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避雷器的种类及其应用

西南科技大学

高电压技术结课论文

课程名称：

避雷器的种类及其应用

姓名：

徐瑞

学号:

20105200

班级：

电气1002班

指导教师：

姜官武

起止日期：

2013年12月1日-2013年12月15日

避雷器的种类及其应用

摘要：

避雷器应用在我们生活中的各个方面，它的作用也不容忽视，避雷器是用于保护电气设备免受高瞬态过电压危害并限制续流时间也常限制续流赋值的一种电器，它有效的保护了各种电气设备不被损坏。

本文将从避雷器的概念、原理、作用、种类、特点以及应用前景等方面进行论述以期全面的分析避雷器，为今后的应用奠定基础。

关键词：

避雷器；种类；应用

Typelightningarresterand

itsapplication

Abstract：

Lightningarresterapplicationinallaspectsofourlives,itsrolecannot

beignored.Surgearrestersareusedtoprotectelectricalequipmentfromanelectricaltransientovervoltageandlimitthecontinuedflowoftenlimitthecontinuedflowassignment.Iteffectivelyprotectthevariouselectricalequipmentisnotdamaged.Thispaperfromtheconcept,principle,functionofarrester,types,characteristicsandapplicationprospectsarediscussedinordertoanalysisoflightningarresterandcomprehensive,laythefoundationforfutureapplication.

keywords：

Lightningarrester;species;application

随着电力系统的发展，对输电线路供电可靠性要求越来越高，由于雷击输电线路引起的事故日益增多，尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路引起的事故更高。

这不仅影响设备的正常工作，也极大地影响了人们的正常生活，给社会带来巨大的经济损失，而避雷器的出现为这一切画上了句号，避雷器可以有效地保护电力系统中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏。

一、避雷器概述

（一）避雷器的概念

避雷器是用于保护电气设备免受高瞬态过电压危害并限制续流时间也常限制续流赋值的一种电器。

本术语包含运行安装时对于该电器正常功能所必须的任何外部间隙，而不论其是否作为整体的一个部件。

避雷器通常连接在电网导线与地线之间，然而有时也连接在电器绕组旁或导线之间。

避雷器有时也称为过电压保护器，过电压限制器。

（二）避雷器的工作原理

避雷器是连接在导线和地之间的一种防止雷击的设备，通常与被保护设备并联。

避雷器可以有效的保护电力设备，一旦出现不正常电压，避雷器产生作用，起到保护作用。

当被保护设备在正常工作电压下运行时，避雷器不会产生作用，对地面来说视为断路。

一旦出现高电压，且危及被保护设备绝缘时，避雷器立即动作，将高电压冲击电流导向大地，从而限制电压幅值，保护电气设备绝缘。

当过电压消失后，避雷器迅速恢复原状，使系统能够正常供电。

避雷器的主要作用是通过并联放电间隙或非线性电阻的作用，对入侵流动波进行削幅，降低被保护设备所受过电压值，从而达到保护电力设备的作用。

避雷器不仅可用来防护大气高电压，也可用来防护操作高电压。

如果出现雷雨天气，电闪雷鸣就会出现高电压，电力设备就有可能有危险，此时避雷器就会起作用，保护电力设备免受损害。

避雷器的最大作用也是最重要的作用就是限制过电压以保护电气设备。

避雷器是使雷电流流入大地，使电气设备不产生高压的一种装置，主要类型有管型避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器等。

每种类型避雷器的主要工作原理是不同的，但是他们的工作实质是相同的，都是为了保护设备不受损害。

（三）避雷器的作用

避雷器的作用是用来保护电力系统中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏的一个电器。

避雷器的类型主要有保护间隙、阀型避雷器和氧化锌避雷器。

保护间隙主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段保护。

阀型避雷器与氧化锌避雷器用于变电所和发电厂的保护，在500KV及以下系统主要用于限制大气过电压，在超高压系统中还将用来限制内过电压或作内过电压的后备保护。

二、避雷器的种类及其特点

目前使用的避雷器主要有四种类型，即保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器。

保护间隙和管型避雷器主要用于配电系统、线路和发电厂、变电所进线段的保护，以限制入侵的大气过电压；阀型避雷器和氧化锌避雷器用于变电所、发电厂及变压器的保护，在220kV及以下系统中主要用于限制大气过电压，在超高压系统中还用来限制内过电压或作内过电压后备保护。

