电压之比。压比越小，意味着通过大电流时的残压越低，则ZnO避雷器的保护性能越好。目前，此值约为1.6～2.00。
目前生产的ZnO避雷器，大部分是无间隙的。对于超高压避雷器或需大
图18－12 ZnO、SiC和理想避雷器
伏安特性曲线的比较
图18－13 ZnO避雷器有并联间隙的原理
图
幅降低压比时，也采用并联或串联间隙的方法；为了降低大电流时的残压而又不加大阀片在正常运行时的电压负担，以减轻阀片的老化，往往也采用并联或串联间隙的方法。
图18－13表示ZnO避雷器有并联间隙的原理图。在正常情况下，间隙g是不导通的，工作电压由阀片电阻R1和R2两部分分担，单个阀片上所受电压较低。当有雷击或操作过电压作用时，流经R1、R2的电流迅速增大，R1、R2上的压降（残压）也随之迅速增加，当R2上的残压达到某一值时，并联间隙g被击穿，R2被短接，避雷器上的残压仅由R1决定，从而降低了残压，也就降低了压比。
氧化锌避雷器是一种新型避雷器。在国外技术发达的国家中，已用它来取代有串联间隙的普通型避雷器和磁吹型避雷器。
氧化锌避雷器型号的含义如下：
第四节
岱海电厂500KV、220KV避雷器介绍
我厂使用500 kV系统避雷器为户外、单相、无间隙金属氧化物避雷器。避雷器安装处的设计短路电流为50kA。
500 kV避雷器使用参数：
型号：Y20W-444/1063(用于线路)Y20W-420/1006(用于主变)额定电压：444kV(用于线路)420kV(用于主变)
正常运行电压：318 318 最高连续运行电压： 355kV(rms)335kV(rms)标称放电电流： 20 kA 在最高持续运行电压550/3 kV下的阻性电流 1mA，全电流 6mA 6mA工频参考电压： ≥444/420(rms)直流1mA参考电压：597kV(用于线路)565kV(用于主变)操作冲击电流残压(2kA峰值、波前时间≥30us)：
≤864kV（用于线路）817.9kV（用于主变）
雷电冲击电流残压(10kA峰值、8/20us)：
≤981kV（用于线路）930kV（用于主变）
陡波冲击电流残压(10kA峰值、波前时间1us)≤1137kV（用于线路）1075kV（用于主变）
大电流冲击耐受（4/10s，2次放电动作）：
100kA（峰值）系统中性点接地方式： 中性点直接接地 安装方式：安装在支架上
安装地点: 户外 压力释放能力：
a.大电流（0.2s）
63kA（对称分量，rms）b.小电流（0.2s）
800A（对称分量，rms）额定放电能量：
15kJ/kV 暂态过电压能力：
避雷器在注入标准规定的能量后，能耐受相当于额定电压数值的暂时过电压10s。a.1s 510.6kV 483kV b.10s 488.4kV 462kV c.100s 466.2kV 441kV 瓷柱绝缘水平
a.BIL（1.2/50s）
1675kV（峰值）b.SIL(250/2500s)1175kV（峰值）c.1min工频耐受电压
680kV（rms）
我厂使用220 kV系统避雷器为户外、单相、无间隙金属氧化物避雷器。安装在户外支架上
220KV避雷器额定参数：
额定电压：
200 kV
kV kA 最高连续运行电压： 标称放电电流：
在最高持续运行电压252/3 kV下的泄漏电流： 1-3mA 直流1mA参考电压： 操作冲击电流残压： 雷电冲击电流残压： 陡波冲击电流残压：
290 kV
413 kV
496 kV
546 kV 大电流冲击耐受（4/10s，2次放电动作）：
100kA（峰值）长持续时间电流耐受（矩形波，波峰持续时间2000s）：600A（峰值）压力释放能力：
a.b.大电流（0.2s）：
小电流（0.2s）：
40kA（对称分量，rms）
800A（对称分量，rms）
14.5kJ/kV 额定放电能量： 瓷柱绝缘水平：
a.b.BIL（1.2/50s）：
950kV（峰值）1min工频耐受电压：
395kV（rms）
启动/备用变压器中性点用氧化锌避雷器型号为：Y1.5W-60/144。
避雷器运行在指定的条件下和按照运行指导手册维修时，运行寿命为30年。
第二篇：简述避雷器
简述避雷器伏－秒特性的含义，避雷器与被保护电气设备的伏
－秒特性应如何配合
1、首先明确什么是伏秒特性曲线：
伏秒特性曲线是指在冲击电压波形一定的前提下，绝缘（包括固体介质、液体介质或气体介质的绝缘以及由不同介质构成的组合绝缘）的冲击放电电压与相应的放电时间的关系曲线。
2、再结合图谱来看（方便理解）：
从图中可以看出来，避雷器的伏秒特性比较平坦，绝缘子串的伏秒特性相对来说陡一些，当电压在900kv一下的时候，避雷器能够先与绝缘子串放电，对过电压吸收，从而防止绝缘子闪络，保护设备的绝缘。
变压器和避雷器的伏秒特性是如何配合的?为什么？
1概述
35～60kV变压器的中性点不接地或经消弧线圈接地，在结构上是全绝缘的。变压器绕组的端部有避雷器加以保护，当三相来波的时候，中性点的电位由于全反射可能会升高到来波电压的两倍左右，这是十分危险的，但是根据实际运行经验，中性点可以不接保护装置而仍然能够安全运行，原因在于：
(1)流过端部的雷电流一般只在2kA以下，故其残压要比预定的5kA时的残压减小20%左右;
(2)大多数的来波是从较远处袭来，陡度较小;
(3)据统计，三相来波的概率很小，只有10%左右，平均15年才有一次。
因此《交流电气设备过电压保护和绝缘配合》(DL/T620—1997)规定，不接地、经消弧线圈接地和公共电阻系统中的变压器中性点，一般不配保护装置。
110～220kV系统属于有效接地系统，其中一部分中性点直接接地，同时为了限制单相接地电流和满足继电保护的需要，一部分变压器的中性点是不直接接地的。这种系统中的变压器分两种情况，其一是中性点全绝缘，此时中性点一般不会加保护措施;其二是中性点半绝缘(新制变压器均是如此)，具体地说，110kV的变压器中性点是35kV的绝缘水平，220kV的变压器中性点则是110kV级的绝缘水平。规程规定有效接地系统中的变压器中性点保护一般应采用间隙保护和避雷器保护相并联的保护方式。
2中性点保护间隙与过电压保护
2.1单相接地过电压
有效接地系统的单相接地时，计算不接地变压器中性点电位时一般是以Xo/X1小于3为界，但是实际上不同地区的电网及变电所的Xo/X1的值相差很大。变压器的中性点处的过电压水平也自然不一样，所以在一般的文章中推荐按照1，15倍的过电压值和Xo/X1=3时取其中的最大值作为最高运行电压Umax，例如在1 10kV系统中最高运行线电压为126kV，中性点的过电压计算公式为：
Uo=Umax×K/(K+2)式中：K——Xo/X1的值;
Xo——零序阻抗;
X1——正序阻抗。
