高電壓防雷設(shè)備測試-避雷器結(jié)構(gòu)及特性

避雷器的結(jié)構(gòu)與特性01避雷器的保護(hù)概述當(dāng)雷電壓侵入波超過避雷器的擊穿強(qiáng)度時，避雷器閥片擊穿，限制侵入電氣設(shè)備的過電壓幅值。侵入波過后，避雷器的絕緣強(qiáng)度能自行恢復(fù)，以使電氣設(shè)備能夠繼續(xù)運(yùn)行。避雷器的含義避雷器結(jié)構(gòu)

氧化鋅避雷器避雷器的作用用途：限制過電壓（雷電和操作）保護(hù)設(shè)備免受過電壓的絕緣損壞（限壓）絕緣配合的基礎(chǔ)發(fā)展：間隙→管型避雷器→碳化硅→氧化鋅有間隙→無間隙

無間隙金屬氧化物避雷器基本要求基本要求具有良好的伏秒特性，以易于實(shí)現(xiàn)合理的絕緣配合應(yīng)有較強(qiáng)的絕緣強(qiáng)度自恢復(fù)能力，以利于快速切斷工頻續(xù)流，使電力系統(tǒng)得以繼續(xù)運(yùn)行圖（4）圖（5）圖（6）

要求避雷器具有很強(qiáng)的絕緣強(qiáng)度自恢復(fù)能力，在工頻續(xù)流第一次過零時熄弧，不再重燃滅弧電壓：工頻電流第一次過零后間隙所能承受的不至于引起電弧重燃的最大工頻電壓滅弧電壓越高，避雷器性能越好滅弧電壓02避雷器的結(jié)構(gòu)與種類工作原理（非線性特性）

氧化鋅電阻片是避雷器芯體的核心，當(dāng)作用在避雷器上的電壓達(dá)到動作電壓時，電阻片的阻抗急劇減小，處于大電流導(dǎo)通狀態(tài)，從而快速泄放過電壓能量并將其兩端的過電壓限制在一定水平，以保護(hù)設(shè)備的絕緣；在過電壓沖擊波過后，電阻片會即刻恢復(fù)到原高阻狀態(tài)。

避雷器用電阻片的形狀分為餅狀和環(huán)狀。圖(7)圖8圖（9）圖（10）圖（11）避雷器的類型1.按用途分類

按場合：電站用、配電用、線路用。按保護(hù)對象：并電容器用、變壓器中性點(diǎn)用、發(fā)電機(jī)用、電動機(jī)用和發(fā)電中性點(diǎn)用等。1.1電站用用以限制作用在3~1000kV變電站設(shè)備上操作和雷電過電壓1.2配電用用以限制作用在3~20kV配電設(shè)施，主要是配電變壓器、分段開關(guān)、刀閘及電纜頭的雷電過電壓和除諧振過電壓及暫態(tài)過電壓以外的相對地過電壓。避雷器的類型1.按用途分類1.3并聯(lián)電容器用用限制投切電容器組時可能產(chǎn)生的過電壓，用于不同容量和電壓等級電容器組的避雷器，其能量吸收能力有不同的要求。1.4發(fā)電機(jī)用用以限制作用在發(fā)電機(jī)的雷電過電壓和除諧振過電壓以外的相對地過電壓，并可限制升壓變的傳遞過電壓。1.5電動機(jī)用用以限制3~10kV投切電動機(jī)時的操作過電壓。避雷器的類型1.按用途分類1.6發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)用用以限制發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的雷電侵入波過電壓，同時對發(fā)電機(jī)整個絕緣也有一定的保護(hù)作用。在正常運(yùn)行工況下，作用在避雷器上的電壓很低。

1.7變壓器中性點(diǎn)用主要用以限制中性點(diǎn)為分級絕緣的變壓器（包括中性點(diǎn)接有低于其設(shè)備絕緣水平的設(shè)備，如消弧線圈）雷電過電壓，在正常運(yùn)行工況下，作用在避雷器上的電壓很低。避雷器的類型

