(整理)避雷器

1、精品文档精品文档第五章避雷器第一节避雷器结构和原理一、概述目前在电力系统中运行的避雷器主要有两种类型。一类是以串联火花间隙与碳化硅阀片为主要元件的传统阀型避雷器，它又分为普通阀型避雷器和磁吹阀型避雷器；另一类是以氧化锌电阻片为主要元件的金属氧化物避雷器，它又分为无间隙、带并联间隙和带串联间隙的金属氧化物避雷器。二、阀型避雷器（一）阀型避雷器动作原理阀型避雷器的主要部件是间隙和阀片。避雷器在正常运行电压作用下，间隙介质处于绝缘状态，而当电力系统发生的过电压达到间隙的放电电压时，间隙就会放电，较大的冲击电流通过阀片流人大地， 释放过电压能量。由于避雷器的阀片具有非线性，即表现为电压高时电阻低、电压

2、低时电阻高的特点，因此在间隙放电后，避雷器的残压较低，且低于被保护设备的绝缘水平，不致使设备受到危害。当过电压过去后，在灭弧电压下，阀片电阻又增大， 将工频续流限制到一定数值，当工频续流第一次过零瞬间时，间隙将工频续流切断， 使电力系统恢复正常运行状态。（二 ）阀型避雷器间隙阀型避雷器的间隙应具备以下特点：（1）放电伏秒特性曲线平坦，在0 520卩s（或2000卩s）的预放电时间内，放电电压的分散性要小，放电电压值要稳定。（2）具有一定的灭弧能力，要在续流第一次过零时灭弧。（3）多次通过额定冲击电流及工频续流后，放电电压不应变化。我国目前生产的阀型避雷器的间隙形式主要有电弧固定型一平板间隙和电

3、弧运动型一 磁吹限流间隙两种。其主要结构和特点分述如下。1平板间隙图5-1单个平板型火花间隙剖面图1电扱1 2云母片单个平板型火花间隙剖面如图 51所示。每个火花 间隙由两个黄铜电极和一个云母垫片组成，云母垫片的 厚度约为0.5Imm，单个间隙的工频放电电压在 2.7 3.2kV （有效值）之间。由于电极间隙的距离很小，电极间 的电场比较均匀，因此间隙的伏秒特性也就比较平坦。当间隙上的电压还不足以引起放电时，由于云母垫片和空气隙内的介电常数不同，使云母垫片的上、下空气隙中出现较高的电场强度，并导致空气游离，产生局部放电，在游离的同时，也有一部分带电质点复合，并使它们原来获得的游离能以光的形式释

4、放，照射到工作面及其间的气体上产生新的游离，上述照射作用是沿着相当大的圆形区域进行的。这两个因素都可以便工作面得到游离电子，因而使放电比较稳定、分散性小、伏秒特性平坦。电场的分布均匀和照射这两个条件，可以使阀型避雷器的单个间隙的冲击系数下降到1.1左右（冲击系数=冲击放电电压/工频放电电压峰值）。当电弧电流较小，且电极有良间隙的灭弧可以利用电弧电流周期性过零的特点来实现。好的冷却条件时，可以利用冷阴极的近极效应在电流过零瞬间即获得介质强度的恢复。对于铜电极，电弧电流过零瞬间间隙的绝缘介质强度可以恢复到250V左右，随着时间的推移，绝缘强度还将不断提高。 由于与间隙串联的阀片电阻具有非线性，因此

5、使通过问隙的电流由正弦波变为尖顶波。 在电流过零前，续流被限制得很小。 阀片的非线性越好，限流的效果越 明显，此限制相当于延长了续流过零的时间，所以间隙的初始恢复强度要增大，单个间隙的初始恢复强度可达到 600700V。串联的间隙越多，总的初始恢复强度也就越大，所以用串联的短间隙来代替长间隙对熄弧是十分有利的。火花间隙除了要有一定的初始恢复强度外，还必须有尽可能快的介质强度恢复速度。如果介质强度恢复较慢， 在恢复电压上升到某一值时就能使间隙重新击穿。当电流过零后，间隙所能承受的最大工频电压称为间隙的灭弧电压，而把间隙的工频放电电压和灭弧电压之比称为间隙的切断比。由于介质强度的恢复需要一个去游离

6、过程，所以间隙的灭弧电压总是低于其工频放电电压的，也就是说切断比一般都大于1。切断比越小说明间隙的介质恢复越快。因此切断比是体现间隙熄弧能力的重要指标。然而介质强度恢复的快慢是和所切断的电流大小有关的，所以切断比通常都和切断电流并提。例如切断80A（幅值）续流时切断比为1.8。实验证明，短间隙的介质强度恢复速度与间隙的距离有关，间隙距离越短时，其介质强度恢复越快。这是因为短间隙的去游离主要是靠在极板上的复合以及通过极板的散热来实现 的，电极间距离越短，去游离的作用就越强。但间隙距离也不能过小，当小至0.5mm以下时，放电电压很难稳定。图5吃聽吹限流间隙1 一羊11电极注愿射装置匸3均压电阻川一

7、灭弧盘2 磁吹限流间隙 磁吹限流间隙由灭弧盒、羊角电极和均压电阻等组成， 其结构见图52。由灭弧盒4上、下盖之间形成灭弧腔， 两电极布置在同一平面上，电极间距离约1mm，照射装置2并联在均压电阻3旁。照射产生的电子直接输送到间隙的放 电部位，使之处于激发状态。灭弧盒的直径在7690mm之 间。均压电阻使电压在间隙组内的各个间隙上均匀分配。间隙组通常由47个单间隙组成，每组内配置I2个线圈，以产生吹弧磁场，线圈旁并联辅助间隙。 在冲击波下使线圈 短路，即保护了线圈，同时又不增加电感压降。灭弧盒内圈 做成环齿状，以增加拉弧路径。灭弧盒之间叠合非常紧密， 防止电弧吹出间隙组外造成闪络。当间隙击穿后，