当K=3时Uo=0.6Umax，即单相接地故障时110kV主变压器中性点出现的最高电压稳态值为43.6。
如果系统单相接地时接地变压器侧断路器跳闸，不接地变压器侧断路器拒动，则系统形成局部不接地系统，此时的中性点过电压值更高，其值近似为相电压值，如在110kV变压器中表现的中性点电位的稳态值为73(此时继电保护应动作)。
2.2雷电过电压
在雷雨季节，直接击中变电站或沿线路传到发电厂、变电站的高幅值雷电波造成变压器中性点电位升高，出现较高的雷击过电压，危及电气设备的安全。变压器中性点上出现的最大雷击过电压主要取决于变压器入口处的避雷器残压和变压器的特性。一般雷击过电压计算如下：
Um=n/3(1+r)Us
式中：n——侵入雷电波相数;
r——变压器振荡衰减系数，纠结式绕组取0.5，连续式绕组取O.8;
U5——变压器入口处避雷器上的残压。
以上简单叙述了几种过电压的形式，对变压器绝缘和保护装置的作用，取决于过电压的波形、幅值和持续时间。标准雷电波形并不一定是由雷电引出，例如，当单相接地时，可在非接地相上产生接近于雷电过电压的短波前。
2.3放电间隙的保护作用
采用放电间隙保护的原理是在间隙回路中串入零序电流互感器，利用间隙的放电特性，使其在雷电过电压时放电以保护中性点绝缘。在系统发生故障后，变压器中性点工频电位升高至一定值，零序电流保护动作，切除该不接地变压器，以避免出现中性点接地带故障运行。中性点零序电流保护先以较短的时限切除低压侧的电厂联络线，再以略长的时限跳开变压器各侧的开关。
2.4避雷器的保护作用
无论作为无间隙的氧化锌避雷器还是有间隙的普通阀式避雷器，选择使用的一个共同原则是，使避雷器额定电压不低于避雷器安装点的暂时过电压。JB/T5894-91《交流无间隙金属氧化物避雷器使用导则》指出，中性点有效接地系统中分级绝缘的变压器，当其中性点未接地时，中性点避雷器的额定电压应不低于变压器的最高相电压(并具体提出中性点的标准冲击绝缘水平为1 85kV时，氧化锌避雷器的额定电压为60kV)。
3保护间隙与避雷器伏秒特性的配合 3.1 保护装置伏秒特性配合的基本要求
(1)为了使电气设备得到可靠保护，保护装置应该满足以下基本要求：
保护装置的冲击放电电压Ub(i)应该低于被保护设备的冲击耐压值。以变压器为例，其冲击耐压值通常取其多次截波耐压值Uid，所以Ub(i)应满足下式要求：
Ub(i)
(2)放电间隙应该有平坦的伏秒特性曲线和尽可能高的灭弧能力。图2中曲线1为绝缘的伏秒特性，避雷器和保护间隙要能起到保护作用，其放电间隙的伏秒特性曲线2应始终低于曲线1，并留一定的间隔。显然，放电间隙的伏秒特性越平坦越好，如果伏秒特性很陡，如图3所示，则可能与绝缘的伏秒特性相交，以致在较短放电的时间范围内不能保护设备。同时由于放电的分散性，间隙和被保护设备的伏秒特性实际上处在一个带状的范围内，因此，要求保护设备伏秒特性的上包络线低于被保护设备伏秒特性的下包络线，如图4所示。
3.2保护间隙的放电特性及伏秒特性
均匀电场间隙在稳态电压下的击穿特性：严格说来，均匀场只有一种，即无限大平行板电极间的电场，这在工程中是无法实现的。工程上所使用的平行板电极一般都是采用了消除电极边缘效应的措施(比如将板电极的边缘弯曲成曲率半径比较大的圆弧形，像高压静电电压表的两个电极就是如此处理的)，这时两平行板电极间的距离相对于电极尺寸比较h，就可以将这两个电极间的电场视为均匀场。由于均匀场的两个平行板的形状完全相同，而且平行布置，因而气隙的放电不存在极性效应，而且也不存在电晕现象。一旦气隙放电就会引起整个气隙的击穿，所以其直流、工频交流和冲击放电电压作用下的击穿电压相同，放电的分散性也小，击穿电压与电压作用时间无关。稍不均匀场气隙的击穿特性与均匀场下的击穿特性基本相同。其伏秒特性见图5。
在极不均匀电场中，“棒一棒”间隙和“棒一板”间隙具有典型意义。前者具有完全对称性，后者具有最大的不完全对称性，其他类型的极不均匀电场的气隙击穿特性介于两种典型气隙的击穿特性之间。由实验得出的结论是，不均匀场的放电具有明显的极性效应，而且随着气隙长度的增加，气隙的平均击穿场强明显降低，即存在“饱和”现象。其伏秒特性如图5所示。
由图5中可以看出在岛前的一段时间内均匀电场的击穿特性(也就是在冲击电压下的击穿特性)较陡峭，也就是说在t
其中t1为电压上升时间，to为统计时延，ta为放电发展时间，tb是以上三个参数的和，它是放电所需时间。tb在数值上小于to，所以说间隙在短时间内的放电特性是与放电发展时间有关的，要在这极短的时间内放电，间它的伏秒特性曲线。
3.4 保护间隙与避雷器的伏秒特性配合
(1)对放电间隙的要求：一是对工频来说，从系统运行的要求，当Xo/X1值小于3时，单相接地时放电间隙不应动作，放电电压应大于43.6kV(有效值，峰值电压为61.7kV);当系统形成局部不接地系统，此时的中性点过电压值更高，其值近似为相电压值，如在110kV变压器中表现的中性点电位的稳态值为73kV，单相接地间隙应动作，启动继电保护切除故障，即放电间隙放电电压应小于73kV(有效值，峰值电压为103.2kV);二是间隙在雷电过电压和系统单相接地瞬态过电压下均不应动作。隙的击穿电压是非常大的。
3.3避雷器的放电特性
在目前变压器中性点保护中，选用的主流避雷器的是金属氧化物避雷器MOA。MOA阀片具有优异的非线性伏安特性;它没有火花间隙，一旦作用电压开始升高，阀片立即开始吸收过电压的能量，抑制过电压的发展;没有间隙的放电时延，因而有良好的冲击响应特性。无续流、动作负载轻、能重复动作实施保护;只吸收过电压的能量，而不吸收续流能量，因而动作负载轻。目前110kV使用的避雷器参数(以抚顺海岳电气制造有限公司生产的避雷器为例)。
(2)对避雷器的要求：一是避雷器在工频过电压和操作过电压下不应动作，但在雷电和系统单相接地瞬态过电压下应动作;二是避雷器的放电电压和残压应该小于153kV(变压器绝缘耐操作波强度75.5×√2×1.4=153kV);三是避雷器工频放电电压和灭弧电压应大于73kV(间隙控制电压有效值，峰值为103.2kV)。
(3)放电间隙和避雷器的配合要求(当工频过电压和高频过电压相继出现时，避雷器先动作，然后间隙动作，以保证避雷器的正常工作，这样就没有避雷器爆炸的可能性了)：
一是避雷器的灭弧电压应高于间隙最高工频放电电压，这样避雷器在间隙的保护下不致灭不了弧而爆炸;二是避雷器的冲击放电电压低，保证在高频瞬态过电压下由避雷器动作，避免正常系统运行中发生单相接地故障时放电间隙动作，造成零序电流分量，使间隙零序电流误动作;三是间隙最高工频放电电压应比最低相电压低，从而保证能切除形成不接地系统单相接地等不对称故障;四是正常运行时电力系统Xo/x1值应小于3，当Xo/x1值大于3时，运行系统发生单相接地时，放电间隙应动作。
