避雷器结构原理及应用

避雷器是能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量、保护电气设备免受瞬时过电压（雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击）危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置 。

避雷器的作用：避雷器是变电站保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当沿线路传入变电站的雷电冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过良导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。

（1）当电网由于雷击出现瞬时脉冲电压时，防雷器在纳秒内导通。

（2）防雷器在纳秒内导通，将脉冲电压短路于地泄放，后又恢复为高阻状态，从而不影响用户设备的供电。

电力避雷器的涉及的几个指标：

（1）伏秒特性：指电压与时间的对应关系。

（2）工频续流：指雷电压或过电压放电结束，但工频电压仍作用在避雷器上，使其流过的工频短路接地电流。

（3）绝缘强度自恢复能力：电气设备绝缘强度与时间的关系，即恢复到原来绝缘强度的快慢。

（4）避雷器的额定电压：把工频续流第一次过零后， 间隙所能承受的，不至于引起电弧重燃的最大工频电压，又称电弧电压。

避雷器的分类：

常用的避雷器有：阀式、管式、保护间隙、金属氧化物等。

1、阀式避雷器：阀式避雷器主要分为普通阀式避雷器和磁吹阀式避雷器俩大类，普通阀式避雷器有FS和FZ俩系列。磁吹阀式避雷器有FCD和FCZ俩系列。避雷器符号的含义：F-阀式避雷器、S-配（变）电作用、Z-电站用、Y-线路用、D-旋转电机用、C-具有磁吹放电间隙。

结构：

①由放电间隙和非线形电阻阀片组成，并密封在瓷管内。

②放电间隙是由若干个标准单个放电间隙（间隙电容）串联而成，并联一组均压电阻，可提高间隙绝缘强度的恢复能力。

③非线形电阻阀片也是由许多单个阀片串联而成.火花间隙由数个圆盘形的铜质电极组成，每对间隙用0.5～1mm厚云母片(垫圈式)隔开。

阀式避雷器工作过程：阀式避雷器在正常的工频电压作用下火花间隙不被击穿，但在雷电波、过电压下，避雷器的火花间隙被击穿，非线性电阻的阻值随电压突然变大阻值变小，过电流通过电阻流入大地，电阻阀片对随雷电流而来的工频电压呈现很大的电阻，从而工频电流被火花间隙阻断，线路恢复正常运行，火花间隙和电阻阀片密切配合，像阀门一样打开关闭，所以称为阀式避雷器。

阀式避雷器应用：

FS系列由于避雷器阀片较小，通流容量较低一般用于保护变配电设备和电路。

SZ系列由于阀片较大，且火花间隙并联了碳化硅电阻，通流容量较大，一般用于35KV及以上的电气设备。

2、保护间隙：保护间隙是最简单的防雷设备，一般用镀锌圆钢制成，有主间隙和辅助间隙组成。主间隙做成角形的，水平安装，以便灭弧。为了防止主间隙被外物短路而引起误动作，在主间隙的下方串联有辅助间隙。因为保护间隙灭弧能力弱，一般要求与自动重合闸装置配备使用，以提高供电的可靠性。

结构：

①由主间隙和辅助间隙构成。

②主间隙采用角形，使工频续流电弧在自身电动力和热气流的作用下，易于上升被拉长而自行熄灭。

③辅助间隙的作用：为防止主间隙被外物短接而造成接地短路事故。

保护间隙不足与应用：

（1）主要不足点是强大的冲击电流会造成三相变压器的相间绝缘损坏。

（2）应用常用于中性点不直接接地10KV 以下的配电网络中，一般安装在高压熔断器的内侧，以减少变电所线路断器的跳闸次数。

3、管式避雷器：管式避雷器（排气式避雷器）的基本原件是安装在产气管内的火花间隙，间隙由棒形和环形的电极构成。管式避雷器由灭弧管内间隙和外间隙组成。灭弧管一般用纤维胶木等能在高温下产生气体的材料制成。当雷电波、过电压来临时，管式避雷器的内、外间隙被击穿，过电流通过接地线流入大地。接踵而来的工频电流产生强烈的电弧，电弧燃烧管壁并产生大量气体从管口喷出，很快的吹灭电弧。同时外部间隙恢复绝缘，是灭弧管或者避雷器与系统隔开，是电力恢复运行。具体机构详见下图。

管式避雷器不足及应用：

（1）它能切断较大的电流，适合安装在变电站的进线段以及线路上某些绝缘薄弱的地点。但是，由于排气型避雷器固有的结构特点，它的火花间隙暴露在大气中，电气性能不够稳定。所以这类避雷器使用得很少。

（2）因管式避雷器是靠工频电流产生气体灭弧的，如果开断的短路电流过大，产生气体过多超过灭弧管的机械强度时，会使其开裂或爆炸，因此一般安装在户外。

4、金属氧化锌避雷器：（1）无间隙金属氧化锌避雷器（压敏避雷器），是20世纪70年代开始出现的一种新型避雷器。与传统的避雷器相比，无间隙金属氧化物避雷器没有火花间隙，且用氧化锌代替阀式避雷器中的碳化硅。在结构上采用压敏电阻制成的阀片叠装而成，该阀片在工频电压下，呈现最大电阻，有效的抑制工频电流，而在过电压的情况下又呈现小电阻，能很好的释放过电流，保护设备。