8、电弧将被磁吹线圈产生的轴向磁场拉入灭弧齿中，电弧的长度由起弧点1mm左右，不断拉长，到齿根时可达到150mm。在齿根区电弧被拉长、挤压、冷却，强烈的去游离，形成了很高的电弧压降，起到了限制工频续流的 作用，给击穿点的介质强度恢复创造了有利的条件。减小灭弧盒夹缝的距离，使弧柱与灭弧盒壁充分接触，可以强化去游离，提高电弧压降。不同材料制成的灭弧盒由于其导热系数和 热容量不同，冷却效果不一样，电弧压降也不同。 采用这种间隙后，可以适当减少避雷器阀片，从而降低了残压。因此，我国目前生产的磁吹避雷器基本采用这类间隙。（三）阀型避雷器阀片阀片是避雷器的主要元件之一，它是用碳化硅及结合剂制成的圆饼状物，其上

9、下两面喷铝作为电极，侧面涂有绝缘釉，以防在高电压下发生沿侧面闪络。非线性系数a（或伏安特性）和通流容量是表示阀片性能的两个主要指标。阀片应具有良 好的非线性和足够的通流能力。1 阀片伏安特性53所示。计算公阀片的电阻值是随通过的电流而改变的。阀片非线性伏安特性如图式为(5 1)U= cIa式中I流过阀片的电流；U电流在阀片电阻上的压降; f与材料有关的常数； a非线性系数。非线性系数“是表征阀片电阻非线性的重要参数， 其值介 于0I之间。当a= O时，为理想的非线性电阻；当 a= 1时， 为线性电阻。“值越小，则非线性程度越高，一般在 0. 2左 右。从图5 3的伏安特性上可以看到，当很大的雷

10、电流流过 非线性电阻时，非线性电阻将呈现很大的电导率，使避雷器上这也就是 它为火花间频续流限制到很小的数值。阀型避雷器名称的由来。隙切断工频续流创造了良好的条件，也可以避免系统在避雷器动作时形成短路。出现的残压 U。不致过高。当雷电流过去后，加在阀片上的电 压是系统电压Ux时，非线性电阻的电导率将突然下降而将工 在这里，非线性电阻和阀门一样起着自动节流的作用， 显然，续流的减小对避雷器的安全运行是十分有利的，2阀片通流容量通流容量表示阀片通过电流的能力。因为避雷器中通过的电流主要有两种：一种是雷电流；另一种是工频电流。所以通流容量也有冲击和工频两种。试验证明，阀片的通流能力和 通过阀片的累积能

11、量有关， 所以阿片的冲击通流容量要以具有一定波形和幅值的电流所允许 通过的次数来表示，而工频通流容量则以具有一定幅值的半波电流所允许通过的次数来表 示。目前我国生产的碳化硅阀片按照材料配方和烧成温度可分成两大类：一类是普通阀型避雷器用的低温阀片；另一类是磁吹阀型避雷器用的高温阀片。低温阀片是在300350C的温度下烧成的，它的非线性系数小（约为0.2），但通流能力低且易受潮。高温阀片是在13501390 C的氢气炉内烧成的，其通流能力较大（当波形为2000卩s方波时，可达8001000A）,也不易受潮，但其非线性系数却较高（约为0. 24）。（四）阀型避雷器非线性并联电阻前面只介绍了单个间隙的

12、特性，事实上阀型避雷器的间隙是由数个或数十个单间隙组成的。多个间隙串联后将形成一电容链。由于电极片对地和对高压端盖的部分电容的影响，电压在各间隙上分布是不均匀的。更严重的是这种不均匀属于不稳定的，它受瓷套表面情况影响很大，例如由于淋雨或湿污秽而使外瓷套上的电压分布改变时，间隙串的电压分布也就随着改变，这样避雷器的工频放电电压就很不稳定。为了解决这个问题，可在每个间隙（或间隙组）上并联一分路电阻。如果并联分路电阻后，流过分路电阻的电导电流比电容电流大得 多，则间隙串上的电压分布将由分路电阻来决定。此时只要使与间隙并联的分路电阻的阻值相等，各个间隙上的电压就基本上相等了。必须注意到，采用分路电阻后

13、，在系统额定相电压的作用下，分路电阻中将长期有电流通过（这一电流称为避雷器的泄漏电流），但这一电流较小，不会超过分路电阻的热容量。非线性并联电阻的材料配方及工艺与高温阀片基本相同。现有产品所采用的非线性并联电阻为弧形或扁条形状。对于FZ型避雷器用的非线性并联电阻，在直流电流为60卩A及600卩A两点下测量时，其 a值应在0. 350.45范围内。经过长期运行后的非线性并联电阻会逐渐老化的，一般表现为阻值增加，电导电流下降。其主要原因是由于电晕、臭氧及电阻发热等的作用，引起碳化硅触点氧化膜增厚所致。为了 减缓电阻老化，在制造中均使之充分烧结和用冲击大电流进行稳定处理。（五）阀型避雷器性能 阀型避