2.按結(jié)構(gòu)分類分為無間隙避雷器和有間隙避雷器。

2.1無間隙具有結(jié)構(gòu)簡單、保護(hù)特性平相、安裝方便和運(yùn)行檢潮方便等優(yōu)點(diǎn)。

2.2有間隙線路防雷用避雷器（減少避雷器和老化和運(yùn)維）；諧振過電壓多發(fā)的地方（早期）；限制110~220kV敞開式變電站多重雷過電壓用。圖（12）圖（13）圖（14）避雷器的類型3.按外絕緣材質(zhì)分為絕緣外套避雷器和罐式避雷器。3.1絕緣外套

瓷外套：突出優(yōu)點(diǎn)是抗老化性能和抗彎的機(jī)械強(qiáng)度。復(fù)合外套：耐污性能高、體積小、重量輕和不易破碎等優(yōu)點(diǎn)。

3.2有間隙金屬罐式避雷器是GIS的配套設(shè)備；為單體結(jié)構(gòu)，沒有外緣和污穢問題。以上三圖分別為磁外套（15）、復(fù)合外套（16）、GIS型氧化鋅避雷器（17）結(jié)構(gòu)圖圖（15）圖（16）圖（17）03避雷器的參數(shù)產(chǎn)品形式:Y-金屬氧化物避雷器外套類型：H-復(fù)合外套，其他外套不表示標(biāo)稱放電電流結(jié)構(gòu)特征：W-無間隙，C-帶串聯(lián)間隙保護(hù)類型：S-配電，R-電容器，T-電鐵，Z-電站，Y-線路，F(xiàn)-SF6組合電路設(shè)計(jì)序號：以數(shù)字表示避雷器額定電壓標(biāo)準(zhǔn)放電電流下的殘壓附加特征代號：A-爬電比距25mm/KV，B-爬電比距31mm/KV，J-絕緣子間隙，K-空氣間隙，S-三相3.1額定電壓避雷器兩端之間允許施加的最大工頻電壓有效值。相當(dāng)于有間隙碳化硅避雷器的滅弧電壓。它是避雷器各種特性的基準(zhǔn)參數(shù)。3.2起始動作電壓（參考電壓）

以通過1mA工頻電流阻性分量峰值或直流幅值時的避雷器兩端電壓峰值U1mA定義為起始動作電壓3.3持續(xù)運(yùn)行電壓它是指在運(yùn)行中允許長期施加于避雷器兩端的工頻電壓有效值。它表征了MOA對長期作用的工頻電壓耐受能力。選擇MOA持續(xù)運(yùn)行電壓U時應(yīng)滿足：3-10kV系統(tǒng)：Uc≥1.1Um；35-66kV系統(tǒng)：Uc≥Um

