避雷器及接地装置

目录一、雷电的危害及防雷设备………….2页二、避雷线和避雷针……3页三、避雷器…………………4页五、避雷器安装注意事项……………12页六、避雷器的常见故障分析………….18页七、避雷器的实验……….28页八、接地装置…………….34页九、降低接地电阻的方法…………….39页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：通过在变电站进、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）。阀式避雷器

最原始的避雷器是羊角形间隙，出现于19世纪末期，用于架空输电线路，防止雷击损坏设备绝缘而造成停电，故称“避雷器”。20世纪20年代,出现了铝避雷器,氧化膜避雷器和丸式避雷器。30年代出现了管式避雷器。50年代出现了碳化硅避雷器。70年代又出现了金属氧化物避雷器。现代高压避雷器，不仅用于限制电力系统中因雷电引起的过电压，也用于限制因系统操作产生的过电压。避雷器有管式和阀式两大类。阀式避雷器分为碳化硅阀式避雷器和金属氧化避雷器(又称氧化锌避雷器)。氧化锌避雷器氧化锌避雷器结构图常见避雷器型号及参数参数名称型号系统额定电压KV（有效值）避雷器额定电压KV（有效值）持续运行电压KV（有效值）直流1mA参考电压≮KV标称电流下残压≯KV（峰值）持续运行电压下阻性电流≯μA（峰值）HY1.5WS-0.5/2.60.380.50.421.22.650HY5WS-17/50101713.6255075HY5WZ-51/134355140.873134400HY5WR-17/45101713.62445400氧化锌避雷器型号含义：50标称放电电流下残压(kV)50/134额定电压(kV)17/51使用场所：S-配电线路Z-电站R-电容器用T-电气化铁道D-电机用特征：W-无间隙C-串联间隙B-并联间隙标称放电电流（kA）5/10/20材料：Y-氧化锌避雷器复合外套H

Y

5

W

s

17各参数含义系统额定电压：与电力系统标称电压相对应。避雷器额定电压：允许施加到避雷器端子间的最大工频电压有效值，按照此电压所设计的避雷器，加此电压时，其仍能正常工作（完成规定的雷电及操作过电压动作负载，特性基本不变，不发生热崩溃）。持续运行电压：允许持久的施加在避雷器端子间的工频电压有效

值。该电压决定了避雷器长期工作的老化性能，即避雷器吸收过电压能量后温度升高，在此电压下应能正常冷却，不发生热崩溃。起始动作电压：大致在其伏安特性曲线的转折处。通常将直流U1mA时的电压定义为起始动作电压。残压：其放电时，在避雷器端子间出现的电压峰值。（220kV及以下为5kA放电电流时的电压，330kV及以上为10kA放电电流时的电压）残压越低保护性能越好。避雷器安装注意事项1.应安装在靠近配电变压器侧，金属氧化物避雷器在正常工 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避雷器距配变的距离，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。避雷器安装注意事项2、避雷的接地线应直接与配电变压器外壳连接。在三相四线配电系统中，当雷击高压侧时，雷电流通过接地电阻时产生的压降和氧化锌避雷器的残压叠加在一起作用在变压器绕组上，容易击穿绝缘。当氧化锌避雷器的接地线和变压器的外壳连在一起并接地时，使作用在高压绕组上的电压只有氧化锌避雷器护套的残压，但此时却提高了变压器外壳的电位，可能发生由外壳向变压器低压绕组的逆闪络。为了防止这种逆闪络，把变压器低压侧中性点也一同连接在外壳上，使低压侧电位也相应增高。这种把氧化锌避雷器护套接地引线、变压器中性点、外壳连在一起并接地的方法，即所谓三位一体；防雷接地保护法可有效的防止雷击造成的设备损害。避雷器安装注意事项3、配变低压侧也应安装避雷器。当配变高压侧落雷时，氧化锌避雷器动作，雷电流在流经接地电阻时的压降作用在低压侧中性点上，其低压侧出线此时相当于经导线波阻接地。因此，压降的绝大部分都加在低压绕组上，又经电感作用，高压绕组将按变比出现高电压，由于高压绕组端电压受氧化锌避雷器限制，这个高压将沿高压绕组分布，在高压绕组中性点上产生最大值，可能击穿附近绝缘。同时这个高压沿高压绕组纵向电压也很大，很可能击穿高压绕组层间或匝间绝缘。所以施工时要尽量降低接地电阻值，变压器检修时要注意提高高压绕组中性点绝缘水平。此外，当低压侧落雷时，由于低压绝缘裕度比高压大，按变比折到高压侧，很可能先使高压侧绝缘击穿，同时也会使低压用电设备绝缘击穿，造成人、畜伤亡。如果低压侧安装了避雷器，当高压侧避雷器放电使接地装置的电位升高到一定值时，低压侧避雷器开始放电，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。因此，根据这种情况，在配变低压侧也应装设低压避雷器。避雷器安装注意事项4、在接地装置的安装中，应特别重视安装质量。重视接地材料选择，接地体大小应考虑使用年限及机械强度。接地装置连接应使用电焊或用螺丝接头固定。如在可能有化学腐蚀的地方装设，则应对接地体进行热镀锌。对接地体外露部分应涂防锈漆。若土壤电阻率很大，可用采用深埋接地体、多支外引接地体、更换土壤、采用降阻剂等方法，保持接地装置良好状况，以确保配电变压器安全可靠地运行o10kV

