合成绝缘氧化锌避雷器及其应用

避雷器作为供电系统中不可缺少的电气元件，其作用是限制过电压以保护电气设备。目前，在变电所和发电厂用于过电压保护的避雷器主要还是碳化硅(SiC)避雷器，其电阻阀片是以SiC为主要原料烧制而成的，但是SiC避雷器从其材料性能方面来讲，伏安特性的非线性较不理想，非线性系数α较高(α越小，非线性程度越高，保护性能越好)，SiC避雷器普通型的α一般在0.2左右，磁吹型约为0.24。而且SiC避雷器的预试周期短，一般每年一次，淘汰率及运行成本高。另外其通流能力也较小，有时因对雷电流泄放不及时而引起爆炸事故。从其结构方面讲，SiC避雷器采用瓷外套密封结构，密封效果较差，无防爆功能，容易引起SiC阀片受潮，当雷电流袭来时，内部压力迅速增大，引起爆炸。

SiC避雷器基于上述一系列缺点，被新型避雷器取代已是大势所趋。为了解决这个问题，从七十年代初就出现了氧化锌避雷器。经过二十多年的发展，目前已有各方面技术都成熟的氧化锌避雷器出现并有不少挂网运行。

一、氧化锌避雷器技术指标及性能

1、主要技术指标

我公司永安矿区供电所从一九九九年开始推广使用10KV级合成绝缘氧化锌避雷器，其主要技术指标如下：

该种避雷器采用近代氧化锌非线性电阻技术及新型合成材料研制而成的全新型高可靠防雷保护装置。它由氧化锌阀柱、电极、硅橡胶裙套等部件组成，用特殊树脂灌封而构成无间隙氧化锌避雷器，克服了传统避雷器的缺点。ZnO避雷器具有很理想的非线性伏安特性。从ZnO避雷器与SiC避雷器及理想避雷器的伏安特性曲线可以看出，ZnO避雷器的伏安特性比较平缓，也就是非线性系数较小，α在0.02～0.05左右。假定ZnO、SiC电阻阀片在10KA电流下的残压相同，但在额定电压(或灭弧电压)下ZnO曲线所对应的电流一般在10-5 A以下，可近似认为其续流为零，而SiC曲线对应的续流却是100A左右。也就是说，在工作电压下氧化锌阀片实际上相当于一绝缘体。

2、主要性能优点

合成绝缘ZnO避雷器在性能上除了有较理想的非线性伏安特性外，其主要优点还有：

2.1 对无间隙氧化锌避雷器参数进行优化设计，提高了工频耐受能力，使其充分发挥优良保护性能，对陡波具有良好的响应特性，确保运行的可靠。

2.2 保护范围大：因氧化锌避雷器无续流，当作用在ZnO上电压超过某一值(此值称为起始动作电压，也就是在1mA下直流参考电压值)时，将发生"导通"，其后，ZnO阀柱上的残压受其良好的非线性特性所控制，当系统电压降至起始动作电压下时，ZnO的导通状态终止，又相当于一绝缘体。而SiC避雷器则不同，它不仅要吸收过电压的能量而且要吸收工频续流所产生的能量，使串联间隙放电后才可将雷电流泄放入地。可见，当雷击时ZnO避雷器能及时动作，降低侵入波的幅值，增大保护范围。或在保护范围相同时，可以提高保护裕度(泄流更及时)，使电气设备绝缘受较高过电压作用的概率减少，可以延长被保护设备的寿命。

2.3 通流能力大：其通流能力约为SiC避雷器的4倍，可用来限制内部过电压，且它的通流能力利用率高，可以连续多次动作，不会因过热而烧毁或爆炸。而SiC避雷器却做不到。

2.4 抑制某些谐振过电压的形成：因为没有间隙，避雷器动作与否取决于加于其端部的电压高低，遇有过电压时，多只避雷器可以同时动作，加大系统阻尼，从而可以抑制某些谐振过电压的形成，同时在整个过电压过程中都有电流通过，因此降低了作用在电气设备上的过电压。

2.5 防爆性能良好：因其使用的是合成绝缘外套，内部故障时不会形成粉碎性爆炸伤及周围设备，它的抗冲击能力也很强，在周围设备爆炸时，不会使避雷器失去机械强度而扩大事故范围。

3、结构优点

在结构上，合成绝缘氧化锌避雷器也有着SiC避雷器所不能比拟的优点。

3.1 合成绝缘氧化锌避雷器具有体积小、重量轻(与瓷外套避雷器比较可减轻重量60%以上)，抗拉强度大，可以制成悬吊式，以节约占地和降低成本。

3.2耐污性能良好：硅橡胶外套具有良好的憎水性，表面上污秽层的积累速度较慢，而且其憎水性还可以传递给污秽层，这些特性可提高它的耐污性能，减少维护工作量；同时，硅橡胶这种有机高分子物质耐老化特性好，能满足户外长期运行的需要。

3.3密封性能良好：采用特殊树脂封灌技术制造，密封性能好，不易形成贯穿性的漏气通道使阀门受潮，因而也就不存在避雷器因内部受潮而引起爆炸的形成。

3.4散热性能好：因其内部没有气隙，阀片的热量是直接通过固体向外发散，而固体的导热系数比空气大得多，这有利于加大其负载承受能力(即泄流能力)和降低运行温度以延长寿命。

3.5保护特性不受外界影响：因其内部没有火花间隙，外套污秽不会影响其保护特性。

二、氧化锌避雷器试验安装

由于氧化锌避雷器具有传统避雷器所无法比拟的优点，它不仅可提高配电系统防止过电压的能力，减少设备事故，而且可以减少避雷器本身的事故率和降低安装费用，延长预试周期(至少可以五年以上试验一次)，减少维护工作量，提高供电可靠性。氧化锌避雷器安装前的试验：对于HY5W型避雷器（35KV及以下）的试验项目主要有两项。⑴绝缘电阻测定：可用2500伏、量程2500MΩ以上的兆欧表分别在试验前后测其对地绝缘电阻值，其值必须大于2500MΩ。⑵直流项目测试：可用输出电流达2mA及以上的直流高压发生器测试（如ZGF-100/2）。具体项目有：①直流1mA下参考电压U1mADC（KV），②75%1mA下电压的泄漏电流（μA）。

对于不同电压等级避雷器的试验数据略有不同。试验要求和数据按下表(10KV等级)：

只有所有试验数据都在要求范围内方可安装使用，特别指出试验时要注意：严禁工频耐压试验。

三、结束语

我公司从1999年开始使用合成绝缘氧化锌避雷器至今，运行安全可靠，大大减少了维护、试验工作量，至今未出现避雷器爆炸事故。