线路避雷器的原理及技术要求

1、线路避雷器的原理线路避雷器的原理及技术要求及技术要求国网四川省电力公司电力科学研究院2013年9月2交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器为并联连接在线路绝缘子的两端，用于限制线路为并联连接在线路绝缘子的两端，用于限制线路上的雷电过电压的复合外套金属氧化物避雷器（以上的雷电过电压的复合外套金属氧化物避雷器（以下简称线路避雷器）。下简称线路避雷器）。金属氧化物避雷器（压敏避雷器）是以氧化锌金属氧化物避雷器（压敏避雷器）是以氧化锌（ZnO）基压敏电阻（非线性电阻）组成的。）基压敏电阻（非线性电阻）组成的。定义定义一、线路避雷器的原理一、线路避雷器的原理3复合外

2、套氧化锌避雷器是集合复合绝缘子与氧化复合外套氧化锌避雷器是集合复合绝缘子与氧化锌避雷器的优点而迅猛发展起来的。锌避雷器的优点而迅猛发展起来的。70年代发展起年代发展起来的氧化锌避雷器，以其优异的非线性、大通流容来的氧化锌避雷器，以其优异的非线性、大通流容量等优点，取代了当时大量使用的碳化硅避雷器；量等优点，取代了当时大量使用的碳化硅避雷器；与之同时开发成功的复合绝缘子，其重量轻、耐与之同时开发成功的复合绝缘子，其重量轻、耐污性能好等优点为避雷器所利用。污性能好等优点为避雷器所利用。发展过程发展过程一、线路避雷器的原理一、线路避雷器的原理4自自1980年开始，国外提出了在线路上安装氧化锌年开始，

3、国外提出了在线路上安装氧化锌避雷器来减少雷击故障的需求。美国和日本先后成避雷器来减少雷击故障的需求。美国和日本先后成功地将避雷器应用于线路上。功地将避雷器应用于线路上。我国从我国从1993年开始研制和应用线路型避雷器。年开始研制和应用线路型避雷器。目前，复合外套氧化锌避雷器已在目前，复合外套氧化锌避雷器已在110kV至至500kV输电线路上广泛应用。输电线路上广泛应用。一、线路避雷器的原理一、线路避雷器的原理5带串联间隙带串联间隙金属氧化物避金属氧化物避雷器与绝缘子雷器与绝缘子串相并联，它串相并联，它由金属氧化物由金属氧化物避雷器本体和避雷器本体和串联间隙两部串联间隙两部分构成。分构成。带串联

4、间隙金属氧化物避雷器带串联间隙金属氧化物避雷器结构及安装示意图结构及安装示意图一、线路避雷器的原理一、线路避雷器的原理6氧化锌避雷器的特性主要是氧化锌避雷器的特性主要是由材料的非线性特性决定。由材料的非线性特性决定。氧化锌元件的非线性特性主氧化锌元件的非线性特性主要是由晶界层形成的，在低电要是由晶界层形成的，在低电场 强 度 下 其 电 阻 率 为场 强 度 下 其 电 阻 率 为10101011W Wm，而当电场强度，而当电场强度达到达到106107V/m时，其电阻率时，其电阻率骤然下降进入低电阻状态。骤然下降进入低电阻状态。非线性特性非线性特性圆饼状的氧化锌阀片圆饼状的氧化锌阀片一、线路避

5、雷器的原理一、线路避雷器的原理7氧化锌元件的伏安特性可由下式表示氧化锌元件的伏安特性可由下式表示：其 非 线 性 系 数其 非 线 性 系 数a a与 电 流 密 度 有 关 ， 一 般 为与 电 流 密 度 有 关 ， 一 般 为0.010.04，在大的雷电流下，在大的雷电流下，a a也不大于也不大于0.1。 UCIa氧化锌阀片与碳氧化锌阀片与碳化硅阀片伏安特化硅阀片伏安特性比较性比较 一、线路避雷器的原理一、线路避雷器的原理8线路避雷器线路避雷器带串联间隙线路带串联间隙线路避雷器避雷器无间隙线路避雷无间隙线路避雷器（带脱离器）器（带脱离器）内间隙内间隙外间隙外间隙不带支撑件不带支撑件间隙（

