避雷器：工作原理、作用及特性解析

(一)避雷器的工作原理

避雷器能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量,保护电气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。避雷器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。

金属氧化物避雷器(氧化锌避雷器)是由氧化锌压敏电阻构成,每一块压敏电阻从制成时就有一定开关电压(叫压敏电阻),在正常的工作电压下(即小于压敏电压)压敏电阻值很大,相当于绝缘状态,但在冲击电压作用下(大于压敏电压),压敏电阻呈低值被击穿,相当于短路状态。然而压敏电阻被击状态是可以恢复的;当高于压敏电压的电压撤销后,它又恢复了高阻状态。因此,在电力线上如安装氧化锌避雷器后,当雷击时,雷电波的高电压使压敏电阻击穿,雷电流通过压敏电阻流入大地,使电源线上的电压控制在安全范围内,从而保护了电器设备的安全。

避雷器的作用是保护电力系统中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏。

(二)避雷器的技术参数

(1)持续运行电压:持续运行电压是能持续施加在避雷器端子间的工频电压最大允许值,一般相当于额定电压的75%～80%。由于污秽、相间耦合、邻近效应及本体均压效果不好等原因,致使避雷器的电阻片柱在此电压下电位分布不均匀,电阻片会发生老化,泄漏电流增大,损耗增加,甚至引起避雷器的热崩溃。避雷器持续运行电压不等于系统中的长期运行电压。

(2)额定电压:避雷器额定电压是施加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值,按此电压设计的避雷器能在如动作负载试验中所建立的暂时过电压条件下正确地动作。正如标准中所定义,避雷器的额定电压即为在动作负载试验中用于大电流和长线放电后施加10s对应的工频电压。它也是建立避雷器工频电压—时间特性和定义线路放电试验要求的参考参数。(www.xing528.com)

(3)标称放电电流:标称放电电流用于划分避雷器等级,具有8/20波形的雷电冲击电流峰值。它是表示避雷器保护特性和能量吸收能力的主要参数。

(4)避雷器的保护水平:避雷器的雷电冲击保护水平是在标称放电电流(8/20)下的最大残压和陡波电流(1/10)下的最大残压值除以1.15中取较大者,它应用于保护设备免受快波前过电压。避雷器的操作冲击保护水平是在规定的操作冲击放电电流(30/80)下的最大残压,它应用于保护设备免受缓波前过电压。对于金属氧化物避雷器陡波前过电压的保护特性,必须考虑如陡波电流冲击(1/10)所试验的电阻片导电机理中的时间延迟和避雷器本体固有电感的影响。

(5)大电流冲击耐受能力:具有4/10波形的雷电冲击电流峰值,用于试验避雷器耐受直击雷或近区雷击时的能力,以及产品在电、机、热方面的稳定性。

(6)长持续时间电流冲击耐受能力:研究发现通过避雷器的雷电流常常拖有比较长的尾巴,大约300km长输电线路上的操作过电压会在避雷器上产生2ms的方波电流,磁吹避雷器由于限流间隙弧压降,改变了方波电流的形状,故又提出线路放电试验。因此,现在规定:凡与长线路,电缆,电容器组相连的避雷器必须能耐受长持续时间电流冲击以验证其能否吸收操作过电压产生的操作冲击电流和能量。

(7)压力释放等级:压力释放等级与避雷器耐受内部故障电流而没有引起外套粉碎性爆炸的能力有关。

(8)耐污秽性能:避雷器污秽耐受能力涉及三种情况:①避雷器外套必须耐受污秽而不闪络;②避雷器必须耐受由于避雷器外套表面的污秽作用而导致非线性和瞬态电压分布变化可能引起的温度升高;③避雷器必须耐受由于避雷器外套表面的污秽作用而导致非线性和瞬态电压分布变化可能引起的内部局部放电且没有出现电阻片或内部组件的损害。