避雷器的参数、作用、原理、结构及注意事项

分秒必争钢琴w 05-06 1994

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避雷器是保证电力系统安全运行的重要保护设备之一，主要用于限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压。一旦出现不正常电压，避雷器产生作用，起到保护作用。氧化锌避雷器是在20世纪70年代出现的一种新型避雷器，它具有无间隙、无续流、残压低等优点。已经成为取代阀型避雷器、磁吹阀式避雷器的新一代产品，在电力系统广泛使用。

一、避雷器的型号说明、主要性能参数及代表意义

1、型号说明

避雷器型号说明

2、名牌含义

避雷器铭牌

如上图，HY5WS-17/150型，HY表示凝合物外套氧化锌避雷器，无间隙，配电型，额定电压为17kV、标称放电电流下残压50kV，标称放电电流5kA。

二、避雷器的基本要求

为了可靠地保护电气设备，使电力系统安全运行，需满足以下要求：

避雷器的伏秒特性与被保护设备的伏秒性要正确配合，即避雷器的冲击放电电压任何时刻都要低于被保护设备的冲击电压。

避雷器的伏安型与被保护的电气设备的伏安型要正确配合，即避雷器动作后的残压要比被保护设备通过同样电流时所能耐受的电压低。

避雷器的灭弧电压与安装地点的最高工频电压要正确的配合，使在系统发生一相接地的故障情况下，避雷器也能可靠地熄灭工频续流电弧，从而避免避雷器发生爆炸。

当过电压超过一定值时，避雷器产生放电动作，将导线直接或经电阻接地，以限制过电压。

三、过电压

1、过电压的含义

在电力系统正常运行时，电气设备的绝缘处于电网的额定电压下，由于雷击、操作、故障或参数配合不当等原因，电力系统中某些部分的电压可能升高，有时会大大超过正常状态下数值，此种电压升高称为过电压。

2、过电压的分类

过电压主要分为内部过电压和大气过电压。

内部过电压:由于操作(合闻、拉闻)，事故(接地、短路、断线等)或其他原因，引起电力系统的状态发生突然变化，从一种稳态转变为另一种稳态的过渡过程，这个过程中可能产生对系统有危险的过电压。这些过电压是系统内部电磁能的振荡和积聚引起的称为内部过电压。内部过电压可分为工频过电压、操作过电压、谐振过电压。

大气过电压:是由于雷雨季节空中出现雷云时，雷云带有的电荷，对大地及地面上的一些导电物体都有的静电感应，使地面和附近输电线路感应出异种电荷，并由雷云电荷束缚着被感应的异种电荷。大气过电压可分:直击雷过电压、感应过电压和侵入雷电过电压。

四、避雷器的作用

避雷器作为能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置。

避雷器实际上是一种非线性极好的电阻，在高电压下电阻很小，在低电压下电阻很高，通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。

避雷器保护原理图

五、避雷器的种类

按发展的先后，目前使用的避雷器有四种，即保护间隙、管型避雷器(包括一般管型和新型)、阀型避雷器和氧化锌避雷器。其中，保护间隙、管型避雷器和阀型避雷器只能限制雷电过电压，而磁吹阀式避雷器和氧化锌避雷器既可限制雷电过电压，也可以限制内部过电压。

①保护间隙是最简单的避雷器

②管型避雷器也是一个保护间隙，但它在放电后能自动灭弧。

③阀型避雷器。为了进一步改善避雷器的放电特性和保护效果，将原来的单个放电间隙分成许多短的串联间隙，同时增加了非线性电阻(这种非线性电阻阀片是用金刚砂sic和结合剂烧结而成，称为碳化硅片 )，发展成阀型避雷器。

④氧化锌避雷器。氧化锌避雷器是在20世纪70年代出现的一种新型避雷器，它具有无间隙、无续流、残压低等优点。氧化锌避雷器具有一系列突出的优点，已经成为取代阀型避雷器、磁吹阀式避雷器的新一代产品，在电力系统广泛使用。

