【分享】避雷器的結構與原理

避雷器的作用：當雷電過電壓沿架空線路侵入變配電所或其他建築物內時，將發生閃絡，甚至將電氣設備的絕緣擊穿。因此，假如在電氣設備的電源進線端並聯一種保護設備即避雷器，如圖1，當過電壓值達到規定的動作電壓時，避雷器立即動作，流過電荷，限制過電壓幅值，保護設備絕緣；電壓值正常後，避雷器又迅速恢復原狀，以保證系統正常供電。

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避雷器的保護作用基於三個前提:

1、伏秒特性與被保護絕緣的伏秒特性有良好的配合

2、保證其殘壓低於被保護絕緣的衝擊電氣強度

3、被保護絕緣必須處於該避雷器的保護距離之內

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避雷器的要求:

1、正常運行時不放電，過電壓時放電正確動作

2、放電後要有自恢復功能

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避雷器的相關參數：

1、持續運行電壓:即允許長期工作電壓。它應等於或大於系統的最高相電壓。

2、額定電壓(kV) :即允許短時最大工頻電壓(滅弧電壓)。避雷器能在此工頻電壓下動作放電並熄弧，但不能在此電壓下長期運行。它是避雷器特性和結構的基本參數，也是設計的依據。

3、工頻耐受伏秒特性:表明氧化鋅避雷器在規定條件下，耐受過電壓的能力。

4、標稱放電電流(kA):用於劃分避雷器等級的放電電流峰值。220kV及以下系統不應超過5。

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避雷器的分類及結構

常用避雷器的形式有閥式、管式、保護間隙和金屬氧化物等。

(1) 閥式避雷器閥式避雷器主要分為普通閥式避雷器和磁吹閥式避雷器兩大類。

普通閥式避雷器有FS和FZ兩種系列;磁吹閥式避雷器有FCD和FCZ兩種系列。

閥式避雷器型號中的符號含義如下:

F-閥式避雷器; S-配(變)電作用; Z-電站用; Y-線路用; D- 旋轉電機用; C-具有磁吹放電間隙。

閥式避雷器主要由平板火花間隙與碳化矽電阻片(閥片)串聯而成，裝在密封的瓷管內，外殼有接線螺栓供安裝用。避雷器中的碳化矽電阻具有非線性特性,在正常電壓時其阻值很大，過電壓時其阻值隨之變小。

閥式避雷器在正常的工頻電壓作用下火花間隙不被擊穿，但在雷電波過電壓下，避雷器的火花間隙被擊穿;碳化矽電阻的阻值隨之變得很小，雷電波巨大的雷電流順利地通過電阻流入大地中，電阻閥片對尾隨雷電流而來的工頻電壓呈現了很大的電阻，從而工頻電流被火花間隙阻斷，線路恢復正常運行。由此可見，電阻閥片和火花間隙的密切配合使避雷器很像一個閥i ]，對於雷電流「閥門」打開，對於工頻電流「閥門」 則關閉，故稱之為閥式避雷器。

FS系列閥式避雷器的結構如圖2，此系列避雷器閥片直徑較小，通流容量較低，一般用於保護變配電設備和線路。FZ系列閥式避雷器的結構如圖2(b)示，此系列避雷器閥片直徑較大，且火花間隙並聯了具有非線性的碳化矽電阻，通流容量較大，一般用於保護35kV及以上大、中型工廠中總降壓變電所的電氣設備。

磁吹閥式避雷器(FCD型)的內部附有磁裝置來加速火花間隙中電弧的熄滅，專門用來保護重要的或絕緣較為薄弱的設備，如高壓電動機等。

(2)保護間隙和管球避雷器

保護間隙是最簡單的防雷設備，其原理結構圖3所示。保護間隙一般用鍍鋅圓鋼製成，由主間隙和輔助間隙兩部分組成。主間隙做成角形的，水平安裝，以便滅弧。為了防止主間隙被外來的物體短路而引起誤動作，在主間隙的下方串聯有輔助間隙。因為保護間隙滅弧能力弱，一般要求與自動重合閘裝置配合使用，以提高供電的可靠性。

