氧化锌避雷器的应用

【摘要】文章主要结合新洛公司的情况召开论述，探讨了氧化锌避雷器的应用问题。

【关键词】新洛公司；氧化锌避雷器；应用

1.概述

新洛公司目前有35kv供电线路1条，矿井6kv主供电线路6条，其他6kv线路11条。要确保供电系统正常、可靠、安全运行，主要取决于各种设备的绝缘水平和作用于绝缘上的电压高低。供电系统在正常运行情况下，作用在电气设备上的电压为额定电压，但由于种种原因供电系统的某些部分的电压可能升高，而且有时大大超过运行电压（雷电），这就有可能发生电气设备绝缘严重损坏的事故，会给矿井造成长时间停电，甚至设备损坏。因此，做好过电压保护工作以防止事故的发生是供电企业的重要工作。

过电压分为大气过电压和内部过电压。大气过电压是由雷电和雷击电力系统造成的；内部过电压是电力系统内部的电磁能量转换引起的。对于过电压通常采用过电压保护器进行防范，目前我们普遍使用氧化锌避雷器。

避雷器的发展经过多次更新换代，目前氧化锌避雷器是应用最为广泛的避雷器。氧化锌避雷器分为有间隙和无间隙两种。有间隙避雷器的基本元件是火花间隙和氧化锌非线性电阻片，这些元件串联叠装在密封的绝缘材料外套内。无间隙避雷器的基本元件则只有阀片，它的材料主要是氧化锌和其他金属氧化物。其分类方式主要从电压等级、标称放电电流、用途、外套材料、结构性能等方面分类。

虽然避雷器对防止过电压有非常良好的效果，但在电力系统运行中，其自身也存在受潮、老化、污染等诸多问题，一旦避雷器因为这些问题出现故障甚至爆炸，不但不能有效的防止过电压，甚至还影响系统的安全稳定运行。因此对避雷器的监控检测就十分必要了，实时掌控避雷器的运行情况确保其稳定安全有效的运行。

2.氧化锌避雷器的结构及工作原理、分类

（1）氧化锌避雷器的结构：由氧化锌电阻片、绝缘支架、密封垫、压力释放装置等组成，内部一般充氮气或SF6气体。

（2）氧化锌避雷器的工作原理：能释放雷电能量或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电力设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器设备。避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。

在正常情况下，金属氧化锌避雷器内部电流主要是容性电流，其晶界电容C的大小在工程上可以视为恒定值，而非线性电阻R随加在阀片上的电压大小的变化而变化。当作用于ZnO阀片上的电压小于参考电压时，ZnO阀片呈现很大的电阻，相当于绝缘体，其值变化不大。当作用于ZnO阀片上的电压幅值接近甚至超过参考电压时，其非线性电阻减小很快，阻性电流分量迅速增加，因此它可以不用火花间隙来隔离工作电压与阀片。当作用在金属氧化锌避雷器上的电压超过定值时，阀片“导通”，将大电流通过阀片泄入大地，此时其残压不会超过被保护的耐压，达到了保护的目的。此后，当作用电压降到定值以下时，阀片自动终止“导通”状态，恢复高阻状态。

（3）氧化锌避雷器的分类：按额定电压值分类，可分为三类：高压类、中压类、低压类。高压类指66kv及以上等级，大致可分为：750kv、500kv、330kv、220kv、110kv、66kv六个电压等级；中压类指3kv～66kv，大致可分为3kv、6kv、10kv、20kv、35kv五个电压等级；低压类指3kv以下，大致可分为1kv、0.5kv、0.38kv、0.22kv四个电压等级。按标称放电电流分类可分为：20kA、10kA、5kA、2.5kA、1.5kA。按用途分类可分为系统用线路型、系统用电站型、系统用配电型、并联电容器组保护型、电气化铁道型、电动机及电动机中性点型、变压器中性点型。按外套分类可分为：瓷外套型、复合外套型。按结构性能可分为：有间隙型和无间隙型。有间隙型又分为带串联间隙、并联间隙两类，有间隙型主要用在一定的特殊场合，如变压器中性点绝缘运行系统中。无间隙型结构简单、紧凑，具有优良的电气特征，因而这类避雷器在金属氧化锌避雷器发展过程中始终占有主流的地位。

