馬立江

摘 要：在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)用到避雷器，該文主要介紹避雷器的分類、簡(jiǎn)易原理以及如何應(yīng)用為理順產(chǎn)品功能，合理應(yīng)用，以資參考。

關(guān)鍵詞：避雷器 持續(xù)運(yùn)行電壓 標(biāo)稱放電電流下的殘壓

中圖分類號(hào)：TM451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（c）-0101-01

1 分類

避雷器一般接于帶電導(dǎo)線與地之間，和被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)。一旦過(guò)電壓值為規(guī)定的動(dòng)作電壓，避雷器會(huì)立刻動(dòng)作，流過(guò)電荷，約束過(guò)電壓幅值，從而保護(hù)設(shè)備絕緣；電壓值正常以后，避雷器馬上恢復(fù)到原狀，使系統(tǒng)保證能夠正常供電?，F(xiàn)今，使用的避雷器主要有管型避雷器（排氣式避雷器）、保護(hù)間隙、氧化鋅避雷器及閥型避雷器這4種種類。

2 原理

保護(hù)間隙可以說(shuō)是一種最簡(jiǎn)單的避雷器，按其形狀可分為棒形、角形、環(huán)形、球形等。保護(hù)間隙滅弧能力差主要用于10 kV以下的配電線路中。目前使用不多，不做詳細(xì)介紹。

管型避雷器（排氣式避雷器），實(shí)際是一種具有較高熄弧能力的保護(hù)間隙，通稱排氣式避雷器為管型避雷器，由三部分組成，即內(nèi)部間隙、產(chǎn)氣管和外部間隙。由于管型避雷器具有外間隙，受環(huán)境的影響大，故與保護(hù)間隙一樣，仍具有伏秒特性曲線較陡、放電分散性大的缺點(diǎn)，不易與被保護(hù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)合理的絕緣配合；同時(shí)動(dòng)作后也會(huì)產(chǎn)生截波，變壓器等有線圈設(shè)備不利于其絕緣。所以目前管型避雷器僅用于如變電所的進(jìn)線段保護(hù)，或大跨距和交叉檔距處的輸電線路個(gè)別地段的保護(hù)。

由多重火花間隙以與其相串聯(lián)的具有非線性伏安特性的電阻元件組成閥式避雷器的基本元件，經(jīng)碳化硅粉末壓制燒結(jié)而成的是其電阻元件。碳化硅表面具有一層氧化硅閉鎖層，厚度約為100 μm，其電阻呈非線性，和電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。在電場(chǎng)強(qiáng)度較小時(shí)，即電阻元件上的電壓不大時(shí)，該層的電阻率為10.4～10.6 Ω·cm，由于碳化硅約10.2 Ω·cm，其本身的電阻率就很小，所以事實(shí)上，全部的電壓都加在該SiO2薄層上。閉鎖層電阻隨著電場(chǎng)強(qiáng)度提高而急劇下降，碳化硅本身開始決定非線性電阻元件的阻值。電阻值隨電壓而強(qiáng)烈變化的材料保障了在高電壓下有很大的通流能力，在低電壓下只有很小的電流才容許通過(guò)，可稱該特性為“閥性”，所以稱該保護(hù)電器為閥式避雷器。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，又分為磁吹閥式與普通閥式兩類。磁吹閥式提高滅弧性能是利用磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)電弧來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具有更好的保護(hù)性能。由于碳化硅避雷器有很好的保護(hù)性能，廣泛用于交、直流系統(tǒng)，起到保護(hù)發(fā)電和變電設(shè)備的絕緣的作用。磁吹閥式主要產(chǎn)品有FCD型，保護(hù)電機(jī)用、FCZ型，保護(hù)變壓器用。

在超高壓系統(tǒng)中，有時(shí)需要既可保護(hù)雷電過(guò)電壓，又可保護(hù)操作過(guò)電壓的兼用避雷器。普通的磁吹避雷器無(wú)論從切斷比，還是耐受能量上已不能滿足要求。為解決這些矛盾，可采用復(fù)合型（磁吹）避雷器。