配电线路上避雷器的常见故障分析1、避雷器内部受潮导致的故障分析案例2015年4月25日，雷雨，10

kV某线发生接地故障。运行人员巡线后发现一个避雷器击穿。更换故障避雷器后，线路送电成功。对故障避雷器进行拆解后（见图1），发现硅橡胶外套破裂阀片侧面有明显闪络痕迹，内部金属件有锈蚀现象，阀片喷铝面没有放电踪迹，未见阀片有破裂或破碎情况。阀片均未出现破碎现象，说明阀片未劣化。若其劣化，并导致避雷器击穿，则故障应表现为阀片爆炸而不是侧闪。通过对损坏的避雷器仔细检查分析后，运行人员认为本例避雷器阀片与绝缘筒间存在气隙，而空腔的呼吸作用易导致潮气入侵，潮气聚集于阀片侧面而使侧面绝缘强度下降，在过电压作用下，沿阀片侧面发生闪络后形成电弧通道。10kV

配电线路上避雷器的常见故障分析

图1内部受潮避雷器的分解图10kV

配电线路上避雷器的常见故障分析避雷器内部受潮故障的原因：避雷器内部受潮，多为避雷器自身质量问题。造成这一问题的原因有：1）在生产与装配的过程中密封在避雷器生产过程中，安装环境湿度超标；2）阀片及内部零部件烘干不彻底，有部分潮气滞留；3）装配时将密封圈漏放放偏，或在密封圈与瓷套密封封面之间夹有杂物。10kV

配电线路上避雷器的常见故障分析2、阀片侧面高阻层裂纹导致的故障案例：2015年4月27日，一起避雷器击穿故障,对击穿的避雷器解体，未发现其内部金属件锈蚀，未发现阀片内部及其喷铝面放电，但在阀片侧面发现电弧通道。运行人员仔细观察发现避雷器侧面绝缘层有微细裂纹，其造成避雷器绝缘强度下降，从而使得避雷器被击穿。10kV

配电线路上避雷器的常见故障分析造成高阻层裂纹的原因：作为高阻层的避雷器绝缘釉是一种有机材料配制的涂料，经高温烧结形成侧面绝缘层，如果阀片的热膨胀系数与侧面高阻层热膨胀系数差别较大，就有可能导致避雷器绝缘釉产生微细裂纹，造成其绝缘强度下降，在过电压下发生闪络。这起故障的原因正是如此，厂家为消除避雷器阀片与外绝缘筒间的空腔，采用注胶来填充，注胶温度较高。该避雷器阀片与侧面高阻层热膨胀系数差别较大，在高温注胶时使得避雷器绝缘釉中产生微裂纹。10kV

