建筑电气工程避雷器的电气参数避雷器的电气参数精编文档格式.docx

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6.避雷器持续运行电压：

加于避雷器俩端允许持续运行的工频电压有效值。

7.避雷器的直流参考电压U1mA：

使恒定的1mA电流流过避雷器时施加于避雷器俩端的电压。

避雷器额定电压是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征的壹个重要参数，但它不等于系统标称电压。

由于电力系统的标称电压使该系统相间电压的标幺值，而避雷器壹般安装在相对地之间，正常工作时承受的是相电压和暂时过电压，且且避雷器有它本身的特点，因此其额定电压和电力系统的标称电压以及其他电器的额定电压有不同意义。

按照国际电工委员会（IEC99-4）及GB11032对无间隙金属氧化物避雷器的规定，避雷器在60度的温度下，注入标准规定的能量后，必须能耐受相当于额定电压数值的暂时过电压至少1s。

避雷器额定电压建议值：

非直接接地系统及小阻抗接地系统：

1s及以内切除故障，10kV选用13kV避雷器

1s之上切除故障，10kV选用17kV避雷器

直接接地系统：

110kV选用102kV避雷器

且联电容器装置保护用氧化锌避雷器的选型问题

唐耀胜

（桂林电力电容器总厂，桂林541004））

摘要：

从我国电力系统实际情况出发，结合避雷器选型的历史回顾和新版本的避雷器国家标准，提出了使电力系统安全、可靠运行的且联电容器装置用氧化锌避雷器的选型方法，对变电站中且联电容器装置的设计具有壹定的参考价值。

关键词：

氧化锌避雷器；

额定电压；

持续运行电压；

且联电容器装置

1以往只考虑操作过电压和雷电过电压水平的避雷器选型及弊端

国家标准规定，系统供电端电压应略高于系统的标称电压（或额定电压）Un的K倍，即K＝Um／Un（Um是系统最高电压）。

电气设备的绝缘应能在Un下长期运行。

220kV及以下系统的K为1．15，330kV及以下系统的K＝1．1。

避雷器设计的初期也遵守上述原则。

氧化锌避雷器之前是SiC避雷器。

10kV及以下SiC避雷器的灭弧电压设计是定在系统最高运行电压的1．1倍；

35kVSiC避雷器的灭弧电压等于系统最高电压；

110kV及之上SiC避雷器的灭弧电压为系统最高电压的80％。

对应之上的倍数分别有110％避雷器、100％避雷器和80％避雷器。

我国使用氧化锌避雷器初期，其额定电压是以SiC避雷器的灭弧电压为参考作设计的。

早期的6kV、10kV和35kV避雷器均遵守上述原则，如：

Y5WR－7．6／26、Y5WR－12．7／45、Y5WR－41／130。

而最大长期工频工作电压为系统最高相电压，如Y5WR－12．7／45为：

2保证在单相接地过电压下运行且电力系统安全情况下的避雷器选型及必要性

从安全运行角度，避雷器的额定电压的选择仍应遵守如下原则：

①氧化锌避雷器的额定电压，应该使它高于其在安装处可能出现的工频暂态电压。

在110kV及之上的中性点接地系统中是能够按上述方法选择的。

②在110kV及以下的中性点非直接接地系统中，电力部门规程规定在单相接地情况下允许运行2h，有时甚至在断续地产生弧光接地过电压情况下运行2h之上才能发现故障，这类系统的运行特点对氧化锌避雷器在额定电压下安全运行10s构成严重威胁。

