帶間隙線路避雷器與無間隙線路避雷器的性能比較

一、金屬氧化物避雷器：只有壓敏電阻片的新型避雷器，壓敏電阻片是由氧化鋅等金屬氧化物燒結(jié)而成的多晶半導(dǎo)體陶瓷元件，具有理想的閥特性。同時(shí)具有非線性系數(shù)小、保護(hù)特性好、能量吸收能力強(qiáng)、通流能力大、結(jié)構(gòu)簡單和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

非線性系數(shù)α 值很小。在金屬氧化物閥片中通過1mA～10kA這個(gè)范圍內(nèi)電流時(shí)，α 值一般在0.02～0.06之間。在額定電壓作用下，通過的電流極小，因此可以做成無間隙避雷器。保護(hù)性能好。它不需要間隙動(dòng)作，電壓一旦升高，即可迅速吸收過電壓能量，抑制過電壓的發(fā)展；有良好的陡度響應(yīng)特性；無間隙的氧化物避雷器的性能幾乎不受溫度、濕度、氣壓、污穢等環(huán)境條件的影響，因而性能穩(wěn)定。

金屬氧化物避雷器基本無續(xù)流，動(dòng)作負(fù)載輕，耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)。伏安特性是對(duì)稱的，沒有極性問題，可制成直流避雷器。通流容量大。避雷器容易吸收能量，沒有串聯(lián)間隙的制約，僅與閥片本身的強(qiáng)度有關(guān)。同碳化硅閥片比較，氧化物閥片單位面積的通流能力大4～4.5倍。因此，用這樣的閥片制成避雷器，不但可以限制大氣過電壓，而且*可以用來限制操作過電壓，甚至還可以耐受一定持續(xù)時(shí)間的短時(shí)（工頻）過電壓。

結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，易于大批量生產(chǎn)，造價(jià)低。適用于多種特殊需要。金屬氧化物避雷器耐污性能好，不會(huì)由于污穢或者帶電清洗時(shí)改變外套表面電位分布而影響避雷器的性能。同時(shí)，由于閥片不受大氣環(huán)境影響，能適應(yīng)于各種絕緣介質(zhì)，所以也適用于高海拔地區(qū)和6 SF 全封閉組合電器等多種特殊需要。

金屬氧化物避雷器有一系列優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展?jié)摿艽螅鞘澜绺鲊芾灼靼l(fā)展的主要方向，必將逐步取代傳統(tǒng)的帶間隙的避雷器，也將是未來特高壓系統(tǒng)關(guān)鍵的過電壓保護(hù)設(shè)備。

二、復(fù)合外套 ZnO 避雷器除具有金屬氧化物避雷器的優(yōu)點(diǎn)外, 還具有如下特點(diǎn):

①從根本上消除避雷器外套爆炸的危險(xiǎn);

②重量輕, 體積小, 擴(kuò)大了避雷器的使用范圍;

③耐污性能好;

④散熱特性好;

⑤制造工藝簡單。

三、線路防雷對(duì)復(fù)合外套金屬氧化物避雷器的基本要求線路用避雷器需要解決的是避雷器本身的長期運(yùn)行可靠性問題: 即應(yīng)考慮到在嚴(yán)酷的使用條件下的可靠性及壽命, 即使在很大的雷擊下應(yīng)仍能維持電氣和機(jī)械性能; 應(yīng)與已有的線路上的絕緣子串的絕緣配合防止雷擊閃絡(luò)故障和安裝設(shè)計(jì)、維護(hù)方法等方面的問題。帶串聯(lián)間隙的線路用避雷器的設(shè)計(jì)必須考慮到輸電線路的情況, 在很多方面不同于電站型避雷器的設(shè)計(jì)。根據(jù)線路防雷的特點(diǎn), ZnO避雷器帶間隙后, 由于間隙放電存在一定的分散性, 為了保證避雷器工作的可靠性, 在設(shè)計(jì)帶間隙避雷器的結(jié)構(gòu)時(shí), 應(yīng)能滿足線路防雷對(duì)帶間隙的避雷器提出的技術(shù)要求:

1、應(yīng)能滿足長期承受工頻電壓作用而穩(wěn)定工作的要求, 即串聯(lián)間隙在各種外界因素的作用下, 在風(fēng)吹、導(dǎo)線舞動(dòng)等情況下應(yīng)能保持其尺寸基本不變;

2、應(yīng)具有足夠的通流能力以泄放雷電流和吸收雷電沖擊過電壓的能量;