配电线路上避雷器的常见故障分析图2雷击冲击导致避雷器故障的现场照片10kV

配电线路上避雷器的常见故障分析雷电冲击故障的原因：根据现行避雷器国家标准，

避雷器应能耐受2次65kA(或40

kA)的雷电流冲击。而10kV系统中避雷器不可能流过超过65

kA(或40

kA)的雷电流。这是因为避雷器中流过雷电流有两种途径：①沿线路来波；②雷电直击。65

kA(或40

kA)的雷电流远远超过10kV线路耐雷水平，故沿线路袭来的雷电波不可能超过65

kA(或40

kA)；若是雷直击杆塔，雷电流可能超过65

kA(或40

kA)，此值远远超过10

kV杆塔反击耐雷水平，会使线路多相闪络，发生相间短路速断跳闸，而本例故障只是线路单相接地，并没速断跳闸，故雷电直击产生的雷电流不可能超过65

kA(或40kA)。10kV

配电线路上避雷器的常见故障分析根据故障表象及阀片在不同电流下的破坏特性，分析阀片损坏原因是避雷器遭受到雷电过电压作用而使阀片中流过雷电流，雷电流是冲击电流波，故阀片中的电流密度很大。而冲击电流在阀片中不是均匀分布的，当局部阀片的雷电冲击电流密度超过其允许极限值，阀片就会遭破坏。因雷电流能量不大，一般不会造成阀片破碎、爆炸，只会发生阀片破裂。阀片破碎原因：避雷器由4片阀片组成，正常情况下4片阀片共同承担系统电压。当其中两片破裂劣化，则系统电压全加在其余2片上，从而加速其劣化，最终导致阀片在工频电压下破坏,，因工频电源能量大,阀片破坏表现为破碎或爆炸

o氧化锌避雷器的试验试验项目本体绝缘电阻试验及底座绝缘电阻直流1mA电压及0.75U1mA下的泄漏电流运行电压下的交流泄漏电流工频参考电流下的工频参考电压检查放电计数器动作情况1、绝缘电阻试验：1.1试验目的：测量避雷器的绝缘电阻，目的在于初步检查避雷器内部是否受潮；有并联电阻者可检查其通、断、接触和老化等情况。1.2适用范围：10kV及以上避雷器定期试验和雷雨季节前预试。1.3试验仪器：35kV及以下的用2500V兆欧表；35kV及以上的用5000V兆欧表；低压的用500V兆欧表测量。1.4测量接线b.35KV及以下不低于1000MΩ;c.1.5数据分析：a.35KV以上不低于2500MΩ;低压不低于2MΩ。1.6注意事项：a.试品温度一般应在10～40℃之间；b.兆欧表的使用使用注意事项。2、直流1mA电压及0.75U1mA下的泄漏电流2.1试验目的：检查避雷器是否受潮、劣化、断裂，以及同相各元件的α系数是否相配。2.2适用范围：10kV及以上避雷器定期试验和雷雨季节前预试。2.3试验仪器：高压直流发生器、微安表避雷器泄漏电流测试接线图2.4测量步骤：a、避雷器地端接地，高压直流发生器输出端通过微安表与避雷器引线端相连，如图所示。b、首先检查升压旋纽是否回零，然后合上刀闸，打开操作电源，逐步平稳升压，升压时严格监视泄漏电流，当要达到1mA时，缓慢调节升压按钮，使泄漏电流达到1mA，此时

马上读取电压，然后降压至该电压的75%，再读取此时的泄漏电流。c、迅速调节升压按钮回零，断开高压通按钮，断开设备电源开关，拉开电源刀闸，对被试设备和高压发生器放电。2.5结果分析：a.U1mA：27.5kV的不小于65kV，110kV的不小于145kV；b.U1mA实测值与初始值或制造厂规定值比较，变化不应大于±5%；c.0.75U1mA下的泄漏电流不应大于50μA2.6注意事项：a、记录被试设备的温度、湿度。b、测量电流的导线应使用屏蔽线，c、对不同温度下测量的普通阀型或磁吹型避雷器电导电流进行比较时，需要将它们换算到同一温度。经验指出，温度每升高10℃，电流增大3%~5%，可参照换算。3、测量运行电压下的交流泄露电流4.1试验目的：及时发现设备内部绝缘受潮及阀片老化等危险缺陷。4.2适用范围：1)新投运的110kV及以上者投运3个月后测量1次；以后每半年1次；运行1年后，每年雷雨季节前1次；2)必要时。4.3试验仪器：泄漏电流测试仪4.4测量步骤：按照测试仪器接线方法，正确连接试验接线，一人接，一人检查，接线检查完毕后，进行交流泄漏电流的测试。4.5注意事项：由于是在运行中测量避雷器的泄露电流，因此应注意保持足够安全距离，监护人应提高警惕。4.6结果判断：测量运行电压下的全电流、阻性电流或功率损耗，测量值与初始值比较，有明显变化时应加强监测，当阻性电流增加1倍时，应停电检查。4、测量工频参考电流下的工频参考电压4.1试验目的：工频参考电压是无间隙金属氧化物避雷器的一个重要参数，它表明阀片的伏安特性曲线饱和点的位置。运行一定时期后，工频参考电压的变化能直接反映避雷器的老化、变质程度。4.2适用范围：35kV及以上避雷器交接试验。4.3试验仪器：电压表、调压器、试验变压器、交流泄漏电流测试仪器4.4原理及接线图：接好试验接线，然后逐步升压使测得的工频泄 漏电流等于工频参考电流（工频参考电流取决于避雷器的标称放