6、纯空间隙（纯空气间隙）气间隙）带支撑件间带支撑件间隙隙分类分类一、线路避雷器的原理一、线路避雷器的原理9带绝缘支撑件间隙线路避雷器带绝缘支撑件间隙线路避雷器10带脱离器的无间隙线路避雷器带脱离器的无间隙线路避雷器不带绝缘支撑件间隙线路避雷器不带绝缘支撑件间隙线路避雷器（纯空气间隙线路避雷器）（纯空气间隙线路避雷器）11其目的是在雷电过电压的情况下保护与之并联其目的是在雷电过电压的情况下保护与之并联的绝缘子串，故串联间隙应仅在快波前过电压下击的绝缘子串，故串联间隙应仅在快波前过电压下击穿，而能承受各种工频和系统中出现的缓波前过电穿，而能承受各种工频和系统中出现的缓波前过电压（操作过电压）。压（操

7、作过电压）。带串联间隙金属氧化物避雷器带串联间隙金属氧化物避雷器一、线路避雷器的原理一、线路避雷器的原理12 避雷器的基本功能避雷器的基本功能 避雷器应具有以下四种机能：避雷器应具有以下四种机能：1）抑制过电压的机能；）抑制过电压的机能；2）冲击电流的通流机能；）冲击电流的通流机能；3）从瞬时接地状态下自我恢复性能（续流遮断性）从瞬时接地状态下自我恢复性能（续流遮断性能）；能）；4）不发生不必要的动作。）不发生不必要的动作。二、线路避雷器的作用二、线路避雷器的作用13 为什么在雷电过电压出现期间，流经为什么在雷电过电压出现期间，流经避雷器的大电流没有造成线路保护动作？避雷器的大电流没有造成线路

8、保护动作？ 电力系统工频周期为电力系统工频周期为20ms，继电保护，继电保护的采样周期在的采样周期在1ms左右。而雷电波的半波左右。而雷电波的半波长为长为10 s数量级，即避雷器泄放电流的过数量级，即避雷器泄放电流的过程相对继电保护的反应时间来说可忽略。程相对继电保护的反应时间来说可忽略。 二、线路避雷器的作用二、线路避雷器的作用 线路避雷器是近年来用作架空输电线路加强防雷保护较为有效的方法，能实现绕击和反击保护二、线路避雷器的作用二、线路避雷器的作用p 线路避雷器线路避雷器应用情况及效果评估应用情况及效果评估二、线路避雷器的作用二、线路避雷器的作用- 15 -u 虽然避雷器仅能保护并联的绝缘

9、子，不能保护其他相，也不能保护临虽然避雷器仅能保护并联的绝缘子，不能保护其他相，也不能保护临基杆塔，但依然是目前公认效果最好的防雷措施基杆塔，但依然是目前公认效果最好的防雷措施 线路避雷器效果线路避雷器效果较好，如何才能较好，如何才能用好线路避雷器？用好线路避雷器？16悬挂式安装时，应进行拉伸负荷试验：型式和抽悬挂式安装时，应进行拉伸负荷试验：型式和抽样试验取避雷器自重的样试验取避雷器自重的15倍，耐受倍，耐受60s不损坏。试验不损坏。试验前后避雷器本体局放变化不大于前后避雷器本体局放变化不大于10pC，局放量不大，局放量不大于于10pC，直流参考电压变化不大于，直流参考电压变化不大于5%。非

10、悬挂式安装时，应进行抗弯负荷试验非悬挂式安装时，应进行抗弯负荷试验注：线路避雷器本体在型式试验时，注：线路避雷器本体在型式试验时，不是设计用不是设计用于扭转负荷的，如果要受到扭转负荷，经供需双方于扭转负荷的，如果要受到扭转负荷，经供需双方同意，需要进行专门的试验同意，需要进行专门的试验。机械性能机械性能复合外套外观复合外套外观三、线路避雷器的性能要求三、线路避雷器的性能要求17对避雷器应进行雷电冲击对避雷器应进行雷电冲击50%放电电压试验和工放电电压试验和工频耐受电压试验，其试验值应与线路绝缘水平相配频耐受电压试验，其试验值应与线路绝缘水平相配合，以保证避雷器在雷电过电压下放电，而在工频合，以

11、保证避雷器在雷电过电压下放电，而在工频过电压下不放电。典型推荐值见下表。过电压下不放电。典型推荐值见下表。系统标称电压（有系统标称电压（有效值）效值）工频耐受电压（有工频耐受电压（有效值）不小于效值）不小于雷电冲击雷电冲击50%放放电电压（峰值）电电压（峰值）不大于不大于1101855602203709605005671760三、线路避雷器的性能要求三、线路避雷器的性能要求18避雷器的冲击伏秒特性曲线应比被保护的绝缘子避雷器的冲击伏秒特性曲线应比被保护的绝缘子串的伏秒特性曲线至少低串的伏秒特性曲线至少低10%。避雷器冲击伏秒特性避雷器冲击伏秒特性避雷器本体的局部放电避雷器本体的局部放电不应大于

