高电压防雷设备测试-避雷器结构及特性

雷电的危害及防雷设备雷电的危害：在电力系统中引起很高的雷电过电压，是造成绝缘故障和停电事故的主要原因之一。雷电过电压产生的原因：直击过电压、感应过电压、入侵波过电压。防雷设备：避雷线、避雷针、避雷器。避雷针和避雷线保护原理：其高出被保护物，将雷电吸引到自身上，并安全的将雷电引入大地，从而保护设备。避雷器避雷器的作用：通过在变电所进、出线侧并联放电间隙或非线性电阻，消减、限制入侵波过电压至避雷器的残压水平。保护原理①正常时：避雷器无电流流过，绝缘隔离；②雷电波袭击时：避雷器立即击穿动作，将雷电流泄入大地，限制过电压；③雷电波消失：避雷器迅速切断工频续流，恢复正常。避雷器的分类：保护间隙、排气式避雷器、阀式避雷器（碳化硅、氧化锌）。管式避雷器阀式避雷器左图为FZ-110J型普通阀型避雷器，其主要由四节相同的FZ-30型基本单元组成。氧化锌避雷器避雷器（SurgeArrester）用途：

一种能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置（见图）。避雷器通常接于带电导线和地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时,避雷器立即动作,流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；当电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。220kV氧化锌避雷器型号Y10W-200/520均压环避雷器本体避雷器与接地装置的巡视一般规定应定期对设备接地装置进行检查测试，满足动、热稳定和接地电阻要求。雷雨季节到来之前应完成预防性试验。35kV及以上氧化锌避雷器应定期测量并记录泄露电流，检查放电动作情况。变压器中性点接地引下线应符合热稳定要求，连接线应便于定期进行检查测试。避雷器与接地装置的巡视巡视检查接地引下线无锈蚀、无脱焊。避雷器一次连线良好，接头牢固，接地可靠。内部无放电声响，计数器和泄露电流监测仪指示无异常，并定期抄录和比较数据变化。避雷器外绝缘应清洁完整、无裂纹和放电、电晕及闪络痕迹，法兰无裂纹、锈蚀、进水。避雷器与接地装置的异常及故障处理异常及故障处理避雷器有下列情况之一应立即报告调度，申请退出运行：（1）绝缘瓷套有裂纹；（2）发生爆裂或接地时；（3）内部声响异常或有放电声；（4）运行电压下泄露电流严重超标1、定义金属氧化物避雷器（MOA）也称为氧化锌避雷器，其非线性电阻阀片以氧化锌为主要原料，掺以少量其他的金属氧化物等添加剂，经过高温焙烧而成，具有非常理想的伏安特性，非线性极好。它的结构非常简单，仅由相应数量的氧化锌阀片密封在瓷套内组成。2、氧化锌阀片伏安特性

