避雷器技术及标准的解读

关于避雷器技术及标准的解读2一、避雷器技术第2页,共40页，2024年2月25日，星期天3

1、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（限压器）；绝缘配合的基础。

发展历史：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。一、避雷器技术第3页,共40页，2024年2月25日，星期天42、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，见下图。

图1-1饼状电阻片图1-2环状电阻片一、避雷器技术第4页,共40页，2024年2月25日，星期天5

电阻片是由氧化锌（ZnO）和少量添加剂充分混合、研磨和搅拌，经喷雾造粒、压制成形，再高温烧制而成。微观结构：ZnO晶粒（直径大约10μm）是低电阻率介质，在其表层即晶界层（约0.1μm厚）是高电阻率。两者紧密连接。工作原理：低电场区（势垒）、中电场区和高电场区（隧道效应），实现非线性特性。一、避雷器技术第5页,共40页，2024年2月25日，星期天6一、避雷器技术

金属氧化物电阻片典型伏安特性曲线第6页,共40页，2024年2月25日，星期天73、避雷器的类型（1）按用途分类按其使用场合和保护对象分为：电站用、配电用、并联电容器用、变压器中性点用、发电机用、电动机用和发电机中性点用等。a)电站用避雷器用以限制作用在3～1000kV变电站设备上操作和雷电过电压。b)配电用避雷器用以限制作用在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。c)并联电容器用避雷器用以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。

一、避雷器技术第7页,共40页，2024年2月25日，星期天8d)发电机用避雷器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。e)电动机用避雷器用以限制3～10kV投切电动机时的操作过电压。f)发电机中性点用避雷器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。g)变压器中性点用避雷器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。

一、避雷器技术第8页,共40页，2024年2月25日，星期天93、避雷器的类型（2）按结构分类为无间隙避雷器和有间隙避雷器。一、避雷器技术无间隙具有结构简单、保护特性平坦、安装方便和运行检测方便等优点。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.第9页,共40页，2024年2月25日，星期天103、避雷器的类型（3）按绝缘外套材质分类

绝缘外套式和金属罐式。一、避雷器技术金属罐式金属罐式避雷器是GIS的配套设备;为单体结构,没有外绝缘和污秽问题.绝缘外套突出优点是抗老化性能和抗弯的机械强度。瓷外套

复合外套耐污性能高、体积小、重量轻和不易破碎等优点第10页,共40页，2024年2月25日，星期天11一、避雷器技术瓷套式避雷器

复合外套式避雷器金属罐式避雷器第11页,共40页，2024年2月25日，星期天12一、避雷器技术第12页,共40页，2024年2月25日，星期天13一、避雷器技术第13页,共40页，2024年2月25日，星期天14一、避雷器技术第14页,共40页，2024年2月25日，星期天154、主要性能参数避雷器的性能参数取决于工程条件和避雷器的制造技术。主要包括有：a)持续运行电压；b)额定电压；c)参考电压；d)保护特性；e)能量吸收能力；f)工频耐受特性;等等。一、避雷器技术第15页,共40页，2024年2月25日，星期天16（1）持续运行电压允许持久地施加在避雷器端子间的工频电压有效值(老化)。运行电压与系统的接地方式有关。一、避雷器技术电压等级中性点有效接地系统中性点非有效接地系统10s以上切除故障10s及以内切除故障3～20kV/Uc≥1.1UmUc≥Um/35～66kV/Uc≥Um110kV及以上Uc≥Um///第16页,共40页，2024年2月25日，星期天17

（2）额定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，按照此电压所设计的避雷器，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性的一个重要参数，但它不等于系统标称电压。

a)有效接地相同

通常取等于或大于安装处的工频暂时过电压，如330kV、500kV和750kV变电站，线路侧按1.4p.u.，母线侧按1.3p.u.选取。但1000kV变电站，线路侧和母线侧均按1.3p.u.（828）选取。

b)有效接地相同

通常取最高运行电压的1.25倍。一、避雷器技术第17页,共40页，2024年2月25日，星期天18

（3）参考电压避雷器参考电压是指在规定的参考电流下避雷器的电压。参考电压通常取避雷器伏安特性曲线上拐点处的电压，参考电压与运行电压之比为荷电率。避雷器参考电压有工频参考电压和直流参考电压之分。