14、雷器的基本性能有以下几方面。（1）保护性能：限制过电压，保护电气设备绝缘不受过电压损坏；（2）灭弧性能：过电压引起避雷器动作后，间隙能迅速熄灭电弧而不中断系统正常输电；（3）通流能力：避雷器动作过程中，耐受通过它的各种电流而不致损坏的能力。 表征这些性能的主要电气参数有：额定电压、 工频放电电压、 冲击放电电压、 冲击电流 残压以及通流容量，现分别叙述如下。1. 额定电压避雷器能在保证灭弧 （切断工频续流 ）的条件下，允许加在避雷器上的最高工频电压，称 为额定电压。避雷器通常是接在导线和大地之间的，在正常运行情况下避雷器承受的只是系统相电 压。但当系统发生单相接地时， 健全相上的避雷器所承受的

15、电压就会高于系统的相电压。 避 雷器应保证能在这一电压作用下可靠熄灭电弧。单相接地时健全相对地工频电压升高和系统中性点接地方式有关。一般可分为两种情况：中性点不直接接地的系统，其工频电压升高一般可达系统最大工作线电压的100%110% :中性点直接接地系统，其工频电压升高一般可达系统最大工作线电压的80%。因此，一般 3、6、l0kV 的避雷器的额定电压规定为系统最大工作线电压的 110%，称为 110% 避雷器； 3560kV 避雷器的额定电压规定为系统最大工作线电压的 100%，称为 100%避雷 器；而 1 1 0、220kV 避雷器的额定电压规定为系统最大工作线电压的80%，称为 80

16、%避雷器。2. 工频放电电压避雷器的工频放电电压要规定上限和下限。 避雷器的工频放电电压不能过高。 因为当避 雷器的结构一定时，它的冲击系数 （冲击放电电压与工频放电电压的峰值之比 ）就一定了。增 大工频放电电压也就会使冲击放电电压升高，从而影响到避雷器的保护性能。避雷器的工频放电电压也不能过低。 因为间隙的切断比给定时， 降低工频放电电压就会 使整个避雷器的额定电压降低， 导致避雷器不能熄灭续流。 所以从灭弧的观点出发， 避雷器 的工频放电电压应不低于其额定电压和切断比的乘积。 另外， 普通阀型避雷器的通流能力有 限，一般是不允许在内部过电压下动作的。 考虑到中性点不直接接地电力系统中， 内

17、部过电 压通常不超过最大相电压的35 倍；而中性点直接接地时，电力系统中，内部过电压不超过最大相电压的 3.0 倍。因此从防止避雷器在内部过电压下动作的观点出发，35kV 及以下、110kV 及以上避雷器的工频放电电压应分别不小于电力系统最大相电压的3.5与 30倍。3冲击放电电压避雷器的冲击放电电压是指预放电时间为1.520卩s的冲击放电电压。冲击放电电压与残压是说明避雷器保护性能的两个指标， 它们越小，被保护设备的绝缘水平也就可以越低。 所以， 在某些情况下， 当工频放电电压不能降低时， 要设法降低冲击系数来降低避雷器的冲 击放电电压。 但必须注意， 不降低残压而单方面地降低冲击放电电压是

18、无意义的。因为它只能增加避雷器不必要的动作次数， 而不能降低被保护设备的绝缘水平。 反之， 不降低冲击放 电电压而单方面的降低残压也是无意义的。 在某些情况下， 当冲击放电电压过低时， 还要采 取措施来提高 （如装均压环 ），以防止在某些内部过电压作用下动作。4冲击电流残压当冲击电流通过避雷器时， 在阀片上产生的电压降， 该电压降称为残压。 通常在设计电 气设备绝缘水平时，均以残压为依据。衡量避雷器的保护水平，常用避雷器在8/20卩s冲击电流下的残压与额定电压峰值之比来表征，称为避雷器的保护比。保护比越小，意味着避雷器的保护性能越好。由于变电所一般都有进线段来限制进入变电所的雷电流，所以对于2

19、20kV及以下的避雷器，一般都是按波形 8/20卩s、幅值为5kA的冲击电流来测量残压的。对于 330kV及更 高电压等级的电力系统， 由于可能出现较大的雷电流， 同时保护的要求也更高， 因此用10kA 的冲击电流来测量残压。5通流容量避雷器的通流容量主要取决于阀片的通流容量。（六）阀型避雷器总体结构我国目前生产的阀型避雷器主要分为普通阀型避雷器和磁吹阀型避雷器两大类。普通阀型避雷器有FS和FZ两种系列，磁吹阀型避雷器则有FCD和FCZ两种系列。1. FS系列阀型避雷器FS系列阀型避雷器是用来保护小容量的配电系统。它的额定电压等级为 310kV ,内部采用平板间隙和低温阀片。FS系列避雷器所用

20、的阀片直径较小 （655mm），间隙无分路电阻，其通流容量较低（允许通过的续流为50A），伏秒特性也较陡，保护比为0 2Kb=出=锂2. 52Umk 50式中 Uc 5kA下的残压；Umk额定（灭弧）电压峰值。2. FZ系列阀型避雷器FZ系列阀型避雷器是用来保护中等及大容量变电所的电气设备。它的额定电压等级为 3220kV，是在零件通用和元件特性标准化的原则下成系列地生产的。额定电压35220kV的避雷器由FZ 15、FZ 20型和FZ30J型这三个基本元件组成，其组合方式列于表5 1。避雷器的基本元件是密封的，内装火花间隙、阀片和分路电阻。FZ系列避雷器的冲击系数较FS系列避雷器低些，阀片的

