高电压防雷设备测试-避雷器结构及特性

避雷器的结构与特性01避雷器的保护概述当雷电压侵入波超过避雷器的击穿强度时，避雷器阀片击穿，限制侵入电气设备的过电压幅值。侵入波过后，避雷器的绝缘强度能自行恢复，以使电气设备能够继续运行。避雷器的含义避雷器结构

氧化锌避雷器避雷器的作用用途：限制过电压（雷电和操作）保护设备免受过电压的绝缘损坏（限压）绝缘配合的基础发展：间隙→管型避雷器→碳化硅→氧化锌有间隙→无间隙

无间隙金属氧化物避雷器基本要求基本要求具有良好的伏秒特性，以易于实现合理的绝缘配合应有较强的绝缘强度自恢复能力，以利于快速切断工频续流，使电力系统得以继续运行图（4）图（5）图（6）

要求避雷器具有很强的绝缘强度自恢复能力，在工频续流第一次过零时熄弧，不再重燃灭弧电压：工频电流第一次过零后间隙所能承受的不至于引起电弧重燃的最大工频电压灭弧电压越高，避雷器性能越好灭弧电压02避雷器的结构与种类工作原理（非线性特性）

氧化锌电阻片是避雷器芯体的核心，当作用在避雷器上的电压达到动作电压时，电阻片的阻抗急剧减小，处于大电流导通状态，从而快速泄放过电压能量并将其两端的过电压限制在一定水平，以保护设备的绝缘；在过电压冲击波过后，电阻片会即刻恢复到原高阻状态。

避雷器用电阻片的形状分为饼状和环状。图(7)图8图（9）图（10）图（11）避雷器的类型1.按用途分类

按场合：电站用、配电用、线路用。按保护对象：并电容器用、变压器中性点用、发电机用、电动机用和发电中性点用等。1.1电站用用以限制作用在3~1000kV变电站设备上操作和雷电过电压1.2配电用用以限制作用在3~20kV配电设施，主要是配电变压器、分段开关、刀闸及电缆头的雷电过电压和除谐振过电压及暂态过电压以外的相对地过电压。避雷器的类型1.按用途分类1.3并联电容器用用限制投切电容器组时可能产生的过电压，用于不同容量和电压等级电容器组的避雷器，其能量吸收能力有不同的要求。1.4发电机用用以限制作用在发电机的雷电过电压和除谐振过电压以外的相对地过电压，并可限制升压变的传递过电压。1.5电动机用用以限制3~10kV投切电动机时的操作过电压。避雷器的类型1.按用途分类1.6发电机中性点用用以限制发电机中性点的雷电侵入波过电压，同时对发电机整个绝缘也有一定的保护作用。在正常运行工况下，作用在避雷器上的电压很低。

1.7变压器中性点用主要用以限制中性点为分级绝缘的变压器（包括中性点接有低于其设备绝缘水平的设备，如消弧线圈）雷电过电压，在正常运行工况下，作用在避雷器上的电压很低。避雷器的类型

2.按结构分类分为无间隙避雷器和有间隙避雷器。

2.1无间隙具有结构简单、保护特性平相、安装方便和运行检潮方便等优点。

2.2有间隙线路防雷用避雷器（减少避雷器和老化和运维）；谐振过电压多发的地方（早期）；限制110~220kV敞开式变电站多重雷过电压用。图（12）图（13）图（14）避雷器的类型3.按外绝缘材质分为绝缘外套避雷器和罐式避雷器。3.1绝缘外套

瓷外套：突出优点是抗老化性能和抗弯的机械强度。复合外套：耐污性能高、体积小、重量轻和不易破碎等优点。

3.2有间隙金属罐式避雷器是GIS的配套设备；为单体结构，没有外缘和污秽问题。以上三图分别为磁外套（15）、复合外套（16）、GIS型氧化锌避雷器（17）结构图图（15）图（16）图（17）03避雷器的参数产品形式:Y-金属氧化物避雷器外套类型：H-复合外套，其他外套不表示标称放电电流结构特征：W-无间隙，C-带串联间隙保护类型：S-配电，R-电容器，T-电铁，Z-电站，Y-线路，F-SF6组合电路设计序号：以数字表示避雷器额定电压标准放电电流下的残压附加特征代号：A-爬电比距25mm/KV，B-爬电比距31mm/KV，J-绝缘子间隙，K-空气间隙，S-三相3.1额定电压避雷器两端之间允许施加的最大工频电压有效值。相当于有间隙碳化硅避雷器的灭弧电压。它是避雷器各种特性的基准参数。3.2起始动作电压（参考电压）

