避雷器的工作原理及参数

避雷器是普遍采用的入侵波保护装置，也是应用最广泛的过电压限制器，它实质是过电压能量的吸收器。它与被保护设备并联运行，当作用电压超过一定幅值后避雷器总是先动作，通过它自身泄放掉大量的能量，限制过电压，保护电气设备。避雷器放电后，避雷器两端的过电压消失，系统正常运行电压又继续作用在避雷器两端，在这一正常运行电压作用下，处于导通状态的避雷器中继续流过工频接地电流，该电流称为工频电流，它以电弧放电的形式出现。工频续流的存在一方面使相导线对地的短路状态继续维持，系统无法恢复正常运行。作为过电压保护装置，当电网电压升高达到避雷器规定的动作电压时，避雷器动作，释放电压负荷，将电网电压升高的幅值限制在一定水平之下，从而保护设备绝缘所能承受的水平，现代避雷器除了限制雷电过电压外，还能限制一部分操作过电压，因此称之为过电压限制器是更为确切的。避雷器避雷器工作原理避雷器设置在与被保护设备对地并联的位置，如图所示，各种避雷器均有一个共同的特性，即在高电压作用下呈现低阻状态，而在低电压作用下呈现高阻状态。在发生雷击时，当雷电波过电压沿线路传输到避雷器安装点后，由于这时作用于避雷器上的电压很高，避雷器将动作，并呈低阻状态，从而限制过电压，同时将过电压引起的大电流泄放入地，使与之并联的设备免遭过电压的损害。在雷电侵入波消失后，线路又恢复了常传输的工频电压，这一工频电压相对雷电侵入波过电压来说是低的，于是避雷器将转变为高阻状态，接近于开路，此时避雷器的存在将不会对线路上正常工频电压的传输产生响应。避雷器设备线路被保护设备雷电侵入波目前使用的避雷器主要有：1保护间隙2管式避雷器3阀式避雷器4氧化锌避雷器保护间隙结构和工作原理保护间隙：由两个电极组成，当雷电波入浸时，间隙先击穿，工作母线接地，避免了被保护设备上的电压升高.从而保护了设备。过电压消失后，间隙中仍有工频续流，由于间隙的熄弧能力差，往往不能自行熄弧将引起断路器的跳闸，这是保护间隙的主要缺点。为此可将间隙配合自动重合闸使用。保护间隙结构和工作原理结构和工作原理：常用的角形保护间隙如下图所示。由主间隙1和辅助间隙2串联而成。主间隙的两个电极做成角形，在正常运行时，间隙对地是绝缘的，当承受雷电过电压作用时，间隙击穿，工作线路被接地，从而使得与间隙并联的电气设备得到保护。辅助间隙的设置是为了防止主间隙被外物（如小鸟）短路，以避免整个保护间隙误动作。主间隙做成羊角形，主要是为了便于让工频续流电弧在其自身电磁力和热气流作用下被向上拉长而易于熄灭。F—工频续流电弧运动方向角形保护间隙管式避雷器工作原理管式避雷器实质上是一种具有较高熄弧能力的保护间隙。它有两个相互串联的间隙:一个在大气中称外间隙，其作用是隔离工作电压避免产气管被流经管子的工频泄漏电流所烧坏;另一间隙装在管内称为内间隙，其电极一为棒形电极另一为环形电极。管由纤维，塑料或橡胶等产气材料组成。雷击时内外间隙同时击穿.雷电流经间隙流人大地。过电压消失后，内外间隙的击穿状态将由导线上的工作电压所维持，工频续流电弧的高温使管内产气材料分解出大量气体.气体在高压力作用下由环形电极喷出，形成强烈纵吹弧作用从而使工频续流在第一次过零值时被熄灭。结构和工作原理管型避雷器的原理结构如下图所示。它由两个间隙串联组成。一个间隙S1装在产气管1内，称为内间隙（又称排气式避雷器）。另一个间隙S2装在产气管外，称为外间隙。而当雷电压过电压作用于避雷器两端时，内、外两个间隙均被击穿，使雷电流经间隙入地，在雷电过电压消失后，系统正常运行电压将在间隙中继续维持工频续流电弧，电弧的高温使产气管内的有机材料分解并产生大量气体，使管内气压升高，气体在高气压作用下由环形电极的孔口急速喷出，从纵向强烈地吹动电弧通道，使工频续流在第一次过零时熄灭。线路外部间隙内部间隙产气管棒形电极环行电极动作指示器接地胶木管阀式避雷器结构及工作原理阀型避雷器的基本元件为间隙和非线性电限，间隙与非线性电阻相串联，在电力系统正常工作时.间隙将工作阀片与工作母线隔离，以免烧坏阀片。当系统中出现过电压，且其电压超过间隙放电电压时，间隙击穿，冲击电流通过阀片流人大地，由于阀片的非线性特性在阀片上产生的压降将得到限制，使其低于被保护设备的冲击耐压，设备就得到了保护。当过电压消失后，工频续流仍将流过避雷器，此续流受阀片电阻的非线性特性所限制远较冲击电流为小，使间隙能在工频续流第一次过零值时就将电弧切断。以后就依靠间隙的绝缘强度能够耐受电网恢复电压的作用而不会发生重燃。