21、直径则增加到100mm，因此其通流能力也较 FS系列避雷器高（允许通过的续流为 80A，幅值）。这就使得FZ系列避雷器的残压和冲击放电电压都 较FS系列避雷器低，其保护比为表5-1FZ系列避雷器元件组合方式型号组合方式型号组合方式FZ-352X FZ-15FZ-110J4 X FZ-30JFZ-402 X FZ-20FZ-110FZ-20+5 X FZ-15FZ-602X FZ-20+FZ-15FZ-220J8 X FZ-30JKb=鬻=29在FZ 15型及FZ20型两个基本元件中采取了降低冲击系数的措施。这就是把间隙分成两部分，阀片放在中间，用阀片来加大间隙对地的部分电容，这样就可以加大冲击

22、下电压分布的不均匀程度，使冲击放电电压下降10 %左右。但当避雷器的额定电压增高到110kV及以上时，由于串联元件的增加，冲击电压沿各元件的分布将变得很不均匀，此时避雷器的冲击放电电压就显得过低了，因此必须在避雷器顶部装均压环来提高冲击放电电压。110kV以下的避雷FZ系列避雷器的底座是和地绝缘的，以便安装避雷器动作计数器。器底座仅在底部固定，而110kV及以上的避雷器由于安装较高，除在底部固定外还要用3根绝缘拉杆加强固定。3. FCZ系列避雷器FCZ系列避雷器的额定电压为35500kV。避雷器采用磁吹限流间隙和高温阀片，其工频续流值为450A。阀片的通流容量最大可达 8001000A ,它的

23、保护特性比同级电压的普 通阀型避雷器优越。在总体结构方面，FCZ系列磁吹避雷器所用的瓷套直径较大。这样，间隙和阀片可在 瓷套内分3个元件并列放置。 每个间隙阀片组之间用绝缘件隔开，在电气上则互相串联。 当额定电压为110kV时，避雷器的所有元件可装在一只瓷套内，当电压为220kV或330kV时也只需2只串联的瓷套。因此避雷器的高度就可大大降低，安装时无需用绝缘拉杆来加固， 从而缩小了占地面积。220kV及以上的避雷器顶部还装有均压环，用以改善冲击电压的分布。FCZ系列磁吹避雷器的工频放电电压比普阀避雷器低，在操作冲击波作用下放电电压 更低，因此避雷器有可能在操作过电压下动作。考虑到FCZ系列避

24、雷器所用高温阀片的通流能力较高，因此有可能用它来保护某些类型的操作过电压，但有可能在能量较大的操作过电压下发生损坏（或内部严重受潮等）而导致避雷器爆炸。因此，在避雷器瓷套的顶盖上装有 防爆装置（防爆玻璃）。当避雷器内部压力达到一定值时，气体冲破防爆装置， 避免发生爆炸。4. FCD系列避雷器FCD系列避雷器用于旋转电机的过电压保护。由于旋转电机的绝缘比较薄弱，用普通 阀型避雷器保护不能满足要求，因此必须采用磁吹避雷器。为了提高避雷器的保护性能，一是要降低残压；二是要降低冲击放电电压。减少阀片数量，增大设计续流，可以降低标称放电电流残压。FCD系列避雷器工频续流设计值为250A（峰值）。与普阀避

25、雷器相比，FCD系列避雷器的工频放电电压要求降低不多，而冲击放电电 压要求降低很多。因此，降低冲击系数已成为FCD系列避雷器结构设计的主要矛盾。我国最初生产的FCD系列避雷器电气性能，虽能满足技术条件的要求，但结构较复杂， 笨重，而且成本较高。随着设计与结构的不断改进，由此而产生了各种派生产品。FCDI型就是其中之一，它采用了 460mm高温阀片和磁吹限流间隙，设计原则与FCZ系列相同，瓷增大位于下部的间隙对地杂散电容，使FCDI型避雷器成本低，体积小，质套下部外表面喷有一层金属铝粉，形成一个屏蔽筒,冲击电压沿间隙不均匀分布，因此冲击系数得以降低。 量小，给使用带来方便。三、金属氧化物避雷器金

26、属氧化物避雷器通常称为氧化锌避雷器，它是70年代发展起来的新型保护电器。氧5-4鬣化锌电阻片加典型伏安特性化锌避雷器的主要元件是氧化锌电阻片。（一）氧化锌电阻片伏安特性氧化锌电阻片的典型伏安特性如图54所示。整个伏安特性曲线可分成以下3个区域。I小电流区域。此区域内的伏安特性曲线 比较陡峭，亦即非线性较差，且具有负的电阻温 度系数，在一40I00 C范围内，电阻片的电阻温 度系数约为0. 05%/C。n击穿区域。这一区域内的伏安特性非常平坦，具有较好的非线性，服从u=cia关系,非线性系数约为0.020.03。氧化锌电阻片在此区域内具有很小的正电阻温度系数，当采用 多片并联使用时，这一特性有助

27、于改善电流的分布。川一一翻转区。在此区域内氧化锌电阻片晶体的固有电阻开始起作用，特性曲线开始向上翘，非线性特性变差。（二）氧化锌电阻片静电电容和介质损耗氧化锌电阻片具有和陶瓷电容器同等的静电电容（& = 16002000）。在低的工频电压下，通过它的电流基本上是容性电流。随着电压的升高，有功电流迅速增大。当电场强度超过1kV /cm（峰值）时，则主要是有功电流。氧化锌电阻片的等值回路如图5 5所示。图5輛氧化锌电阻片的等值回跑图理一机化聲晶粒的固有电PHf比一羸化棒晶粒的表新挣导电阻辛 氧化锌胡粒隣表画势垒电客*局一氧it梓晶界层的电阻匸 口一氣化锌晶界民的电容氧化锌非线性电阻的静电电容、介质

