配電網(wǎng)10kV避雷器結(jié)構(gòu)與選用方法

配電網(wǎng)10kV避雷器結(jié)構(gòu)與選用方法有關(guān)配電網(wǎng)lOkv避雷器結(jié)構(gòu)與選用方法，配電網(wǎng)避雷器的分類(lèi)和內(nèi)外結(jié)構(gòu)，配電網(wǎng)避雷器的結(jié)構(gòu)形式，包括管型設(shè)計(jì)、纏繞型設(shè)計(jì)、籠型設(shè)計(jì)等，配電網(wǎng)避雷器的安裝與應(yīng)用說(shuō)明。配電網(wǎng)10kV避雷器結(jié)構(gòu)與選用方法避雷器是電力系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)裝置，又稱(chēng)過(guò)電壓限制器。在配電系統(tǒng)中，設(shè)備的重要風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自感應(yīng)雷和對(duì)所連架空線(xiàn)的直擊雷。未與架空線(xiàn)連接的電纜系統(tǒng)，因故障或開(kāi)關(guān)操作引起的過(guò)電壓所占比例大，但也會(huì)產(chǎn)生雷電感應(yīng)過(guò)電壓，引起閃絡(luò)并嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備，影響用戶(hù)的正常供電。通過(guò)避雷器和絕緣裝置的適當(dāng)搭配可防止這類(lèi)事件的發(fā)生。1配電網(wǎng)避雷器的結(jié)構(gòu)1.1配電網(wǎng)避雷器的分類(lèi)和內(nèi)外結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)用避雷器結(jié)構(gòu)分瓷套式避雷器和復(fù)合外套式避雷器2種。瓷外套金屬氧化物避雷器的功能部分由不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及疊加起來(lái)的金屬氧化物電阻片柱構(gòu)成，具有非線(xiàn)性伏安特性。避雷器內(nèi)空間介質(zhì)通常是氮或干燥的空氣；瓷外套用以保護(hù)避雷器功能元件免受環(huán)境的影響,其機(jī)械強(qiáng)度、閃絡(luò)距離、爬電距離、污穢條件下的性能、防濕氣侵入的密封性必需充足相關(guān)要求。避雷器外套內(nèi)壁和功能元件之間的空隙可能完全或部分填滿(mǎn)了氣體（如干燥的空氣或氮?dú)猓蚬腆w或半固態(tài)材料（如硅橡膠）。避雷器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定配電網(wǎng)用避雷器必需設(shè)置壓力釋放裝置，當(dāng)功能元件因能量過(guò)負(fù)荷被擊穿或閃絡(luò)后，避雷器外套可能會(huì)爆破。密封系統(tǒng)是避雷器（不僅指瓷外套避雷器）最敏感的部件，瓷外套避雷器中濕氣浸入是影響金屬氧化鋅避雷器（metaloxidearrester,MOA）壽命的1個(gè)重要因素（MOV的電氣壽命也是1個(gè)因素，例如其電壓、電流特性的更改，但不是重要因素）E23O1.2配電網(wǎng)避雷器的結(jié)構(gòu)形式1.2.1管型設(shè)計(jì)這種避雷器采納的外套包含肯定的氣體體積（與瓷外套相像），為非瓷性復(fù)合外套，外部有傘裙的由加強(qiáng)塑料玻璃纖維管制成，并直接模壓在玻璃纖維管上。避雷器內(nèi)部的四周介質(zhì)一般為氮?dú)饣蛘呖諝?。目前常使用的外套是直接套在電阻片柱上，外套?nèi)不包含預(yù)留的氣體。1.2.2纏繞型設(shè)計(jì)避雷器的機(jī)械支撐部分使用玻璃纖維加強(qiáng)塑料（fiberglassreinforcedplastics,FRP）纏繞型結(jié)構(gòu)，它可以通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂浸透玻璃粗紗來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用預(yù)浸漬網(wǎng)或帶纏繞在電阻片柱上,然后在烘箱中固化而成，所得到的管型纏繞電阻片柱可以完全被包裹（可以預(yù)留薄弱點(diǎn)以保證在避雷器過(guò)載時(shí)外套打開(kāi)），也可以有預(yù)留窗口。