3、為限制雷電過電壓, 避雷器的保護(hù)水平應(yīng)與線路絕緣子串有很好的絕緣配合, 以保證雷擊被保護(hù)線路段時(shí), 無論被保護(hù)線路段內(nèi)或被保護(hù)線路段外的絕緣子串均不應(yīng)發(fā)生閃絡(luò); 另外被保護(hù)線段外的線路遭受雷擊時(shí)被保護(hù)線段內(nèi)的絕緣子串也不應(yīng)發(fā)生閃絡(luò);

4、避雷器應(yīng)能可靠地切斷工頻續(xù)流, 保證線路正常供電;

5、避雷器本體故障時(shí)允許線路重合閘,保證線路仍能工作;

6、緊湊型的設(shè)計(jì): 重量輕, 體積小, 能安裝在現(xiàn)有的桿塔上;

7、防爆炸: 即使在承受高于設(shè)計(jì)值以上的雷電流的作用下也不發(fā)生爆炸, 保證人身和設(shè)備的安全;

8、密封性能好, 不易受潮, 可以減少目前瓷外套避雷器在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)的由于受潮引起的事故, 提高運(yùn)行可靠性;

9、采用硅橡膠有機(jī)材料作為外絕緣, 由于其具有強(qiáng)憎水性, 使避雷器具有更強(qiáng)的防污性能;具有一定的機(jī)械強(qiáng)度, 應(yīng)能承受所要求的各種機(jī)械負(fù)荷;關(guān)于操作過電壓有兩種觀點(diǎn): 一種認(rèn)為操作過電壓作用時(shí), 避雷器應(yīng)動(dòng)作; 另一種認(rèn)為操作過電壓作用時(shí)避雷器應(yīng)不動(dòng)作。

四、避雷器結(jié)構(gòu)類型和選擇用于線路防雷的避雷器有兩種結(jié)構(gòu)類型: 一種是無間隙型: 避雷器與導(dǎo)線直接連接, 它是電站型避雷器技術(shù)的延續(xù), 具有吸收沖擊能量可靠, 無放電時(shí)延等優(yōu)點(diǎn); 另一種為帶間隙型: 避雷器與導(dǎo)線通過空氣間隙來連接, 只在雷電流作用時(shí)才承受工頻電壓的作用, 具有可靠性高, 運(yùn)行壽命長等優(yōu)點(diǎn)。圖表為帶間隙型的線路用避雷器和無間隙的線路用避雷器的性能的比較。從圖表中可以看出, 無間隙的線路用避雷器應(yīng)用到提高線路耐雷水平時(shí), 可能存在的一個(gè)缺點(diǎn)就是在避雷器發(fā)生故障時(shí)將影響線路的正常供電, 不過復(fù)合外套避雷器出現(xiàn)故障的概率是極小的。

為了克服無間隙 ZnO避雷器用于線路防雷時(shí)可能存在的問題, 線路防雷用避雷器一般都采用帶串聯(lián)間隙的結(jié)構(gòu)。由于有串聯(lián)間隙的隔離作用, 這種結(jié)構(gòu)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):

1、線路正常運(yùn)行時(shí), 避雷器不承受持續(xù)工頻工作電壓的作用, 處于“休息”狀態(tài), 避雷器電阻片的荷電率可以取得高一些, 雷電沖擊殘壓可以隨之降低;

2、避雷器只有在一定幅值的雷電過電壓作用下串聯(lián)間隙動(dòng)作后, 避雷器本體才處于工作狀態(tài), 因此其外絕緣水平 (絕緣外套爬電距離) 可以低于無間隙避雷器。

3、在正常設(shè)計(jì)的線路上, 有足夠的耐受操作過電壓的能力, 間隙大小可選擇避免操作過電壓作用時(shí)動(dòng)作, 這樣大大減輕避雷器動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)的壓力。再考慮到電阻片數(shù)減少, 有可能使避雷器的結(jié)構(gòu)緊湊化, 并降低造價(jià)。

4、因串聯(lián)間隙的隔離作用, 即使避雷器電阻片劣化, 也不至于影響線路的正常運(yùn)行。

五、線路用復(fù)合外套避雷器的本體結(jié)構(gòu)及參數(shù)：線路用避雷器本體結(jié)構(gòu)根據(jù)以上分析, 線路防雷用復(fù)合外套避雷器在結(jié)構(gòu)上采用帶串聯(lián)間隙的結(jié)構(gòu)形式,一般將它分成兩部分: 避雷器本體和串聯(lián)間隙。帶串聯(lián)間隙的合成避雷器的本體結(jié)構(gòu)類似于普通的復(fù)合外套避雷器。

