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            避雷器的分類與應用

            • 分類:行業新聞
            • 作者:
            • 來源:
            • 發布時間:2020-07-14 13:10
            • 訪問量:

            【概要描述】

            避雷器的分類與應用

            【概要描述】

            • 分類:行業新聞
            • 作者:
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              避雷器器是一種過電壓保護裝置,當電網電壓升高達到避雷器規定的動作電壓時,避雷器動作,釋放電壓負荷,將電網電壓升高的幅值限制在一定水平之下,從而保護設備絕緣所能承受的水平,現代避雷器除了限制雷電過電壓外,還能限一部分操作過電壓,因此稱之過電壓限制器是否確切的。

              避雷器裝在需限制過電壓的地方,例如:變壓器高低壓側、線路進出線側、母線、電纜端頭、發電機出口、架空線路等地方。所以很多電力設備中應用得很廣泛。

              一、避雷器的作用

              避雷器是變電站被保護設備免遭雷電沖擊波襲擊的設備。當沿線路傳入變電站的雷電沖擊波超過避雷器保護水平時,避雷器首先放電,并將雷電流經過良導體安全的引入大地,利用接地裝置使雷電壓幅值限制在被保護設備雷電沖擊水平以下,使電氣設備受到保護。

              避雷器實質上是一種放電器,并聯連接在被保護設備附近。避雷器保護作用原理如圖所示。避雷器的擊穿電壓要比被保護設備的低。當過電壓波沿線路入侵并超過避雷器的放電電壓時,避雷器首先放電把入侵波導入大地,限制了作用于設備上的過電壓數值,從而保護了設備絕緣免遭擊穿破壞。當入侵波消失后,避雷器應能自行恢復絕緣能力,以免造成工頻接地短路事故。

              二、避雷器在變壓器的應用

              過電壓對變壓器的傷害是非常大的。變壓器過電壓有大氣過電壓和操作過電壓兩類。操作過電壓的數值一般為額定電壓的2——4.5倍,而大氣過電壓則可達到額定電壓的8—12倍。變壓器設汁的絕緣強度—般考慮能承受2.5倍的過電壓。因此超過2.5倍的過電壓,不論哪—種過電壓都有可能使變壓器絕緣損壞。變脹器內部的電壓分布受電壓的頻率和變壓器的電阻、感抗、容抗的影響有很大差異,在工頻電壓情況下容抗是很大的,由它構成的電路相當于斷路,因此,正常情況下變壓器內部電壓分布只考慮電阻和電感就可以了,其分布基本均勻的。大氣過電壓或操作過電壓基本是沖擊波,由于沖擊波的頻率很高,波前陡度很大,波前時間為1.5μs的沖擊波其頻率相當于160kHz,因此,在過電壓沖擊波的作用下,變壓器容抗很小,對變壓器內部電壓的分布影響很大。

              為了防止過電壓損壞變壓器,首先安裝避雷器,不使超過繞組絕緣強度的電壓幅值作用到繞組上。并且在高空的雷擊時會先通過其避雷器把高放電電流導入地下,從而使變壓器等設備得到保護。

              三、避雷器的分類

              避雷器按其發展的先后可分為:

              保護間隙——是最簡單形式的避雷器

              管型避雷器——也是一個保護間隙,但它能在放電后自行滅弧。

              閥型避雷器——是將單個放電間隙分成許多短的串聯間隙,同時增加了非線性電阻,提高了保護性能。

              磁吹避雷器——利用了磁吹式火花間隙,提高了滅弧能力,同時還具有限制內部過電壓能力、

              氧化鋅避雷器——利用了氧化鋅閥片理想的伏安特性(非線性極高,即在高電壓時呈低電阻特性,限制了避雷器上的電壓,在正常工頻電壓下呈高電阻特性),具有無間隙、無續流殘壓低等優點,也能限制內部過電壓,被廣泛使用。

              在上述的分類類型中,保護間隙和管型避雷器主要用于配電系統、線路和發電廠、變電所進線段的保護,以限制入侵的大氣過電壓;閥型避雷器和氧化鋅避雷器用于變電所、發電廠及變壓器的保護,在220kV及以下系統中主要用于限制大氣過電壓,在超高壓系統中還用來限制內過電壓或作內過電壓后備保護。閥型避雷器和氧化鋅避雷器的保護性能對變電器或其他電器設備的絕緣水平的確定存在著直接影響。

              避雷器有高壓和低壓避雷器之分, 電涌保護器的種類名目繁多,在我國的市場上已經超過了上百種,如何對不同品牌、不同型號的避雷器進行分類也許就擺在我們面前。從組合結構分;現在市場上的避雷器有幾下幾種:

              1.間隙類——開放式間隙、密閉式間隙

              2.放電管類—開放式放電管密封式放電管

              3.壓敏電阻類——單片、多片

              4.抑制二極管類

              5.壓敏電阻/氣體放電管組合類——簡單組合、復雜組合

              6.碳化硅類——按照其保護性質有可以分為:開路式避雷器、短路式避雷器或開關型、限壓型。

              四、避雷器的結構和特性

              1、開放式間隙避雷器:工作原理:基于電弧放電技術,當電極間的電壓達到一定程度時,擊穿空氣電弧在電極上進行放電。優點:放電能力強,通流量大(可以達到100KA)漏電流小熱穩定性好缺點:殘壓高,反映時間慢,存在續流。工藝特點:由于金屬電極在放電時承受較大電流,所以容易造成金屬的升華,使放電腔內形成金屬鍍膜影響避雷器的啟動和正常使用。放電電極的生產主要還是集中在國外一些避雷器生產企業,,電極的主要成分是鎢金屬的合金。工程應用:該種結構的避雷器主要應用在電源系統做B級避雷器使用。但由于避雷器自身的原因容易引起火災,避雷器動作后(飛出)脫離配電盤等事故。根據型號的不同適合與各種配電制式。工程安裝時一定要考慮安裝距離,避免引起不必要的損失和事故。

              2、密閉式間隙避雷器:現在國內市場有一種多層石墨間隙避雷器,這種避雷器主要利用的是多層間隙連續放電,每層放電間隙相互絕緣,這種疊層技術不僅解決了續流問題而且是逐層放電,無形中增大了產品自身的通流能力。優點:放電電流大測試最大50KA(實際測量值)漏電流小無續流 無電弧外瀉 熱穩定性好。缺點:殘壓高,反映時間慢。工藝特點:石墨為主要材料,產品內采用全銅包被解決了避雷器在放電時的散熱問題,不存在后續電流問題,最大的特點是沒有電弧的產生,且殘壓與開放式間隙避雷器比較要低很多。工程應用:該種避雷器應用在各種B、C類場合,與開放式間隙比較不用考慮電弧問題。根據型號的不同該種產品適合與各種配電制式。

              3、開放式放電管避雷器:實質與開放式間隙避雷器是一樣的產品,都屬于空氣放電器。但是與間隙放電器比較它的通流能力就降了一個等級。優點:體積小通流能力強(10-15KA) 漏電流小 無電弧噴瀉缺點:殘壓較高 有續流 產品一致性差(啟動電壓、殘壓)反映時間慢。

              4、密閉式氣體放電管:也叫惰性氣體放電管,主要是內部充盈了惰性氣體,放電方式是氣體放電,靠擊穿氣體來起到一次性瀉放電流的目的。一般有2極和3極兩種結構。。優點:體積小(氣體管可以很小)通流量大無電弧。缺點:產品一致性差(啟動電壓、殘壓)有續流殘壓較高工藝特點:空氣放電管還是屬于開放式產品,在工作時不保證絕對沒有點火花從排壓孔噴出,氣體放電管是密封結構,一般有2極和3極良種結構形式,一般3極有熱保護裝置(短路裝置),在放電管工作時溫度超過了一定范圍,短路裝置啟動使放電管整體導通。防止溫度過高造成放電管內氣壓生高器件爆裂。工程應用:一般空氣放電管現在很少應用,而氣體放電管現在被廣泛的應用在信號防雷器上。型號的不同也有在電源避雷器上使用

              5、單片壓敏電阻避雷器:是80年代由日本最先發明使用。直到現在,單片敏電阻的使用率也是避雷器中最高的。壓敏電阻避雷器的工作原理是利用了壓敏電阻的非線性特點。當電壓沒有波動時氧化鋅呈高阻態,當電壓出現波動達到壓敏電阻的啟動電壓時壓敏電阻迅速呈現低阻態,將電壓限制在一定范圍內。

              6、多片壓敏電阻避雷器:由于單片壓敏電阻的通流量一直不夠理想(一般單片壓敏電阻最大放電電流在20KA\8/20uS),在這種前提下多片組合壓敏電阻避雷器產生,多片壓敏電阻組合避雷器主要是解決了單片壓敏電阻的通流量較小,不能滿足B級場合的使用。多片壓敏電阻的產生從根本上解決了壓敏電阻通流量的問題。優點:通流容量大,殘壓較低,反應時間較快(≤25ns),無跟隨電流(續流)。缺點:漏電流較大,老化速度快。熱穩定一。工藝特點:多數采用積木結構。工程應用:根據結構不同,壓敏電阻避雷器廣泛的應用在B、C、D級以及信號避雷器。但是應解決的問題是工程中有個別產品存在燃燒現象,所以在產品選型時應注意廠家使用的外殼材料。

              7、抑制二極管類防雷器:抑制二極管類防雷產品主要是網絡等信號避雷產品中大量的應用,主要采用的器件有P*KE(雪崩管)等系列等產品。工作原理是基于PN結反向擊穿保護。優點:殘壓低動作精度高 反應時間快無續流 體積小缺點:通流量小。