28、损耗与频率的关系曲线，如图56所示。曲线1、2分别表示tg 3、C与频率的关系。（三）无间隙氧化锌避雷器特点避雷器的主要作用是限制过电压，一方面它在大电流下的残压必须限制在被保护设备的绝缘水平以下，并有一定的裕度。另一方面，在过电压能量释放之后，避雷器又要 及时地恢复到正常的高绝缘状态。对于传统的阀型避雷器， 由于碳化硅阀片的非线性还不够好，所以间隙是不可缺少的200eo帆一个主要元件。然而对于氧化锌避雷器来说，由于氧化锌电阻片具有极其优异的非线性， 在正常工作电压下的电阻值很 大，泄漏电流很小；在过电压情况下其电阻值又很小，过电 压能量释放即恢复到高阻值状态，无工频续流，因此可以不用串联间隙

29、而运行在电力系统上。与传统结构的阀型避雷器相比， 无间隙氧化锌避雷器具 有下列突出优点：oL_10*5-5静电电容、介质损耗 与频率的关系曲蜿（1）由于无串联间隙，从而避免了因间隙存在带来的许多问题，如对电压分布及放电电 压的影响等。（2）由于氧化锌电阻片具有较好的非线性，在正常工作电压下，避雷器只有很小的泄漏 电流通过，而在过电压下动作后并无工频续流通过，因此避雷器释放的能量大为减少，并可 承受多重雷。（3）通流能力大，可采用多片电阻片的并联，故提高了避雷器吸收过电压能量的能力。（4）体积小、质量小、结构简单、运行维护方便等。（四）氧化锌避雷器基本参数1 额定电压额定电压施加在避雷器两端的最

30、大允许工频电压的有效值。按照此电压所设计的避雷 器，能在所规定的动作负荷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，但它不等于系统额定电压。2. 持续运行电压持续运行电压在运行中允许持久地施加在避雷器上的工频电压有效值。3. 工频参考电压工频参考电压在工频参考电流下测出的避雷器上的工频电压最大峰值除以 2。多元件串联组成的避雷器的工频参考电压是每个元件工频参考电压之和。工频参考电流是指通过避雷器工频电流的阻性分量的峰值，该值由制造厂规定。4. 直流参考电压直流参考电压在直流参考电流下测出的避雷器上的电压。直流参考电流通常为1 20mA。5. 残压这是表征避雷器保护

31、水平的主要参数，包括陡波残压、标准雷电波残压及操作波残压。（1）陡波残压，表征避雷器在陡波下的保护特性，用视在波前时间I卩s的冲击电流下的残压来表征。（2）标准雷电波残压，一般用8/20卩s波形的标称放电电流下的残压来表征。（3）操作波残压，用视在波前时间大于30卩s而小于100卩s,视在半峰时间约为视在波前时间2倍的冲击电流下的残压来表征。6. 通流能力用短持续时间（4/10卩s）大冲击电流（1065kA）两次和长持续时间（0. 53. 2m；）近 似方波电流（1501500A）多次作用来表征。我国目前大都用通过2ms方波电流值作为避雷器通流能力。氧化锌避雷器标称冲击电流下的残压与工频参考电

32、压之比称为压比，是表征电阻片非线性的一个重要参数。氧化锌电阻片的压比可以做到1. 61.7。为保证在工作电压下通过氧化锌电阻片的电流极小，避雷器安装点的最大运行相电压必须小于工频参考电压，两者之比称为荷电率。荷电率一般小于80%。（五）带串联间隙结构氧化锌避雷器中性点非直接接地的 363kV电力系统中，会出现 33. 5倍的内部过电压，而且长 时间存在，无间隙氧化锌避雷器因无法承受此电压的长期作用而受到使用的限制。为了充分发挥氧化锌电阻片的优越性能，使其能用于这些系统， 故采用传统的电阻片串间隙的办法可以实现，目前我国已生产出635kV带串联间隙的氧化锌避雷器，并已运行于中性点非直接接地的电力

33、系统中。氧化锌避雷器充图5-7带并联间隙结构氧化锌避雷器原理图带串联间隙的氧化锌避雷器与传统的阀式避雷器性能相比是有差别的。 分利用其电阻片在低电压下呈现高阻和限流的特点，当间隙击穿后，作 用在电阻片上的电压低于其额定电压时，持续电流小于ImA，电弧可以自灭，串联的间隙不必考虑灭弧性能，即不需要考虑放电间隙的切断比。可以采用结构简单、制造较为方便的间隙，而且间隙数量可以减少。为了提高避雷器的工频放电电压，以免在被保护设备的绝缘能耐 受而不需要保护的操作过电压下动作，可以在间隙旁并联线性或非线性电阻，利用电阻片在低电压下有很高电阻的特性，.分担部分工频电压，这样间隙的工频电压低了， 则间隙距离就

34、可缩小。 而在冲击电压作用下， 电压按电容分配，间隙电容量小，而电阻片电容量大，整个避雷器的冲 击放电电压就可降低。这是传统阀型避雷器无法做到的。由于串联间隙 的存在，在正常运行电压下，氧化锌电阻片上没有工频电压的作用，所 以氧化锌电阻片在长期工频电压下的老化问题可以不加考虑，即没有荷电率的要求。（六）带并联间隙结构氧化锌避雷器57所示。它是将避雷器电阻片分为两个部带并联间隙结构的氧化锌避雷器原理如图国5-8带井联间隙牴化锌避雷器伏安特性卩心一避雷器通过验R时的竝压* Usz避雷器任期 工作电压匸口一避雷器并联阖隙放电时的残压分Ri为主电阻片，R2为并联电阻片，在R 2 上并联有放电间隙 F。

