避雷器是连接在电力线路或设备与大地之间,一方面,在配电设备受到雷击时,避雷器通过接地装置向大地释放;另一方面,当系统出现操作过电压时,使其急速向大地放电,从而达到对系统或设备的过电压保护。同时,当过电压降到电气设备或线路的正常电压时,避雷器则停止放电,以防止正常电流向大地流通,因此,也保证了系统或设备的正常工作。

用于配电系统的避雷器主要有氧化锌避雷器和阀型避雷器等。

(一)金属氧化物避雷器

金属氧化物避雷器(又称氧化锌避雷器)一般可分为无间隙和有串联间隙两类。由于无间隙氧化锌避雷器使用越来越广泛,并且取得了很好的运行效果,而有串联间隙的氧化锌避雷器未发挥出氧化锌避雷器的优异性能,其结构又类似于阀型避雷器,故在此主要介绍无间隙氧化锌避雷器。

1.结构

10kV无间隙硅橡胶外套氧化锌避雷器,其电阻片采用氧化锌为基体,掺入少量其他氧化物,在1100～1350℃高温下焙烧结成阀饼,若干阀饼叠装成柱,两端安装金属端子。然后用绝缘带滚胶缠绕制成芯棒。芯棒干燥后,对其外部进行机加工整形,涂覆偶联剂放置真空浇注机内,热压浇注硅橡胶外壳成型。棒芯也有采用将阀饼叠装进绝缘筒后,热压浇注硅橡胶外壳成型的。

氧化锌避雷器阀片具有优异的非线性电压-电流特性,高电压导通,而低电压不导通,不需要串联间隙,可避免传统避雷器因火花间隙放电特性变化而带来的缺点。氧化锌避雷器具有保护特性好、吸收过电压能量大、结构简单等特点。

氧化锌避雷器在冲击过电压下动作后,没有工频续流通过,故不存在灭弧问题,保护水平只由氧化锌阀片的残压决定,避免了间隙放电特性变化的影响;另一方面,由于没有串联间隙的绝缘隔离,氧化锌阀片不仅要承受雷电过电压、操作过电压,还要承受工频过电压和持续运行正常相电压(含发生线路单相接地故障时、健全相电压异常升高),在这些电压作用下,氧化锌阀片的特性将会劣化。此外,由于在小电流区域内,氧化锌阀片的电阻温度系数为负值,运行中吸收过电压能量后,所引起的温升可能会导致避雷器热稳定的破坏。氧化锌避雷器与传统的一阀型有间隙的碳化硅避雷器相比,电气性能、技术参数和试验方法有所不同。其主要技术参数见表4-7。

2.主要电气参数

(1)额定电压。无间隙氧化锌避雷的额定电压为系统施加到其两端子间的最大允许工频电压有效值,它不等于系统的标称电压。如10kV电网中性点不接地或经消弧线圈接地的系统所采用的无间隙氧化锌避雷器的额定电压为17kV。

(2)持续运行电压。无间隙氧化锌避雷器的持续运行电压,为允许持久地施加在氧化锌避雷器端子间的工频电压有效值。

(3)冲击电流残压。包括陡波冲击电流残压、雷击冲击电流残压和操作冲击电流残压。

(4)直流1mA参考电压。是避雷器在通过直流1mA时测出的避雷器上的电压。

表4-7　无间隙金属氧化物避雷器技术参数

注 1.H—复合绝缘外套;Y—金属氧化物;5(1.5)—标称放电电流(kA);W—无间隙结构;S—配电型;□/□—分子为避雷器额定电压,分母为标称放电电流下残压(kV)。
2.本表数值部分摘自《交流无间隙金属氧化物避雷器》(GB11032—2000)。

3.应用

在安装无间隙氧化锌避雷器时,应考虑系统中性点的接地方式,以及与被保护的设备的配合。长期放置后安装或带电安装,应先进行直流1mA参考电压试验,或进行绝缘电阻的测量,对10kV避雷器用2500V绝缘电阻表测量,绝缘电阻不低于1000MΩ,合格后方可安装。

4.金属氧化物避雷器的试验项目、周期和要求(www.daowen.com)

金属氧化物避雷器的试验项目、周期和要求见表4-8。

表4-8　金属氧化物避雷器的试验项目、周期和要求

(二)阀型避雷器

1.结构

阀型避雷器主要由瓷套,火花间隙和阀型电阻片组成,其外形结构见图4-44,阀型避雷器的优点是运行经验成熟,缺点是密封不严,易受潮失效,甚至引发爆炸。

2.工作原理

在正常情况下,阀形避雷器火花间隙有足够的绝缘强度,不会被正常工作电压击穿;如图4-45所示,当有雷电过电压时,火花间隙就被击穿放电。雷电压作用在阀形电阻上,电阻值会变得很小,把雷电流汇入大地。之后,作用在阀形电阻上的电压为正常的工作电压时,电阻值变得很大,限制工频电流通过,因此线路又恢复了正常对地绝缘。

图4-44　10kV阀形避雷器外形结构图

(a)FS2-10型;(b)FS3-10型;(c)FS4-10型

图4-45　阀形避雷器的单位火花间隔

1—电极;2—云母绝缘片

3.主要电气参数

(1)避雷器额定电压。避雷器能够可靠地工作并能完成预期动作的负荷试验的最大允许工频电压,称为避雷器的额定电压。

(2)工频放电电压。这是与火花间隙的结构、工艺水平有关的参数,其具有一定的分散性、一般取工频放电电压平均值的±(7%～10%),规定为其上限。

(3)冲击放电电压和冲击电流残压。是供绝缘配合计算用的重要数据。选取标准冲击放电电压和标称放电电流残压中的一个最大者作为避雷器的保护水平。保护水平与避雷器额定电压(峰值)之比称为保护比,它是避雷器保护特性的一个指标其值越低,保护性能越优越。