              8、組合式避雷器:典型結構是N-PE結構形式,這種避雷器與單一結構的避雷器相比,綜合了兩種不同產品的優點,而減少了單一器件的缺點。優點:通流量大反應時間快。缺點:殘壓相對較高。工程應用:僅在N-PE制式使用的避雷器,適合電壓波動率較大地區使用。

              9、復雜型組合式避雷器:這種避雷器充分發揮各種元器件的優點,在結構上一般使用數量較多的壓敏電阻和氣體放電管。這種結構的避雷器一般具有較高的通流能力,且殘壓較低。行業內也稱這種結構的避雷器為一體化避雷器。優點:通流量大反映時間快 殘壓低無續流 熱穩定性好。缺點:無聲音報警 無計數器。工藝特點:一體化避雷器的電路結構緊湊,充分發揮了氧化鋅電阻反映時間快的特點,有結合了氣體放電管具有較高通流能力的優點。在電路上避雷器使用了較多的氧化鋅電阻來提高整體避雷器的通流能力,用氣體放電管作為備用放電通道?;谶@種完善的電路結構使避雷器的使用壽命大大提高。工程應用:一體化避雷器根據型號的不同廣泛應用與B、C、D各種安裝環境。由于是一體化設計,所以更適合在不具備安裝距離的場合使用。(IEC規定B、C、D模塊化避雷器三級間的最短距離在10M以上)。

              上圖為閥型避雷器,它由火花間隙及閥片電阻組成,閥片電阻的制作材料是特種碳化硅。利用碳化硅制作發片電阻可以有效的防止雷電和高電壓,對設備進行保護。當有雷電高電壓時,火花間隙被擊穿,閥片電阻的電阻值下降,將雷電流引入大地,這就保護了電氣設備免受雷電流的危害。在正常的情況下,火花間隙是不會被擊穿的,閥片電阻的電阻值上升,阻止了正常交流電流通過。閥型避雷器是利用特種材料制成的避雷器,可以對電氣設備進行保護,把電流直接導入大地。

              五、避雷器型號規格

              要了解一個避雷器的使用,了解它的型號說明也是非常有必要的。如下圖介紹了金屬氧化物避雷器的型號規格說明。

              一般來說,對避雷器一般有如下幾個基本要求:首先要具有較強的絕緣自恢復能力,其次是具有平直的伏秒特性曲線,最后是具有一定通流容量。所以在制造電力避雷器的涉及的幾個指標需要我們予以關注的

              (1)伏秒特性:指電壓與時間的對應關系。

              (2)工頻續流:指雷電壓或過電壓放電結束,但工頻電壓仍作用在避雷器上,使其流過的工頻短路接地電流。

              (3)絕緣強度自恢復能力:電氣設備絕緣強度與時間的關系,即恢復到原來絕緣強度的快慢。

              (4)避雷器的額定電壓:把工頻續流第一次過零后, 間隙所能承受的,不至于引起電弧重燃的最大工頻電壓,又稱電弧電壓。

              在給電力設備安裝避雷器時,需要注意它的正常使用條件:①適合于戶內外運行;②環境溫度為+40℃~-40℃;③可經受陽光的輻射;④海拔高度不超過其設計高度;⑤電源的頻率不小于48Hz、不超過62Hz;⑥長期施加于避雷器的工頻電壓不超過避雷器持續運行電壓的允許值;⑦地震烈度7度及以下地區。當注意到這些條件的時候,才能把避雷器安裝在正確的場合使它發揮我們所需要的保護效果。

              在避雷器的運行中也會有事故的發生,例如在避雷器運行中發生爆炸的事故是經常發生的,爆炸的原因可能由系統的原因引起,也可能為避雷器本身的原因引起:

              由于中性點不接地系統中發生單相接地,使非故障相對地電壓升高到線電壓,即使避雷器所承的電壓小于其工頻放電電壓,而在持續時間較長的過電壓作用下,可能會引起爆炸;

              由于電力系統發生鐵磁諧振過電壓,使避雷器放電,從而燒壞其內部元件而引起爆炸;

              線路受雷擊時,避雷器正常動作。由于本身火花間隙滅弧性能差,當間隙承受不住恢復電壓而擊穿時,使電弧重燃,工頻續流將再度出現,重燃閥片燒壞電阻,引起避雷器爆炸;

              或由于避雷器閥片電阻不合格,殘壓雖然降低,但續流卻增大,間隙不能滅弧而引起爆炸;

              由于避雷器密封墊圈與水泥接合處松動或有裂紋,密封不良而引起爆炸 、

              六、避雷器運行注意事項

              1、雷雨時,人員嚴禁接近防雷裝置,以防止雷擊泄放雷電流產生危險的跨步電壓對人的傷害,防止避雷針上產生較高電壓對人的反擊,防止有缺陷的避雷器在雷雨天氣可能發生爆炸對人的傷害。

              2、500kV避雷器泄漏電流值相與相之間差值不能超過20%,以及每相泄漏電流值變化不能超過20%。

              3、避雷器的泄漏電流明顯增加時,應申請停電試驗,查明原因進行處理。

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