地铁避雷器技术介绍

避雷器相关知识交流讲义二、金属氧化物避雷器简介避雷器：又称过电压保护器或过电压限制器，能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电力系统各种电气设备免受瞬时过电压危害。内部采用金属氧化物电阻片作为主要元件，它具有优异的非线性伏安特性和陡波响应特性。避雷器在系统正常运行电压下呈高阻状态，仅有几十微安电流通过；当系统出现大气过电压或操作过电压时，避雷器呈低阻状态，将有害过电压的能量迅速泄放入大地，使与之相并联的设备免受过电压的损害避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。避雷器安装位置示意图避雷器分类：1.按电力系统类型分为：a.交流系统用避雷器;b.直流系统用避雷器。2.按标称放电电流分为：按标放电称电流可划分为20、10、5、2.5、1.5kA五类。3.按用途分为：按用途可划分为系统用线路型、系统用电站型、系统用配电型、并联补偿电容器组保护型、电气化铁道型、电动机及电动机中性点型、变压器中性点型、电力机车保护型、轨道车辆保护型（近年新增）。4.按结构性能分为：按结构性能可分为；无间隙（W）、带串联间隙（C）、带并联间隙（B）三类。5.按结构分氧化锌避雷器按结构可划分为两大类；瓷外套；瓷外套氧化锌避雷器按耐污秽性能分为四个等级，Ⅰ级为普通型、Ⅱ级为用于中等污秽地区（爬电比距20mm/kV）、Ⅲ级为用于重污秽地区（爬电比距25mm/kV）、Ⅳ级为用于特重污秽地区（爬电比距31mm/kV）。复合外套；复合外套氧化锌避雷器是用复合硅橡胶材料做外套，并选用高性能的氧化锌电阻片，内部采用特殊结构，用先进工艺方法装配而成，具有硅橡胶材料和氧化锌电阻片的双重优点。该系列产品除具有瓷外套氧化锌避雷器的一切优点外，另具有绝缘性能、高的耐污秽性能、良好的防爆性能以及体积小、重量轻、平时不需维护、不易破损、密封可靠、耐老化性能优良等优点。6.按电压等级分氧化锌避雷器按额定电压值来分类，可分为三类；高压类；其指66KV以上等级的氧化锌避雷器系列产品，大致可划分为500kV、220kV、110kV、66kV四个等级等级。中压类；其指3kV～66kV（不包括66kV系列的产品）范围内的氧化锌避雷器系列产品，大致可划分为3kV、6kV、10kV、25kV（铁路牵引系统）、35kV五个电压等级。低压类；其指3kV以下（不包括3kV系列的产品）的氧化锌避雷器系列产品，交流大致可划分为1kV、0.5kV、0.38kV、0.22kV四个电压等级。直流铁路牵引系统大致可分为0.6kV、0.75kV、1.5kV三个电压等级。金属氧化物电阻片金属氧化物避雷器其核心元件是金属氧化物电阻片。金属氧化物电阻片的主要成份为ZnO，添加少量的稀有金属氧化物（如：氧化铋、氧化钴、氧化锰、氧化锑、氧化硅、氧化铬、直流电阻片还添加氧化硼)以及微量的银玻璃粉。金属氧化物电阻片具有动作快、伏安特性平坦、残压低、通流容量大、性能稳定、寿命长的特点。电阻片的性能也就是避雷器的性能，所以电阻片性能的保证和和控制是非常关键的，不仅要严格的按照生产工艺流程生产，而且还必须具有齐全的检测设备，对每一只电阻片进行严格的检测，这样才能确保避雷器的质量。Ⅰ为小电流区域，此区域伏安特性陡峭，非线性差；Ⅱ为中电流区域，此区域伏安特性平坦，非线性较好；Ⅲ为大电流区域，此区域电流与电压逐渐近似线性关系。金属氧化物电阻片伏安特性：三、相关标准1.交流标准IEC60099-4：2006《避雷器-第四部分：交流无间隙金属氧化物避雷器》GB11032-2010《交流无间隙金属氧化物避雷器》JB/T8952-2005《交流系统用复合外套无间隙金属氧化物避雷器》TB1844－87《25kV交流电气化铁道用无间隙金属氧化物避雷器技术条件》（铁路牵引系统用）2.铁路系统相关直流标准EN50123-5:2003《BSEN50123-5：2003《铁路设施.