且氧化锌避雷器和SiC避雷器结构、设计不同（后者是有间隙灭弧，前者没有间隙或者只有隔流间隙），使得实践中氧化锌避雷器出现热崩溃甚至严重的爆炸事故。

面对这种情况，许多供电局、电力设计院根据各地的电网条件提出了许多类型的额定电压值（如14．4kV，14．7kV等）。

而在多次国标讨论稿中动作负载试验中耐受10s的额定电压规定提高至1．2～1．3倍，使氧化锌避雷器对中性点非直接接地系统工况的适应能力有所提高。

而由于氧化锌避雷器的额定电压选择过低，使避雷器在单相接地过电压甚至许多暂态过电压下工作出现安全事故。

电力部安全监察及生产协调司早在1993年10月30日第十七期安全情况通报上就对避雷器提出修改意见。

文中要求对新装设的3～66kV电压等级无间隙氧化锌避雷器持续运行电压（UC）和额定电压（Ur）按表1所列值选择，而同时保护性能不能降低。

（括号内数据适用于发电机和变压器中性点氧化锌

避雷器，Um为系统标准电压的1.05-1.10倍）

而在通报发布和新标准修订的过渡阶段，对中性点非接地系统的氧化锌避雷器额定电压、持续运行电压的选择提出了如下设计规则：

额定电压在参考SiC避雷器灭弧电压设计基础上乘以1.2-1.3倍，持续运行电压为系统运行最高线电压。

这样各种电压等级电容器用避雷器的额定电压数据如下：

6kV额定电压（型号为Y5WR-10/27）：

上述基本数据由于没有统壹标准，避雷器厂家及使用单位在设计制造中会有出入。

3贯彻2000年版新标准，安全、合理地对避雷器进行选型的现实性

在我国2000年新标准中（GB11032-2000），额定电压的选择上述1.2-1.3倍原则得到了认可，但持续运行电压的选择则出现了新规定：

从反映避雷器使用寿命的参数1.5Un//U1mA作为参考值选择（设计）避雷器持续运行电压。

以国内避雷器的设计、制造水平，壹般η值为80％，故持续运行电压选择为额定电压的0．8倍。

这壹点我们从伏安曲线的小电流区上见，是有根据的。

这样新标准中电容器装置用避雷器选型参数如表2。

这样，在实践中根据具体条件进行模拟计算或按经验惯例对避雷器进行选型时，应考虑单相接地运行1h的过电压水平。

但用户中的技术协议甚至电力设计院图纸中出现了许多和上述值有细微差别的额定电压值，我认为是不必要的（如10kV中出现16．5kV、16．7kV等）。

理由是实际设计避雷器过程中，额定电压值在伏－安曲线中是在小电流区里面，均小于U1mAAC值，追求细微之差在实际避雷器设计中得不到实现；

另外从下面论述可知，按照新国标要求选择才能在许可过电压下安全使用（这是指不接地系统）。

4按2000年版新标准中非接地系统氧化锌避雷器选型的科学性

4．1额定电压的选择应按施加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值选择、设计，此时能在所规定的动作负载试验中确定的暂态过电压下正确地工作。

持续运行电压的选择必须是允许持久地施加于避雷器端子间的有效值。

此时工频放电电压要足够高，以免在被保护设备的绝缘能耐受不需保护的操作过电压下动作，延长使用寿命，且必须考虑到我国现阶段制造氧化锌避雷器的荷电率和残压的实际水平。

4．2凡是工频电压升高较严重的处所或是设备绝缘试验电压较高的条件所允许，就应选择较高的氧化锌避雷器额定电压。

工频参考电压的选择应等于或大于额定电压。

这俩点在新国标要求中都较好地满足，下面计算也可发现是满足过电压要求的。

国标要求，要保证单相接地运行2h不动作。

最严重情况是当单相接地和甩负荷同时发生，此时理论计算可能出现的最大过电压为1．99倍，则选取的氧化锌避雷器容许持续运行电压UC（有效值）如下：

国标按荷电率为0．8选取额定电压（即Ur≈1．25UC），均满足要求。

如果按躲开概率较高的弧光接地和谐振过电压，则额定电压应满足：

再按η＝0．8选择持续运行电压，也满足要求。

综上所述，避雷器选型问题的主要难点是确定暂时过电压的范围问题，既要保证在较高的操作过电压及大气过电压下安全、可靠地动作，又要保证在暂时过电压下阀片不动作。

现阶段避雷器的选型和设计必须保证2h单相接地时出现的系统最高过电压氧化锌避雷器不动作，否则氧化锌避雷器会出现热崩溃甚至爆炸事故。

故在不接地系统中按照新要求选择是合适的。

但在经消弧线圈接地的电容器装置中，接地过电压会低许多，这时可根据实际模拟计算选择较低的额定电压及持续运行电压使氧化锌避雷器在较低的操作过电压下动作，保护电容器装置，但如果不方便模拟，也可按不接地系统选择，因电容器极对地绝缘已考虑能满足单相接地2h要求。

在小于额定电压下工作，避雷器不动作也不会导致过电压损害电容器装置。

总之，这是由于氧化锌阀片不带串联间隙直接串联，导致氧化锌避雷器电阻片不能承受

甚至超过1．99倍的过电压，导致以SiC灭弧电压作为参考选择的氧化锌避雷器额定电压不能满足要求，必然要升高才能保证避雷器安全工作，如没有实际模拟数据，以国家标准精神中体现的推荐值较合适，因为它满足了极限要求。

（括号内数据适用于发电机和变压器中性点氧化锌避雷器，Um为系统标准电压的1.05-1.10倍）

以国内避雷器的设计、制造水平，壹般?

值为80％，故持续运行电压选择为额定电压的0．8倍。

再按?