(4)避雷器的最低放电电压值应大干103.2kV，保护间隙的最低放电电压应大于61.7kV，最高放电电压应小于103.2kV。
t在小于to的时候是避雷器和间隙配合的关键，我们正是利用了间隙放电的放电时延(一般为几十毫秒)和金属氧化物避雷器无放电时延的特性解决了他们之间的配合问题。
4结束语
(1)气体的放电特性随着电场的均匀程度的改变而改变，均匀电场中气体的击穿电压稳定，总体的伏秒特性较平坦，但是在较短的时间内存在放电时延的问题。
(2)金属氧化物避雷器的MOA阀片具有优异的非线性伏安特性;它没有火花间隙，一旦作用电压开始升高，阀片立即开始吸收过电压的能量，抑制过电压的发展;没有间隙的放电时延，因而有良好的冲击响应特性。
(3)合理地应用保护间隙和避雷器的伏秒特性配合曲线，并在实验条件下加以校验，使他们能够在各自的规定条件下放电进而发挥各自的作用是很有现实意义的。
变压器中性点保护中避雷器和间隙伏秒特性的配合
(3)放电间隙和避雷器的配合要求(当工频过电压和高频过电压相继出现时，避雷器先动作，然后间隙动作，以保证避雷器的正常工作，这样就没有避雷器爆炸的可能性了)：
一是避雷器的灭弧电压应高于间隙最高工频放电电压，这样避雷器在间隙的保护下不致灭不了弧而爆炸；二是避雷器的冲击放电电压低，保证在高频瞬态过电压下由避雷器动作，避免正常系统运行中发生单相接地故障时放电间隙动作，造成零序电流分量，使间隙零序电流误动作；三是间隙最高工频放电电压应比最低相电压低，从而保证能切除形成不接地系统单相接地等不对称故障；四是正常运行时电力系统Xo／x1值应小于3，当Xo／x1值大于3时，运行系统发生单相接地时，放电间隙应动作。
(4)具体的配合曲线如图8所示。
对曲线的解释如下：
图8中1为避雷器的伏秒特性；2为保护间隙伏秒特性(为了使保护间隙有更好的伏秒特性和较小的放电分散性，间隙保护采用平行板电极，它的伏秒特性在相当长的一段时间内是一条直线)。
由上面的分析知，避雷器的最低放电电压值应大干103.2kV，保护间隙的最低放电电压应大于61.7kV，最高放电电压应小于103.2kV。
t在小于to的时候是避雷器和间隙配合的关键，我们正是利用了间隙放电的放电时延(一般为几十毫秒)和金属氧化物避雷器无放电时延的特性解决了他们之间的配合问题。
4结束语
(1)气体的放电特性随着电场的均匀程度的改变而改变，均匀电场中气体的击穿电压稳定，总体的伏秒特性较平坦，但是在较短的时间内存在放电时延的问题。
(2)金属氧化物避雷器的MOA阀片具有优异的非线性伏安特性；它没有火花间隙，一旦作用电压开始升高，阀片立即开始吸收过电压的能量，抑制过电压的发展；没有间隙的放电时延，因而有良好的冲击响应特性。
(3)合理地应用保护间隙和避雷器的伏秒特性配合曲线，并在实验条件下加以校验，使他们能够在各自的规定条件下放电进而发挥各自的作用是很有现实意义的。
变压器中性点保护中避雷器和间隙伏秒特性的配合
[摘要]在我国11 OkV的电力系统中，变压器的中性点是采用非直接接地的运行方式。变压器中 性点保护采用的主要方式是将避雷器和保护间隙并联起来，间隙保护主要作用于工频过电压和 操作过电压，而避雷器则主要动作于雷电过电压。工频过电压相对于雷电过电压的作用时间长 而幅值较小，应用这一特点，提出了保护间隙和避雷器的伏秒特性的配合问题。
[关键词]避雷器 保护间隙 伏秒特性
1概述
35～60kV变压器的中性点不接地或经消弧线圈接地，在结构上是全绝缘的。变压器绕组的端部 有避雷器加以保护，当三相来波的时候，中性点的电位由于全反射可能会升高到来波电压的两倍 左右，这是十分危险的，但是根据实际运行经验，中性点可以不接保护装置而仍然能够安全运行，原因在于：
(1)流过端部的雷电流一般只在2kA以下，故其残压要比预定的5kA时的残压减小20%左右;
(2)大多数的来波是从较远处袭来，陡度较小;
(3)据统计，三相来波的概率很小，只有10%左右，平均15年才有一次。
因此《交流电气设备过电压保护和绝缘配合》(DL/T620—1997)规定，不接地、经消弧线圈接地 和公共电阻系统中的变压器中性点，一般不配保护装置。
110～220kV系统属于有效接地系统，其中一部分中性点直接接地，同时为了限制单相接地电流 和满足继电保护的需要，一部分变压器的中性点是不直接接地的。这种系统中的变压器分两种 情况，其一是中性点全绝缘，此时中性点一般不会加保护措施;其二是中性点半绝缘(新制变压 器均是如此)，具体地说，110kV的变压器中性点是35kV的绝缘水平，220kV的变压器中性点则 是110kV级的绝缘水平。规程规定有效接地系统中的变压器中性点保护一般应采用间隙保护和 避雷器保护相并联的保护方式。
2中性点保护间隙与过电压保护
2.1单相接地过电压
有效接地系统的单相接地时，计算不接地变压器中性点电位时一般是以Xo/X1小于3为界，但 是实际上不同地区的电网及变电所的Xo/X1的值相差很大。变压器的中性点处的过电压水平也 自然不一样，所以在一般的文章中推荐按照1，15倍的过电压值和Xo/X1=3时取其中的最大值 作为最高运行电压Umax，例如在1 10kV系统中最高运行线电压为126kV，中性点的过电压计 算公式为：
Uo=Umax×K/(K+2)式中：K——Xo/X1的值;
Xo——零序阻抗;
X1——正序阻抗。
当K=3时Uo=0.6Umax，即单相接地故障时110kV主变压器中性点出现的最高电压稳态值为43.6。
如果系统单相接地时接地变压器侧断路器跳闸，不接地变压器侧断路器拒动，则系统形成局部 不接地系统，此时的中性点过电压值更高，其值近似为相电压值，如在110kV变压器中表现的 中性点电位的稳态值为73(此时继电保护应动作)。
2.2雷电过电压
在雷雨季节，直接击中变电站或沿线路传到发电厂、变电站的高幅值雷电波造成变压器中性点 电位升高，出现较高的雷击过电压，危及电气设备的安全。变压器中性点上出现的最大雷击过 电压主要取决于变压器入口处的避雷器残压和变压器的特性。一般雷击过电压计算如下：
Um=n/3(1+r)Us
式中：n——侵入雷电波相数;
r——变压器振荡衰减系数，纠结式绕组取0.5，连续式绕组取O.8;
U5——变压器入口处避雷器上的残压。
以上简单叙述了几种过电压的形式，对变压器绝缘和保护装置的作用，取决于过电压的波形、幅值和持续时间。标准雷电波形并不一定是由雷电引出，例如，当单相接地时，可在非接地相 上产生接近于雷电过电压的短波前。
2.3放电间隙的保护作用
采用放电间隙保护的原理是在间隙回路中串入零序电流互感器，利用间隙的放电特性，使其在 雷电过电压时放电以保护中性点绝缘。在系统发生故障后，变压器中性点工频电位升高至一定 值，零序电流保护动作，切除该不接地变压器，以避免出现中性点接地带故障运行。中性点零 序电流保护先以较短的时限切除低压侧的电厂联络线，再以略长的时限跳开变压器各侧的开关。
