避雷器的工作原理及參數

1、避雷器是普遍采用的入侵波保護裝置，也是應用最廣泛的過電壓限避雷器是普遍采用的入侵波保護裝置，也是應用最廣泛的過電壓限制器，它實質是過電壓能量的吸收器。它與被保護設備并聯運行，當作制器，它實質是過電壓能量的吸收器。它與被保護設備并聯運行，當作用電壓超過一定幅值后避雷器總是先動作，通過它自身泄放掉大量的能用電壓超過一定幅值后避雷器總是先動作，通過它自身泄放掉大量的能量，限制過電壓，保護電氣設備。避雷器放電后，避雷器兩端的過電壓量，限制過電壓，保護電氣設備。避雷器放電后，避雷器兩端的過電壓消失，系統正常運行電壓又繼續(xù)作用在避雷器兩端，在這一正常運行電消失，系統正常運行電壓又繼續(xù)作用在避雷器兩端，在這

2、一正常運行電壓作用下，處于導通狀態(tài)的避雷器中繼續(xù)流過工頻接地電流，該電流稱壓作用下，處于導通狀態(tài)的避雷器中繼續(xù)流過工頻接地電流，該電流稱為工頻電流，它以電弧放電的形式出現。工頻續(xù)流的存在一方面使相導為工頻電流，它以電弧放電的形式出現。工頻續(xù)流的存在一方面使相導線對地的短路狀態(tài)繼續(xù)維持，系統無法恢復正常運行。線對地的短路狀態(tài)繼續(xù)維持，系統無法恢復正常運行。作為作為避雷器避雷器避雷器工作原理避雷器工作原理 避雷器設置在與被保護設備對地并避雷器設置在與被保護設備對地并聯的位置，如圖所示，各種避雷器均有聯的位置，如圖所示，各種避雷器均有一個共同的特性，即在高電壓作用下呈一個共同的特性，即在高電壓作用下

3、呈現低阻狀態(tài)，而在低電壓作用下呈現高現低阻狀態(tài)，而在低電壓作用下呈現高阻狀態(tài)。在發(fā)生雷擊時，當雷電波過電阻狀態(tài)。在發(fā)生雷擊時，當雷電波過電壓沿線路傳輸到避雷器安裝點后，由于壓沿線路傳輸到避雷器安裝點后，由于這時作用于避雷器上的電壓很高，避雷這時作用于避雷器上的電壓很高，避雷器將動作，并呈低阻狀態(tài)，從而限制過器將動作，并呈低阻狀態(tài)，從而限制過電壓，同時將過電壓引起的大電流泄放電壓，同時將過電壓引起的大電流泄放入地，使與之并聯的設備免遭過電壓的入地，使與之并聯的設備免遭過電壓的損害。在雷電侵入波消失后，線路又恢損害。在雷電侵入波消失后，線路又恢復了常傳輸的工頻電壓，這一工頻電壓復了常傳輸的工頻電壓

4、，這一工頻電壓相對雷電侵入波過電壓來說是低的，于相對雷電侵入波過電壓來說是低的，于是避雷器將轉變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，接近于開是避雷器將轉變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，接近于開路，此時避雷器的存在將不會對線路上路，此時避雷器的存在將不會對線路上正常工頻電壓的傳輸產生響應。正常工頻電壓的傳輸產生響應。避雷器避雷器設設 備備線路線路被保護設備被保護設備雷電侵入波雷電侵入波目前使用的避雷器主要有： 1保護間保護間隙隙2管式避管式避雷器雷器3閥式避雷閥式避雷器器 4氧化鋅氧化鋅避雷器避雷器保護間隙結構和工作原理保護間隙：保護間隙： 由兩個電極組成，由兩個電極組成，當雷電波入浸時，間隙先擊穿，當雷電波入浸時，間隙先擊穿，工作母線