六、避雷器的原理和结构

1、保护间隙

所谓保护间隙，是由两个金属电极构成的一种简单的防雷保护装置。其中一个电极固定在绝缘子上，与带电导线相接，另一个电极通过辅助间隙与接地装置相接，两个电极之间保持规定的间隙距离。保护间隙构造简单维护方便，但其自行灭弧能力较差。由于保护间隙的间隙距离较小(8～25mm)，易为昆虫、鸟类或其他外物偶然碰触而引起短路，因此常在接地引下线上串接一个小角型辅助间隙。保护间隙主要用于变压器中性点保护。

常用的角形保护间隙(1-主间隙，2-辅助间隙，3-绝缘子；4-电弧)

其间隙的结构有棒形、球形、角形三种。

①棒形间隙的伏秒特性较陡，不易与设备的绝缘特性配合。

②球型间隙虽然伏秒特性最平坦，保护性能也很好，但它与棒型间隙一样，都存在着间隙端头易烧伤的缺点，烧伤后间隙距离增大，不能保证动作的准确性。

③角型间隙放电时，电弧会沿羊角迅速向上移动而被拉长，因而容易自行灭弧，间隙不会严重烧伤，所以，近年来角型间隙被广泛用于配电线路和配电设备的防雷保护

2、管式避雷器。

当线路上遭到雷击或感应雷时，过电压使排气式避雷器的外部间隙和内部间隙被击穿，强大的雷电流通过接地装置入地。随之通过避雷器的是供电系统的工频续流，雷电流和工频续流在管子内部间隙发生强烈电弧，使管子内壁的材料燃烧，产生大量灭弧气体。由于管子容积很小，这些气体的压力很大，因而从管口喷出，强烈吹弧，在电流第一次过零时，电弧即可熄灭全部灭弧时间至多0.01s这时外部间隙的空气恢复了绝缘，使避雷器与系统隔离，恢复系统的正常运行。

排气式避雷器通称管型避雷器，由产气管、内部间隙和外部间隙三部分组成。管式避雷器实际是一种具有较高熄弧能力的保护间隙，它由两个串联间隙组成，一个间隙在大气中，称为外间隙，其工作就是隔离工作电压，避免产气管被流经管子的工频泄露电流所烧坏;另一个装设在气管内，称为内间隙或者灭弧间隙。排气式避雷器具有残压小的突出优点，且简单经济，但动作时有气体吹出，因此只用于室外线路，变配电所内一般采用阀式避雷器。

管式避雷器的灭弧能力与工频续流的大小有关。

管式避雷器原理结构

3、阀式避雷器。

阀式避雷器是由空气间隙和一个非线性电阻串联并装在密封的瓷瓶中构成的。在正常电压下，非线性电阻阻值很大，而在过电压时，其组织又很小避雷器正是利用非线性电阻这一特性而防雷的:在雷电波侵入时，由于电压很高(即发生过电压)，间隙被击穿，而非线性电阻阻值很小，雷电流便迅速进入大地，从而防止雷电波的侵入。当过电压消失之后，非线性电阻阻值很大，间隙又恢复为断路状态。随时准备阻止雷电波的入侵。

阀式避雷器的构造主要由瓷质绝缘套管、火花间隙和阀片电阻等原件组成。

阀式避雷器其主要元件及作用是

(1)火花间隙:由多个单元间隙串联而成，每个间隙是由两个冲压成的黄铜片电极，其间用0.5-1mm的云母垫圈隔开构成。每个单元间隙形成均匀的电场，在冲压电压作用下的扶秒特性平衡，能与被保护设备绝缘达到配合。在正常情况下，火花间隙使阀片电阻及黄铜片电极与电力系统隔开，而在受过电压击穿后半个周波(0.01s)内，能将工频续流电弧熄灭。