12、不应大于10pC。三、线路避雷器的性能要求三、线路避雷器的性能要求19三、线路避雷器的性能要求三、线路避雷器的性能要求SVU参考电参考电压压(有效有效值）值）系统系统电压电压(有效有效值值)标称放电电流标称放电电流20 kA等级等级标称放电电流标称放电电流10 kA等级等级标称放电电流标称放电电流5 kA等级等级陡波冲击电流残压雷电冲击电流残压直流1 mA参考电压陡波冲击电流残压雷电冲击电流残压直流1 mA参考电压陡波冲击电流残压雷电冲击电流残压直流1 mA参考电压（峰值）不大于不小于（峰值）不大于不小于（峰值）不大于不小于90110-29226013029226013096110-31428

13、0140314280140108110-358320160-180220-584520260-192220-628560280-216220-716640320-39650011711050561-7681000236521501086a-%a为直流参考电流为直流参考电流2mA下的直流参考电压值。下的直流参考电压值。20电流冲击耐受电流冲击耐受避雷器本体应通过避雷器本体应通过2ms方波电流耐受试验、大电方波电流耐受试验、大电流冲击耐受试验以及大电流冲击负载试验。试验值流冲击耐受试验以及大电流冲击负载试验。试验值如下表：如下表： 系统标称电压有效值系统标称电压有效值(kV)2ms方波冲击电流值方

14、波冲击电流值(A)大电流冲击耐受电流峰大电流冲击耐受电流峰值值(kA)1104001002206001005001200100三、线路避雷器的性能要求三、线路避雷器的性能要求21额定电压、标称放电电流额定电压、标称放电电流110kV、220kV和和500kV线路避雷器的额定电压分线路避雷器的额定电压分别建议选择别建议选择108kV、192kV和和396kV；110kV、220kV标称放电电流建议选择标称放电电流建议选择10kA，500kV选择选择20kA。1）避雷器额定电压是施加到避雷器端子间的最）避雷器额定电压是施加到避雷器端子间的最大运行工频电压有效值，选择避雷器额定电压时，大运行工频电压

15、有效值，选择避雷器额定电压时，仅考虑单相接地、甩负荷和长线电容效应引起的暂仅考虑单相接地、甩负荷和长线电容效应引起的暂时过电压。时过电压。 三、线路避雷器的性能要求三、线路避雷器的性能要求22间隙距离间隙距离按如下按如下2个原则确定串联间隙长度：个原则确定串联间隙长度：1）线路避雷器串联间隙距离应足够大，能承受）线路避雷器串联间隙距离应足够大，能承受避雷器所安装线路系统最大过电压。避雷器所安装线路系统最大过电压。2）线路避雷器串联间隙距离应足够小，使得雷）线路避雷器串联间隙距离应足够小，使得雷击杆塔时线路避雷器能在绝缘子串闪络之前动作。击杆塔时线路避雷器能在绝缘子串闪络之前动作。三、线路避雷器

16、的性能要求三、线路避雷器的性能要求23参考值如下：参考值如下： 系统标称系统标称电压电压(kV)纯空气间隙纯空气间隙(mm)绝缘支撑间隙绝缘支撑间隙(mm)典型间隙参典型间隙参考考部分厂部分厂家家典型间隙典型间隙参考参考部分厂家部分厂家110430204004804801048022085050820880980108205001500150三、线路避雷器的性能要求三、线路避雷器的性能要求 线路雷击线路雷击跳闸的跳闸的影响因素影响因素矿产水域山坡大跨越大跨越雷电活动p 线路避雷器选点线路避雷器选点经常发生多雷区安装线路避雷器一基经常发生多雷区安装线路避雷器一基被保护，但临近杆塔跳闸？被保护，但