阀型避雷器和氧化锌避雷器的保护性能对变电器或其他电器设备的绝缘水平的确定存在着直接影响。

（一）保护间隙避雷器及其特点

所谓保护间隙，是由两个金属电极构成的一种简单的防雷保护装置。

其中一个电极固定在绝缘子上，与带电导线相接，另一个电极通过辅助间隙与接地装置相接，两个电极之间保持规定的间隙距离。

保护间隙构造简单，维护方便，但其自行灭弧能力较差。

其间隙的结构有棒型、球型和角型三种。

棒型间隙的伏秒特性较陡，不易与设备的绝缘特性配合；球型间隙虽然伏秒特性最平坦，保护性能也很好，但它与棒型间隙一样，都存在着间隙端头易烧伤的缺点，烧伤后间隙距离增大，不能保证动作的准确性；角型间隙放电时，电弧会沿羊角迅速向上移动而被拉长，因而容易自行灭弧，间隙不会严重烧伤，所以，近年来角型间隙被广泛用于配电线路和配电设备的防雷保护。

由于保护间隙的间隙距离较小（8～25mm），易为昆虫、鸟类或其他外物偶然碰触而引起短路，因此常在接地引下线上串接一个小角型辅助间隙。

在正常情况下，保护间隙对地是绝缘的，并且绝缘强度低于所保护线路的绝缘水平，因此，当线路遭到雷击时，保护间隙首先因过

电压而被击穿，将大量雷电流泄入大地，使过电压大幅度下降，从而起到保护线路和电气设备的作用。

防雷保护间隙的结构应满足以下要求：

间隙距离应符合要求，并稳定不变；间隙放电时，应能够防止电弧跳到其他设备上；能防止间隙的支持绝缘子损坏；间隙正常动作时，能防止电极烧坏；电极应镀锌或采取其他防锈蚀的措施；主、辅间隙之间的距离应尽量小，最好三相共用一个辅助间隙。

在电力、冶金、石化、建筑、环保等领域中，由于系统故障，往往会产生变压器中性点电压升高造成对变压器的损害。

将ENR-JXB保护间隙接在110KV、220KV、330KV、500KV电力变压器中性点，可以实现变压器中性点接地运行和不接地运行两种不同的方式，已达到对变压器的保护。

（二）管型避雷器及其特点

由于保护间隙弧能力较差，目前使用不多。

为了提高熄弧能力，产生了管型避雷器，它实质上是一种具有较高熄弧能力的保护间隙。

管型避雷器有两个相互串联的间隙，一个在大气中称为外间隙S2，另一个间隙S1装在产气管内，称为内间隙或灭弧间隙。

管型避雷的熄弧能力与工频续流的大小有关，续流太大产气过多，管内气压太高，会使管子炸裂；续流太小产气太少，管内气压太低则不足以熄灭电弧。

管型避雷器采用了强制熄弧的装置，因此比保护间隙熄弧能力强。

但由于管型避雷器具有外间隙，受环境的影响大，故与保护间隙一样，仍具有伏秒特性曲线较陡、放电分散性大的缺点，不易与被保护设备实现合理的绝缘配合；同时动作后也会产生截波，不利于变压器等有线圈设备的绝缘。

因此，管型避雷器目前只用于输电线路个别地段的保护，如大跨距和交叉档距处，或变电所的进线段保护。

（三）阀型避雷器及其特点

阀型避雷器是由空气间隙和一个非线性电阻串联并装在密封的瓷瓶中构成的。

在正常电压下，非线性电阻阻值很大，而在过电压时，其阻值又很小，避雷器正是利用非线性电阻这一特性而防雷的：

在

雷电波侵入时，由于电压很高（即发生过电压），间隙被击穿，而非线性电阻阻值很小，雷电流便迅速进入大地，从而防止雷电波的侵入。

当过电压消失之后，非线性电阻阻值很大，间隙又恢复为断路状态。

随时准备阻止雷电波的入侵。

阀型避雷器是由火花间隙和非线性电阻这两种基本元件组成的。

间隙与非线性电阻相串联。

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；磁吹阀型避雷器有FCD和FCZ两种系列。

（四）氧化锌避雷器及其特点

氧化锌避雷器是七十年代发展起来的一种新型避雷器，它主要由氧化锌压敏电阻构成。

每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压（叫压敏电压），在正常的工作电压下（即小于压敏电压）压敏电阻值很大，相当于绝缘状态，但在冲击电压作用下（大于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。

然而压敏电阻被击后，是可以恢复绝缘状态的；当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状态。

因此，如在电力线上安装氧化锌避雷器后，当雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，可以将电源线上的电压控制在安全范围内，从而保护了电气设备的安全。

氧化锌避雷器七大特性：

（1）通流能力：

这主要体现在避雷器具有吸收各种雷电过电压、工频暂态过电压、操作过电压的能力。

（2）保护特性：

氧化锌避雷器是用来保护电力系统中各种电器设备免受过电压损坏的电器产品，具有良好保护性能。

因为氧化锌阀片的非线性伏安特性十分优良，使得在正常工作电压下仅有几百微安的电流通过，便于设计成无间隙结构，使其具备保护性能好、重量轻、尺寸小的特征。

当过电压侵入时，流过阀片的电流迅速增大，同时限制了过电压的幅值，释放了过电压的能量，此后氧化锌阀片又恢复高阻状态，使电力系统正常工作。

（3）密封性能:

避雷器元件采用老化性能好、气密性好的优质复合外套，采用控制密封圈压缩量和增涂密封胶等措施，陶瓷外套作为密封材料，确保密封可靠，使避雷器的性能稳定。

（4）机械性能:

主要考虑以下三方面因素：

承受的地震力；作用于避雷器上的最大风压力；避雷器的顶端承受导线的最大允许拉力。

（5）解污秽性能:

无间隙氧化锌避雷器具有较高的耐污秽性能。

国家标准规定的爬电比距等级为：

II级中等污秽地区：

爬电比距20mm/kvIII级重污秽地区：

爬电比距25mm/kv,IV级特重污秽地区：

爬电比距31mm/kv。

（6）高运行可靠性：

长期运行的可靠性取决于产品的质量，及对产品的选型是否合理。

影响它的产品质量主要有以下三方面：

避雷器整体结构的合理性；氧化锌阀片的伏安特性及耐老化特性；避雷器的密封性能。

（7）工频耐受能力：

由于电力系统中如单相接地、长线电容效应以及甩负荷等各种原因，会引起工频电压的升高或产生幅值较高的暂态过电压，避雷器具有在一定时间内承受一定工频电压升高能力。

三、避雷器的应用

（一）应安装在靠近配电变压器侧

金属氧化物避雷器（MOA）在正常工作时与配变并联，上端接线路，下端接地。

当线路出现过电压时，此时的配变将承受过电压通过避雷器、引线和接地装置时产生的三部分压降，称作残压。

在这三部分过电压中，避雷器上的残压与其自身性能有关，其残压值是一定的。

接地装置上的残压可以通过使接地引下线接至配变外壳，然后再和接地装置相连的方式加以消除。

对与如何减小引线上的残压就成为保护配变的关键所在。

引线的阻抗与通过的电流频率有关，频率越高，导线的电感越强，阻抗越大。

从U=IR可知，要减小引线上的残压，就得缩小引线阻抗，而减小引线阻抗的可行方法是缩短MOA距配变的距离，以减小引线阻抗，降低引线压降，所以避雷器应安装在距离配电变压器近点更合适。

（二）配变低压侧也应安装

如果配变低压侧没有安装MOA，当高压侧避雷器向大地泄放雷电流时，在接地装置上就产生压降，该压降通过配变外壳同时作用在低压侧绕组的中性点处。

因此低压侧绕组中流过的雷电流将使高压侧绕组按变比感应出很高的电势（可达1000kV），该电势将与高压侧绕组的雷电压叠加，造成高压侧绕组中性点电位升高，击穿中性点附近的绝缘。

如果低压侧安装了MOA，当高压侧MOA放电使接地装置的电位升高到一定值时，低压侧MOA开始放电，使低压侧绕组出线端与其中性点及外壳的电位差减小，这样就能消除或减小“反变换”电势的影响。

（三）MOA接地线应接至配变外壳

MOA的接地线应直接与配电变压器外壳连接，然后外壳再与大地连接。

那种将避雷器的接地线直接与大地连接，然后再从接地桩子上另引一根接地线至变压器外壳的作法是错误的。

另外，避雷器的接地线要尽可能缩短，以降低残压。

（四）严格按照规程要求定期检修试验

定期对MOA进行绝缘电阻测量和泄露电流测试，一旦发现MOA绝缘电阻明显降低或被击穿，应立即更换以保证配变安全健康运行。

四、结论

避雷器作为过电压保护器件，对全国电力系统安全的运行，起着重要的保护作用，因而其性能的完善也是一个不容忽视的问题。

通过对保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器、氧化锌避雷器的对比分析，寻找一套比较适合保护电气设备的避雷器，不仅能过提高供电系统运行的安全可靠性、经济性，而且避雷器的使用能够使电力系统的安全运行再上新的台阶，具有极其广泛的应用前景。

参考文献:

[1]张诚.氧化锌避雷器试验方法的研究[M].北京：

国防工业出版社,2006

[2]吴广宁.高电压技术[M].北京：

机械工业出版社,2007.5

[3]曹文.氧化锌避雷器试验方法的研究[M].北京：

机械工业出版社，2011

[4]李庆玲;氧化锌避雷器运行状况研究[D];兰州理工大学;2008年

[5]车文俊;线路避雷器串联间隙距离的设计与试验[J];电瓷避雷器;2002年01期

[6]和宏亮;高压输电线路的综合防雷研究[D];西安建筑科技大学;2010年

（注：

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