這種纏繞也可能是1個(gè)預(yù)制的FRP管，包裹在MoV柱上，二者之間的空隙可用彈性材料填充。1.2.3籠型設(shè)計(jì)的MOV柱由FRP網(wǎng)或FRP棒或FRP帶以極高的張力夾緊。MoV本身即為機(jī)械支持結(jié)構(gòu)，而玻璃鋼則形成1個(gè)開(kāi)放的籠子，也有用帶子纏繞玻璃鋼籠子以加添機(jī)械強(qiáng)度，改善短路性能。外部傘裙必需直接模壓在模件上，通常使用的是硅橡膠。上述3種形式結(jié)構(gòu)的避雷器的外部傘裙必需直接模壓在模件上，通常使用的是硅橡膠。2配電網(wǎng)避雷器的基本特性避雷器具有保護(hù)特性和運(yùn)行特性。避雷器的保護(hù)特性反映其限制電力系統(tǒng)過(guò)電壓的本領(lǐng)，是輸變電設(shè)備絕緣搭配的基礎(chǔ)。改善避雷器的保護(hù)特性可以提高被保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行安全牢靠性，降低絕緣水平。避雷器的保護(hù)特性由保護(hù)水平?jīng)Q議。避雷器的運(yùn)行特性應(yīng)包括動(dòng)作負(fù)載穩(wěn)定性和運(yùn)行壽命特性（包括長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間運(yùn)行電壓下的壽命及各種過(guò)電壓下的壽命）等。3配電網(wǎng)避雷器的選擇配電系統(tǒng)很少有防雷屏蔽，因此配電網(wǎng)避雷器會(huì)受到直接雷擊和較多的感應(yīng)雷。（電工天下.）應(yīng)予以這種避雷器由雷電引起的瞬態(tài)過(guò)電壓極大的關(guān)注，相對(duì)而言，操作過(guò)電壓并不緊要。配電設(shè)備包括避雷器，與電站設(shè)備相比是低廉的，但其用量巨大。對(duì)具有特別用途的避雷器進(jìn)行單獨(dú)的討論通常不經(jīng)濟(jì)、不可行。因此，配電網(wǎng)避雷器的選型通常要考慮到使其能用于系統(tǒng)中任何相像的地方，而不是某一特定的位置；而且配電網(wǎng)多為中性點(diǎn)絕緣和諧振接地系統(tǒng)，其接地故障短時(shí)間過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，所以配電網(wǎng)用避雷器的選擇有特別要注意的地方。1選擇配電網(wǎng)避雷器的一般程序避雷器的保護(hù)特性和運(yùn)行特性相互制約。提高避雷器額定電壓，則避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓、工頻過(guò)電壓耐受本領(lǐng)以及能量汲取本領(lǐng)亦隨之提高，但過(guò)電壓下的保護(hù)裕度減?。礆垑焊撸Ｒ虼?，選擇適當(dāng)?shù)谋芾灼魇?個(gè)優(yōu)化的過(guò)程，必需考慮大量的系統(tǒng)和設(shè)備參數(shù)。選擇配電網(wǎng)用避雷器的一般程序：a）依據(jù)避雷器使用的當(dāng)?shù)貤l件，如海拔、氣溫、風(fēng)速、污穢、地震等環(huán)境因素進(jìn)行選擇（如屬于非正常使用條件，須經(jīng)供需雙方協(xié)商，擬訂出非正常使用條件下的避雷器）；b）依據(jù)最高系統(tǒng)電壓來(lái)確定避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓;c）依據(jù)短時(shí)間工頻過(guò)電壓來(lái)確定避雷器的額定電壓;d）估算通過(guò)避雷器的預(yù)期雷電放電電流，選擇避雷器的標(biāo)稱(chēng)放電電流等級(jí)及大電流沖擊值；e）估算通過(guò)避雷器的預(yù)期操作沖擊電流和能量，選擇避雷器的方波沖擊電流放電等級(jí)；f）依據(jù)預(yù)期故障電流來(lái)