詳細解析氧化鋅避雷器工作原理

1. 避雷器的作用

　　避雷器的作用是限制過電壓以保護電氣設(shè)備。避雷器就是在線路或設(shè)備上人為地制造絕緣薄弱點即間隙裝置,間隙的擊穿電壓比線路或設(shè)備的雷電沖擊絕緣水平低,在正常運行電壓下間隙處于隔離絕緣狀態(tài),在過電壓下間隙被擊穿接地,放電降壓起到保護線路或設(shè)備絕緣的作用。

　　2. 氧化鋅避雷器工作原理

　　氧化鋅避雷器是當(dāng)代的防雷電器。其結(jié)構(gòu)為將若干片ZnO 閥片壓緊密封在避雷器瓷套內(nèi)。ZnO 閥片具有非常優(yōu)異的非線性特性,在較高電壓下電阻很小很小,可以泄放大量雷電流,殘壓很低,在電網(wǎng)運行電壓下電阻很大,泄漏電流只有50——150μA ,電流很小,可視為無工頻續(xù)流,這就是可以做成無間隙氧化鋅避雷器的原因,它對陡波和雷電幅值同樣有限壓作用,防雷保護功能*是其突出優(yōu)點。在我國先生產(chǎn)使用的正是無間隙氧化鋅雷器,運行實踐表明,它有損壞爆炸率高,使用壽命短等缺點。究其原因,暫態(tài)過電壓承受能力差是其致命弱點。而串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器仍有無間隙氧化鋅避雷器的保護性能優(yōu)點,同時有暫態(tài)過電壓承受能力強的特點,是一種理想的揚長避短的產(chǎn)品,結(jié)合我國國情可在3—— 35kV 系統(tǒng)串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器。

　　3. 氧化鋅避雷器功能特性

　　(1) 避雷器是過電壓保護電器,氧化鋅避雷器具有過電壓防護功能

　　對于能量有限的過電壓如雷電過電壓和操作過電壓,避雷器泄流能起限壓保護作用。對能量是無限(有補充能源)的過電壓,如暫態(tài)過電壓(工頻過電壓和諧振過電壓的總稱) ,其頻率或為工頻或為工頻的整數(shù)倍或分數(shù)倍,與工頻電源頻率總有合拍的時候,如因某些原因而激發(fā)暫態(tài)過電壓,工頻電源能自動補充過電壓能量,即使避雷器泄流過電壓幅值不衰減或只弱衰減,暫態(tài)過電壓如果進入避雷器保護動作區(qū),勢必長時間反復(fù)動作直至熱崩潰,避雷器損壞爆炸,因此暫態(tài)過電壓對避雷器有致命危害。如果已將全部暫態(tài)過電壓限定在保護死區(qū)內(nèi)不受其危害的避雷器,稱之為暫態(tài)過電壓承受能力強,反之稱暫態(tài)過電壓承受能力差。碳化硅避雷器暫態(tài)過電壓承受能力強,但由于運行中動作特性穩(wěn)定性差,常因沖擊放電電壓(保護動作區(qū)起始電壓) 值下降,仍可能遭受暫態(tài)過電壓危害。無間隙氧化鋅避雷器因其拐點電壓(可近似地把參考電壓當(dāng)作拐點電壓) 偏低,僅2. 21——2.56Uxg(最大相電壓) ,而有些暫態(tài)過電壓最大值達2. 5——3.5Uxg ,故有暫態(tài)過電壓承受能差的缺點。對暫態(tài)過電壓危害有效防護辦法是加結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定的串聯(lián)間隙,將全部暫態(tài)過電壓限定在保護死區(qū)內(nèi),使避雷器免受其危害。

　　(2) 從根本上避免保護作用產(chǎn)生接地故障或相間短路故障防雷器件具有防雷保護電力裝置安全作用,但有些器件的保護作用對電力系統(tǒng)的安全運行會產(chǎn)生影響。保護間隙和管型避雷器在間隙擊穿后,保護回路再也沒有限流元件,保護動作都要造成接地故障或相間短路故障,保護作用增大電力系統(tǒng)故障率,影響電力系統(tǒng)的正常、安全運行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“保護間隙應(yīng)盡量與自動重合閘裝置配合,以減少線路停電事故"。這是一種補救措施,非治本之策。自動重合閘裝置由于要求技術(shù)條件高,價格貴,只在大中型變電站才有條件采用,大多數(shù)中小型變配電所沒條件采用,它們大多把“應(yīng)盡量"理解為“也可不裝"。還有人只看重保護間隙結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉,但若加上自動重合閘裝置總費用遠比采用先進防雷電器貴。管型避雷器利用噴氣滅弧作用,可瞬時消除接地故障或相間短路故障,但隨其動作次數(shù)增多,滅弧能力下降,仍有接地故障或相間短路故障的隱患。應(yīng)認識到治本之策是使用氧化鋅避雷器,從根本上避免保護作用產(chǎn)生接地故障或相間短路故障,且不用自動重合閘裝置就能減少線路雷害停電事故。

　　(3) 氧化鋅避雷器具有連續(xù)雷電沖擊保護能力

　　有時高壓電力裝置可能遭受連續(xù)雷電沖擊,連續(xù)雷電沖擊是指兩次雷電入侵波間隔時間僅數(shù)百μs 至數(shù)千μs ,間隔時間極短。碳化硅避雷器保護動作既泄放雷電流也泄放工頻續(xù)流,切斷續(xù)流時耗最大達10000μs ,一次保護循環(huán)時間要遠大于10000μs 才能恢復(fù)到可進行再次動作能力,故碳化硅避雷器沒有連續(xù)雷電沖擊保護能力。氧化鋅避雷器保護動作只泄放雷電流,雷電流泄放(小于100μs) 完畢,立即恢復(fù)到可進行再次動作能力,故氧化鋅避雷器具有連續(xù)雷電沖擊保護能力,這對于多雷區(qū)或雷電活動特殊強烈地區(qū)的防雷保護尤為重要。

　　(4) 可避因免拐點電壓偏低帶來的缺點

　　碳化硅避雷器因其間隙結(jié)構(gòu)(隙距小,數(shù)量多) 帶來一些缺點:如沒有雷電陡波保護功能;沒有連續(xù)雷電沖擊保護能力;動作特性穩(wěn)定差可能遭受暫態(tài)過電壓危害;動作負載重壽命短等。無間隙氧化鋅避雷器因其拐點電壓較低,有暫態(tài)過電壓承受能力差,損壞爆炸率高和壽命短等缺點。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器的間隙結(jié)構(gòu)不同于碳化硅避雷器,因其間隙數(shù)量少,當(dāng)過電壓達到?jīng)_擊放電電壓時間隙無時延擊穿,因隙距大動作特性穩(wěn)定,故它可避免碳化硅避雷器間隙帶來的一切缺點。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器的間隙已將全部暫態(tài)過電壓限定在保護死區(qū)內(nèi)免受其危害,故它可避免無間隙氧化鋅避雷器因拐點電壓偏低帶來的一切缺點。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器仍有前兩種避雷器保護性能優(yōu)點,而避免它們的缺點。