避雷器的作用及原理解析

避雷器用于防止雷电产生的过电压沿线路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护物并联，装在被保护物的电源侧，如图5-27所示。避雷器的放电电压低于被保护设备绝缘的耐压值。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙先于被保护物被击穿，避雷器立即对地放电，将大部分雷电流泄入大地，从而使被保护设备的绝缘免遭损坏。

避雷器按结构型式分，有保护间隙、管形避雷器、阀形避雷器和金属氧化物避雷器等。其中，保护间隙和管形避雷器一般用于户外输电线路的防雷保护，阀形避雷器和金属氧化物避雷器主要用于变配电所的进线防雷电波侵入保护。

1.保护间隙

保护间隙又称角形避雷器，它由两个圆钢形电极组成，其中一个电极接线路，另一个电极接地。当雷电波入侵时，间隙先击穿，从而使被保护设备的绝缘免遭过电压的损害。当过电压消失后，间隙中有工频续流流过，由于间隙的熄弧能力差，工频电弧不能自行熄灭，续流必须依靠断路器切断才能断开。可见，保护间隙虽然简单经济，维修方便，但它的保护性能差，容易造成开关跳闸，线路停电。因此，为了提高供电的可靠性，一般应将其与自动重合闸配合使用。

保护间隙主要用于室外且负荷不重要的架空线路上。

2.管形避雷器

图5-27　避雷器保护原理

管形避雷器又称“排气式避雷器”，它实质上是一种具有较高熄弧能力的保护间隙，由内部间隙、外部间隙和产气管组成，其结构原理如图5-28所示。产气管由纤维、有机玻璃或塑料制成。内部间隙装在产气管内，管内棒形电极通过接地支座与接地体相连接；环形电极经过外部间隙与线路相连。

当雷电波沿线路袭来时，内外间隙被击穿，雷电流通过接地装置泄入大地。雷电过电压消失后，随之而来的工频续流产生强烈的电弧，使产气管内的产气材料分解出大量高压气体，从环形电极的开口喷出，形成强烈的纵吹作用，使工频电弧第一次过零时熄灭，灭弧时间不超过0.01s。

管形避雷器的熄弧能力由开断电流的大小决定。续流太小时产气太少，避雷器将不能灭弧；续流太大时产气过多，又会使管子爆炸或破裂。因此，管形避雷器熄灭电弧续流的能力具有一定的范围。选择管形避雷器时，应使其安装处的短路电流最大有效值（考虑非周期分量）小于开断续流的上限，短路电流的最小有效值（不考虑非周期分量）大于开断续流的下限。

另外，管形避雷器在使用过程中，随着动作次数增加，管径逐渐增大，管壁变薄，下限电流将升高，因此选择下限电流时要留有裕度。

3.阀形避雷器(www.xing528.com)

阀形避雷器是一种性能较好的避雷器，它的基本元件是装在密封瓷套中的火花间隙和非线性阀片，如图5-29所示。火花间隙用铜片冲制而成，每个火花间隙均由两个黄铜电极和一个云母垫圈组成。阀片是用金刚砂（SiC）颗粒和结合剂在一定温度下烧结而成的非线性电阻元件，它的阻值随通过电流的大小而变化，当通过电流较大时，电阻值很小；当通过电流较小时，电阻值很大。

阀形避雷器的作用依靠火花间隙和阀片配合来完成。当线路上出现雷电过电压时，其火花间隙被击穿，此时阀片电阻很小，雷电流顺畅地泄入大地，在阀片上产生的残压不高，低于被保护设备的冲击耐压。当雷电过电压消失、线路上恢复工频电压时，间隙中将流过工频续流，此时阀片电阻变得很大，将工频续流限制到很小，从而很快被火花间隙切断，线路恢复正常运行。由此可见，这里的非线性电阻很像一个阀门：对雷电流，阀门打开使其泄入大地；对工频续流，阀门关闭，迅速切断，故称为阀形避雷器。

阀形避雷器中串联的火花间隙和阀片的多少取决于线路电压等级的高低。根据电网额定电压的不同，火花间隙可由数个或数十个统一规格的单个间隙串联而成，这样可以将长电弧切成短电弧，有利于电弧的熄灭。

我国生产的阀形避雷器按灭弧形式分为普通型和磁吹型两类。普通型完全依靠间隙的自然熄弧能力熄弧，有FS型和FZ型两种系列。FS型主要用于中小型变电所，称为所用阀形避雷器；FZ型主要用于发电厂和大型变电站，称为站用阀形避雷器。磁吹避雷器的内部附有磁吹装置来加速火花间隙中电弧的熄灭，熄弧能力大，主要用于保护重要的而绝缘又较薄弱的旋转电机等，目前常用的有FCZ站用型和FCD旋转电机型。

图5-28　管形避雷器的结构原理

1—产气管　2—棒形电极　3—环形电极　4—螺母
s1—外部间隙
s2—内部间隙

图5-29　阀形避雷器的结构原理

4.金属氧化物避雷器

金属氧化物避雷器又称压敏避雷器，它没有火花间隙，只有压敏电阻片。压敏电阻片是以氧化锌为主要材料，掺以其他金属氧化物添加剂在高温下烧结而成的陶瓷元件，具有良好的非线性压敏电阻特性。在工频电压下，它呈现很大的电阻，能迅速有效地抑制工频续流；在雷电过电压下，其电阻值很小，能很好地泄放雷电流。同时，压敏电阻的通断能力很强，阀片面积较小，避雷器的体积也较小，工作寿命较长，特别适合全封闭组合电器应用。目前金属氧化物避雷器已广泛应用于高低压电气设备的防雷保护中，而且它的发展潜力很大，是目前世界各国避雷器发展的主要方向，也是未来特高压系统过电压保护的关键设备之一。

氧化锌避雷器与阀形避雷器相比，具有通断容量大、残压低、动作迅速、可靠性高、维护简单等优点，对大气过电压和雷电过电压都能起到很好的保护作用。