工频参考电压应不低于避雷器的额定电压值，工频参考电流在几安至十几安范围。它与运行电压之比为荷电率（老化性，电位分布不均性）。

直流参考电压并不反映交流避雷器的特性，只是为了便于现场测试之用。一、避雷器技术第18页,共40页，2024年2月25日，星期天19

（4）保护特性避雷器的保护特性是限制雷电过电压水平的关键，保护水平越低，限压效果更好。但避雷器的参考电压值限制了避雷器的保护特性不能过低，因此，需要进一步降低电阻片的压比，即标称放电电流下的残压与参考电压之比。降低无间隙避雷器压比的措施，一是改进电阻片的配方和工艺，此受制于制造技术；二是增加电阻片的面积，即采用大直径电阻片和多柱并联结构。一、避雷器技术第19页,共40页，2024年2月25日，星期天20

（5）吸收能量

一、避雷器技术雷电模拟近区雷击--4/10μs，2次；操作冲击动作负载试验；大电流冲击动作负载试验。操作过电压

动作负载试验-模拟不同的线路长度和波阻抗预热-2次长线-额定电压10s-运行电压30min线路放电耐受能力抽样试验检验，18次（3次×6组）。方波电流耐受能力大电流冲击耐受能力

电阻片的均匀性

电阻片侧面的绝缘性

第20页,共40页，2024年2月25日，星期天21

（6）工频电压耐受时间特性

是指在规定条件下对避雷器施加不同的工频电压，避雷器不损坏、不发生热崩溃时所对应的最大持续时间的关系曲线。

GB11032中规定，曲线至少由3点组成，时间范围为0.1s～20min。这个特性是表明避雷器在运行中吸收了规定的操作过电压能量以后，耐受暂时过电压的能力。该能力的提升可进一步降低避雷器的工频参考电压和额定电压，为进一步降低避雷器的保护水平带来益处。一、避雷器技术第21页,共40页，2024年2月25日，星期天22

5、选择的一般程序(站避雷器)

一、避雷器技术按照使用地区的环境条件,确定避雷器的使用条件

根据被保护对象,选择避雷器的类型

确定避雷器外套材质根据最高长期电压,确定避雷器的持续运行电压根据暂态过电压水平等,确定避雷器的额定电压(工频耐受特性)按照绝缘配合的要求，确定避雷器的保护特性根据操作过电压计算,确定避雷器的吸收能力还有机械特性、外绝缘特性、耐短路电流能力等第22页,共40页，2024年2月25日，星期天23二、新颁布标准

DL/T815-2012

的介绍第23页,共40页，2024年2月25日，星期天24

1、范围

本标准规定了交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器的使用条件、技术要求、试验方法、检验规则、标志及包装等。本标准适用于10kV～500kV交流输电线路用避雷器，该避雷器只用于限制线路雷电过电压，以保护线路绝缘子免受雷电引起的绝缘闪络。

二、DL/T815-2012标准第24页,共40页，2024年2月25日，星期天252、规范性引用文件新增：GB775“绝缘子试验方法”；

GB4585“交流系统用高压绝缘子的人工污秽试验”；

GB4585“交流系统用高压绝缘子的人工污秽试验”；

IEC60099-8“1kV以上交流架空输配电线路用有外串间隙金属氧化物避雷器”。

二、DL/T815-2012标准第25页,共40页，2024年2月25日，星期天263、术语和定义

旧版本有5个定义。

a)交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器；

特指线路防雷击闪络之用。

b)复合外套金属氧化物避雷器本体；

c)避雷器本体工频参考电压；

d)串联间隙；

e)复合绝缘支撑件。

二、DL/T815-2012标准第26页,共40页，2024年2月25日，星期天273、术语和定义

新增5个定义。

a)避雷器本体元件；

b)避雷器本体比例单元；

c)线路避雷器比例单元；

d)线路避雷器的额定电压；

e)避雷器本体的额定短路电流。

二、DL/T815-2012标准第27页,共40页，2024年2月25日，星期天28

5、标准额定值

(1)