管式避雷器的基本元件是安裝在產氣管內的火花間隙，間隙由棒型和環型電極構成，如圖4所示。管式避雷器由滅弧管內間隙和外間隙組成。滅弧管般用纖維膠木等能在高溫下產生氣體的材料製成。當雷電波過電壓來臨時，管式避雷器的內、外間隙被擊穿，雷電流通過接地線洩入大地。接踵而來的工頻電流產生強烈的電弧，電弧燃燒管壁並產生大量氣體從管口噴出，很快地吹滅電弧。同時外部間隙恢復絕緣，使滅弧管或避雷器與系統隔開，系統恢復正常運行。

因管式避雷器是靠工頻電流產生氣體而滅弧的，如果開斷的短路電流過大，產氣過多超出滅弧管的機械強度時，會使其開裂或爆炸，因此管式避雷器通常用於戶外。

(3) 金屬氧化物避雷器

1)無間隙金屬氧化物避雷器(亦稱壓敏避雷器)是20世紀70年代開始出現的一種新型避雷器。與傳統的碳化矽閥式避雷器相比，無間隙金屬氧化物避雷器沒有火花間隙，且用氧化鋅(ZnO)代替碳化矽(SiC)， 在結構上採用壓敏電阻製成的閥片疊裝而成，該閥片具有優異的非線性伏安特性:工頻電壓下，它呈現極大的電阻，有效地抑制工頻電流;而在雷電波過電壓下，它又呈現極小的電阻，能很好地洩放雷電流。

金屬氧化物避雷器具有保護特性好、通流能力強、殘壓低、體積小、安裝方便等優點。目前金屬氧化物避雷器已廣泛地用於高、低壓電氣設備的保護。

氧化鋅避雷器銘牌的型號字母含義

例如HY5WS-17/50L:

H-表示複合絕緣外套;

Y-表示金屬氧化鋅避雷器;

5-表示衝擊放電電流為5kA;

W-表示無間隙;

S-表示配電型;

17-表示避雷器的額定電壓為17kV;

50-表示避雷器的殘壓為50kV;

L-表示帶脫離裝置氧化鋅避雷器。

2）有串聯間隙型金屬氧化物(氧化鋅)避雷器是在複合外套金屬氧化物避雷器內的電阻片與一間隙件串聯組成;間隙件是在一瓷環內裝有兩個碟形電極。適用於中性點非有效接地系統中，當系統發生單相接地故障或弧光接地時，可能產生比較嚴重的暫態過電壓，且持續時間較長，無間隙氧化鋅避雷器難於承受此種過電壓，而有串聯間隙的氧化鋅避雷器克服了上述缺點，在單相接地和較低幅值的弧光接地過電壓下，串聯間隙不動作，使避雷器與系統隔離;在高於上述過電壓下，間隙放電，氧化鋅閥片優異的伏安特性限制了避雷器兩端的殘壓，且通過避雷器的續流值很小，極易切斷，對變壓器的絕緣提供可靠保護。

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避雷器的試驗項目及標準：

(1)測量絕緣電阻。採用2500V及以上兆歐表，35kV及以上，不低於2500MΩ; 35kV及以下，不低於1000MΩ。

(2)測量直流1mA的電壓及該電壓75%值時的洩漏電流。對避雷器施加直流電壓，隨著電壓升高洩漏電流逐漸增大，當電流值達到1mA時記下電壓值，然後將電壓降到該電壓值的75%並記下洩漏電流，其值不應大於50μA。

(3)運行電壓下的交流洩漏電流。測量運行電壓下的全電流、阻性電流或功率損耗，測量值與初始值比較，不應有明顯變化，當阻性電流增加一倍時，必須停電檢查。當阻性電流增加到初始值的150%時，應適當縮短監測周期。

以上試驗能發現避雷器閥片受潮、老化，避雷器表面裂紋及絕緣老化等缺陷。

來源：網絡