建筑电气——避雷器的结构与原理

学术 2024-12-27 17:51 上海

避雷器的作用当雷电过电压沿架空线路侵入变配电所或其他建筑物内时，将发生闪络，甚至将电气设备的绝缘击穿。因此，假如在电气设备的电源进线端并联一种保护设备即避雷器，如图1，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。

避雷器的保护作用基于三个前提:

1、伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配合

2、保证其残压低于被保护绝缘的冲击电气强度

3、被保护绝缘必须处于该避雷器的保护距离之内避雷器的要求:

1、正常运行时不放电，过电压时放电正确动作

2、放电后要有自恢复功能

避雷器的相关参数：

1、持续运行电压:即允许长期工作电压。它应等于或大于系统的最高相电压。

2、额定电压(kV) :即允许短时最大工频电压(灭弧电压)。避雷器能在此工频电压下动作放电并熄弧，但不能在此电压下长期运行。它是避雷器特性和结构的基本参数，也是设计的依据。

3、工频耐受伏秒特性:表明氧化锌避雷器在规定条件下，耐受过电压的能力。

4、标称放电电流(kA):用于划分避雷器等级的放电电流峰值。220 kV及以下系统不应超过5 kA残压:是指避雷器在冲击电流作用下，避雷器两端所产生的电压也可以理解为避雷器两端所能承受的最高电压值。

避雷器的分类及结构常用避雷器的形式有阀式、管式、保护间隙不金属氧化物等。

(1) 阀式避雷器阀式避雷器主要分为普通阀式避雷器和磁吹阀式避雷器两大类。普通阀式避雷器有FS和FZ两种系列;磁吹阀式避雷器有FCD和FCZ两种系列。

阀式避雷器型号中的符号含义如下:

F-阀式避雷器; S- -配(变)电作用; Z-电站用; Y-线路用; D- 旋转电机用; C具有磁吹放电间隙。

阀式避雷器主要由平板火花间隙与碳化硅电阻片(阀片)串联而成，装在密封的瓷管内，外壳有接线螺栓供安装用。避雷器中的碳化硅电阻具有非线性特性,在正常电压时其阻值很大，过电压时其阻值随之变小。

阀式避雷器在正常的工频电压作用下火花间隙不被击穿，但在雷电波过电压下，避雷器的火花间隙被击穿;碳化硅电阻的阻值随之变得很小，雷电波巨大的雷电流顺利地通过电阻流入大地中，电阻阀片对尾随雷电流而来的工频电压呈现了很大的电阻，从而工频电流被火花间隙阻断，线路恢复正常运行。由此可见，电阻阀片和火花间隙的密切配合使避雷器很像一个阀i ]，对于雷电流“阀门”打开，对于工频电流“阀门” 则关闭，故称之为阀式避雷器。

FS系列阀式避雷器的结构如图2，此系列避雷器阀片直径较小，通流容量较低，一般用于保护变配电设备和线路。FZ系列阀式避雷器的结构如图2 (b)示，此系列避雷器阀片直径较大，且火花间隙并联了具有非线性的碳化硅电阻，通流容量较大，一般用于保护35kV及以上大、中型工厂中总降压变电所的电气设备。

磁吹阀式避雷器(FCD型)的内部附有磁装置来加速火花间隙中电弧的熄灭，专门用来保护重要的或绝缘较为薄弱的设备，如高压电动机等。

(2)保护间隙和管球避雷器保护间隙是最简单的防雷设备，其原理结构图3所示。保护间隙一般用镀锌圆钢制成，由主间隙和辅助间隙两部分组成。主间隙做成角形的，水平安装，以便灭弧。为了防止主间隙被外来的物体短路而引起误动作，在主间隙的下方串联有辅助间隙。因为保护间隙灭弧能力弱，一般要求与自动重合闸装置配合使用，以提高供电的可靠性。

管式避雷器的基本元件是安装在产气管内的火花间隙，间隙由棒型和环型电极构成，如图4所示。管式避雷器由灭弧管内间隙和外间隙组成。灭弧管般用纤维胶木等能在高温下产生气体的材料制成。当雷电波过电压来临时，管式避雷器的内、外间隙被击穿，雷电流通过接地线泄入大地。接踵而来的工频电流产生强烈的电弧，电弧燃烧管壁并产生大量气体从管口喷出，很快地吹灭电弧。同时外部间隙恢复绝缘，使灭弧管或避雷器与系统隔开，系统恢复正常运行。

因管式避雷器是靠工频电流产生气体而灭弧的，如果开断的短路电流过大，产气过多超出灭弧管的机械强度时，会使其开裂或爆炸，因此管式避雷器通常用于户外。

(3) 2吊氧化物避雷器1)无间隙金属氧化物避雷器(亦称压敏避雷器)是20世纪70年代开始出现的一种新型避雷器。与传统的碳化硅阀式避雷器相比，无间隙金属氧化物避雷器没有火花间隙，且用氧化锌(ZnO)代替碳化硅(SiC)，在结构.上采用压敏电阻制成的阀片叠装而成，该阀片具有优异的非线性伏安特性:工频电压下，它呈现极大的电阻，有效地抑制工频电流;而在雷电波过电压下，它又呈现极小的电阻，能很好地泄放雷电流。

金属氧化物避雷器具有保护特性好、通流能力强、残压低、体积小、安装方便等优点。目前金属氧化物避雷器已广泛地用于高、低压电气设备的保护。

氧化锌避雷器铭牌的型号字母含义例如HY5WS-17/50L:

H-表示复合绝缘外套;

Y-表示金属氧化锌避雷器;

5-表示冲击放电电流为5KA;

W-表示无间隙;

S-表示配电型;

17-表示避雷器的额定电压为17KV;

50-表示避雷器的残压为50KV;

L-表示带脱离装置氧化锌避雷器。

（2）有串联间隙型金属氧化物(氧化锌)避雷器是在复合外套金属氧化物避雷器内的电阻片与一间隙件串联组成;间隙件是在一瓷环内装有两个碟形电极。适用于中性点非有效接地系统中，当系统发生单相接地故障或弧光接地时，可能产生比较严重的暂态过电压，且持续时间较长，无间隙氧化锌避雷器难于承受此种过电压，而有串联间隙的氧化锌避雷器克服了.上述缺点，在单相接地和较低幅值的弧光接地过电压下，串联间隙不动作，使避雷器与系统隔离;在高于.上述过电压下，间隙放电，氧化锌阀片优异的伏安特性限制了避雷器两端的残压，且通过避雷器的续流值很小，极易切断，对变压器的绝缘提供可靠保护。

避雷器的试验项目及标准

(1)测量绝缘电阻。采用2500V及以.上兆欧表，35kV及以上，不低于2500MQ; 35kV及以下，不低于1000MQ。

(2)测量直流1mA的电压及该电压75%值时的泄漏电流。对避雷器施加直流电压，随着电压升高泄漏电流逐渐增大，当电流值达到1mA时记下电压值，然后将电压降到该电压值的75%并记下泄漏电流，其值不应大于50μA。

(3)运行电压下的交流泄漏电流。测量运行电压下的全电流、阻性电流或功率损耗，测量值与初始值比较，不应有明显变化，当阻性电流增加一倍时，必须停电检查。

当阻性电流增加到初始值的150%时，应适当缩短监测周期。

以上试验能发现避雷器阀片受潮、老化，避雷器表面裂纹及绝缘老化等缺陷。

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