＝0．8选择持续运行电压，也满足要求。

总之，这是由于氧化锌阀片不带串联间隙直接串联，导致氧化锌避雷器电阻片不能承受甚至超过1．99倍的过电压，导致以SiC灭弧电压作为参考选择的氧化锌避雷器额定电压不能满足要求，必然要升高才能保证避雷器安全工作，如没有实际模拟数据，以国家标准精神中体现的推荐值较合适，因为它满足了极限要求。

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氧化锌避雷器

概述：

金属氧化物避雷器是当前限制过电压最先进的壹种保护电器，被广泛地用于发电、输变、变电、配电系统中，使电气设备的绝缘免受过电压的损害。

有机外套金属氧化物避雷器是有机绝缘材料和传统的瓷套式金属氧化物避雷器技术优点相结合的科研成果，它不仅具有瓷套式金属氧化物避雷器的优点，仍具有电气绝缘性能好，介电强度高、抗漏痕、抗电蚀、耐热、耐寒、耐老化、防爆、憎水性、密封性等优点。

◆使用条件：

a.适用于户内、外；

b.环境温度-40℃～+40℃；

c.海拔高度不超过3000m（瓷套式不超过1000m）；

d.电源频率不小于48Hz，不超过62Hz；

e.长期施加在避雷器端子间的工频电压应不超过避雷器的持续运行电压；

f.地震烈度8度及以下地区；

g.最大风速不超过35m/s。

◆产品型号说明：

依据JB/T8459-1996《避雷器产品型号编制方法》，金属氧化物避雷器产品型号说明如下：

产品型式：

Y—表示瓷套式金属氧化物避雷器

YH（HY）—表示复合外套金属氧化物避雷器

结构特征：

W—表示无间隙C—表示串联间隙

使用场所：

S—表示配电型Z—表示电站型R—表示且联补偿电容器用

D—表示电机用T—表示电气化铁道用

附加特性：

W—表示防污型G—表示高原型TH—表示湿热带地区用

1引言

氧化锌避雷器是用来保护电力系统中多种电气设备免受过电压损坏的电器。

保护且联电容器组的氧化锌避雷器是氧化锌避雷器应用的壹个重要领域，且且是以绝对的无可争议的优越性得到电力部门和使用单位的认同，可是该氧化锌避雷器发生爆炸也是壹个不容忽视的问题，认真分析其爆炸的原因，得悉其防范措施，是壹个有着现实意义的事情。