固定设备.直流开关装置.直流系统特殊应用的避雷器和低压保护器》EN50124-2:2001《铁路应用绝缘配合：过电压及相关防护》EN50163:2004《铁路应用牵引系统供电电压》EN50124-1:2001《铁路应用绝缘配合：电工电子设备的电气间隙和爬电距离》EN50123-1:2003《铁路设施.固定设备.直流开关装置.总则》10四、名词和术语系统标称电压Un:标定一个电源系统的近似电压值。避雷器额定电压Ur:施加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值，按照此电压所设计的避雷器，能在所规定的动作负载试验中确定的暂时过电压下正确地工作。它是表明避雷器运行特性的一个重要参数，但它不等于系统标称电压。持续运行电压Uc：允许连续施加在避雷器两端的工频电压有效值。标称放电电流（In）：用来划分避雷器等级的、具有8/20波形的避雷器的额定频率：避雷器设计使用的电源频率。雷电冲击电流峰值。残压Ures：避雷器流过放电电流时两端的电压峰值,欧标中也叫保护电压水平Up。压比：非线性电阻片的标称放电电流下的残压(峰值)与其参考电压(峰值)之比。避雷器的荷电率：避雷器的最大持续运行电压(峰值)与其参考电压(峰值)之比。避雷器的直流参考电流：用于确定避雷器直流参考电压的直流电流。避雷器的直流参考电压：U(d.cref.）在避雷器通过直流参考电流时测出的避雷器的直流电压平均值。避雷器的工频参考电流：用于确定避雷器工频参考电压的工频电流阻性分量的峰值。避雷器的工频参考电压U(a.c.ref）：在避雷器通过工频参考电流时测出的避雷器的工频电压最大峰值除以避雷器的工频电压耐受时间特性：在规定的条件下，对避雷器施加不同的工频电压，避雷器不损坏，不发生热崩溃时所对应的最大持续时间的关系曲线。0.75倍直流参考电压下漏电流：在0.75倍直流参考电压下流过避雷器的漏电流。避雷器的大电流冲击：冲击波形为4/10的放电电流峰值，用于试验避雷器在直击雷时的稳定性。密封性(气密封/水密封)：避雷器禁止影响其电气和/或机械性能之介质浸入其内部的能力。加速老化试验：按照一定的规定，在规定的时间和温度下，向试品施加规定的电压，以考核非线性电阻片老化性能的一种模拟试验。2五、避雷器型号说明/六、使用场所的选型选型主要就是依据其使用场所不同，即保护对象不同，来进行选型，主要如下：配电用（S）：使用在3～10kV电力系统供电线路上；电站用（Z）：用以保护开关、变压器、互感器等；电容器用（R）：用以保护电容器；电机用（D）：用以保护旋转电机，包括电动机和发电机；电气铁道用（T）：用以保护电气化铁道电力线路及电力机车；线路用（X）：用以保护35kV及以上电力系统的线路绝缘子。直流避雷器：用以保护轻轨车辆及直流接触网。七、主要技术参数的选择考虑到避雷器的类别和型号繁多，结合南车使用避雷器实际情况，分别以“交流25kV电力机车保护用避雷器（简称A）”、“1500V交通车辆保护用避雷器（简称B）”举例说明，以下为具体选择过程。1.系统标称电压Un根据给定电源系统值，确定Un为-A：25kV,B：1.50kV；2.最高设备电压Um根据给定的系统标称电压，查相应的绝缘配合标准:依照EN50124-1附录D避雷器A选为27.5kV，避雷器B选为1.8kV；3.系统持续运行电压Uc对于系统电压25kV的避雷器A，持续运行电压Uc选择时参考标准DL/T620-1997表3，Uc=1.1Um=1.1×27.5=30.25,Uc尽量选大值，因此标准TB/T1844-87表1选为31.5kV；对于避雷器B，依据EN50123-5:2003第4.4.1款注意事项要求，对于直流1500V系统，Uc提高到与Ur相同值，有待于Ur确定后再定。4.避雷器额定电压Ur，荷电率为75%，因此Ur=Uc/0.75=31.5/0.75=42，这在TB/T1844-87表1中得到验证；对于避雷器B，EN50123-5:2003表4.1明确规定Ur=Uc=2.0kV。