2.4避雷器的保护作用
无论作为无间隙的氧化锌避雷器还是有间隙的普通阀式避雷器，选择使用的一个共同原则是，使避雷器额定电压不低于避雷器安装点的暂时过电压。JB/T5894-91《交流无间隙金属氧化物避 雷器使用导则》指出，中性点有效接地系统中分级绝缘的变压器，当其中性点未接地时，中性 点避雷器的额定电压应不低于变压器的最高相电压(并具体提出中性点的标准冲击绝缘水平为 1 85kV时，氧化锌避雷器的额定电压为60kV)。
3保护间隙与避雷器伏秒特性的配合 3.1 保护装置伏秒特性配合的基本要求
(1)为了使电气设备得到可靠保护，保护装置应该满足以下基本要求：
保护装置的冲击放电电压Ub(i)应该低于被保护设备的冲击耐压值。以变压器为例，其冲击耐压 值通常取其多次截波耐压值Uid，所以Ub(i)应满足下式要求：
Ub(i)(2)放电间隙应该有平坦的伏秒特性曲线和尽可能高的灭弧能力。图2中曲线1为绝缘的伏秒特 性，避雷器和保护间隙要能起到保护作用，其放电间隙的伏秒特性曲线2应始终低于曲线1，并 留一定的间隔。显然，放电间隙的伏秒特性越平坦越好，如果伏秒特性很陡，如图3所示，则 可能与绝缘的伏秒特性相交，以致在较短放电的时间范围内不能保护设备。同时由于放电的分 散性，间隙和被保护设备的伏秒特性实际上处在一个带状的范围内，因此，要求保护设备伏秒 特性的上包络线低于被保护设备伏秒特性的下包络线，如图4所示。
3.2保护间隙的放电特性及伏秒特性
均匀电场间隙在稳态电压下的击穿特性：严格说来，均匀场只有一种，即无限大平行板电极间 的电场，这在工程中是无法实现的。工程上所使用的平行板电极一般都是采用了消除电极边缘 效应的措施(比如将板电极的边缘弯曲成曲率半径比较大的圆弧形，像高压静电电压表的两个电 极就是如此处理的)，这时两平行板电极间的距离相对于电极尺寸比较h，就可以将这两个电极 间的电场视为均匀场。由于均匀场的两个平行板的形状完全相同，而且平行布置，因而气隙的 放电不存在极性效应，而且也不存在电晕现象。一旦气隙放电就会引起整个气隙的击穿，所以 其直流、工频交流和冲击放电电压作用下的击穿电压相同，放电的分散性也小，击穿电压与电 压作用时间无关。稍不均匀场气隙的击穿特性与均匀场下的击穿特性基本相同。其伏秒特性见 图5。
在极不均匀电场中，“棒一棒”间隙和“棒一板”间隙具有典型意义。前者具有完全对称性，后者具有最大的不完全对称性，其他类型的极不均匀电场的气隙击穿特性介于两种典型气隙的 击穿特性之间。由实验得出的结论是，不均匀场的放电具有明显的极性效应，而且随着气隙长 度的增加，气隙的平均击穿场强明显降低，即存在“饱和”现象。其伏秒特性如图5所示。由图5中可以看出在岛前的一段时间内均匀电场的击穿特性(也就是在冲击电压下的击穿特性)较陡峭，也就是说在t 其中t1为电压上升时间，to为统计时延，ta为放电发展时间，tb 是以上三个参数的和，它是放电所需时间。tb在数值上小于to，所以说间隙在短时间内的放电 特性是与放电发展时间有关的，要在这极短的时间内放电，间它的伏秒特性曲线。
3.4 保护间隙与避雷器的伏秒特性配合
(1)对放电间隙的要求：一是对工频来说，从系统运行的要求，当Xo/X1值小于3时，单相接 地时放电间隙不应动作，放电电压应大于43.6kV(有效值，峰值电压为61.7kV);当系统形成局 部不接地系统，此时的中性点过电压值更高，其值近似为相电压值，如在110kV变压器中表现 的中性点电位的稳态值为73kV，单相接地间隙应动作，启动继电保护切除故障，即放电间隙放 电电压应小于73kV(有效值，峰值电压为103.2kV);二是间隙在雷电过电压和系统单相接地瞬态 过电压下均不应动作。隙的击穿电压是非常大的。
3.3避雷器的放电特性
在目前变压器中性点保护中，选用的主流避雷器的是金属氧化物避雷器MOA。MOA阀片具有优异 的非线性伏安特性;它没有火花间隙，一旦作用电压开始升高，阀片立即开始吸收过电压的能量，抑制过电压的发展;没有间隙的放电时延，因而有良好的冲击响应特性。无续流、动作负载轻、能重复动作实施保护;只吸收过电压的能量，而不吸收续流能量，因而动作负载轻。目前110kV 使用的避雷器参数(以抚顺海岳电气制造有限公司生产的避雷器为例)。
(2)对避雷器的要求：一是避雷器在工频过电压和操作过电压下不应动作，但在雷电和系统单相 接地瞬态过电压下应动作;二是避雷器的放电电压和残压应该小于153kV(变压器绝缘耐操作波强 度75.5×√2×1.4=153kV);三是避雷器工频放电电压和灭弧电压应大于73kV(间隙控制电压有 效值，峰值为103.2kV)。
(3)放电间隙和避雷器的配合要求(当工频过电压和高频过电压相继出现时，避雷器先动作，然 后间隙动作，以保证避雷器的正常工作，这样就没有避雷器爆炸的可能性了)：
一是避雷器的灭弧电压应高于间隙最高工频放电电压，这样避雷器在间隙的保护下不致灭不了 弧而爆炸;二是避雷器的冲击放电电压低，保证在高频瞬态过电压下由避雷器动作，避免正常系 统运行中发生单相接地故障时放电间隙动作，造成零序电流分量，使间隙零序电流误动作;三是 间隙最高工频放电电压应比最低相电压低，从而保证能切除形成不接地系统单相接地等不对称故 障;四是正常运行时电力系统Xo/x1值应小于3，当Xo/x1值大于3时，运行系统发生单相接地 时，放电间隙应动作。
(4)避雷器的最低放电电压值应大干103.2kV，保护间隙的最低放电电压应大于61.7kV，最高放 电电压应小于103.2kV。
t在小于to的时候是避雷器和间隙配合的关键，我们正是利用了间隙放电的放电时延(一般为几 十毫秒)和金属氧化物避雷器无放电时延的特性解决了他们之间的配合问题。
4结束语
(1)气体的放电特性随着电场的均匀程度的改变而改变，均匀电场中气体的击穿电压稳定，总体 的伏秒特性较平坦，但是在较短的时间内存在放电时延的问题。
(2)金属氧化物避雷器的MOA阀片具有优异的非线性伏安特性;它没有火花间隙，一旦作用电压 开始升高，阀片立即开始吸收过电压的能量，抑制过电压的发展;没有间隙的放电时延，因而有 良好的冲击响应特性。
(3)合理地应用保护间隙和避雷器的伏秒特性配合曲线，并在实验条件下加以校验，使他们能够 在各自的规定条件下放电进而发挥各自的作用是很有现实意义的。
第三篇：35KV避雷器（范文）
35KV避雷器