35、在正常运行电压下， F不放电，系统电压作用在 Ri和R2上；在 过电压作用时，流过 Ri、R2上的电流迅速 增加，残压也随之增高，当R2上的残压达到F的放电电压时，F随之放电，将R 2短 路，此时避雷器的残压仅由R i的伏安特性所决定，所以残压就比较低，保护 性能比较好。由于电阻片的实际荷电率较 低，所以运行安全可靠。带并联间隙氧化锌 避雷器的伏安特性如图 58所示。第二节阀型避雷器试验一、绝缘电阻测量1. 测量方法对不带并联电阻的避雷器，测量绝缘电阻是发现初期受潮的有效方法。避雷器内部受潮后，绝缘电阻将明显下降，这种避雷器的绝缘电阻应不低于2500M Q。测量时应使用2500V兆欧表。对带有

36、并联电阻的避雷器， 经过测量绝缘电阻并与前一次或同一型式避雷器的测量数据 相比较，可以检查出内部并联电阻有无断裂或连接松脱等情况。测量时仍使用2500V摇表。这种避雷器的绝缘电阻受并联电阻非线性系数的影响，其变化范围较大，因此对测量结果无统一规定，主要是和以前的测量数据或同一批产品相互间进行比较判断。2影响绝缘电阻测量结果的因素。(1) 瓷套表面的清洁干燥情况，对测量结果影响较大。测量前应将瓷套表面擦干净，若空气湿度较大，可以用金属丝在瓷套最下面裙的下部绕一圈再接到摇表的“屏蔽”接线柱上，使流经瓷套表面的泄漏电流的影响消除。(2) 环境温度对带有并联电阻避雷器的绝缘电阻有影响，随着温度的升高，

37、绝缘电阻会下降。在5 35 C范围内，绝缘电阻数值相差不大， 温度过低(低于oC )则影响较大，不便 于 今后比较。对于不带并联电阻的避雷器，温度过低则不能发现避雷器内部是否干燥。(3) 摇表的使用正确与否对测量结果也有影响。摇表应水平放置，转动的速度不要太快 或太慢，一般是 120r / min。避雷器的绝缘电阻试验方法较简单，便于操作，可以检查避雷器内部受潮和并联电阻断裂缺陷，但由于摇表电压低，对于某些绝缘弱点仍不能可靠地显示出来，因此还需要进行电导电流试验(对带有并联电阻的避雷器)及工频放电试验才能最终决定合格与否。二、电导电流试验(一)试验方法带并联电阻的阀型避雷器进行电导电流试验，主

38、要是检查避雷器内部是否受潮，并联电阻有无断裂、老化以及同一相内各组合元件的非线性系数。的差值是否超过了规程的要求等。1 .试验接线电导电流试验，一般采用图 59所示的接线。2. 试验设备选择试验接线通常采用硅堆整流来获取半波整流的直流电源。由于避雷器分路电阻的非线性，故整流电压的脉动对测量结果影响较大，一般要求电压的脉动不大于土1. 5%,因此视试验电压的高低需要用稳压电容约0. 1卩F左右。稳压电容可以用移相电容器，允许加在移相电容器上的直流电压可以取电容器额定电压的3倍。图5-守社导电流试验接线图Tl-iffl压器汀2试掘变压辭小一硅堆用l保护乱恥F筑雷黯保l高值电31： S-测静电电压表

39、I-税压电容tPAl-PA3-H电阻串诫安表高压硅堆的主要参数有最大反向电压和最大工作电流。在试验回路中，应选择硅堆的反向电压大于2倍的试验电压。为保证通过硅堆的电流不超过其最大工作电流，在回路中加入保护电阻 &,保护电阻数值应大于最高充电电压与硅堆的最大工作电流之比。若试验变压 器T2的最大允许电流低于硅堆的最大工作电流，则应以不超过低电流值来选取保护电阻。3 .直流高压测量避雷器上直流电压可以用静电电压表PV或高电阻串微安表等方法测量。用最大量程为30kV的Q3 V型静电电压表测量普阀避雷器试验电压较为简便，但要注意静电电压表本身的准确度。用最大量程为100kV的Q4V型静电电压表测量 F

40、CZ系列磁吹避雷器试验电压，就显得不方便。由于结构上的原因， 携带不当易使误差增大或损坏仪表，因此不适宜现场使用。故测量FCZ系列磁吹避雷器上的试验电压使用高电阻串微安表的方法就显得简便。高电阻串微安表的方法，其电阻可以用容量为2W，阻值为兆欧级的碳膜或金属膜电阻多个串联而成，其制作原则是：(1) 通过高阻串的电流不要过大，一般取100300卩A ;(2) 电阻的个数不少于 2个/ kV。例如：测量110kV试验电压，通过高阻串的电流取 200卩A左右，则要求整个高阻串的 电阻为550M 0,电阻个数取 2X 110= 220(个)，每个电阻阻值为 550/ 220 = 2.5(M Q )。可

41、将 220个2. 5M Q的电阻串接在绝缘板或绝缘筒内，为了减少高阻串的高度，串接电阻可以螺旋形或曲折形连接。用这种方法测量试验电压，应事先对高阻串串微安表进行校核，以满足测量精度的需要。4电导电流测量测量避雷器电导电流的微安表，可以接在高压端或接地端(见图59中的位置a或b),接在位置a时，要考虑电晕电流的影响，为此需要进行屏蔽，从微安表到试品之间的连线要用屏蔽线连接，屏蔽线的外皮与微安表电源侧的端头相连，芯线则与微安表试品侧端头连接，这样电晕电流就不通过微安表了。也可以在不接试品时， 先空升到试验电压， 若微安表有电流指示，可以从所测得的电导电流中将其扣除。微安表接在位置a,由于处于高电位