根據(jù)瓷外套ZnO避雷器由于密封中容易造成的缺陷以及內(nèi)部空腔的“呼吸”作用容易受潮, 往往引起故障。復(fù)合外套避雷器一般采用內(nèi)部無空腔的結(jié)構(gòu), 即采用可以消除內(nèi)部受潮的全密封固體絕緣結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)上主要由ZnO電阻片、環(huán)氧玻璃鋼筒、外絕緣裙套和金具四部分組成。這種結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)就是選用不同的材料來分別滿足對(duì)復(fù)合外套金屬氧化物避雷器的機(jī)械及電氣性能方面的要求; 合理地發(fā)揮了氧化鋅電阻片優(yōu)良的限壓特性, 環(huán)氧玻璃鋼筒材料的高機(jī)械強(qiáng)度,裙套材料硅橡膠的抗污染、耐老化及耐漏電起痕性能好, 各種材料和結(jié)構(gòu)得到了充分的利用, 發(fā)揮了各自的優(yōu)良性能。

六、線路用復(fù)合外套避雷器的串聯(lián)間隙設(shè)計(jì)串聯(lián)間隙的設(shè)計(jì)包括間隙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和間隙距離的確定。間隙的結(jié)構(gòu)及尺寸直接決定避雷器的保護(hù)性能。根據(jù)前面提出的線路防雷對(duì)帶間隙避雷器的要求, 串聯(lián)間隙應(yīng)保證在各種外力的作用下避雷器的尺寸基本保持不變, 間隙放電的穩(wěn)定性好, 分散性小。串聯(lián)間隙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 除了要求結(jié)構(gòu)簡單、緊湊以外, 主要應(yīng)考慮避雷器在運(yùn)行中,由于風(fēng)偏等外界因素的影響, 應(yīng)保證間隙距離基本不變。在確定串聯(lián)間隙距離時(shí)應(yīng)考慮以下三方面:

1、線路絕緣子串與串聯(lián)間隙的絕緣配合: 在雷電沖擊過電壓作用下, 串聯(lián)間隙可靠動(dòng)作, 以達(dá)到通過避雷器電阻片吸收雷電流的能量的目的, 而線路絕緣子串不發(fā)生閃絡(luò);

2、工頻續(xù)流的切斷能力: 串聯(lián)間隙應(yīng)能保證在盡可能短的時(shí)間內(nèi) (例如1～2工頻周期) 可靠地切斷工頻續(xù)流;

3、工頻和操作過電壓耐受特性: 一般要求保證在工頻和操作過電壓作用下, 避雷器串聯(lián)間隙不擊穿, 即避雷器不動(dòng)作。

    總之：線路桿塔安裝線路避雷器以后, 對(duì)110kV電壓等級(jí)而言, 雷擊桿塔耐雷水平有很大的提高, 但其提高程度受避雷器吸收雷電流能量的能力與避雷器耐受沖擊電流的限制。避雷器熱容量和流過避雷器的電流,隨桿塔接地電阻、檔距、桿塔高度、雷電流的波形變化而變化；線路安裝線路避雷器以后, 雷擊導(dǎo)線的耐雷水平提高很多, 即使以比較苛刻的條件考慮, 其耐雷水平也可以達(dá)到54150kA。因此, 不論是平原、丘陵、山區(qū), 繞擊電流都低于線路避雷器所能耐受的雷電流, 理論上, 因雷擊導(dǎo)線而引發(fā)故障的可能是不存在的；110kV線路型避雷器提高耐雷水平的效果主要決定于雷擊桿塔時(shí)雷電流數(shù)值,即避雷器耐受沖擊電流能力與避雷器熱穩(wěn)定性的限制；線路型避雷器只能保護(hù)裝設(shè)桿塔兩個(gè)檔距范圍內(nèi)的雷擊。由于波的運(yùn)動(dòng)需要時(shí)間, 若其檔距 l=300m , 來去約 2Λs多的時(shí)間。因此一個(gè)桿塔上的避雷器只能防護(hù)兩側(cè)一個(gè)檔距內(nèi)的雷擊。

西安寶發(fā)電氣有限公司主要生產(chǎn)過電壓保護(hù)器｜氧化鋅避雷器｜阻容吸收器｜跌落式熔斷器｜隔離開關(guān)｜絕緣子等。

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