•普通阀式避雷器------变电所防雷保护的重点对象是变压器，而前面两种因截波问题都不能承担保护变压器的重任。阀式避雷器主要由火花间隙及与之串联的工作电阻两部分组成，为避免外界因素（大气条件、潮气、污秽等）的影响，它们密封于瓷套中。注：火花间隙采用的是均匀电场。•磁吹阀式避雷器------为了减小阀式避雷器的切断比和保护比之值，及为了改进其保护性能，采用了灭弧能力较强的磁吹火花间隙和通流能力较大的高温阀片.（仍然存在工频续流的问题，通流容量不大）阀式避雷器分普通型和磁吹型两类普通型磁吹型普通型的熄弧完全依靠间隙的自然熄弧能力，不能承受较长持续时间的内过电压冲击电流的作用，因此此类避雷器通常不容许在内过电压下使用，目前只使用于220kV及以下系统作为限制大气过电压用磁吹型利用磁吹电弧来强迫熄弧，其单个间隙的熄弧能力较高，能在较高恢复电压下切断较大的工频续流。若此类避雷器阀片的热容It大，能容许通过内过电压下的冲击电流，则此类避雷器尚可考虑用作限制内过电压的备用措施。普通型磁吹型火花间隙组阀片火花间隙组普通型磁吹型主要参数：1、额定电压Un：正常工作时加在避雷器上的工作电压，即避雷器安装处的电网标称电压2、灭弧电压Umh：在保护避雷器动作后，工频续流第一次过零就能灭弧的条件下，允许加在避雷器上的最大工频电压3、工频放电电压Ugf：指工频电压作用下避雷器发生放电的电压（有效）值，它表明间隙的绝缘强度4、冲击放电电压Uf：指冲击电压作用下避雷器放电电压幅值5、残压Uc：指雷电流通过阀片所产生的压降6、保护比Kb：指避雷器残压与灭弧电压之比7、直流泄漏电流：指在直流电流下流过避雷器放电间隙并联电阻的电导电流8、通流容量：指阀片通过电流的能力，一种是雷电流，另一种是工频续流氧化锌避雷器是一种新型避雷器，采用的核心部件是氧化锌阀片，氧化锌压敏电阻阀片以氧化锌（ZnO）为主要材料，并掺以微量的氧化铋、钴、锑等添加物，经过成型、烧结、表面处理等工艺过程而制成。具有非常理想的伏安特性，其非线性极好。•伏安特性氧化匀压敏电阻在实际应用中最为重要的性能指标是其电压与电流之间的非线性关系，即伏安特性，典型氧化锌阀片的伏安特性如下图所示。该特性可大致划分为三个工作区:1.小电流区2.限压工作区3.过载区。氧化锌避雷器的电气特性参数①、额定电压额定电压是指允许加在避雷器两端的最大工频电压有效值。这一参数是按电网单相接地条件下健全相上最大工频过电压来选取的，并通过动作负荷试验和工频电压耐受特性试验进行校核。在额定电压下，避雷器应能吸收规定的雷电或操作过电压能量，其自身特性基本不变，不发生热击穿。Ur≥kUt（额定电压切除故障时间系数暂时过电压）Ut=1.1Um（系统最高电压）Um=1.15Un10kv系统U相=5.77KVUm=11.5kvUt=12.65KVUr≥16.445KV②、持续运行电压持续运行电压是指允许长期连续加在避雷器两端的工频电压有效值。氧化锌避雷器在吸收过电压能量时温度升高，限压结束后避雷器在此电压下应能正常冷却而不致发生热击穿。避雷器的持续运行电压一般应等于或大于系统的最高运行相电压。氧化锌避雷器的电气特性参数③、起始动作电压起始动作电压是指氧化锌避雷器通过1mA工频电流幅值或直流电流时，其两端工频电压幅值或直流电压值，该值大致位于伏安特性曲线上由小电流区向限压工作区转折的转折点处，从这一电压开始，避雷器将进入限压工作状态。④、残压残压是指避雷器通过规定波形的冲击电流时，其两端出现的电压峰值，残压越低，避雷器的限压性能越好。⑤、压比压比是指氧化锌避雷器通过8/20μs的额定冲击放电电流时的残压与起始动作电压之比，压比越小，表明通过冲击大电流时的残压越低，避雷器的保护性能越好。⑥、荷电率荷电率表示氧化锌阀片上的电压负荷，它是避雷器的持续运行电压幅值与直流起始动作电压的比值。荷电率的高低将直接影响到避雷器的老化过程。当荷电率高时，会加快避雷器的老化，适当降低荷电率可以改善避雷器的老化性能，同时也可提高避雷器对暂态过电压的耐受能力。但是，荷电率过低也会使避雷雷器的保护特性变坏。选择荷电率需要考虑稳定性、泄漏电流大小和温度对伏安特性影响等因素，针对不同的电网确定合理的荷电率值。荷电率值一般取为（45-75）%或更高，在中性点非有效接地系统中，因单相接地时健全相上的电压幅值较高，所以应选较低的荷电率。氧化锌避雷器的电气特性参数各种避雷器作用场所1、保护间隙主要用于配电系统、线路和发电厂、变电所2、管式避雷器进线段保护3、阀式避雷器主要用于发电厂和变电站的保护4、氧化锌避雷器