电电流及（或）线路放电等级。对单柱避雷器，参考电流值的典 型范围为每平方厘米电阻片面积0.05mA～l.0mA。），此时读取 输入电压求得避雷器两端所加电压，此电压就为工频参考电压。4.5注意事项：测量时的环境温度应在20±15℃，测量应每节单独进行，整相避雷器有一节不合格，应更换该节避雷器（或整相更换），使该相避雷器合格4.6数据分析：判断的标准是与初始值和历次测量值比较，当有明显降低时就应对避雷器加强监视，110kV及以上的避雷器，参考电压降低超过10%时，应查明原因，若确系老化造成的，宜退出运行。金属氧化物避雷器工频放电电压应符合GB11032或制造厂规定。5、检查放电计数器动作情况5.1试验目的：检查放电计数器是否正常工作。5.2适用范围：10kV及以上避雷器交接、大修后试验和预试（每年雷雨季前或必要时）。5.3试验仪器：放电计数器测试棒5.4测量步骤将测试棒的接地引线在计数器的接地端。然后打开电源，等待几秒钟后，测试棒高压输出端迅速接触计数器与避雷器连接体，同时观察计数器是否动作。5.5注意事项：测试3~5次，均应正常动作，测试后计数器指示应调到

“0”。5.6测量结果的判断：观察计数器是否能正常动作。接地装置电气接地定义：凡是电气设备或设施的任何部位（不论带电与不带电），人为地或自然地与具有零电位的大地接通的方式，都称为电气接地。接地按其作用进行的分类，一般分为保护性接地和功能性接地两种；保护性接地防电击接地防雷接地防静电接地防电蚀接地2．功能性接地工作接地逻辑接地屏蔽接地信号接地接地的作用接地的作用接地是利用大地作为接地电流回路，在设备与大地之间实现低阻抗的连接，它将设备接地处的电位固定为所允许的值。接地的目的一是为设备的操作人员提供安全保障；二是防止设备损坏和提高设备工作的稳定性。接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和设备或系统正常运行。接地电阻测量1）确认仪器端接线正确无误；2）将仪器水平放置，调整检流器至机械零位；3）将仪器的“倍率开关”置于最大倍率档，逐渐加快摇柄转速，使其达到150转/分。当检流计指针向一个方向偏转时，旋动刻度盘，使检流计指针指在“0”上。此时刻度盘上读数乘上倍率档即为被测电阻值。4）如刻度盘读数小于1时，仍未取得平衡，可将倍率开关置于小一档的位置。直到调节到完全平衡为止。接地电阻测量注意事项测量大于等于1Ω接地电阻时仪器的连接方式测量小于1Ω接地电阻时仪器的连接方式进行接地电阻测量时，仪器的E端钮接5m导线，P端钮接20m导线，C端钮接40

m导线，导线的另一端分别接被测物接地极E’，电位探棒P’和电流探棒C’，且E’、P’、C’应保持直线，其间距为2

0m。测量大于等于1Ω接地电阻时，需将仪表上2个E端钮连接在一起。测量小于1Ω接地电阻时需将仪表上2个E端钮导线分别连接到被测连接体上，以消除测量时连接导线电阻对测量结果引入的附加误差。降低接地电阻的方法1、深埋接地极当地下深处的土壤或水的电阻率较低时，可采取深埋接地极来降低接地电阻值。这种方法对含砂土壤最有效果。据有关资料记载，在3m深处的土壤电阻系数为100%，4m深处为75%，5m深处为60%，6m深处为60%，6.5m深处为50%，9m深处为20%，这种方法可以不考虑土壤冻结和干枯所增加的电阻系数，但施工困难，土方量大，造价高，在岩石地带困难更大。降低接地电阻的方法2、更换土壤这种方法是采用电阻率较低的土壤（如：粘土、黑土及砂质粘土等）替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0.5m以内和接地体的1/3处。但这种取土置换方法对人力和工时耗费都较大o降低接地电阻的方法3、人工处理土壤（对土壤进行化学处理）在接地体周围土壤中加入化学物，如食盐、木炭、炉 灰、氮肥渣、电石渣、石灰等，提高接地体周围土壤 的导电性。采用食盐，对于不同的土壤其效果也不同，如砂质粘土用食盐处