避雷器的额定电压（推荐的是最小值）电压等级10~500kV，有间隙和无间隙是不同的；新增了系统标称电压20kV等级，并对“标准级差”作了调整。(2)

避雷器标称放电电流--（取值同站避雷器，概念有所不同）二、DL/T815-2012标准无间隙推荐取站避雷器相同或高一级的值。（此结构不推荐）有间隙不同站避雷器，低约78%。非有效接地系统

有效接地系统

取站避雷器相同或低一级的值第28页,共40页，2024年2月25日，星期天29

5、标准额定值

(1)

表1--避雷器额定电压（最小）

二、DL/T815-2012标准系统标称电压避雷器额定电压标准级差无间隙避雷器带间隙避雷器101713120332513554423669675311010890622021618063303122881250044439612第29页,共40页，2024年2月25日，星期天306、运行条件

(1)正常运行条件中新增“垂直安装”一项；

(2)异常运行条件中新增：

a)过度暴露在严重的潮气、湿气、降水或蒸汽中；

b)避雷器带电冲洗；

c)异常运输和贮存；

d)风速＞35m/s；

e)非直立安装；

f)地震烈度大于7度；

g)避雷器的扭转负荷；

h)避雷器用于机械支撑。二、DL/T815-2012标准第30页,共40页，2024年2月25日，星期天31

7、技术要求

(1)

本体参考电压同避雷器的额定电压，有间隙和无间隙是不同的；

(2)

本体参残压a)只要求雷电冲击残压；b)与站避雷器相比，要高。二、DL/T815-2012标准第31页,共40页，2024年2月25日，星期天32

(3)

有间隙避雷器的放电特性a)雷电冲击50%放电电压

不大于线路绝缘子放电电压值的75%--最大间隙距离。b)雷电冲击伏秒特性低于线路绝缘子伏秒特性15%（试验方法）。c)耐受电压应能耐受工频过电压和操作过电压--最小间隙距离；试验采用工频，试验电压值按阀式避雷器取；另外，还应考虑本体损坏情况。二、DL/T815-2012标准第32页,共40页，2024年2月25日，星期天33二、DL/T815-2012标准系统标称电压kV(有效值)雷电冲击50%放电电压不大于，kV(峰值)工频湿耐受电压不小于，kV(有效值)10100262016042352407066400117110525（700×75%）170（2.3p.u.）220900（1200×75%）340（2.3p.u.）33013004605001760510（1.6p.u.）第33页,共40页，2024年2月25日，星期天34

(4)

续流遮断能力

带间隙避雷器，应证实其在潮湿和污秽情况的工频续流遮断能力。

(5)

耐污秽性能按避雷器本体和支撑件之和计算，应符合上述污秽分级要求；避雷器本体和支撑件的最小公称爬电比距应分别不小于17mm/kV。

(6)

动作负载

无间隙避雷器和有间隙避雷器之分。

(7)

机械性能

拉伸（悬挂）和抗弯（座式）。

(8)

材料性能

湿气浸入试验和气候老化试验。二、DL/T815-2012标准第34页,共40页，2024年2月25日，星期天35

8、试验方法9、检验规则10、包装、运输及保管11、运行维护（新增）

(1)

无间隙检测方法和周期可参照变电站用无间隙避雷器（维护工作量大，不推荐采用）。

(2)

有间隙只需要定期巡线（每年至少一次，雷雨季节之前），目测避雷器的外观是否有损坏情况，并记录计数器的动作数据。二、