氧化锌避雷器是七十年代发展起来的一种新型避雷器，它主要由氧化锌压敏电阻构成。每一块敏电阻从制成时就有它的一定开关电压（叫压敏电阻），在正常的工作电压下（即小于压敏电压压敏电阻值很大，相当于绝缘状态，但在冲击电压作用下（大于压敏电压），压敏电阻呈低值击穿，相当于短路状态。然而压敏电阻被击状态，是可以恢复的；当高于压敏电压的电压撤销后它又恢复了高阻状态。因此，在电力线上如安装氧化锌避雷器后，当雷击时，雷电波的高电压压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，使电源线上的电压控制在安全范围内，从而保了电器设备的安全。
分类
1.按电压等级分
氧化锌避雷器按额定电压值来分类，可分为三类；
高压类；其指66KV以上等级的氧化锌避雷器系列产品，大致可划分为500kV、220kV、110k66kV四个等级等级。
中压类；其指3kV～66kV（不包括66kV系列的产品）范围内的氧化锌避雷器系列产品，大致可划分为3kV、6kV、10kV、35KV四个电压等级。
低压类；其指3KV以下（不包括3kV系列的产品）的氧化锌避雷器系列产品，大致可划分1kV、0.5kV、0.38kV、0.22kV四个电压等级。
2.按标称放电电流分
氧化锌避雷器按标称放电电流可划分为20、10、5、2.5、1.5kA五类。
3.按用途分
氧化锌避雷器按用途可划分为系统用线路型、系统用电站型、系统用配电型、并联补偿电器组保护型、电气化铁道型、电动机及电动机中性点型、变压器中性点型七类。
4.按结构分
氧化锌避雷器按结构可划分为两大类；
瓷外套；瓷外套氧化锌避雷器按耐污秽性能分为四个等级，Ⅰ级为普通型、Ⅱ级为用于中污秽地区（爬电比距20mm/KV）、Ⅲ级为用于重污秽地区（爬电比距25mm/kV）、Ⅳ级为用于重污秽地区（爬电比距31mm/kV）。
复合外套；复合外套氧化锌避雷器是用复合硅橡胶材料做外套，并选用高性能的氧化锌电片，内部采用特殊结构，用先进工艺方法装配而成，具有硅橡胶材料和氧化锌电阻片的双重优点该系列产品除具有瓷外套氧化锌避雷器的一切优点外，另具有绝缘性能、高的耐污秽性能、良的防爆性能以及体积小、重量轻、平时不需维护、不易破损、密封可靠、耐老化性能优良等优点
5.按结构性能分
氧化锌避雷器按结构性能可分为；无间隙（W）、带串联间隙（C）、带并联间隙（B）三类氧化锌避雷器介绍
YBL-III氧化锌避雷器是我公司系列汉化产品之
一、是全面检测氧化锌避雷器在电力系统行中的各项电气特性的专用仪器。它具有下列优点：
1、液显图文显示，汉化打印，界面直观
自动化程度高，便于现场人员操作和使用。
2、先进的数字信号处理技术，抗干扰性能强，测结果精度高，用户可从液晶显示屏上直接观察信号波形，具有示波器功能。
3、安全可靠，采隔离变压器和高阻分压，从而避免PT二次侧短路。
4、体积小，重量轻，便于携带。以往只考虑操作过电压和雷电过电压水平的避雷器选型及弊端 国家标准规定，系统供端电压应略高于系统的标称电压(或额定电压)Un的K倍，即K=Um/Un(Um是系统最高电压)。电气设备的绝缘应能在Un下长期运行。220kV及以下系统的K为1.15，330kV及以下系统的K=1.避雷器设计的初期也遵守上述原则。氧化锌避雷器之前是SiC避雷器。10kV及以下SiC避雷的灭弧电压设计是定在系统最高运行电压的1.1倍;35kVSiC避雷器的灭弧电压等于系统最高电压;110kV及以上SiC避雷器的灭弧电压为系统最高电压的80%。对应以上的倍数分别有110%避雷器、100%避雷器和80%避雷器。我国使用氧化锌避雷器初期，其额定电压是以SiC避雷器的灭弧电压为参考作设计的。早期的6kV、10kV和35kV避雷器均遵 守上述原则，如：Y5WR-7.6/2Y5WR-12.7/
45、Y5WR-41/130。而最大长期工频工作电压为系统最高相电压，如Y5WR-12.7/45为： 2 保证在单相接地过电压下运行且电力系统安全情况下的避雷器选型及必要性 从安全行角度，避雷器的额定电压的选择还应遵守如下原则： ①氧化锌避雷器的额定电压，应该使高于其在安装处可能出现的工频暂态电压。在110kV及以上的中性点接地系统中是可以按上述法选择的。②在110kV及以下的中性点非直接接地系统中，电力部门规程规定在单相接地情下允许运行2h，有时甚至在断续地产生弧光接地过电压情况下运行2h以上才能发现故障，这系统的运行特点对氧化锌避雷器在额定电压下安全运行10s构成严重威胁。且氧化锌避雷器与SiC避雷器结构、设计不同(后者是有间隙灭弧，前者没有间隙或者只有隔流间隙)，使得实践氧化锌避雷器出现热崩溃甚至严重的爆炸事故。面对这种情况，许多供电局、电力设计院根据地的电网条件提出了许多类型的额定电压值(如14.4kV，14.7kV等)。而在多次国标讨论稿中作负载试验中耐受10s的额定电压规定提高至1.2～1.3倍，使氧化锌避雷器对中性点非直接地系统工况的适应能力有所提高。而由于氧化锌避雷器的额定电压选择过低，使避雷器在单接地过电压甚至许多暂态过电压下工作出现安全事故。电力部安全监察及生产协调司早在199年10月30日第十七期安全情况通报上就对避雷器提出修改意见。文中要求对新装设的3～66电压等级无间隙氧化锌避雷器持续运行电压(UC)和额定电压(Ur)按表1所列值选择，而同时保性能不能降低。(括号内数据适用于发电机和变压器中性点氧化锌避雷器，Um为系统标准电压的1.05-1.10倍)而在通报发布与新标准修订的过渡阶段，对中性点非接地系统的氧化锌避雷额定电压、持续运行电压的选择提出了如下设计规则： 额定电压在参考SiC避雷器灭弧电压计基础上乘以1.2-1.3倍，持续运行电压为系统运行最高线电压。这样各种电压等级电容器用雷器的额定电压数据如下： 6kV额定电压(型号为Y5WR-10/27)： 上述基本数据由于没有统一准，避雷器厂家及使用单位在设计制造中会有出入。3 贯彻2000年版新标准，安全、合理地避雷器进行选型的现实性 在我国2000年新标准中(GB11032-2000)，额定电压的选择上述
1.2-1.3倍原则得到了认可，但持续运行电压的选择则出现了新规定：从反映避雷器使用寿命参数1.5Un//U1mA作为参考值选择(设计)避雷器持续运行电压。以国内避雷器的设计、制造水平一般?值为80%，故持续运行电压选择为额定电压的0.8倍。这一点我们从伏安曲线的小电流区上看，是有根据的。这样，在实践中根据具体条件进行模拟计算或按经验惯例对避雷器进行型时，应考虑单相接地运行1h的过电压水平。但用户中的技术协议甚至电力设计院图纸中出了许多与上述值有细微差别的额定电压值，我认为是不必要的(如10kV中出现16.5kV、16.7k等)。理由是实际设计避雷器过程中，额定电压值在伏-安曲线中是在小电流区里面，均小于U1mAAC值，追求细微之差在实际避雷器设计中得不到实现;另外从下面论述可知，按照新国标求选择才能在许可过电压下安全使用(这是指不接地系统)。4 按2000年版新标准中非接地统氧化锌避雷器选型的科学性 4.1 额定电压的选择应按施加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值选择、设计，此时能在所规定的动作负载试验中确定的暂态过电压下正确地工作。