氧化锌避雷器产品型号说明：

产品型式：

Y—表示陶瓷式金属氧化物避雷器；

YH（HY）—表示复合外套金属氧化物避雷器。

结构特征：W—表示无间隙；

C—表示串联间隙；

B—表示并联间隙。

使用场所：S—表示配电型；

Z—表示电站型；

R—表示并联补偿电容器用；

D—表示电机用；

T—表示电气化铁道用。

附加特性：W—表示防污型；

G—表示高原型；

TH—表示湿热带地区用。

例如：HY5WS—7.2/30，为复合外套金属氧化物避雷器，标称放电电流为5kA，为无间隙的配电型，避雷器的额定电压为7.2kv，标称放电电流下残压为30kv。

3.氧化锌避雷器在电力系统中的应用

氧化锌避雷器在电力系统中的应用主要是以氧化锌阀片组装成限压器的形式来实现的。其主要作用是吸收雷电过电压、操作过电压等的冲击能量，防止过电压进入变电站及用户损坏电力设备及用电设备。

（1）正确选择氧化锌避雷器的各项参数

氧化锌避雷器在电力系统实际应用中，应根据氧化锌避雷器的安装环境及保护要求正确选择氧化锌避雷器的各项参数，使之具有：1）安全的防雷功能，即对雷电陡坡和雷电幅值同样有限压作用；2）防雷保护作用不会造成电力系统网接地故障或相间短路故障；3）防雷保护作用不应有短路电流或工频续流等工频能源浪费；4）动作特性应具有长期运行稳定性，免受暂态过电压危害；5）应具有连续雷电冲击保护能力；6）应具有20年以上使用受命7）最好能附带脱离器监察运行工况，当其失效时自动退出运行。

（2）氧化锌避雷器的选型

从实际使用的情况来看，大多数情况下避雷器损坏是由于避雷器动作过于频繁导致，而这其中一部分就是由于避雷器的选型不恰当所致，因此正确的选型对设备及线路的安全至关重要。

避雷器选型的总体原则：1）根据被保护对象选择避雷器类型。2）按系统中长期作用在避雷器上的最高电压确定避雷器的持续运行电压。3）估算通过避雷器的雷电放电电流幅值，选择避雷器的标称放电电流。4）根据被保护设备的额定雷电冲击耐受电压和操作冲击耐受电压，按照绝缘配合系数的要求，留够绝缘裕度，确定避雷器雷电冲击保护水平和操作冲击保护水平。

a.标称放电电流：

分为20kA、10kA、5kA、2.5kA、1.5kA五种。1.5kA级用于低压电机和变压器中性点；2.5kA级用于电动机；5kA级用于配电、发电机、电容器和避雷器额定电压不大于108kv电站型；10kA级用于避雷器电压90～468kv电站型；20kA级用于避雷器额定电压420～468kv电站型。

b.避雷器额定电压（Ur）和持续运行电压（Uc）：

避雷器额定电压是施加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值。按照此电压设计的避雷器，能在所规定的动作负载试验中确定的暂过电压下正确地工作，也就是说避雷器在一次或多次雷电冲击作用后能承受规定时间（10s）的额定电压，随后在持续运行电压下（30min）能够达到热稳定状态，它实际上表明了避雷器对暂时过电压的耐受能力。

避雷器额定电压按下式选择：

Ur≧kUt（kv）

式中：k为切除短路故障时间参数。10s及以内切除故障k=1.0；10s以上切除故障k=1.25～1.3

Ut为暂时过电压。

各种电压等级系统的最高电压分别为：3kv：3.6kv；6kv：7.2kv；10kv：12kv；35kv：40.5kv；66kv：72.5kv；110kv：126kv；220kv：252kv。

氧化锌避雷器额定电压是约为持续运行电压的1.25倍。避雷器的持续运行电压不低于安装地点的最高工作电压。

c.绝缘配合：就是根据系统中可能出现的各种过电压和保护装置的特性来确定设备的绝缘水平，或者根据己有设备的绝缘水平选择适当的保护装置，以便把作用于设备上的各种过电压所引起的设备损坏和影响的概率降低到在经济上和技术上能接受的水平。

（3）避雷器的装设

雷电波陡峭，电位梯度很大，电流增加率也很大，雷电波通过导体虽然路程不长，但对地电位差却很大。因此避雷器装设位置的选择是有效保护的重要因素。避雷器距被保护设备越近越好，大型变压器多装设在该变压器的铁架上。

避雷器的接地线应具有低电阻的特性。为了获得低接地电阻，避雷器的接地线应接入变电站的接地网，必要时也可以加装接地棒降低接地电阻，接地线的长度也应尽量缩短，接地电阻应符合规程要求。

新洛公司通过加强对所有避雷系统的整治和改造，大大减少了因雷击引起的矿井大面积停电和电气设备损坏，为煤矿安全增加了保障因素。

作者简介：邹剑（1963—），男，江西樟树人，工程师，江西新洛煤电有限责任公司机电部副经理。