氧化鋅避雷器也稱金屬氧化物避雷器，是閥式避雷器一種，閥片材料是由半導(dǎo)體氧化鋅和其他金屬氧化物（如氧化鉆、氧化錳等）在高溫（1000℃以上）下燒結(jié)而成。氧化鋅閥片又稱壓敏電阻，具有比碳化硅更理想、更優(yōu)良的非線性電阻特性。它的電阻在系統(tǒng)運(yùn)行電壓下很大，通過(guò)的電流很小，僅為1 mA左右，這樣小的電流不會(huì)燒壞閥片，因此可以不用串聯(lián)間隙來(lái)隔離工頻運(yùn)行電壓；當(dāng)電壓升高時(shí)，它的電阻變得很小，可以通過(guò)大電流，殘壓也很低，使設(shè)備得到保護(hù)，而過(guò)電壓消失之后，它又恢復(fù)原狀。只有壓敏電阻片的新型避雷器，壓敏電阻片具有理想的閥特性，它是多晶半導(dǎo)體陶瓷元件，由氧化鋅等金屬氧化物燒結(jié)而成。還具有保護(hù)特性好、非線性系數(shù)小、能量吸收能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和穩(wěn)定性好和通流能力大等優(yōu)點(diǎn)。此外，非線性系數(shù)α值非常小。在金屬氧化物閥片中通過(guò)的電流范圍為1 mA～10 kA時(shí)，α值一般為0.02～0.06?？勺龀蔁o(wú)間隙避雷器，因?yàn)樵陬~定電壓作用下，通過(guò)的電流極小。保護(hù)性能好。它省去了間隙動(dòng)作，一旦電壓升高，就能迅速吸收過(guò)電壓能量，并抑制過(guò)電壓的發(fā)展；陡度響應(yīng)特性良好；濕度、溫度、污穢、氣壓等環(huán)境條件幾乎不影響無(wú)間隙的氧化物避雷器的性能，因而性能穩(wěn)定。金屬氧化物避雷器動(dòng)作負(fù)載輕，基本無(wú)續(xù)流，耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)。可制成直流避雷器，因?yàn)榉蔡匦允菍?duì)稱的，也沒(méi)有極性問(wèn)題。

通流容量大。避雷器無(wú)串聯(lián)間隙的制約，易吸收能量，僅與閥片本身的強(qiáng)度有關(guān)。相比于碳化硅閥片，氧化物閥片單位面積的通流能力大4～4.5倍。所以選用該閥片制成避雷器，既限制了大氣過(guò)電壓，又完全能用來(lái)限制操作過(guò)電壓，更為甚者，還能耐受一定持續(xù)時(shí)間的短時(shí)（工頻）過(guò)電壓。

3 舉例說(shuō)明避雷器的選擇應(yīng)用：

已知條件某采場(chǎng)10 kV高壓配電所電源為2路架空進(jìn)線換電纜引入，10 kV出線均為電纜，裝有所用變壓器，10 kV電源側(cè)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。海拔高度<1000 m。

（1）根據(jù)DL/T620-1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》第5.3.1條c）款及第7.3.9條，不接地系統(tǒng)可任選金屬氧化物避雷器或碳化硅普通閥式避雷器，且為電站型。我們選用電站型無(wú)間隙金屬氧化物避雷器。

（2）避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓和額定電壓的確定，查DL/T620-1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》表3，根據(jù)題意。

持續(xù)運(yùn)行電壓（相地）=1.1×Um（系統(tǒng)最高電壓）

=1.1×12

=13.2 kV

額定電壓（相地）=1.38×Um（系統(tǒng)最高電壓）

=1.38×12

=16.56 kV

（3）10 kV配電裝置及變壓器的標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊全波耐受電壓（相對(duì)地及相間）確定，查DL/T620-1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》表19得知75 kV。

（4）按絕緣配合要求，確定保護(hù)10 kV配電裝置及變壓器的閥式避雷器的標(biāo)稱放電電流下的殘壓，根據(jù)DL/T620-1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》第5.3.5條：得知?dú)垑翰淮笥诒槐Ｗo(hù)設(shè)備（旋轉(zhuǎn)電機(jī)除外）標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊全波耐受電壓的71%。

殘壓=0.71×BIL（標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊全波耐受電壓）

=0.71×75

=53.25 kV

題中所列條件為不接地系統(tǒng)，若換成低電阻接地型式，避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓、額定電壓、殘壓都要低些，通過(guò)以上計(jì)算，我們知道，在設(shè)計(jì)中避雷器的選擇和系統(tǒng)的接地型式息息相關(guān)，要充分考慮。

4 結(jié)語(yǔ)

金屬氧化物避雷器是限制過(guò)電壓最先進(jìn)的一種產(chǎn)品，是電力設(shè)備絕緣配合的基礎(chǔ)。它具有動(dòng)作快、伏安平坦、殘壓低、通流容量大、性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展?jié)摿艽?，是世界各?guó)避雷器發(fā)展的主要方向，必將逐步取代傳統(tǒng)的帶間將是未來(lái)特高壓系統(tǒng)關(guān)鍵的過(guò)電壓保護(hù)設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

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