2且联电容器组用的氧化锌避雷器的特点：

2.1装设位置的分类：

①中性点；

②电源侧；

③和电容器且联；

④和电抗器且联四类。

2.2从避雷器的角度见，电容器组是壹个阻抗很小的设备，在电容器放电时将产生幅值大、陡度很高的放电电流。

由于氧化锌避雷器的高度的非线性特性，截断超过保护水平的所有暂态过电压，而将剩余电荷留在未被扰动的的电容器中。

无间隙氧化锌避雷器是非常适合保护且联电容器组的。

3、且联电容器组用的氧化锌避雷器的爆炸原因分析

3.1额定电压取值偏低

氧化锌避雷器的额定电压是表明其运行特性的壹个重要参数，也是壹种耐受工频电压能力的指标。

通常避雷器的额定电压应在对系统暂态过电压的计算分析及样本提供的工频过电压耐受时间特性曲线比较的基础上，选择避雷器的额定电压。

在壹定的电网电压等级和设备绝缘水平下，避雷器的额定电压越低，保护水平也越低，但保护裕度能够增大。

所以我们平时就选用较低额定电压的避雷器。

3.2持续运行电压取值偏低

避雷器持续运行电压仍应该大于或等于该系统的最高相电压，才能保证长时间运行下的热稳定。

当下各标准、规范、导则已统壹意见，按系统最高电压Um来选择氧化锌避雷器。

在GB11032-89中，无论是对额定电压，仍是持续运行电压定义不够严密，而且取值又偏低，造成以前保护电容器组氧化锌避雷器频繁爆炸。

我分X公司所辖的壹个输变电工区，仅壹个站的保护电容器组用的氧化锌避雷器，从2000年投产至2004年，就爆炸过4次。

究其原因就是额定电压和持续运行电压取值偏低。

3.3选型有误

有些生产单位会自己选择购买避雷器，特别是在氧化锌避雷器仍不很普及的时候，以为和阀型的壹样，对其的特殊性无所适从。

我也有这样的体会，那是在九十年代末期，我所在的工区更换10KV线路的旧式阀型避雷器，几个站用的全部由上级单位订购。

我们初期更换时，便不加选择地予以更换，及至发现有区别时，已为时往矣。

3.4未进行能量核算

通流容量是由SiC避雷器沿用下来的概念，即2ms方波冲击耐受试验电流。

电容器用避雷器的特殊之处，在于它要承受电容器的放电能量，因此在设计中需进行能量核算。

可是在制造厂通常提供的产品资料中，往往缺乏进行能量核算所必需的数据，例如2ms方波冲击电流所对残压U2ms、避雷器的极限吸收能量W／m等。

按规程规定，电容器的储能小于氧化锌避雷器的通流能力时才可用氧化锌避雷器限制过电压。

不进行通流能量的核算，如选择通流能力偏小，极易造成避雷器“不堪重负”而爆炸。

3.5受潮、老化、污秽的影响

3.51受潮的原因主要和产品的生产、运输等有关。

受潮的途径有俩个：

壹是密封不良使潮气或水分侵入，密封垫的质量和组装工艺是关键；

二是产品元件受潮或装配车间不合格造成的。

随着质量观念的加强，多数厂家把生产质量放在第壹位，加上检测设备的不断完善，受潮问题已不是爆炸的主要因素。

3.5.2氧化锌电阻片老化引起的爆炸在国内尚未有具体的报道，但从其它类型的避雷器元件老化，从而造成避雷器热崩溃的问题上，氧化锌避雷也应引起足够的重视。

3.5.3外部污秽可能引起瓷件表面电压分布不均匀,有可能使避雷器局部发热。

为了耐受污秽，在泄漏距离的设计上，应明确其防污等级，多数厂家未能做到这壹点。

4、防止且联电容器组用的氧化锌避雷器的爆炸的措施

4.1提高质量

提高产品质量，重视产品的结构设计、密封、总装环境等因素，且将产品的运行和故障信息及时反馈回生产厂家，使产品质量能够不断得到改善和提升。

4.2正确选择

正确选择氧化锌避雷器的各种参数，是保证其可靠运行的关键。

主要应从以下几方面着手：

4.2.1正确选择避雷器的额定电压

氧化锌避雷器的额定电压是表明其运行特征的壹个重要参数，也是耐受工频电压能力的指标。

在《交流无间隙氧化锌避雷器》（GB11032-89）中对它的定义为“施加到避雷器端子间最大允许工频电压有效值”。

众所周知，氧化锌避雷器的电阻片耐受工频电压能力和系统最高电压、暂时过电压、持续时间及系统绝缘水平有关，在定义中未给出作用电压的持续时间，也未明确电压的确切概念，所以不够严谨，取值也偏低。

GBJ64-83修订送审稿中对3~66KV无间隙金属金属物避雷器的额定电压Ur作出规定，即Ur=1.4Um。

我认为这个规定值比以往的规定有所提高，更符合实际的运行情况，建议按这个规定实施较为可行。

4.2.2正确选择避雷器的持续运行电压

持续运行电压也是氧化锌避雷器的重要特征参数，该参数的选择对其运行的可靠性有很大影响。

可是在GB11032-89中，把持续运行电压等同于系统最高运行相电压，显然是偏低的。

而应当将持续运行电压取值为1.1Um，或取为0.8Ur。

在3~66KV中性点不接地系统中，和将持续运行电压Uc取值为1.1Um和0.8Ur，相差是不大的。

我认为将持续运行电压Uc取值为0.8Ur，将更好理解，也更有关联，也就是其额定电压取值壹定，则其持续运行电压也是确定的。

4.2.3进行能量核算

壹般认为，在3~66KV系统中开断且联电容器时，其高压端对地出现的过电压，约可达到4~5倍的相电压。

当厂家可提供避雷器产品的2ms方波冲击电流所对应的残压U2ms时，可按通流容量法验算所选避雷器是否满足容量为Q的且联补偿装置的放电要求。

其公式为：

Q≤1.3U2I2ms/（Usm-U2ms）

式中：

Usm=K√2Um/√3；

K为操作过电压的倍数，壹般取为5；

U为额定线电压；

I2ms为通流容量，即2ms方波冲击耐受试验电流；

U2ms为2ms方波冲击电流所对应的残压；

Usm为未接入避雷器时的操作过电压峰值。

当厂家可提供避雷器极限吸收能力W`m时，可按耗散能量核算法进行验算，这里不再详细说明。

壹般情况下，系统中的其它参数不变的情况下，通流容量I2ms和电容器容量Q间可建立起壹个对应关系，如果壹组避雷器无法满足时，可要求厂家供应满足放电容量的避雷器或同时装置俩组避雷器来满足要求。

4.3加强监测

加强监测，及时检出避雷器的缺陷，也是保证避雷器安全、可靠运行的重