選擇避雷器的壓力釋放等級(jí)；g）選擇充足要求的避雷器，確定其雷電沖擊保護(hù)特性；h）確定被保護(hù)設(shè)備的配和用雷電沖擊耐受電壓，應(yīng)考慮架空線(xiàn)路的雷電特性，確定典型的雷電過(guò)電壓侵入波；確定避雷器和被保護(hù)設(shè)備之間的距離；依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB31L2?6?1983《高電壓試驗(yàn)技術(shù)》確定被保護(hù)設(shè)備的額定雷電沖擊絕緣水平；假如被保護(hù)設(shè)備的額定絕緣水平較低，則應(yīng)重新考慮避雷器的額定電壓、持續(xù)運(yùn)行電壓、標(biāo)稱(chēng)放電電流等級(jí)、方波沖擊電流放電等級(jí)及避雷器和被保護(hù)設(shè)備之間的距離。3.2按使用地區(qū)環(huán)境條件進(jìn)行選擇按使用地區(qū)環(huán)境條件進(jìn)行選擇，考慮如溫度、日照、風(fēng)速、冰雪、相對(duì)濕度、污穢、海拔、地震、雨等環(huán)境條件。4配電網(wǎng)避雷器的應(yīng)用4.1配電網(wǎng)避雷器的安裝對(duì)于金屬氧化物避雷器的裝配、安裝、維護(hù)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和廢棄,制造廠(chǎng)家應(yīng)給出清楚的說(shuō)明，并在供給的使用說(shuō)明書(shū)（手冊(cè)）中明確規(guī)定。避雷器用脫離器是當(dāng)避雷器故障時(shí)，使避雷器與系統(tǒng)斷開(kāi)的裝置,用于防止系統(tǒng)持續(xù)故障，并給出可見(jiàn)標(biāo)識(shí)。脫離器脫離時(shí)切斷流經(jīng)避雷器的故障電流通常不是該裝置的功能。脫離器通常直接置于避雷器接地側(cè)，應(yīng)隔離避雷器和地電位，并且指出應(yīng)替換的故障避雷器。當(dāng)避雷器正常運(yùn)行時(shí)，如通過(guò)雷電流時(shí)，脫離器不應(yīng)動(dòng)作；只有當(dāng)避雷器過(guò)負(fù)荷時(shí)，脫離器應(yīng)自動(dòng)將避雷器脫離，它們的接地引線(xiàn)應(yīng)是軟線(xiàn)，且必需保證避雷器下方有充足的絕緣距離，使脫離的接地引線(xiàn)能自由地?fù)u擺。當(dāng)脫離器動(dòng)作后，在避雷器下部接地端會(huì)顯現(xiàn)施加的運(yùn)行電壓時(shí),不會(huì)引起放電。脫離器可防止過(guò)負(fù)荷避雷器引起永久性短路而導(dǎo)致的系統(tǒng)跳閘，為用戶(hù)持續(xù)供電［43。對(duì)于很難到達(dá)的地方或過(guò)負(fù)荷避雷器不能很快替換時(shí)，這是優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是當(dāng)避雷器被脫離后，因無(wú)保護(hù)，應(yīng)盡快替換事故避雷器，以免與系統(tǒng)脫離后失去掌控。絕緣托架與脫離器一并安裝，以便能在避雷器故障后重合配電變壓器，其他托架用于安裝。假如高壓熔斷器與脫離器在1條回路上，這2個(gè)保護(hù)裝置的響應(yīng)特性應(yīng)彼此匹配。脫離器的響應(yīng)速度應(yīng)高于或至少應(yīng)與高壓熔斷器一樣。這是為了避開(kāi)更換后的新熔絲由于短路存在而再次切斷短路電流。故障指示器的功能是用鮮明的顏色材料顯示避雷器已過(guò)負(fù)荷，需要替換，它們不能使避雷器與地電位脫離。故障指示器可以安裝在避雷器高壓端，也可以直接安裝在避雷器接地端。假如避雷器過(guò)負(fù)荷，短路則是永久性的，應(yīng)盡快檢測(cè)出損壞的避雷器并進(jìn)行替換。2連接引線(xiàn)用戶(hù)選擇連接引線(xiàn)的截面積應(yīng)保證通過(guò)避雷器的短路電流（給定短路電流持續(xù)時(shí)間）而不會(huì)導(dǎo)致連接引線(xiàn)熔化或扯掉；連接引線(xiàn)應(yīng)保證有充足的機(jī)械強(qiáng)度，這一點(diǎn)適用于高壓端連接引線(xiàn)，也適用于低壓端連接引線(xiàn)。