42、，读表时应注意安全。当避雷器接地端可以打开时，微安表也可以接在位置b,此时流过微安表的电流主要是避雷器的电导电流，由于微安表处于低电位，因此读表较为方便。除了上述的试验电源和测量装置外，也可以使用便携式直流高压试验装置，此类装置是利用高频倍压整流得到直流高压，具有质量小、便于携带等优点。5 非线性系数测量和计算当避雷器是由多节带并联电阻的组合元件串联而成时，在测量避雷器电导电流的同时也可以测量非线性系数，以校核各元件的非线性系数差值。按照测量避雷器电导电流的试验接 线，先测量1 /2试验电压U |下的电导电流I |，然后测量全试验电压U 2下的电导电流I 2, 由于U i = C 、U2 =

43、C I；，则U 2/Ui = I 2 / I：，对等式两边取对数后可得非线性系数为a= 1g 土 他上，由于U ;/U 1= 2，故lg U ；/U 1 = 0. 301，于是非线性系数可根据Ui I1下式计算a=0.301(I2/I1)(5-2)由上式可以看出，在 U2/ U1= 2的条件下，a值仅与I2/ I1有关。避雷器的电导电流值应符合制造厂的规定或与历年试验数据相比，不应有显著变化。对同一相内串联组合元件的非线性系数差值，不应大于0 05 ;电导电流的最大相差值ax竺 X 100 %不应大于 30%。 I max丿试验时应注意环境温度对电导电流的影响，由于避雷器的非线性并联电阻具有负

44、的电阻温度系数，以环境温度20C为准，当每升高10C,电导电流要增大5%左右；每降低10C, 电导电流要减小 5 %左右。三、工频放电试验工频放电试验是检验避雷器电气性能的一个基本项目。在本章第一节里已经讨论过避雷 CZ35-10 FS 避雷器工频放电电压试验接线團 T1-调压器+TE 试軽变压器*R_保沪电阻疔一试验赴雷器器的工频放电电压与冲击放电电压和灭弧性能厶 具有一定的关系。一般只要测试工频放电电压， 就能基本上确定该避雷器电气性能是否满足要 求。由于工频放电试验容易进行，因而它是避雷 器制造和检修后必须进行的一个试验项目。R。试验中应注意的问题如下。(一)不带并联电阻的避雷器工频放电

45、试验 不带并联电阻的FS型避雷器工频放电试验 的接线如图5 1O所示。试验所需主要设备有 高电压试验变压器 T2和调压器T1,为了使避雷 器的火花间隙不被烧坏，在试验回路中串入保护电阻(1) 不带分路电阻的避雷器，在火花间隙未击穿前，泄漏电流是很小的，如果保护电阻 的数值不大时，可以认为变压器高压侧电压即是作用于避雷器上的电压，因此可以从测量线圈接电压表或从低压侧接电压表，由电压表的读数来确定避雷器的工频放电电压。此种测量方法要求使用的电压表精度尽可能高。在试验中为了避免避雷器不能自行灭弧而将间隙烧坏，往往在试验回路中加入保护 电阻。当保护电阻值选择过大时，测得的工频放电电压往往偏高，这是因为

46、此时避雷器的间隙虽然已经开始放电。 但由于保护电阻的阻值过大，使试品电流较小，还不足以在间隙中建弧，当电压继续升高后， 间隙中才能建立稳定的工频电弧，表计才有反映。这样就使测得的工频放电电压超过真实的数值，造成误判断，将工频放电电压偏低的避雷器误认为合格。因此保护电阻阻值宜适当小一些，以间隙击穿后工频电流不超过O. 7A为宜。但要注意间隙击穿后，电流应在 O. 5s内切断，以免间隙烧坏。(3) 试验时，升压速度不宜太快，以免电压表由于机械惯性作用而得不到正确的读数。另外，还应注意在同一试品的两次连续试验中，要保持一定的时间间隔，以便使放电间隙内部充分去游离。(二 )带有并联电阻的避雷器工频放电

47、试验1. 快速调压方法对于带有非线性并联电阻的避雷器，在进行工频放电试验时，应特别注意升压的时间，这是因为所用的并联电阻热容量不大，在接近放电电压时， 如果升压时间拖得较长， 就会使并联电阻发热损坏。在放电之后，必须将试验电压迅速切断，通常是采用过流速断的方式， 并在任何情况下，都应在0.5s内断开电压。由于试验受到升压时间限制，因此对升压用的调压方式就提出特殊的要求。通常采用如下方法进行调压。(1) 电动发电机组调压。采用发电机组调压，可以得到很好的正弦波形和均匀而随意的电压调节，不受电网电压质量的影响，因此其电压和频率稳定度高。但电动发电机组投资及运行费用都很大，而且只能安装在试验基地，其

48、接线如图5II所示。圉5J1电动发电机粗调压工频赦电试验接线图三相同歩电就1机；G-三相同涉腔电机；QF-斷跄器？ T-电压互感器；上一励磁机i K胡-励磁开关(接融器卄丘屉磁机磁场变阻器t尺】保护皑阻电动发电机组的升压速度可用串在发电机励磁回路中的可变电阻来调节。在试验前，先把发电机励磁调到所需要的输出电压。在试验时，则用开关突然接通励磁回路，于是在暂态过程中发电机励磁电流迅速上升到需要值。在试验中应保证避雷器在发电机暂态升压过程中击穿，否则将烧坏避雷器的并联电阻。在试验过程中，可用光线示波器记录实际升压速度及整个过程。(2) 自耦调压器快速升压。运行单位大都采用自耦调压器快速升压法来进行避