续运行电压的选择必须是允许持久地施加于避雷器端子间的有效值。此时工频放电电压要足够高，以免在被保护设备的绝缘能耐受不需保护的操作过电压下动作，延长使用寿命，且必须考到我国现阶段制造氧化锌避雷器的荷电率与残压的实际水平。4.2凡是工频电压升高较严重的处所或是设备绝缘试验电压较高的条件所允许，就应选择较高的氧化锌避雷器额定电压。工频考电压的选择应等于或大于额定电压。这两点在新国标要求中都较好地满足，下面计算也可发是满足过电压要求的。国标要求，要保证单相接地运行2h不动作。最严重情况是当单相接地甩负荷同时发生，此时理论计算可能出现的最大过电压为1.99倍，则选取的氧化锌避雷器容持续运行电压UC(有效值)如下： 国标按荷电率为0.8选取额定电压(即Ur≈1.25 UC)，均满要求。如果按躲开概率较高的弧光接地和谐振过电压，则额定电压应满足： 再按?=0.8选择持续运行电压，也满足要求。综上所述，避雷器选型问题的主要难点是确定暂时过电压的范围题，既要保证在较高的操作过电压及大气过电压下安全、可*地动作，又要保证在暂时过电压阀片不动作。现阶段避雷器的选型和设计必须保证2h单相接地时出现的系统最高过电压氧化避雷器不动作，否则氧化锌避雷器会出现热崩溃甚至爆炸事故。故在不接地系统中按照新要求择是合适的。但在经消弧线圈接地的电容器装置中，接地过电压会低许多，这时可根据实际模计算选择较低的额定电压及持续运行电压使氧化锌避雷器在较低的操作过电压下动作，保护电器装置，但如果不方便模拟，也可按不接地系统选择，因电容器极对地绝缘已考虑能满足单相地2h要求。在小于额定电压下工作，避雷器不动作也不会导致过电压损害电容器装置。总之这是由于氧化锌阀片不带串联间隙直接串联，导致氧化锌避雷器电阻片不能承受甚至超过1.9倍的过电压，导致以SiC灭弧电压作为参考选择的氧化锌避雷器额定电压不能满足要求，必然升高才能保证避雷器安全工作，如没有实际模拟数据，以国家标准精神中体现的推荐值较合适因为它满足了极限要求
氧化锌避雷器特性
氧化锌避雷器七大特性：
一、避雷器的通流能力
这主要体现在避雷器具有吸收各种雷电过电压、工频暂态过电压、操作过电压的能力。川生产的氧化锌避雷器的通流能力完全符合甚至高于国家标准的要求。线路放电等级、能量吸收力、4/10纳秒大电流冲击耐受、2ms方波通流能力等指标达到了国内领先水平。
二、保护特性优异
氧化锌避雷器是用来保护电力系统中各种电器设备免受过电压损坏的电器产品，具有良好护性能。因为氧化锌阀片的非线性伏安特性十分优良，使得在正常工作电压下仅有几百微安的流通过，便于设计成无间隙结构，使其具备保护性能好、重量轻、尺寸小的特征。当过电压侵时，流过阀片的电流迅速增大，同时限制了过电压的幅值，释放了过电压的能量，此后氧化锌片又恢复高阻状态，使电力系统正常工作。
三、密封性能良好
避雷器元件采用老化性能好、气密性好的优质复合外套，采用控制密封圈压缩量和增涂密胶等措施，陶瓷外套作为密封材料，确保密封可靠，使避雷器的性能稳定。
四、机械性能
主要考虑以下三方面因素： A承受的地震力； B作用于避雷器上的最大风压力； C避雷的顶端承受导线的最大允许拉力。
五、解污秽性能
无间隙氧化锌避雷器具有较高的耐污秽性能。目前国家标准规定的爬电比距等级为： I级 中等污秽地区：爬电比距20mm/kv III级 重污秽地区：爬电比距25mm/kv IV级 特重污秽区：爬电比距31mm/kv
六、高运行可靠性
第四篇：避雷器教材
避雷器教材
1.1 概述
避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备。避雷器的类型主要有保护间隙、阀型避雷器和氧化锌避雷器。保护间隙主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段保护。阀型避雷器与氧化锌避雷器用于变电所和发电厂的保护，在220kV及以下系统主要用于限制大气过电压，在超高压系统中还将用来限制内过电压或作内过电压的后备保护。
1.2 分类及特点
1.2.1 保护间隙
保护间隙，一般由两个相距一定距离的、敞露于大气的电极构成，将它与被保护设备并联，如下图所示，适当调整电极间的距离(间隙)，使其击穿放电电压低于被保护设备绝缘时的冲击放电电压，并留一定的安全裕度，设备就可得到可靠的保护。
当雷电波入侵时，主间隙先击穿，形成电弧接地。过电压消失后，主间隙中仍有正常工作电压作用下的工频电弧电流(称为工频续流)。对中性点接地系统而言，这种间隙的工频续流就是间隙处的接地短路电流。由于这种间隙的熄弧能力较差，间隙电弧往往不能自行熄灭，将引起断路器跳闸，这是保护间隙的主要缺点，也是其应用受限制的原因。此外，由于间隙敞露，其放电特性也受气象和外界条件的影响。
1.2.2 阀型避雷器 阀型避雷器由装在密封瓷套中的间隙(又称火花间隙)和非线性电阻(又称阀片)串联构成。在正常情况下，火花间隙将带电部分与阀片隔开。当雷电波的幅值超过避雷器的冲击放电电压时，火花间隙被击穿，冲击电流经阀片流入大地，阀片上出现电压降(残压)。只要使避雷器的冲击放电电压和残压低于被保护设备的冲击耐压值，设备就可得到保护，而且残压愈低设备愈安全。
1.2.3 氧化锌避雷器
氧化锌避雷器，实际上也是一种阀型避雷器，其阀片以氧化锌(ZnO)为主要材料，加入少量金属氧化物，在高温下烧结而成。在工作电压下ZnO阀片可看作是绝缘体。氧化锌避雷器型号含义如右图。氧化锌避雷器相比氧化硅避雷器，有如下优点：
(1)无间隙、无续流。在工作电压下，ZnO阀片呈现极大的电阻，续流近似为零，相当于绝缘体，因而工作电压长期作用也不会使阀片烧坏，所以一般不用串联间隙来隔离工作电压。
(2)通流容量大。由于续流能量极少，仅吸收冲击电流能量，故ZnO 避雷器的通流容量较大。
(3)可使电气设备所受过电压降低。在相同雷电流和相同残压下，SiO 避雷器只有在串联间隙击穿放电后才泄放电流，而ZnO避雷器(无串联间隙)在波头上升过程中就有电流流过，这就可降低作用在设备上的过电压。
(4)在绝缘配合方面可以做到陡波、雷电波和操作波的保护裕度接近一致。(5)ZnO避雷器体积小、质量轻、结构简单、运行维护方便。
ZnO避雷器的主要特性常用起始动作电压及压比等表示。起始动作电压又称转折电压，从这一点开始，电流将随电压升高而迅速增加，也即其非线性系数迅速进入0.02~0.05的区域。通常以1mA时的电压作为起始动作电压，其值约为其最大允许工作电压峰值的105%~115%。
