高電壓防雷設備測試-避雷器結(jié)構(gòu)及特性

雷電的危害及防雷設備雷電的危害：在電力系統(tǒng)中引起很高的雷電過電壓，是造成絕緣故障和停電事故的主要原因之一。雷電過電壓產(chǎn)生的原因：直擊過電壓、感應過電壓、入侵波過電壓。防雷設備：避雷線、避雷針、避雷器。避雷針和避雷線保護原理：其高出被保護物，將雷電吸引到自身上，并安全的將雷電引入大地，從而保護設備。避雷器避雷器的作用：通過在變電所進、出線側(cè)并聯(lián)放電間隙或非線性電阻，消減、限制入侵波過電壓至避雷器的殘壓水平。保護原理①正常時：避雷器無電流流過，絕緣隔離；②雷電波襲擊時：避雷器立即擊穿動作，將雷電流泄入大地，限制過電壓；③雷電波消失：避雷器迅速切斷工頻續(xù)流，恢復正常。避雷器的分類：保護間隙、排氣式避雷器、閥式避雷器（碳化硅、氧化鋅）。管式避雷器閥式避雷器左圖為FZ-110J型普通閥型避雷器，其主要由四節(jié)相同的FZ-30型基本單元組成。氧化鋅避雷器避雷器（SurgeArrester）用途：

一種能釋放雷電或兼能釋放電力系統(tǒng)操作過電壓能量，保護電工設備免受瞬時過電壓危害，又能截斷續(xù)流，不致引起系統(tǒng)接地短路的電器裝置（見圖）。避雷器通常接于帶電導線和地之間，與被保護設備并聯(lián)。當過電壓值達到規(guī)定的動作電壓時,避雷器立即動作,流過電荷，限制過電壓幅值，保護設備絕緣；當電壓值正常后，避雷器又迅速恢復原狀，以保證系統(tǒng)正常供電。220kV氧化鋅避雷器型號Y10W-200/520均壓環(huán)避雷器本體避雷器與接地裝置的巡視一般規(guī)定應定期對設備接地裝置進行檢查測試，滿足動、熱穩(wěn)定和接地電阻要求。雷雨季節(jié)到來之前應完成預防性試驗。35kV及以上氧化鋅避雷器應定期測量并記錄泄露電流，檢查放電動作情況。變壓器中性點接地引下線應符合熱穩(wěn)定要求，連接線應便于定期進行檢查測試。避雷器與接地裝置的巡視巡視檢查接地引下線無銹蝕、無脫焊。避雷器一次連線良好，接頭牢固，接地可靠。內(nèi)部無放電聲響，計數(shù)器和泄露電流監(jiān)測儀指示無異常，并定期抄錄和比較數(shù)據(jù)變化。避雷器外絕緣應清潔完整、無裂紋和放電、電暈及閃絡痕跡，法蘭無裂紋、銹蝕、進水。避雷器與接地裝置的異常及故障處理異常及故障處理避雷器有下列情況之一應立即報告調(diào)度，申請退出運行：（1）絕緣瓷套有裂紋；（2）發(fā)生爆裂或接地時；（3）內(nèi)部聲響異?；蛴蟹烹娐暎唬?）運行電壓下泄露電流嚴重超標1、定義金屬氧化物避雷器（MOA）也稱為氧化鋅避雷器，其非線性電阻閥片以氧化鋅為主要原料，摻以少量其他的金屬氧化物等添加劑，經(jīng)過高溫焙燒而成，具有非常理想的伏安特性，非線性極好。它的結(jié)構(gòu)非常簡單，僅由相應數(shù)量的氧化鋅閥片密封在瓷套內(nèi)組成。2、氧化鋅閥片伏安特性

ZnO閥片的伏安特性圖區(qū)域I是小電流區(qū)，電流在1

mA以下，非線性系數(shù)α較高，約為0.2，曲線較陡峭。在正常運行電壓下，氧化鋅閥片工作于此小電流區(qū)。區(qū)域Ⅱ為工作電流區(qū)，電流在10-3～3

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A，非線性系數(shù)大大降低，α值為0.01

～0.05。此區(qū)域內(nèi)曲線較平坦，呈現(xiàn)出理想的非線性關系，所以此區(qū)域也稱為非線性區(qū)。區(qū)域Ⅲ為飽和電流區(qū)，電流隨電壓的增加而緩慢增大，α