式中：Um-系統(tǒng)最高運(yùn)行線電壓，為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的1.15倍3.4壓比氧化鋅避雷器通過波形為8/20us的額定沖擊放電電流時的殘壓與起始動作電壓（參考電壓）之比。壓比越小，說明通過沖擊大電流時的殘壓越低，氧化鋅避雷器的保護(hù)性能越好。3.5工頻耐受伏秒特性考核氧化鋅避雷器對工頻過電壓的耐受能力。對中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，氧化鋅避雷器在下列時間內(nèi)耐受相應(yīng)的工頻過電壓倍數(shù)：1.2Um1000s1.3Um100s1.4Um1s3.6最大殘壓在避雷器所允許最大陡波沖擊電流、雷電沖擊電流及操作沖擊電流下避雷器兩端電壓，它是表征避雷器保護(hù)水平的重要參數(shù)。3.7荷電率它是指長期施加在MOA上的持續(xù)工作電壓峰值與其工頻參考電壓的比值。它是影響MOA的老化性能和保護(hù)水平的一項(xiàng)重要參數(shù)。氧化鋅避雷器特性與應(yīng)用01避雷器的定義及分類避雷器的定義用于保護(hù)交流輸電設(shè)備的絕緣，免受雷電過電壓和操作過電壓損害。1、避雷器定義2、避雷器工作原理避雷器連接在線纜和大地之間，通常與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)。避雷器可以有效地保護(hù)通信設(shè)備，一旦出現(xiàn)不正常電壓，避雷器將發(fā)生動作，起到保護(hù)作用。當(dāng)通信線纜或設(shè)備在正常工作電壓下運(yùn)行時，避雷器不會產(chǎn)生作用，對地面來說視為斷路。一旦出現(xiàn)高電壓，且危及被保護(hù)設(shè)備絕緣。當(dāng)過電壓消失后，避雷器迅速恢復(fù)原狀，使通信線路正常工作。避雷器的定義避雷器適用于變壓器、輸電線路、配電屏、開關(guān)柜、電力計(jì)量箱、真空開關(guān)、并聯(lián)補(bǔ)償電容器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)及半導(dǎo)體器件等過電壓保護(hù)。3、避雷器適用范圍4、避雷器作用避雷器的作用是用來保護(hù)電力系統(tǒng)中各種電器設(shè)備免受雷電過電壓、操作過電壓、工頻暫態(tài)過電壓沖擊而損壞的一個電器。避雷器不僅可以用來防護(hù)雷電產(chǎn)生的高電壓，也可以用來防護(hù)操作高電壓。避雷器的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1優(yōu)點(diǎn)2優(yōu)點(diǎn)3優(yōu)點(diǎn)4具有優(yōu)異的非線性伏安特性通流容量大抑制過電壓能力強(qiáng)耐污穢、抗老化、壽命長避雷器的分類類別和名稱產(chǎn)品系列應(yīng)用范圍閥式碳化硅交流型低壓型閥式避雷器FS低壓網(wǎng)絡(luò)保護(hù)交流電器、電表和配電變壓器低壓繞組配電型普通閥式避雷器FS3、6、10KV交流配電系統(tǒng)保護(hù)配電變壓器和電纜頭電站型普通閥式避雷器FZ保護(hù)3~220KV交流系統(tǒng)電站設(shè)備絕緣保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁吹閥式避雷器FCD保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)絕緣電站型磁吹閥式避雷器FCZ保護(hù)35~500KV系統(tǒng)電站設(shè)備絕緣線路型磁吹閥式避雷器FCX保護(hù)330KV及以上交流系統(tǒng)線路設(shè)備的絕緣直流型直流磁吹閥式避雷器FCL保護(hù)直流系統(tǒng)電器設(shè)備絕緣金屬氧化物交流型無間隙金屬氧化物避雷器YW包括FS、FZ、FCD、FCZ、FCX系列的全部應(yīng)用范圍，有取而代之的趨勢有串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器YC3~10KV交流系統(tǒng)，保護(hù)配電變壓器、電纜頭和電站設(shè)備，與YW相比各有其特點(diǎn)有并聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器YB保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)和要求保護(hù)性能特別好的場合直流型直流金屬氧化物避雷器YL保護(hù)直流電氣設(shè)備管式纖維管式避雷器GWX電站進(jìn)線和線路絕緣弱點(diǎn)保護(hù)無續(xù)流管式避雷器GSW電站進(jìn)線、線路絕緣弱點(diǎn)及6、10KV交流配電系統(tǒng)電器設(shè)備的保護(hù)02氧化鋅避雷器

目前國內(nèi)輸電線路主要采用金屬氧化物避雷器(MOA)。氧化鋅避雷器由一個或并聯(lián)的兩個非線性電阻片疊合圓柱構(gòu)成。它根據(jù)電壓等級由多節(jié)組成，35～110kV氧化鋅是單節(jié)的，220kV氧化鋅是兩節(jié)的，500kV氧化鋅是三節(jié)的，而750kV氧化鋅則是四節(jié)的。

氧化鋅避雷器

1)構(gòu)造閥片由微小氧化鋅晶粒為主要材料，加入一些金屬氧化粉，經(jīng)過加工成氧化鋅電阻片。②并聯(lián)間隙氧化鋅避雷器氧化鋅電阻間隙③串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器氧化鋅電阻④全密封無間隙氧化鋅避雷器①伏安特性500kV變電站