(2)阀片电阻:是由金刚砂和水玻璃等混合后经模型压制成饼状。它具有良好的伏安特性，当电流通过阀片电阻时，其电阻甚小，产生的残片(火花间隙放电以后，雷电流通过阀片电阻泄入大地，并在阀片电阻上产生一定的电压降)不会超过被保护设备的绝缘水平。当雷电流通过后，其电阻自动变大，将工频续流值限制在80A以下，以保护火花间隙可靠灭弧。总之，阀式避雷器的工作原理是，当线路正常运行时，避雷器的火花间隙将线路与地隔开，当线路出现危险的过压时，火花间隙即被击穿，雷电流通过阀片电阻泄入大地，从而起到了保护电气设备的目的。

阀式避雷器，它包括普通阀式避雷器(FS型和FZ型)与磁吹阀式避雷器(FCZ型和FCD型)。

①FS型避雷器。这是一种普通阀式避雷器，结构较为简单，保护性能一般，价格低廉，一般用来保护10kV及以下的配电设备如配电变压器、柱上断路器、隔离开关、电缆头等

②FZ型避雷器。这种避雷器在火花间隙旁并联有分路电阻，保护性能好。主要用于3～220kV电气设备的保护

③FCZ型避雷器。这是一种磁吹式阀型避雷器，火花间隙不但有分路电阻，还有分路电容，保护性能较为理想，主要用于旋转电机的保护。

④FCD型避雷器。也是一种磁吹式阀型避雷器，电气性能更好专用于变电所高压电气设备的保护。

4、金属氧化物避雷器(MOA)(无间隙避雷器)

用于保护输变电设备的绝缘免受过电压危害的重要保护电器，它具有响应快、伏安特性平坦、性能稳定、通流容量大、残压低、寿命长、结构简单等优点，广泛使用于发电、输电、变电、配电等系统中。复合外套金属氧化物避雷器是用硅橡胶复合材料做外套，和传统的瓷外套避雷器相比，具有尺寸小、重量轻、结构坚固、耐污性强、防爆性能好等优点。

氧化锌避雷器的主要元件是氧化锌阀片料，加入少量金属氧化物，在高温下烧氧化锌避雷器的内部元件由中间有孔的根有机绝缘棒，两端用螺栓紧固而成各有一个压紧弹簧压紧。瓷套两端法兰炸和损坏其他设备。

金属氧化物避雷器其基本工作元件是密封在瓷套内的氧化锌阀片。氧化锌阀片是以Zno为基体，添加少量的Bi203、MnO2、Sb203、Co303、Cr203等制成的非线性电阻体。

金属氧化物避雷器的非线性电阻体，具有比碳化硅好得多的非线性伏安特性，在持续工作电压下仅流过微安级的泄漏电流动作后无续流。因此金属氧化锌避雷器不需要火花间隙，从而使结构简化，并具有动作响应快、耐多重雷电过电压或操作过电压作用、能量吸收能力大、耐污秽性能好等优点。由于金属氧化锌避雷器保护性能优于碳化硅避雷器，已在逐步取代碳化硅避雷器，广泛用于交、直流系统，保护发电、变电设备的绝缘，尤其适合于中性点有效接地(见电力系统中性点接地方式)的110千伏及以上电网。

七、避雷器的检查及注意事项

1、避雷器的检查

(1)瓷套表面积污程度及是否出现放电现象，瓷套、法兰是否出现裂纹、破损。

(2)避雷器内部是否存在异常声响

(3)与避雷器、计数器连接的导线及接地引下线有无烧伤痕迹或短股现象，放电记录器是否烧坏。

(4)避雷器放电计数器指示是否有变化，放电计数器内部是否有积水，动作次数有无变化，并分析何原因使之动作

(5)检查避雷器引线上端引线处密封是否完好。因为密封不好进水受潮会引起故障。

(6)对带有泄漏电流在线监测裝置的避雷器泄漏电流有无明显变化，泄漏电流表(mA)指示在正常范围内，并与历史记录比较无明显变化。

(7)避雷器均压环是否有松动、歪斜。

(8)带串联间隙的金属氧化物避雷器或串联间隙是否与原来位置发生偏移。

(9)低式布置的避雷器，遮栏内有无杂草。

(10)接地应良好，无松脱现象。