压比是指ZnO避雷器通过大电流时的残压与通过1mA电流时的电压之比。例如10kA压比是指通过10kA冲击电流时的残压与通过1mA(直流)时的电压之比。压比越小，意味着通过大电流时的残压越低，则ZnO避雷器的保护性能越好。目前，此值约为1.6~2.0。
第五篇：避雷器知识讲座
一、过电压
避雷器是用以限制由线路传过来的雷电过电压（或大气过电压）和电力系统内部过电压的一种电气设备。
过电压指超过正常运行电压并可使电力系统绝缘或保护设备损坏的电压升高，可分为三大类：暂时过电压、操作过电压、雷电过电压。暂时过电压、操作过电压是由于电力系统中，断路器的操作或系统故障，使系统参数发生变化，由此引起系统内部能量转化或传递而产生的过电压，称为内部过电压。
操作过电压即电磁过渡过程中的过电压，一般持续时间在0.1S内。在中性点直接接地系统中，常见的操作过电压有：合闸空载线路过电压、切除空载线路过电压、切除空载变压器过电压以及解列过电压等。以合闸（包括重合闸）过电压最为严重。在中性点非直接接地系统中，主要是弧光接地过电压。
暂时过电压包括工频电压升高和谐振过电压，持续时间相对较长，暂时过电压的产生原因主要是空载线路的长线路的电容效应、不对称接地故障、负荷突变以及系统中发生的线性或非线性谐振等。暂时过电压的严重程度取决于其幅值和持续时间，在超高压系统中，工频电压升高具有重要作用，因为1）它的大小直接影响操作过电压的幅值；2）它的数值是决定避雷器额定电压的重要依据；3）持续时间长工频电压升高可能危急设备的安全运行。
雷电过电压可分为三种情况：
1）感应过电压。在输电线路附近发生雷云对地放电时线路上产生的过电压，这种过电压在极少的情况下才达到500—600KV，因此只对35 KV及以下电网才有危害。
2）雷击导线、绕击时的过电压。直接雷过电压在没有避雷线的情况下发生，但有避雷线时仍有可能绕过避雷线而击于线路上，但其概率很小。
3）雷击避雷线或杆塔时引起的反击。雷击杆塔时由于杆塔的电感和接地电阻，使本来地电位的杆塔具有很高的电位，引起绝缘子逆闪，将高电位加到导线上。
对220KV及以下电力系统，绝缘水平一般由大气过电压决定。其保护装置主要是避雷器，以避雷器的保护水平为基础决定设备的绝缘水平，并保证输电线路有一定的耐雷水平。对于这些设备，在正常情况下应能耐受内部过电压的作用，因此一般不专门采用针对内部过电压的限制措施。
随着电压等级的提高，操作过电压的幅值将随之提高，所以对330KV及以上的超高压系统，操作过电压将逐渐起到控制作用，一般采用专门限内部过电压的措施。
二、避雷器的基本原理
避雷器是用来限制过电压的，它实质上是一种放电器，并联连接在保护设备附近，当作用电压超过的避雷器的放电电压时，避雷器即先放电，限制了过电压的发展，从而保护了电气设备免遭击穿损坏。
为使避雷器达到预期的保护效果，必须满足下述基本要求。避雷器的发展、结构的设计和改进主要是围绕下述两点基本要求而进行的。
1）具有良好的伏秒特性，以易于实现合理的绝缘配合。绝缘强度的配合中对避雷器的伏秒特性的要求不仅要位置低，而且形状平直。工程上通常用冲击系统来反映伏秒特性的形状。冲击系数是指冲击放电电压与工频放电压电之比。其 比值欲小，伏秒特性欲平缓。避雷器伏秒特性的上限不应高于电气设备伏秒特性的下限。
1— 电气设备的伏秒特性 2— 避雷器的伏秒特性
3— 电气设备上可能出现的最
高工频电压
避雷器与电气设备的伏秒特性配合
2）应有较强的绝缘自恢复能力，以利于快速切断工频续流，使电力系统得以继续运行。避雷器一旦在冲击放电压作用下放电，就造成系统对地短路。此后雷电过电压虽然过去，但工频电压却相继作用在避雷器上，使其中通过工频续流，它以电弧放电的形式出现。避雷应当具有自行切断工频续流恢复绝缘强度的能力，使电力系统能够继续正常运行。
三、避雷器的基本类型
1、保护间隙：
它是一种最原始、最简单的避雷器，它由主间隙和辅助间隙串联而成，辅助间隙是为了防止主间隙被外物短路误动作而设计的。主间隙的两个电极做成角形，可以使工频续流电弧在自身电动力和热气流作用下易于上升被拉长而自行灭弧。
缺点：灭弧能力低，只能熄灭中性点不接地系统不大的单相接地短路电流。但在两相或三相保护间隙同时动作，或中性点直接接地情况下，流过保护器的电流是短路电流，其值很大，间隙电弧不能自行熄灭，而引起断路器跳闸，一般应有自动重合闸加以配合。而且间隙动作后，引起很陡的截波，严重威胁变压器等有绕组的电气设备。
2、排气式避雷器：
它有两个间隙串联而成，一个装在气管内，称为内间隙。一个装在气管外，称为外间隙。外间隙的作用是使气管在正常运行时与工频电压隔离。当雷电冲击波袭来时，两个间隙均被击穿使雷电流入地，冲击电流消失后，间隙流过工频续 流。在工频续流电弧的高温作用下，气管内分解出大量气体，形成很高的大气压力，高压气体从环形电极孔口急速喷出，强烈纵向冲动电弧，使工频续流在第一次过零时熄灭。
缺点：
① 伏秒特性较陡且放电分散性较大，而一般变压器或其他电器设备绝缘的冲击放电伏秒特性较平坦，二者不能很好的配合；
② 管型避雷器动作以后工作母线直接接地形成电压截波，对变压器纵绝缘有害；（主绝缘、纵绝缘）
③ 放电特性受大气条件影响较大。
3、阀型避雷器：
阀型避雷器由火花间隙和非线性电阻片两个部件串联而成，火花间隙和阀片电阻组装在瓷套中，做成避雷器的标准单元，然后组合成各种电压等级的避雷器，以供使用。火花间隙被分成许多个短间隙，易于切断工频续流。用非线性电阻片以降低避雷器的残压，限制工频续流。非线性电阻片主要成分为SiC，冶炼时加A12 O3
在220KV及以下系统主要用于限制大气过电压。在超高压系统中还用来限制内部过电压。
4、氧化锌避雷器（MOA）
采用具有极优异伏安特性的ZnO阀片做为保护单元，取代了SiC和火花间隙。在正常系统电压作用下，氧化锌避雷器阀片呈高阻状态，流过避雷器的电流远低于105A，可视为无续流。当有过电压作用时，阀片立刻呈现低阻状态，将能 3 量迅速释放，此后即恢复高阻状态，迅速截断工频续流。
氧化锌避雷器的阀片材料是氧化锌（ZnO）为主，适当添加氧化铋（Bi2O3）、氧化钴（Co2O3）、二氧化锰（MnO2）、氧化锑（sb2o3）等金属氧化物。加工成颗粒状混合搅拌均匀，然后烘干，压制成工作圆盘。经高温烧结制作而成，阀片表面喷涂一层金属粉末（铝粉），其侧面应涂绝缘层（釉，由陶瓷釉向玻璃釉发展）。将阀片按照不同的技术条件进行组合，装入瓷套内密封。由于氧化锌阀片具有优异的非线性特性，所以MOA不用串联间隙。
1— ZnO电阻片 2— SiC电阻片 3— 系统相电压
两种电阻片伏安特性的比较
MOA的优点：
1）保护特性优异，没有放电时延，伏秒特性比较平坦。残压水平较低。2）无续流，动作负载轻，在大电流长时间重复动作的冲击作用下，特性稳定。