與傳統(tǒng)的碳化硅避雷器相比。氧化鋅避雷器特點(diǎn)：

(1)優(yōu)異的保護(hù)性能。MOA具有很好的非線性特性。

(2)大的通流能力。具有良好的吸收雷擊過電壓和暫態(tài)過電壓的能力。(3)較高的運(yùn)行可靠性。正常的工作狀態(tài)下接近絕緣狀態(tài)，工頻續(xù)流僅為微安級，能量釋放快速恢復(fù)高阻狀態(tài)，運(yùn)行可靠性高，抗污穢能力強(qiáng)。ZnO、SiC和理想避雷器伏安特性曲線的比較兩類避雷器材料的伏安特性比較二、氧化鋅避雷器特性氧化鋅避雷器：①氧化鋅閥片的特點(diǎn)：具有很理想的非線性伏安特性。ZnO避雷器線性電阻SiC避雷器理想避雷器②伏安特性區(qū)域劃分：A區(qū)稱為小電流區(qū)；B區(qū)稱為非線性區(qū)，C區(qū)稱為飽和區(qū)。④工作原理：正常時：閥片相當(dāng)于絕緣體。當(dāng)過電壓超過一定值時，閥片“導(dǎo)通”，將沖擊電流通過閥片泄入大地，此時其殘壓不會超過被保護(hù)設(shè)備的耐壓值，達(dá)到過電壓保護(hù)的目的。過電壓消失后：閥片自動終止“導(dǎo)通”狀態(tài)，恢復(fù)絕緣狀態(tài)。（不存在電弧的燃燒與熄滅問題）被保護(hù)設(shè)備工作母線入侵波電阻閥片③結(jié)構(gòu)：⑤氧化鋅避雷器的優(yōu)點(diǎn)：無間隙：在工作電壓下ZnO實(shí)際上相當(dāng)于一絕緣體，工作電壓不會燒壞閥片，不需要通過串間隙來隔離工作電壓。無續(xù)流：因工作電壓下流過ZnO的電流極小，所以不存在工頻續(xù)流。保護(hù)性能優(yōu)越：ZnO閥片具有優(yōu)異的非線性伏安特性，還有進(jìn)一步降低殘壓的潛力。通流容量大：ZnO閥片單位面積通流容量要比SiC閥片的大4～4.5倍，又無串聯(lián)間隙燒傷的制約，可用來限制操作過電壓。⑥氧化鋅避雷器的基本電氣參數(shù)：最高持續(xù)運(yùn)行電壓：允許持續(xù)加在避雷器兩端的最大工頻電壓有效值。額定電壓：允許施加在避雷器兩端的最大工頻電壓有效值。起始動作電壓：指避雷器通過1mA工頻電流峰值或直流電流時得到工頻電壓峰值或直流電壓。通常用U1mA表示，也稱為轉(zhuǎn)折電壓或拐點(diǎn)電壓。殘壓：放電電流通過ZnO避雷器時的電壓峰值。通流容量：表示閥片耐受通過電流的能力。⑦

評價氧化鋅避雷器性能優(yōu)劣的指標(biāo)：保護(hù)水平：雷電保護(hù)水平為雷電沖擊殘壓和陡波沖擊殘壓除以1.15中的較大者；操作沖擊電壓等于操作沖擊殘壓。標(biāo)稱沖擊放電電流時的殘壓起始動作電壓壓比=壓比：此值約為1.6～2.0。壓比越小，保護(hù)性能越好。最大持續(xù)運(yùn)行電壓峰值起始動作電壓荷電率=荷電率：此值一般為45%～75%。標(biāo)稱沖擊放電電流時的殘壓最大持續(xù)運(yùn)行電壓峰值保護(hù)比=保護(hù)比：保護(hù)比越小，保護(hù)性能越好。壓比荷電率=MOA優(yōu)缺點(diǎn)無間隙，基本無續(xù)流伏安特性平坦，殘壓低，無截波，耐多重雷擊或多次操作波的能力強(qiáng)伏安特性對稱，正負(fù)極性過電壓水平相當(dāng)間隙具有極性效應(yīng)MOA閥片可以并聯(lián)使用，擴(kuò)容，降殘壓易于制成直流避雷器因?yàn)橹绷骼m(xù)流不像工頻續(xù)流那樣會通過自然過零點(diǎn)閥片受潮后或老化后，無間隙易爆炸MOA優(yōu)缺點(diǎn)現(xiàn)在試驗(yàn)研究表明，在氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)中，SF6隔離開關(guān)操作母線時產(chǎn)生5-15MHz高頻操作過電壓(VFTO)，波前很短，5～20μs，陡度很大。在這種VFTO沖擊作用時，M