若考慮快速上升的雷電沖擊波，配電網(wǎng)避雷器相對(duì)于被保護(hù)設(shè)備之間的位置可能特別緊要。當(dāng)保護(hù)設(shè)備通過(guò)快速上升的雷電過(guò)電壓，以及當(dāng)與避雷器串聯(lián)的連接引線(xiàn)、避雷器與被保護(hù)設(shè)備的并聯(lián)引線(xiàn)均因其固有電感而產(chǎn)生不小的電壓時(shí)，引線(xiàn)電壓附加在避雷器的快波前特性上，因此連接引線(xiàn)須盡可能短且直，因沖擊電流通過(guò)時(shí)，其本身的自感在每段導(dǎo)線(xiàn)上都會(huì)產(chǎn)生感性壓降。當(dāng)雷電流變化率di/dt很高時(shí)，必需考慮到感性壓降。金屬氧化物材料本身對(duì)陡電壓和電流沖擊的響應(yīng)幾乎是同時(shí)。就避雷器本身的尺寸和引線(xiàn)長(zhǎng)度而言，總是存在著感性電壓，必需考慮陡波電流的沖擊。有關(guān)避雷器參數(shù)表中給出的規(guī)定殘壓值通常是僅指避雷器兩端的值。附加感性電壓計(jì)算公式為U=Ldf/do設(shè)1m長(zhǎng)直線(xiàn)的電感為L(zhǎng)=1H,雷電流波形的波頭和波尾分別為8s、20s,幅值為10kA,則每米連線(xiàn)的附加感性電壓大約為L(zhǎng)2kV；對(duì)于上升時(shí)間為1s、幅值為10kA的陡波沖擊電流，則每米連線(xiàn)的附加感性電壓大約為10kV。這就意味著必需盡可能地除去引線(xiàn)和回環(huán)的電感效應(yīng)，更不用說(shuō)避雷器和變壓器必需在同一點(diǎn)接地。3配電網(wǎng)避雷器的接地配電系統(tǒng)中的避雷器應(yīng)緊靠被保護(hù)設(shè)備，如變壓器］。避雷器接地端和被保護(hù)設(shè)備接地端應(yīng)當(dāng)用特別短且直的導(dǎo)線(xiàn)連接，接地電阻應(yīng)盡可能小，以限制接地端地電位上升，減小不安全性，避開(kāi)變壓器高壓側(cè)閃絡(luò)，最好小于或等于10Q。測(cè)量接地電阻重要采納直流電流或50Hz交流電流。若采納高頻（或含高頻成分的沖擊電流），其值可能很高，因此要采納特別的接地裝置來(lái)釋放沖擊電流。需要認(rèn)真設(shè)計(jì)柱上變壓器的接地極，采納接地棒和接地網(wǎng)來(lái)降低接地電阻。應(yīng)參考相應(yīng)的接地規(guī)程。在變電站，假如避雷器的基礎(chǔ)和被保護(hù)設(shè)備的基礎(chǔ)連在一起，則避雷器的接地引下線(xiàn)應(yīng)采納盡可能直，應(yīng)避開(kāi)彎曲的導(dǎo)線(xiàn)與主接地網(wǎng)連接。4配電變壓器低壓側(cè)過(guò)電壓通常認(rèn)為雷電擊中配電線(xiàn)時(shí)，雷電放電電流會(huì)通過(guò)變壓器原邊避雷器的接地引下線(xiàn)。當(dāng)用戶(hù)的接地與市政供水管線(xiàn)或深井連在一起時(shí)，它們供給的接地可能比變壓器處的接地較好，由于變壓器原、副邊的接地在電桿上是連在一起的，雷電流可以選擇最好的路徑人地。假如發(fā)生這種情況，則無(wú)論是雷擊于變壓器原邊相線(xiàn)還是中性線(xiàn)，均可以輕易造成絕大部分雷電流流過(guò)用戶(hù)的供電中性線(xiàn)。當(dāng)雷電流經(jīng)由較遠(yuǎn)的用戶(hù)供電電纜中性線(xiàn)接地點(diǎn)而非經(jīng)較近的變壓器下的接地引下線(xiàn)接地點(diǎn)時(shí)，變壓器低壓側(cè)會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓。假如與雷擊點(diǎn)遠(yuǎn)處的電纜一端接地比電纜近端接地好的話(huà)，則過(guò)電壓電流會(huì)流過(guò)電纜中性線(xiàn)，那么電纜兩端無(wú)論哪一邊遭逢雷擊都一樣。由于雷電流流經(jīng)電纜，沿電纜則會(huì)產(chǎn)生電阻和電感的電壓降，電纜電路回環(huán)中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。