5.标称放电电流In对于系统电压25kV的交流避雷器A，依据TB/T1844-87表2，In选大值10kA等级；对于避雷器B，依据EN50123-5:2003表4.3，In选选较大值10kA等级；6.雷电冲击电压Uni依据EN50124-1:2001表A.2，对于系统电压25kV的交流避雷器A，，选取170kV；对于避雷器B，选取8kV。7.短时工频耐受1min依据EN50124-1:2001表B.1，对于避雷器A选80kV；对于避雷器B，选取3.6kV。8.标称放电电流下残压Ures主要有雷电残压和操作残压两种，根据被保护设备的绝缘耐受水平来确定，即绝缘耐受水平/残压=配合系数Ks，一般雷电残压配合系数Ks≥1.4，操作残压配合系数Ks≥1.15；对于系统电压25kV的交流避雷器A，Ures=170/1.4=121,这在标准TB/T1844-87表1中得到验证；对于避雷器B，Ures=8/1.4=5.7,这在标准EN50123-5:2003表2中得到验证Up≤6。9.2ms方波通流查阅TB/T1844-87表2，可知避雷器A的2ms方波通流容量为500A。10.大电流冲击耐受查阅GB11032-2010表10可知：In为10kA等级避雷器大电流冲击为100kA等级。11.荷电率取决于制造厂水平，原来交流电阻片的荷电率约为75%，目前为80%，直流电阻片的荷电率约为75%。12.直流1mA参考电压试验V1mA对于系统电压25kV的交流避雷器A，其V1mA=31.5×1.414/0.75=60kV，标准GB11032-2010中将其适当提高到65kV；对于避雷器B，其V1mA=2/0.75=2.67kV，取2.7kV。13.0.75倍直流1mA下漏电流查阅GB11032-2010第6.9条可知：一般避雷器0.75倍直流1mA下漏电流不超过50㎂。14.干弧距离（最小电气间隙）依据EN50124-1:2001表A.3，对于系统电压25kV的交流避雷器A，选取310mm；对于避雷器B，选取14mm。但是考虑到适用于海拔2500mm，依据GB311.1-1997第3.4条进行修正，修正系数k==1.22。修正后：对于避雷器A为310×1.22=378mm，对于避雷器B为14×1.22=17mm。15.爬电距离依据EN50124-1:2001表A.3，爬电比距按正常操作环境选取最大值33mm/kV；41028001.11但是考虑到适用于海拔2500mm，依据GB311.1-1997第3.4条进行修正，修正系数k==1.22。修正后：对于避雷器A为33×1.22×27.5=1107mm，对于避雷器B为33×1.22×1.8=73mm。16.工频/直流电压时间耐受特性依据TB/T1844-87第2.11条规定，对于系统电压25kV的交流避雷器A应进行四点电压时间特性试验分别为：1.15UR0.1s；1.12UR1s；1.10UR20s；1.0UR20min。依据EN50123-5:2003第4.5.10条规定，对于避雷器B应进行三点电压时间特性试验分别为：1.15UR1s；1.05UR10s；1.02UR20min。41028001.11八、安特避雷器及电阻片生产流程介绍九、安特直流轨道车辆避雷器介绍1.1适用范围适用于轨道交通车辆用直流1500V级避雷器，该避雷器用来保护受电弓的绝缘和列车的电气设备免受直击雷和操作过电压的冲击，减少列车运行故障率，确保直流地铁车辆正常运行。1.2结构和原理避雷器内部采用直流氧化锌电阻片作为主要元件，电阻片两端设有金具和缓冲弹簧,压紧后用玻纤管套装，构成避雷器芯体；外部再用硅橡胶包封一体化压铸而成。具有以下功能特性及优点：1）直流氧化锌电阻片具有优越的伏安特性，在正常持续运行电压下避雷器呈现高阻值，只流过很小的泄漏电流；当系统出现雷电和操作过电压时，氧化锌电阻片呈现低电阻，使避雷器的残压被限制在允许值以下，从而对电器设备提供可靠的保护；2）避雷器的芯体