5、接地，避免了被保護工作母線接地，避免了被保護設備上的電壓升高設備上的電壓升高.從而保護了從而保護了設備。過電壓消失后，間隙中設備。過電壓消失后，間隙中仍有工頻續(xù)流，由于間隙的熄仍有工頻續(xù)流，由于間隙的熄弧能力差，往往不能自行熄弧弧能力差，往往不能自行熄弧將引起斷路器的跳閘，這是保將引起斷路器的跳閘，這是保護間隙的主要缺點。為此可將護間隙的主要缺點。為此可將間隙配合自動重合閘使用。間隙配合自動重合閘使用。保護間隙結構和工作原理結構和工作原理：結構和工作原理： 常用的角形保護間隙常用的角形保護間隙如下圖所示。由主間隙如下圖所示。由主間隙1和輔助間隙和輔助間隙2串聯而成。串聯而成。主間隙的兩個電極做

6、成角形，在正常運行時，主間隙的兩個電極做成角形，在正常運行時，間隙對地是絕緣的，當承受雷電過電壓作用時，間隙對地是絕緣的，當承受雷電過電壓作用時，間隙擊穿，工作線路被接地，從而使得與間隙間隙擊穿，工作線路被接地，從而使得與間隙并聯的電氣設備得到保護。并聯的電氣設備得到保護。輔助間隙的設置是為了防止主間隙被外物輔助間隙的設置是為了防止主間隙被外物（如小鳥）短路，以避免整個保護間隙誤動作。（如小鳥）短路，以避免整個保護間隙誤動作。主間隙做成羊角形，主要是為了便于讓工頻續(xù)主間隙做成羊角形，主要是為了便于讓工頻續(xù)流電弧在其自身電磁力和熱氣流作用下被向上流電弧在其自身電磁力和熱氣流作用下被向上拉長而易于

7、熄滅。拉長而易于熄滅。F工頻續(xù)流電弧運動工頻續(xù)流電弧運動方向角形保護間隙方向角形保護間隙管式避雷器工作原理管式避雷器工作原理管式避雷器實質上是一種具有較高熄弧管式避雷器實質上是一種具有較高熄弧能力的保護間隙。它有兩個相互串聯的能力的保護間隙。它有兩個相互串聯的間隙間隙:一個在大氣中稱外間隙，其作用是一個在大氣中稱外間隙，其作用是隔離工作電壓避免產氣管被流經管子的隔離工作電壓避免產氣管被流經管子的工頻泄漏電流所燒壞工頻泄漏電流所燒壞;另一間隙裝在管內另一間隙裝在管內稱為內間隙，其電極一為棒形電極另一稱為內間隙，其電極一為棒形電極另一為環(huán)形電極。管由纖維，塑料或橡膠等為環(huán)形電極。管由纖維，塑料或橡

8、膠等產氣材料組成。雷擊時內外間隙同時擊產氣材料組成。雷擊時內外間隙同時擊穿穿.雷電流經間隙流人大地。過電壓消失雷電流經間隙流人大地。過電壓消失后，內外間隙的擊穿狀態(tài)將由導線上的后，內外間隙的擊穿狀態(tài)將由導線上的工作電壓所維持，工頻續(xù)流電弧的高溫工作電壓所維持，工頻續(xù)流電弧的高溫使管內產氣材料分解出大量氣體使管內產氣材料分解出大量氣體.氣體在氣體在高壓力作用下由環(huán)形電極噴出，形成強高壓力作用下由環(huán)形電極噴出，形成強烈縱吹弧作用從而使工頻續(xù)流在第一次烈縱吹弧作用從而使工頻續(xù)流在第一次過零值時被熄滅。過零值時被熄滅。 結構和工作原理結構和工作原理管型避雷器的原理結構如下管型避雷器的原理結構如下圖所示

9、。它由兩個間隙串聯組成。圖所示。它由兩個間隙串聯組成。一個間隙一個間隙S1裝在產氣管裝在產氣管1內，稱內，稱為內間隙（又稱排氣式避雷器）。為內間隙（又稱排氣式避雷器）。另一個間隙另一個間隙S2裝在產氣管外，稱裝在產氣管外，稱為外間隙。而當雷電壓過電壓作為外間隙。而當雷電壓過電壓作用于避雷器兩端時，內、外兩個用于避雷器兩端時，內、外兩個間隙均被擊穿，使雷電流經間隙間隙均被擊穿，使雷電流經間隙入地，在雷電過電壓消失后，系入地，在雷電過電壓消失后，系統正常運行電壓將在間隙中繼續(xù)統正常運行電壓將在間隙中繼續(xù)維持工頻續(xù)流電弧，電弧的高溫維持工頻續(xù)流電弧，電弧的高溫使產氣管內的有機材料分解并產使產氣管內的