以通过1mA工频电流阻性分量峰值或直流幅值时的避雷器两端电压峰值U1mA定义为起始动作电压3.3持续运行电压它是指在运行中允许长期施加于避雷器两端的工频电压有效值。它表征了MOA对长期作用的工频电压耐受能力。选择MOA持续运行电压U时应满足：3-10kV系统：Uc≥1.1Um；35-66kV系统：Uc≥Um

式中：Um-系统最高运行线电压，为系统标称电压的1.15倍3.4压比氧化锌避雷器通过波形为8/20us的额定冲击放电电流时的残压与起始动作电压（参考电压）之比。压比越小，说明通过冲击大电流时的残压越低，氧化锌避雷器的保护性能越好。3.5工频耐受伏秒特性考核氧化锌避雷器对工频过电压的耐受能力。对中性点非直接接地系统，氧化锌避雷器在下列时间内耐受相应的工频过电压倍数：1.2Um1000s1.3Um100s1.4Um1s3.6最大残压在避雷器所允许最大陡波冲击电流、雷电冲击电流及操作冲击电流下避雷器两端电压，它是表征避雷器保护水平的重要参数。3.7荷电率它是指长期施加在MOA上的持续工作电压峰值与其工频参考电压的比值。它是影响MOA的老化性能和保护水平的一项重要参数。氧化锌避雷器特性与应用01避雷器的定义及分类避雷器的定义用于保护交流输电设备的绝缘，免受雷电过电压和操作过电压损害。1、避雷器定义2、避雷器工作原理避雷器连接在线缆和大地之间，通常与被保护设备并联。避雷器可以有效地保护通信设备，一旦出现不正常电压，避雷器将发生动作，起到保护作用。当通信线缆或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。当过电压消失后，避雷器迅速恢复原状，使通信线路正常工作。避雷器的定义避雷器适用于变压器、输电线路、配电屏、开关柜、电力计量箱、真空开关、并联补偿电容器、旋转电机及半导体器件等过电压保护。3、避雷器适用范围4、避雷器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。避雷器不仅可以用来防护雷电产生的高电压，也可以用来防护操作高电压。避雷器的优点优点1优点2优点3优点4具有优异的非线性伏安特性通流容量大抑制过电压能力强耐污秽、抗老化、寿命长避雷器的分类类别和名称产品系列应用范围阀式碳化硅交流型低压型阀式避雷器FS低压网络保护交流电器、电表和配电变压器低压绕组配电型普通阀式避雷器FS3、6、10KV交流配电系统保护配电变压器和电缆头电站型普通阀式避雷器FZ保护3~220KV交流系统电站设备绝缘保护旋转电机磁吹阀式避雷器FCD保护旋转电机绝缘电站型磁吹阀式避雷器FCZ保护35~500KV系统电站设备绝缘线路型磁吹阀式避雷器FCX保护330KV及以上交流系统线路设备的绝缘直流型直流磁吹阀式避雷器FCL保护直流系统电器设备绝缘金属氧化物交流型无间隙金属氧化物避雷器YW包括FS、FZ、FCD、FCZ、FCX系列的全部应用范围，有取而代之的趋势有串联间隙金属氧化物避雷器YC3~10KV交流系统，保护配电变压器、电缆头和电站设备，与YW相比各有其特点有并联间隙金属氧化物避雷器YB保护旋转电机和要求保护性能特别好的场合直流型直流金属氧化物避雷器YL保护直流电气设备管式纤维管式避雷器GWX电站进线和线路绝缘弱点保护无续流管式避雷器GSW电站进线、线路绝缘弱点及6、10KV交流配电系统电器设备的保护02氧化锌避雷器