約為0.1，非線性減弱。ZNO閥片與SiC閥片伏安特性對比氧化鋅閥片與碳化硅閥片的伏安特性比較圖氧化鋅閥片相比于碳化硅閥片有非常優(yōu)異的伏安特性。圖中曲線表示10

kA下殘壓Uc10相同的兩種避雷器。在相同工作電壓UN下，SiC閥片中電流有100

A，如果不串聯(lián)間隙，將燒壞閥片；而ZnO閥片中的電流卻只有幾十微安。在工作電壓下氧化鋅閥片實際上相當于一絕緣體，所以金屬氧化物避雷器可以不用串聯(lián)間隙隔離閥片電阻。3、工作原理閥片具有極高的電阻呈絕緣狀態(tài)。正常工作電壓下閥片“導通”呈低阻狀態(tài)，釋放電流，“導通”后閥片上的殘壓與流過它的電流大小基本無關，為一定值。當電壓超過某一定值閥片“導通”終止，恢復高電阻呈絕緣狀態(tài)，不存在工頻續(xù)流。電壓恢復正常4、特點結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕；不存在瓷套表面污穢使間隙放電電壓不穩(wěn)定的缺點，抗污性好；改善了陡坡下的保護性能，提高了對設備保護的可靠性無間隙由于氧化鋅避雷器無工頻續(xù)流流通，因此不存在滅弧問題，可做成直流避雷器，減少了避雷器動作時通過的能量，從而可以承受多次雷擊，延長了工作壽命不僅可用于大氣過電壓保護，也可用于內(nèi)部過電壓保護無續(xù)流通流能力大殘壓低12.7kV及以下的氧化鋅避雷器，是用上下鐵殼蓋及密封橡膠圈將氧化鋅閥片密封在磁套內(nèi)，內(nèi)部裝有彈簧將閥片壓緊，保證零件可靠的電氣連接。41kV及以上的氧化鋅避雷器由避雷器元件、頂蓋和底座組成，閥片用4根拉桿固定，彈簧壓緊。避雷器元件內(nèi)裝有壓力釋放裝置，當避雷器超過規(guī)定負荷或內(nèi)部故障時，內(nèi)部壓力迅速升高，達一定值時，其壓力釋放薄片破裂，排出氣體，防止磁套爆炸。500KV氧化鋅避雷器外形示意圖氧化鋅避雷器根據(jù)電壓等級由多節(jié)組成，35~110KV氧化鋅是單節(jié)的,500KV氧化鋅是三節(jié)的，而750KV氧化鋅則是四節(jié)的。用以確定避雷器的工頻參考電壓指允許短期加在避雷器上的最大工頻電壓（有效值）額定電壓指閥片伏安特性曲線由小電流區(qū)轉(zhuǎn)入擊穿區(qū)時所對應的電壓值工頻參考電壓（起始動作電壓）指允許長期加在避雷器上的系統(tǒng)最大工作相電壓（有效值）持續(xù)運行電壓指工頻電流阻性分量的峰值工頻參考電流表征了避雷器對長期工作電壓的耐受能力，其值低于額定電壓。表征了避雷器對工頻過電壓的耐受能力，指持續(xù)運行電壓峰值與工頻參考電壓之比荷電率保護比指避雷器通過8/20μs額定沖擊電流下的殘壓（簡稱額定殘壓）與工頻參考電壓之比殘壓比殘壓氧化鋅避雷器的保護比定義為

保護比==荷電率越大，一定持續(xù)運行電壓下的參考電壓越低，過電壓作用時越易動作，保護性能越好，但在正常電壓作用下，電壓負荷高，易老化，運行壽命縮短。反之，荷電率越小，保護性能變差，壽命延長。避雷器通過規(guī)定波形的沖擊電流時，其兩端出現(xiàn)的電壓峰值殘壓比越小，保護性能越好，目前的產(chǎn)品水平，殘壓比在1.6-2.0之間。指允許短期加在避雷器上的最大工頻電壓（有效值）。保護比等于殘壓比與荷電率的比值。保護比越小，保護性能越好。

隨著我國高速電氣化鐵路的快速發(fā)展，對擔負牽引供電任務的接觸網(wǎng)設置防雷措施愈發(fā)有意義。閃絡擊穿后損壞

當安裝了避雷器后，它能及時地將雷電引入大地，限制接觸網(wǎng)上過電壓的大小。避雷器01吸流變壓器的原邊，宜設避雷裝置02供電線上網(wǎng)點、電纜頭處，分區(qū)亭、開閉所、AT所引入線處接觸網(wǎng)線路避雷器的安設由線路經(jīng)過地區(qū)的雷區(qū)等級決定，《鐵路電力牽引供電設計規(guī)范》規(guī)定：根據(jù)雷電日及運營經(jīng)驗，對接觸網(wǎng)進行大氣過電壓保護。03高架站房、封頂式雨棚站區(qū)的兩端，隧道、隧道群進出口處，長大橋梁處04電分相處。05站場端部絕緣錨段關節(jié)來電側(cè)01氧化鋅避雷器（簡稱MOA），是目前運用在鐵路牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)中廣泛采用的主要過壓保護。02氧化鋅避雷器是在閥型避雷器的基礎上采用氧化鋅閥片——即氧化鋅壓敏電阻作為工作元件，取消了火花間隙，可以直接和電網(wǎng)并聯(lián)。03氧化鋅電阻閥片具有非常優(yōu)良的非線性伏安特性，通流能力大、殘壓低，能有效保護電氣設備的絕緣。當避雷器上的過電壓超過一定值時，避雷器閥片的電阻很小，可以將雷電過電壓導入大地，限制接觸網(wǎng)上