10、有機材料分解并產生大量氣體，使管內氣壓升高，生大量氣體，使管內氣壓升高，氣體在高氣壓作用下由環(huán)形電極氣體在高氣壓作用下由環(huán)形電極的孔口急速噴出，從縱向強烈地的孔口急速噴出，從縱向強烈地吹動電弧通道，使工頻續(xù)流在第吹動電弧通道，使工頻續(xù)流在第一次過零時熄滅。一次過零時熄滅。線路外部間隙內部間隙產氣管棒形電極環(huán)行電極動作指示器接地膠木管閥式避雷器結構及工作原理閥式避雷器結構及工作原理閥型避雷器的基本元件為間隙和非線性電限，間隙與非線閥型避雷器的基本元件為間隙和非線性電限，間隙與非線性電阻相串聯，在電力系統正常工作時性電阻相串聯，在電力系統正常工作時.間隙將工作閥片與工間隙將工作閥片與工作母線隔離，

11、以免燒壞閥片。當系統中出現過電壓，且其電作母線隔離，以免燒壞閥片。當系統中出現過電壓，且其電壓超過間隙放電電壓時，間隙擊穿，沖擊電流通過閥片流人壓超過間隙放電電壓時，間隙擊穿，沖擊電流通過閥片流人大地，由于閥片的非線性特性在閥片上產生的壓降將得到限大地，由于閥片的非線性特性在閥片上產生的壓降將得到限制，使其低于被保護設備的沖擊耐壓，設備就得到了保護。制，使其低于被保護設備的沖擊耐壓，設備就得到了保護。當過電壓消失后，工頻續(xù)流仍將流過避雷器，此續(xù)流受閥片當過電壓消失后，工頻續(xù)流仍將流過避雷器，此續(xù)流受閥片電阻的非線性特性所限制遠較沖擊電流為小，使間隙能在工電阻的非線性特性所限制遠較沖擊電流為小，

12、使間隙能在工頻續(xù)流第一次過零值時就將電弧切斷。以后就依靠間隙的絕頻續(xù)流第一次過零值時就將電弧切斷。以后就依靠間隙的絕緣強度能夠耐受電網恢復電壓的作用而不會發(fā)生重燃。緣強度能夠耐受電網恢復電壓的作用而不會發(fā)生重燃。普通閥式避雷器普通閥式避雷器-變電所防雷保護的重點對象是變壓變電所防雷保護的重點對象是變壓器，而前面兩種因截波問題都不能承擔保護變壓器的重任。器，而前面兩種因截波問題都不能承擔保護變壓器的重任。閥式避雷器主要由火花間隙及與之串聯的工作電阻兩部分組閥式避雷器主要由火花間隙及與之串聯的工作電阻兩部分組成，為避免外界因素（大氣條件、潮氣、污穢等）的影響，成，為避免外界因素（大氣條件、潮氣、污

13、穢等）的影響，它們密封于瓷套中。注：火花間隙采用的是均勻電場。它們密封于瓷套中。注：火花間隙采用的是均勻電場。 磁吹閥式避雷器磁吹閥式避雷器-為了減小閥式避雷器的切斷比和保為了減小閥式避雷器的切斷比和保護比之值，及為了改進其保護性能，采用了滅弧能力較強的護比之值，及為了改進其保護性能，采用了滅弧能力較強的磁吹火花間隙和通流能力較大的高溫閥片磁吹火花間隙和通流能力較大的高溫閥片.（仍然存在工頻續(xù)（仍然存在工頻續(xù)流的問題，通流容量不大）流的問題，通流容量不大）閥式避雷器分普通型和磁吹型兩閥式避雷器分普通型和磁吹型兩類類普通型普通型磁吹型磁吹型普通型的熄弧完全依靠間隙的自普通型的熄弧完全依靠間隙的自