ZnO阀片的伏安特性图区域I是小电流区，电流在1

mA以下，非线性系数α较高，约为0.2，曲线较陡峭。在正常运行电压下，氧化锌阀片工作于此小电流区。区域Ⅱ为工作电流区，电流在10-3～3

×

103

A，非线性系数大大降低，α值为0.01

～0.05。此区域内曲线较平坦，呈现出理想的非线性关系，所以此区域也称为非线性区。区域Ⅲ为饱和电流区，电流随电压的增加而缓慢增大，α

约为0.1，非线性减弱。ZNO阀片与SiC阀片伏安特性对比氧化锌阀片与碳化硅阀片的伏安特性比较图氧化锌阀片相比于碳化硅阀片有非常优异的伏安特性。图中曲线表示10

kA下残压Uc10相同的两种避雷器。在相同工作电压UN下，SiC阀片中电流有100

A，如果不串联间隙，将烧坏阀片；而ZnO阀片中的电流却只有几十微安。在工作电压下氧化锌阀片实际上相当于一绝缘体，所以金属氧化物避雷器可以不用串联间隙隔离阀片电阻。3、工作原理阀片具有极高的电阻呈绝缘状态。正常工作电压下阀片“导通”呈低阻状态，释放电流，“导通”后阀片上的残压与流过它的电流大小基本无关，为一定值。当电压超过某一定值阀片“导通”终止，恢复高电阻呈绝缘状态，不存在工频续流。电压恢复正常4、特点结构简单，体积小，重量轻；不存在瓷套表面污秽使间隙放电电压不稳定的缺点，抗污性好；改善了陡坡下的保护性能，提高了对设备保护的可靠性无间隙由于氧化锌避雷器无工频续流流通，因此不存在灭弧问题，可做成直流避雷器，减少了避雷器动作时通过的能量，从而可以承受多次雷击，延长了工作寿命不仅可用于大气过电压保护，也可用于内部过电压保护无续流通流能力大残压低12.7kV及以下的氧化锌避雷器，是用上下铁壳盖及密封橡胶圈将氧化锌阀片密封在磁套内，内部装有弹簧将阀片压紧，保证零件可靠的电气连接。41kV及以上的氧化锌避雷器由避雷器元件、顶盖和底座组成，阀片用4根拉杆固定，弹簧压紧。避雷器元件内装有压力释放装置，当避雷器超过规定负荷或内部故障时，内部压力迅速升高，达一定值时，其压力释放薄片破裂，排出气体，防止磁套爆炸。500KV氧化锌避雷器外形示意图氧化锌避雷器根据电压等级由多节组成，35~110KV氧化锌是单节的,500KV氧化锌是三节的，而750KV氧化锌则是四节的。用以确定避雷器的工频参考电压指允许短期加在避雷器上的最大工频电压（有效值）额定电压指阀片伏安特性曲线由小电流区转入击穿区时所对应的电压值工频参考电压（起始动作电压）指允许长期加在避雷器上的系统最大工作相电压（有效值）持续运行电压指工频电流阻性分量的峰值工频参考电流表征了避雷器对长期工作电压的耐受能力，其值低于额定电压。表征了避雷器对工频过电压的耐受能力，指持续运行电压峰值与工频参考电压之比荷电率保护比指避雷器通过8/20μs额定冲击电流下的残压（简称额定残压）与工频参考电压之比残压比残压氧化锌避雷器的保护比定义为

保护比==荷电率越大，一定持续运行电压下的参考电压越低，过电压作用时越易动作，保护性能越好，但在正常电压作用下，电压负荷高，易老化，运行寿命缩短。反之，荷电率越小，保护性能变差，寿命延长。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比越小，保护性能越好，目前的产品水平，残压比在1.6-2.0之间。指允许短期加在避雷器上的最大工频电压（有效值）。保护比等于残压比与荷电率的比值。保护比越小，保护性能越好。

随着我国高速电气化铁路的快速发展，对担负牵引供电任务的接触网设置防雷措施愈发有意义。闪络击穿后损坏

当安装了避雷器后，它能及时地将雷电引入大地，限制接触网上过电压的大小。避雷器01吸流变压器的原边，宜设避雷装置02供电线上网点、电缆头处，分区亭、开闭所、AT所引入线处接触网线路避雷器的安设由线路经过地区的雷区等级决定，《铁路电力牵引供电设计规范》规定：根据雷电日及运营经验，对接触网进行大气过电压保护。03高架站房、封顶式雨棚站区的两端，隧道、隧道群进出口处，长大桥梁处04电分相处。05站场端部绝缘锚段关节来电侧01氧化锌避雷器（简称MOA），是目前运用在铁路牵引供电系统接触网中广泛采用的主要过压保护。02氧化锌避雷器是在阀型避雷器的基础上采用氧化锌阀片——即氧化锌压敏电阻作为工作元件，取消了火花间隙，可以直接和电网并联。03氧化锌电阻阀片具有非常优良的非线性伏安特性，通流能力大、残压低，能有效保护电气设备的绝缘。当避雷器上的过电压超过一定值时，避雷器阀片的电阻很小，可以将雷电过电压导入大地，限制接触网上