17、临近杆塔跳闸？四、线路避雷器的选点四、线路避雷器的选点25线路避雷器宜选择带串联间隙的避雷器。线路避雷器宜选择带串联间隙的避雷器。1）“架空输电线路差异化防雷工作指导意见架空输电线路差异化防雷工作指导意见”（国家电网生（国家电网生2011500号号）：线路避雷器宜选择）：线路避雷器宜选择带串联间隙的避雷器。带串联间隙的避雷器。2）由于串联间隙的隔离作用，避雷器本体部分）由于串联间隙的隔离作用，避雷器本体部分基本不承担系统运行电压，可以不考虑长期运行电基本不承担系统运行电压，可以不考虑长期运行电压下的电老化问题，且本体部分的故障不会对线路压下的电老化问题，且本体部分的故障不会对线路运行产生隐患。

18、运行产生隐患。 四、线路避雷器的选型四、线路避雷器的选型 带纯空气间隙带绝缘子间隙缺点：缺点：空气间隙避雷器在大风作用下，空气间隙避雷器在大风作用下，间隙距离会发生变化间隙距离会发生变化安装复杂，且需调整间隙安装复杂，且需调整间隙优点：优点：1. 可靠性高、寿命长可靠性高、寿命长，即使避雷器，即使避雷器故障，间隙故障，间隙 依然可以起到隔离作依然可以起到隔离作用用缺点：缺点：复合绝缘子本身有老化和维护的复合绝缘子本身有老化和维护的问题问题连接部位受力问题连接部位受力问题优点：优点：1. 安装容易安装容易推荐p 线路避雷器的选型线路避雷器的选型五、线路避雷器的选型五、线路避雷器的选型 p 线路避

19、雷器的安装线路避雷器的安装 安装过程根据塔形的不同，采用不同的安装方式，除了避雷器本体外，还涉及到支架选择、安装、计数器安装、据带电体距离大小以及避雷器间隙的确定等。六、线路避雷器的安装六、线路避雷器的安装六、线路避雷器的安装六、线路避雷器的安装u直线塔安装 直线塔使用空气间隙避雷器，安装应注意 避雷器的位置 避雷器与被保护绝缘子的安全距离 避雷器与带电体的距离 钢架的选择与安装 弧形电极的方向 间隙的尺寸 计数器的安装等 2、安装线路避雷器、安装线路避雷器部分安装与细节u直线塔安装 2、安装线路避雷器、安装线路避雷器部分安装与细节部分安装与细节u耐张塔安装 耐张塔因无法实施安装纯空气间隙避雷

20、器，仅能安装带绝缘子间隙避雷器，使用带绝缘子间隙避雷器，安装应注意： 安装点是否处于重冰区 安装点是否处于强风区 避雷器的位置、避雷器与被保护绝缘子的安全距离、钢架的选择与安装、计数器的安装等（与纯空气间隙一致） 绝缘子的安装形式2、安装线路避雷器、安装线路避雷器六、线路避雷器的安装六、线路避雷器的安装部分安装与细节 避雷器一端通过铁塔接地，一端通过固定绝缘子间隙直接搭接在导线上，避雷器采用垂直下垂的方式。部分安装与细节线路避雷器的技术要求线路避雷器的技术要求六、线路避雷器的安装六、线路避雷器的安装1、线路避雷器在安装前应严格按照规程开展交接试验；2、安装支架伸出距离应满足避雷器与被保护绝缘子

21、的安全距离大于最大间隙距离的要求，并留有一定裕度，防止避雷器对绝缘子金具放电，如220kV线路避雷器与接地体的空气距离不低于1.9m；六、线路避雷器的安装六、线路避雷器的安装 上表需进行海拔修正，如1000m以下，220kV最小间隙不低于1.9m，2000m时应不低于2.09m，3000m时应不低于2.28m六、线路避雷器的安装六、线路避雷器的安装3、线路避雷器安装支架可采用两根角钢靠背双并斜担在杆塔塔头主横担上或者采用槽钢、角钢结合的方式，采用的槽钢、角钢型号应满足避雷器承力要求，如安装220kV线路避雷器采用两根角钢应不低于L63*6，若采用槽钢、角钢结合的方式，槽钢不低于10号；4、线路避雷器安装时，为保障间隙距离的有效性，避雷器尾端弧形电极长轴方向应与下方导线垂直；六、线路避雷器的安装六、线路避雷器的安装5、线路避雷器纯空气间隙安装时应满足要求；6、线路避雷器的计数器应选择具有大盘径、粗指针的计数器，以易于塔下查看读取数据，安装时计数器面板朝下。计数器安装时，通过软导线与避雷器接地端子相连，计数器朝向主横担侧，也可安装在杆塔塔头主横担上靠近避雷器侧的位置（打孔），但距避雷器的位置不应超过2