14、然熄弧能力，不能承受較長持續(xù)然熄弧能力，不能承受較長持續(xù)時間的內過電壓沖擊電流的作用，時間的內過電壓沖擊電流的作用，因此此類避雷器通常不容許在內因此此類避雷器通常不容許在內過電壓下使用，目前只使用于過電壓下使用，目前只使用于220kV及以下系統作為限制大氣及以下系統作為限制大氣過電壓用過電壓用磁吹型利用磁吹電弧來強迫磁吹型利用磁吹電弧來強迫熄弧，其單個間隙的熄弧能熄弧，其單個間隙的熄弧能力較高，能在較高恢復電壓力較高，能在較高恢復電壓下切斷較大的工頻續(xù)流。若下切斷較大的工頻續(xù)流。若此類避雷器閥片的熱容此類避雷器閥片的熱容It大，大，能容許通過內過電壓下的沖能容許通過內過電壓下的沖擊電流，則此類

15、避雷器尚可擊電流，則此類避雷器尚可考慮用作限制內過電壓的備考慮用作限制內過電壓的備用措施。用措施。 普通型 磁吹型火花間隙組閥片火花間隙組普通型普通型磁吹型磁吹型主要參數：主要參數：1、額定電壓、額定電壓Un：正常工作時加在避雷器上的工作電壓，即避雷器安裝處的電網：正常工作時加在避雷器上的工作電壓，即避雷器安裝處的電網標稱電壓標稱電壓2、滅弧電壓、滅弧電壓Umh：在保護避雷器動作后，工頻續(xù)流第一次過零就能滅弧的條件：在保護避雷器動作后，工頻續(xù)流第一次過零就能滅弧的條件下，允許加在避雷器上的最大工頻電壓下，允許加在避雷器上的最大工頻電壓3、工頻放電電壓、工頻放電電壓Ugf：指工頻電壓作用下避雷器

16、發(fā)生：指工頻電壓作用下避雷器發(fā)生 放電的電壓（有效）值，它放電的電壓（有效）值，它表明間隙的表明間隙的 絕緣強度絕緣強度4、沖擊放電電壓、沖擊放電電壓Uf：指沖擊電壓作用下避雷器放電電壓幅值：指沖擊電壓作用下避雷器放電電壓幅值5、殘壓、殘壓Uc：指雷電流通過閥片所產生的壓降：指雷電流通過閥片所產生的壓降6、保護比、保護比Kb：指避雷器殘壓與滅弧電壓之比：指避雷器殘壓與滅弧電壓之比7、直流泄漏電流：指在直流電流下流過避雷器放電間隙并聯電阻的電導電流、直流泄漏電流：指在直流電流下流過避雷器放電間隙并聯電阻的電導電流8、通流容量：指閥片通過電流的能力，一種是雷電流，另一種是工頻續(xù)流、通流容量：指閥片

17、通過電流的能力，一種是雷電流，另一種是工頻續(xù)流氧化鋅避雷器是一種新型避雷氧化鋅避雷器是一種新型避雷器，采用的核心部件是氧化鋅閥器，采用的核心部件是氧化鋅閥片，氧化鋅壓敏電阻閥片以氧化片，氧化鋅壓敏電阻閥片以氧化鋅（鋅（ZnO）為主要材料，并摻以）為主要材料，并摻以微量的氧化鉍、鈷、銻等添加物，微量的氧化鉍、鈷、銻等添加物，經過成型、燒結、表面處理等工經過成型、燒結、表面處理等工藝過程而制成。具有非常理想的藝過程而制成。具有非常理想的伏安特性，其非線性極好。伏安特性，其非線性極好。伏安特性伏安特性氧化勻壓敏電阻在實際應用中最為重要的性能指標是其電壓與電流之間的非線性關氧化勻壓敏電阻在實際應用中最