（2）有串联间隙型金属氧化物避雷器，在复合外套金属氧化物避雷器的电阻片与一间隙件串联，适用于非中性点接地的系统中。当单相接地时，可能发生比较严重的长时间暂态过电压，无间隙氧化锌避雷器难于承受此过电压。而有串联间隙氧化锌避雷器在单相接地较低幅值的过电压下不动作，是避雷器与系统隔离。高于上述电压时间隙导通，避雷器放电。有效的保护设备和避雷器。

金属氧化物避雷器的优点：

(1)优异的保护性能。MOA具有很好的非线性特性。

(2)大的通流能力。具有良好的吸收雷击过电压和暂态过电压的能力。

(3)较高的运行可靠性。正常的工作状态下接近绝缘状态，工频续流仅为微安级，能量释放快速恢复高阻状态，运行可靠性高，抗污秽能力强。

特变站35KV用避雷器型号HY5W-51/134系列复合金属氧化锌型避雷器。

避雷器的检查与维护：

一、新安装或大修后的避雷器

1、新安装或大修后的避雷器，其高压实验应合格，且应向安装或检修人员索取下列资料数据，并不低于标准：

（1）绝缘电阻值；

（2）电导电流值；

（3）主要技术参数。

2、瓷质和法兰清洁，无破损。

3、连接线，接地线及拉线应牢固。

4、器身无倾斜，均压环连接牢固、完整。

5、放电记录装置应完整，并记录其指示值。

6、FCD型避雷器要检查并联电阻通断和接触情况， 6KV或15.7KV的避雷器，绝缘电阻应使用2500V的摇表进行测定，阻值不低于150 MΩ，220KV避雷器应不低于500 MΩ，并与前一次的数据相比较，应无显著变化，如为无限大可能是并联电阻断裂。

二、运行中的避雷器

运行中的避雷器，除按以上各条进行检查外，还应检查：

1、内部有无声响；

2、有无放电现象；

3、雷雨后，放电记录器是否动作，并记录指示值；

4、大风天，检查避雷器避雷针的摆动情况，引线、拉线应牢固无损。

三、发生下列情况，应立即停运

1、绝缘套管爆炸，破裂或严重放电。

2、连线松动、有脱落危险；

3、内部有放电响声。

阀型避雷器的运行与维护：

1)阀型避雷器运行中的正常巡视与检查

①检查避雷器瓷套表面情况。在日常运行中，应检查避雷器的瓷套表面的污染状况，尤其对污秽严重地区或沿海地区运行的避雷器更应特别注意。因为当瓷套表面受到严重污染时，将使电压分布很不均匀。在有并联分路电阻的避雷器中，当其中一个元件的电压分布增大时，通过其并联电阻中的电流将显著增大，则可能烧坏并联电阻而引起故障。此外，也可能影响阀型避雷器的灭弧性能，而降低避雷器的保护特性。因此，当发现避雷器的瓷套表面有严重污秽时，必须及时安排清扫。

②检查避雷器的引线及接地引下线，有无烧伤痕迹和断股现象以及放电记录器是否烧坏 。

通过这方面的检查，最容易发现避雷器的隐形缺陷。因为在正常情况下，避雷器动作以后，接地引下线和记录器中只通过雷电流和幅值很小(一般为80A以下)、时间很短(约0.01S)的工频续流，所以除了使动作记录器的指示数字变动外，一般不会产生烧损的痕迹。假如，当避雷器内部阀片存在缺陷或不能灭弧时，则通过的工频续流的幅值和时间都会增大，那么接地引下线的连接点上会产生烧伤的痕迹，或使放电记录器内部烧黑或烧坏。当发现上述情况时，应立即设法断开避雷器，进行详细的电气检查，以免发生事故。

③检查避雷器上端引线处密封是否良好。避雷器密封不良会进水受潮易引起事故，因而应检查瓷套与法兰连接处的水泥接合缝是否严密。对10kV阀型避雷器上引线处可加装防水罩，以免雨水渗入。

④检查避雷器与被保护电气设备之间的电气距离是否符合要求。避雷器应尽量靠近被保护电气设备。

2)阀型避雷器异常现象与故障处理

阀型避雷器在运行中常发生异常现象和故障，运行值班人员应对异常现象进行分析判并及时采取措施进行故障处理。

如果在雷雨中发现避雷器瓷套有裂纹，应尽可能不使避雷器退出运行，待雷雨过后再行处理。若因避雷器瓷套裂纹而造成闪络，但未引起系统接地者，在可能条件下应将故障相避雷器停用。

发现避雷器内部有异常音响或套管有炸裂现象，并引起系统接地故障时，运行值班员应避免靠近，此时，可用断路器或人工接地转移的方法，断开故障避雷器。

阀型避雷器在运行中突然爆炸，但尚未造成系统永久性接地时，可在雷雨过后，拉开 故障相的隔离开关将避雷器停用，并及时更换合格的避雷器。若爆炸后已引起系统永久性 接地，则禁止使用隔离开关来操作停用故障的避雷器。

如发现阀型避雷器动作指示器内部烧黑或烧毁，以及接地引下线连接点上有烧痕或烧 断现象时，可能存在阀片电阻失效、火花间隙灭弧特性变坏等内部缺陷，引起工频续流增 大等，应及时对避雷器作电气试验或解体检查。