3）运行性能良好，耐冲击能力强；流通大，耐污秽性能较好。4）实用性好：结构简单，高度低，安装维护方便。
5）不存在间隙放电电压随避雷器内部气压变化而变化的问题，因此无间隙避雷器是理想的高原地区避雷器。6）特别适合用于直流输电设备的保护。直流电弧不象交流电弧有自然过零点，因此熄弧比较困难。无间隙避雷器不存在灭弧问题，所以用作直流避雷器是很理想的。
7）作为SF6全封闭组合电器中的一个组件是特别适合的。这可解决传统避雷器的间隙在SF6中放电分散性大和放电电压易随气压变化而变化等问题。
8）用于重污秽地区比传统避雷器优越，不存在污秽影响间隙电压分布问题。9）陡波下保护特性改善。不存在间隙放电电压随雷电波陡度的增加而增大的问题。陡波下保护特性有可能得到改善。
不足之处：
1）由于没有放电间隙，阀片将因长期直接承受工频电压的作用产生劣化现象，其劣化的本质，微观机理上看，是晶介层的肖脱基势垒的降低。引起阀片电阻值的降低。泄露电流增加，阻性分量电流是有功分量。它急剧增加势必加速阀片老化速度，可能在遇到操作冲击波作用，其能量被吸收时，因阀片的损耗功率超过其散热功率，阀片温度上升而发生热崩溃，造成避雷器爆炸事故。受潮与老化是引起MOA故障的两个根本原因。
MOA劣化的主要原因：
a.由于密封不引起内部受潮占相当比例，泄漏成倍增长，绝缘显著下降，有时形成局部导电通道致使发生内部湿闪络。
b.某些MOA本身设计的荷电率太高。负荷过重。另外因电位分布不均，导致局部电阻片老化加速，由于电阻片在工作电压下呈现负的温度系数，使这种状况更为严重。它的高次谐波阻性电流也同步迅速增大。
c.由于MOA表面污秽的不均匀导致电位分布的不均匀性而引起局部荷电率过高，还可以引起局放造成脉冲电流的产生。使MOA的侧面绝缘减弱，引起泄漏电流增大。
d.异常运行条件及其他原因引起的MOA事故。如谐振、直击雷等。2）在中性点非直接接地的 10~35KV电力系统中，当发生单相接地故障时，一般允许带单相接地故障运行两小时甚至更长，而线路断路器不跳闸，这样其它两健全相的电压升高到线电压，这对无间隙的MOA来说是严峻的考验。如果此时发生弧光接地或谐振过电压，MOA动作放电时就有爆炸损坏的可能，从而造成事故。
为了克服瓷外套氧化锌避雷器内部容易受潮及安全问题等缺陷，出现了新型的复合外套氧化锌避雷器，除了具有瓷套式避雷器的优点外，还具有其独特优点： 1）在很大程度上消除了避雷器受潮的隐患； 2）从根本上消除了避雷器伞裙爆炸的危险； 3）重量轻，体积小；
4）扩大了避雷的使用范围； 5）耐污性能好； 6）散热特性好； 7）制造工艺简单；
四、氧化锌避雷器的主要电气特性
1、避雷器额定电压Ur
施加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值。按照此电压所设计的避雷器，能在所规定的动作负载试验中确定的暂时过电压下正确的工作。它是表明避雷器运行特性的一个重要参数，但他不等于系统标称电压。
2、器持续运行电压Uc
允许持久地施加在避雷器两端的工频电压有效值。避雷器吸收过电压能量后温度升高，在此电压作用下能正常冷却，不发生热击穿。
3、参考电压（起始动作电压）U1mA
通常以通过1mA工频电流阻性分量峰值或直流幅值时避雷器两端电压峰值U1mA 定义为参考电压。从这一电压开始，认为避雷器进入限制过电压的工作范围，所以也称为转折电压。
4、压比K 指避雷器通过波形为8/20μS的标称冲击放电流时的残压与起始动作电压之比，例如5KA压比为K= U5KA /U1mA，压比越小，表明残压越低，保护性能越好。
5、荷电率η
它征单位电阻片上的电压负荷，η=2Uc /U1M。荷电率的高低对避雷器老化程度的影响很大，在中性点非有效接地系统中，一般采用较低的荷电率，而在中性点直接接地系统中，采用较高的荷电率。
5、避雷器事故反措施：
金属氧化物避雷器在系统持续运行电压下，如流过的工频电流超过数十毫安（mA）时，就会发生不可逆转的劣化。冶金企业电网随着大吨位电弧炉、大型整流、变频设备的应用及轧钢生产的冲击负荷影响，使电网上的高次谐波值严重超标。由于电阻片的非线性，当正弦电压作用时，还有一系列的奇次谐波，而在高次谐波作用时就更加速了电阻片的劣化速度。
1、增强对金属氧化物避雷器的在线监测。
①监测总泄露电流法。②监测功耗法。③.电容电流补偿法、测量阻性电流及三次谐波法。
2、加强电网谐波的治理力度，增设动态无补偿和滤波装置。
3、加装低压侧避雷器。
4、增加通流容量，由5KA至10KA、20KA。
6、增装动作计数器。
五、避雷器的安装
我国10KV及以下配电网络一般不安装避雷线，线路的耐雷水平比较低，主要依靠避雷器作为防雷措施：
1、配电线路上的油断路器和负荷开关，由于绝缘水平不高，相间距离较小，应防止受雷击时引起闪络，造成短路。通常在设备的一侧或两侧装设避雷器进行保护。其接地线应与被保护设备的金属外壳相连接，其接地电阻不大于10Ω。
2、电变压器是配电系统中十分重要的电气设备，一般应在高压侧及低压侧分别装设一组避雷器。应将避雷器安装在跌开式熔断器之间，要求避雷器尽量靠近变压器。避雷器的按线应与变压器低压绕组中性点及变压器金属外壳连接在一起共同接地。
3、多雷地区的低压架空配电线路，宜在线路进户前50m处安装一组低压避雷器，入户后再安装一组低压避雷器。
4、具有电缆进（出）线段的架空线路，应在架空线路与电缆终端盒接续处装设避雷器并做集中接地装置。避雷器的接地线还应与电缆的金属护层连接，电缆另一端的终端盒与变电所的接地网相连。
5、母线上安装的避雷器应尽量靠近主变压器，如二者之间的电气距离超过规定时，考虑在变压器附近再装设一组避雷器。
6、对于出线上装有限流电抗器并且与电缆段相连接的线路，考虑到电抗器的波阻抗大，防止雷电进行波在电抗器处发生反射，而引起电压升高损坏电气设备。因此在电抗器和电缆之间还应加装一组避雷器。避雷器安装的注意事项：
1、避雷器的安装位置应便于巡视检查，一般应垂直安装，引线要连接牢固，避雷器上的接线端子不得受力。
2、避雷器的伞裙应无裂纹，密封良好，经预防性试验合格。
3、避雷器安装位置距保护设备的距离应尽量靠近，避雷器与其3—10KV变压器的最大距离，雷雨季经常运行的单路进线不大于15m，双路进线不大于23m，三路进线不大于27m，若大于上述距离应在母线上另装设避雷器。
4、为防止避雷器正常运行或雷击后发生故障，影响电力系统正常运行，其安装位置可以处于跌开式熔断器保护范围之内。
5、避雷器的引线截面应符合下列标准：
铜线：16mm2•； 铝线：25mm2•
6、避雷器接地引下线与被保护设备的金属外壳应可靠地与接地网连接。线路上单组避雷器其接地线的接地电阻不大于己5Ω。
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