18、為重要的性能指標是其電壓與電流之間的非線性關系，即伏安特性，典型氧化鋅閥片的伏安特性如下圖所示。系，即伏安特性，典型氧化鋅閥片的伏安特性如下圖所示。該特性可大致劃分為三個工作區(qū)該特性可大致劃分為三個工作區(qū):1.小電流區(qū)小電流區(qū)2.限壓工作區(qū)限壓工作區(qū)3.過載區(qū)。過載區(qū)。 氧化鋅避雷器的電氣特性參數氧化鋅避雷器的電氣特性參數、額定電壓、額定電壓 額定電壓是指允許加在避雷器兩端的最大工頻電壓有效值。這額定電壓是指允許加在避雷器兩端的最大工頻電壓有效值。這一參數是按電網單相接地條件下健全相上最大工頻過電壓來選一參數是按電網單相接地條件下健全相上最大工頻過電壓來選取的，并通過動作負荷試驗和工頻電壓耐受

19、特性試驗進行校核。取的，并通過動作負荷試驗和工頻電壓耐受特性試驗進行校核。在額定電壓下，避雷器應能吸收規(guī)定的雷電或操作過電壓能量，在額定電壓下，避雷器應能吸收規(guī)定的雷電或操作過電壓能量，其自身特性基本不變，不發(fā)生熱擊穿。其自身特性基本不變，不發(fā)生熱擊穿。U Ur rkUkUt t（額定電壓（額定電壓 切切除故障時間系數除故障時間系數 暫時過電壓）暫時過電壓）U Ut t=1.1U=1.1Um m（系統最高電壓）（系統最高電壓）U Um m=1.15Un =1.15Un 10kv10kv系統系統 U U相相=5.77KV U=5.77KV Um m=11.5kv U=11.5kv Ut t=12

20、.65KV =12.65KV U Ur r16.445KV16.445KV 、持續(xù)運行電壓、持續(xù)運行電壓持續(xù)運行電壓是指允許長期連續(xù)加在避雷器兩端的工頻電壓有效持續(xù)運行電壓是指允許長期連續(xù)加在避雷器兩端的工頻電壓有效值。氧化鋅避雷器在吸收過電壓能量時溫度升高，限壓結束后值。氧化鋅避雷器在吸收過電壓能量時溫度升高，限壓結束后避雷器在此電壓下應能正常冷卻而不致發(fā)生熱擊穿。避雷器的避雷器在此電壓下應能正常冷卻而不致發(fā)生熱擊穿。避雷器的持續(xù)運行電壓一般應等于或大于系統的最高運行相電壓。持續(xù)運行電壓一般應等于或大于系統的最高運行相電壓。氧化鋅避雷器的電氣特性參數氧化鋅避雷器的電氣特性參數、起始動作電壓、

21、起始動作電壓起始動作電壓是指氧化鋅避雷器通過起始動作電壓是指氧化鋅避雷器通過1mA工頻電流幅值或直流電流時，工頻電流幅值或直流電流時，其兩端工頻電壓幅值或直流電壓值，該值大致位于伏安特性曲線上由小電流其兩端工頻電壓幅值或直流電壓值，該值大致位于伏安特性曲線上由小電流區(qū)向限壓工作區(qū)轉折的轉折點處，從這一電壓開始，避雷器將進入限壓工作區(qū)向限壓工作區(qū)轉折的轉折點處，從這一電壓開始，避雷器將進入限壓工作狀態(tài)。狀態(tài)。 、殘壓、殘壓殘壓是指避雷器通過規(guī)定波形的沖擊電流時，其兩端出現的電壓峰值，殘壓是指避雷器通過規(guī)定波形的沖擊電流時，其兩端出現的電壓峰值，殘壓越低，避雷器的限壓性能越好。殘壓越低，避雷器的限壓性能越好。 、壓比、壓比壓比是指氧化鋅避雷器通過壓比是指氧化鋅避雷器通過8/20s的額定沖擊放電電流時的殘壓與起始動的額定沖擊放電電流時的殘壓與起始動作電壓之比，壓比越小，表明通過沖擊大電流時的殘壓越低，避雷器的保護作電壓之比，壓比越小，表明通過沖擊大電流時的殘壓越低，避雷器