目前国内输电线路主要采用金属氧化物避雷器(MOA)。氧化锌避雷器由一个或并联的两个非线性电阻片叠合圆柱构成。它根据电压等级由多节组成，35～110kV氧化锌是单节的，220kV氧化锌是两节的，500kV氧化锌是三节的，而750kV氧化锌则是四节的。

氧化锌避雷器

1)构造阀片由微小氧化锌晶粒为主要材料，加入一些金属氧化粉，经过加工成氧化锌电阻片。②并联间隙氧化锌避雷器氧化锌电阻间隙③串联间隙氧化锌避雷器氧化锌电阻④全密封无间隙氧化锌避雷器①伏安特性500kV变电站

与传统的碳化硅避雷器相比。氧化锌避雷器特点：

(1)优异的保护性能。MOA具有很好的非线性特性。

(2)大的通流能力。具有良好的吸收雷击过电压和暂态过电压的能力。(3)较高的运行可靠性。正常的工作状态下接近绝缘状态，工频续流仅为微安级，能量释放快速恢复高阻状态，运行可靠性高，抗污秽能力强。ZnO、SiC和理想避雷器伏安特性曲线的比较两类避雷器材料的伏安特性比较二、氧化锌避雷器特性氧化锌避雷器：①氧化锌阀片的特点：具有很理想的非线性伏安特性。ZnO避雷器线性电阻SiC避雷器理想避雷器②伏安特性区域划分：A区称为小电流区；B区称为非线性区，C区称为饱和区。④工作原理：正常时：阀片相当于绝缘体。当过电压超过一定值时，阀片“导通”，将冲击电流通过阀片泄入大地，此时其残压不会超过被保护设备的耐压值，达到过电压保护的目的。过电压消失后：阀片自动终止“导通”状态，恢复绝缘状态。（不存在电弧的燃烧与熄灭问题）被保护设备工作母线入侵波电阻阀片③结构：⑤氧化锌避雷器的优点：无间隙：在工作电压下ZnO实际上相当于一绝缘体，工作电压不会烧坏阀片，不需要通过串间隙来隔离工作电压。无续流：因工作电压下流过ZnO的电流极小，所以不存在工频续流。保护性能优越：ZnO阀片具有优异的非线性伏安特性，还有进一步降低残压的潜力。通流容量大：ZnO阀片单位面积通流容量要比SiC阀片的大4～4.5倍，又无串联间隙烧伤的制约，可用来限制操作过电压。⑥氧化锌避雷器的基本电气参数：最高持续运行电压：允许持续加在避雷器两端的最大工频电压有效值。额定电压：允许施加在避雷器两端的最大工频电压有效值。起始动作电压：指避雷器通过1mA工频电流峰值或直流电流时得到工频电压峰值或直流电压。通常用U1mA表示，也称为转折电压或拐点电压。残压：放电电流通过ZnO避雷器时的电压峰值。通流容量：表示阀片耐受通过电流的能力。⑦

评价氧化锌避雷器性能优劣的指标：保护水平：雷电保护水平为雷电冲击残压和陡波冲击残压除以1.15中的较大者；操作冲击电压等于操作冲击残压。标称冲击放电电流时的残压起始动作电压压比=压比：此值约为1.6～2.0。压比越小，保护性能越好。最大持续运行电压峰值起始动作电压荷电率=荷电率：此值一般为45%～75%。标称冲击放电电流时的残压最大持续运行电压峰值保护比=保护比：保护比越小，保护性能越好。压比荷电率=MOA优缺点无间隙，基本无续流伏安特性平坦，残压低，无截波，耐多重雷击或多次操作波的能力强伏安特性对称，正负极性过电压水平相当间隙具有极性效应MOA阀片可以并联使用，扩容，降残压易于制成直流避雷器因为直流续流不像工频续流那样会通过自然过零点阀片受潮后或老化后，无间隙易爆炸MOA优缺点现在试验研究表明，在气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中，SF6隔离开关操作母线时产生5-15MHz高频操作过电压(VFTO)，波前很短，5～20μs，陡度很大。在这种VFTO冲击作用时，M