49、雷器工频 放电试验。由于自耦调压器漏抗小，故输出波形较好，功率损耗也小。因而，当试验变压器 容量不大时，它是一种应用较普遍调压方式。采用自精调压器快速升压的方法有两种： 一是手动操作，配有时间控制装置。这一方法 较为简便，即在自耦调压器转把上固定一根绝缘棒， 当电压升至接近灭弧电压时， 迅速转动， 直至避雷器放电跳闸。 二是电动操作，即用一电动机通过传动装置操作调压器升压， 避雷器 放电后过电流跳闸。此方法升压速度较快，但相应的控制装置要复杂些。(3) 除上述快速调压方法外，还有将试验变压器不接试品，空升电压到试品工频放电电 压的下限附近，用绝缘杆将试品上的高压引线迅速向试验变压器高压端的保护

50、电阻上点触一 下，避雷器若没有放电，就再升高一点电压，再点触，直至放电。这个方法很简单，但因为作用在避雷器上的试验电压是瞬时加上的较高工频电压，当操作绝缘杆向试验变压器高压端点触过程中，总是瞬时加上这一电压击穿的，即相当于一个频率比工频高很多的冲击电压作用在避雷器上，由于避雷器各部分对地电容的作用，使得点触的方法所测得工频放电电压不准确。2. 工频放电电压测量由于升压速度很快，普通惯性较大的指针式表计测量不出工频放电电压值，另外由于 被测电压高，一般仪表受到绝缘的限制，不能直接用来测量，必须采用没有惯性或惯性较小的测量装置，并与能耐受高电压的转换装置配合使用。通常使用的测量方法主要有以下几种。

51、(1)球隙法。在高电压测量技术中，铜球间隙作为基本测量设备已有数十年的历史，并 积累了大量的使用经验，制定了准确度达到土3%的球隙放电电压数据表格，它不仅可用来测量稳态工频电压幅值，同样也可用采测量冲击电压。球隙测量高压的基本原理是：在一定的大气条件下，一定直径的铜球，当球隙的距离 一定时，其击穿电压是固定的。正是这种特性被用来测量高电压。为保证测量的准确度，间隙距离s与球径之比应不大于 0. 5,也不应小于0. 05。在使用铜球时，除对球隙支架本身结构有一定要求外，还要求外界导电物体及接地平面离开球一定的距离，否则将影响球隙问电场分布使测量结果不准确。由球隙放电电压表可知，被测电压越高，需要

52、铜球的球径就越大。另外由于空气密度的变化，将影响球隙击穿电压。标准的大气条件是4气温20C，气压101.3kPa,湿度11g/m3。球隙放电电压表中所查得的放电 电压就是标准大气条件下的数值。当现场测量与标准大气条件不同时，应对查表所得的数值进行校正。实际试验条件下击穿电压U和标准条件下的击穿电压U。的关系为U = KU0式中：K为校正系数，它是相对空气密度3的函数3= 28.9X(53)273+t式中：p以kPa表示大气压力；t为摄氏温度。当相对空气密度在 O. 951. 05范围内，校正系数及数值上就等于相对空气密度3 0空气密度3与校正系数K的关系如表5 2所示。表52相对空气密度3与校

53、正系数量的关系空气相对密度30.700.750.800.850.900.951.001.051.101.15校正系数K0.720.770.820.860.910.951.001.051.091.13用球隙测量高电压时， 为了排除一些偶然因素对放电的影响，要在记录读数之前先放电團5-12 电容分压器几次，使放电电压比较稳定，并要求测量时取连续 3次放电电压的平均值， 每个放电电压值与平均值之差不得大于3%。(2) 分压器法。利用分压器并配以适当高阻抗的低压测量仪表，如示波器及工频峰值电压表等，即可测量高电压。测量工频高压通常采用电容分压器，它是由高压臂电容Ci和低压臂U2= U 1C1C1 C2

54、(54)电容C2串联而成，如图512所示。测量信号由 C2两端输出，则如果接在输出端的测量仪表的阻抗足够大，分压器各部分的对地杂散电容Ce和对高压端的杂散电容 Ch会在一定程度上影响其分压比，见图5 13。但只要周围环境不变，这种影响是恒定的，因此只要预先准确地测出其分压比，则此分压比即可适用于各种工频高压的测量。團5-13杂散电容对分压比診响图用电阻分压器也可以测量工频高压，但在较高电压时， 由于分压器尺寸过大，杂散电容对测量精度有很大影响，使 得电阻分压器通常只用于测量 100kV以下的工频电压。配合分压器测量工频放电电压的仪器，可使用电子示波器或光线示波器。使用电子示波器测量时，从分压器

55、低压侧 抽取信号经屏蔽电缆接至电子示波器Y轴，在示波器荧光屏上直接显示试验电压的峰值。观察时，一般将x轴扫描关闭， 只让试验电压在Y轴上显示出一条上下伸长的直线。在试验 以前试品不接入，先通过试验变压器对分压器升压，从试验 变压器仪表线圈端头接入准确度不低于0.5级的交流电压表，对示波器的标度进行校准并在荧光屏上记下试品标准的工频放电电压上、下限。试验时可以方便地确定试品工放电压是否合格，也能方便地读出工放电压值。使用光线示波器测量，如从电容分压器抽取信号，则由于该分压器的输出阻抗高，而光线示波器的输人阻抗低， 两者不相匹配，为此要将电容分压器所取的电压信号通过阻抗变换器，再经电阻箱接至光线示波器，阻抗变换器具有输入阻抗高和输出阻抗低的特点。若使用电压互感器测量放电电压，其光线示波器的输入信号不用经阻抗变换器就可记录。3影响测量结果因素在实际测量中往往用不同的方法测得的结果也不同，或