當(dāng)回環(huán)短路時(shí)，回環(huán)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生電流，電流回路上就會(huì)存在壓降，這就是低壓側(cè)過(guò)電壓的起源。假如負(fù)荷側(cè)開(kāi)路，則在開(kāi)路端子上很簡(jiǎn)單產(chǎn)生超過(guò)10kV的過(guò)電壓；假如負(fù)荷側(cè)短接，可能由于存在某種類(lèi)型電壓保護(hù)裝置的原因，回環(huán)內(nèi)部分電壓則疊加在變壓器的二次側(cè)。這可能會(huì)在變壓器的一次側(cè)感應(yīng)出具有破壞性電壓。由于過(guò)電壓無(wú)論發(fā)生電纜哪一端，都會(huì)反過(guò)來(lái)影響電纜的另一端，因此，假如要供給過(guò)電壓保護(hù)的話(huà)，則電路兩端均應(yīng)有保護(hù)，這一點(diǎn)很緊要。若配電系統(tǒng)的接地比負(fù)荷側(cè)接地好，當(dāng)變壓器二次側(cè)遭逢雷擊時(shí),電流則會(huì)反過(guò)來(lái)經(jīng)供電電纜而引入配電系統(tǒng)。因此，變壓器低壓側(cè)過(guò)電壓?jiǎn)栴}并非僅限于架空配電系統(tǒng)，在地下配電系統(tǒng)中也很普遍，雷電無(wú)需擊中電氣結(jié)構(gòu)才可進(jìn)入供電電纜。負(fù)荷側(cè)對(duì)地雷擊時(shí)，雷電流都可能找尋到最佳人地路徑進(jìn)入供電電纜。5配電線(xiàn)路避雷器配電線(xiàn)路因雷擊而引起的單相接地故障所占比例最高，配電網(wǎng)一般為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，允許帶單相接地故障運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)，所以配電線(xiàn)路通常不需特意用避雷器加以保護(hù)。但假如因雷擊而引起的單相接地故障以及因此而引起的兩相短路過(guò)多、跳閘率過(guò)高時(shí),可用避雷器加以保護(hù)。線(xiàn)路避雷器的安裝位置應(yīng)選在線(xiàn)路的易擊段、易擊點(diǎn)和易擊相。無(wú)間隙避雷器適當(dāng)搭配脫離器是必要的。當(dāng)避雷器過(guò)負(fù)荷時(shí)，脫離器將線(xiàn)路用避雷器與線(xiàn)路隔離，其電氣特性通常有別于一般的配電網(wǎng)避雷器的脫離器，由于，當(dāng)脫離器不脫離時(shí)，動(dòng)作負(fù)載比較重，而且還必需保證在其脫離之后，絕不允許避雷器任何部件（在風(fēng)中搖擺）對(duì)地閃絡(luò)。一方面地線(xiàn)必需充足長(zhǎng)，以允許避雷器因風(fēng)力而搖擺；另一方面,地線(xiàn)應(yīng)盡可能短，以削減電流環(huán)和快波前過(guò)電壓下的電感壓降。有外串間隙避雷器可以采納故障指示器。當(dāng)避雷器過(guò)負(fù)荷時(shí)，故障指示器應(yīng)有顏色鮮明的指示。線(xiàn)路避雷器電氣過(guò)負(fù)荷的風(fēng)險(xiǎn)率和隨后由于雷電的過(guò)度能量和電荷量引起的故障可能高于電站避雷器。原因是變電站有屏蔽，可以避開(kāi)高幅值直擊雷。6避雷器故障模式配電網(wǎng)避雷器功能失效或故障的原因重要有3個(gè)方面。6.1功能元件失效功能元件失效重要是ZnO電阻片的失效［1,其表現(xiàn)有：在長(zhǎng)期工作電壓下的老化、漏流增大、參考電壓降低以及過(guò)電壓特別是雷電過(guò)電壓下的閃絡(luò)或擊穿。雷電過(guò)電壓下的閃絡(luò)或擊穿是廣東地區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)避雷器故障記錄中的最大原因。6.2密封失效密封件/墊片隨著時(shí)間的推移可能會(huì)變得脆弱，導(dǎo)致水分浸入，引起而內(nèi)部漏電起