氧化鋅避雷器的應(yīng)用

【摘要】文章主要結(jié)合新洛公司的情況召開(kāi)論述，探討了氧化鋅避雷器的應(yīng)用問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】新洛公司；氧化鋅避雷器；應(yīng)用

1.概述

新洛公司目前有35kv供電線路1條，礦井6kv主供電線路6條，其他6kv線路11條。要確保供電系統(tǒng)正常、可靠、安全運(yùn)行，主要取決于各種設(shè)備的絕緣水平和作用于絕緣上的電壓高低。供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下，作用在電氣設(shè)備上的電壓為額定電壓，但由于種種原因供電系統(tǒng)的某些部分的電壓可能升高，而且有時(shí)大大超過(guò)運(yùn)行電壓（雷電），這就有可能發(fā)生電氣設(shè)備絕緣嚴(yán)重?fù)p壞的事故，會(huì)給礦井造成長(zhǎng)時(shí)間停電，甚至設(shè)備損壞。因此，做好過(guò)電壓保護(hù)工作以防止事故的發(fā)生是供電企業(yè)的重要工作。

過(guò)電壓分為大氣過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓。大氣過(guò)電壓是由雷電和雷擊電力系統(tǒng)造成的；內(nèi)部過(guò)電壓是電力系統(tǒng)內(nèi)部的電磁能量轉(zhuǎn)換引起的。對(duì)于過(guò)電壓通常采用過(guò)電壓保護(hù)器進(jìn)行防范，目前我們普遍使用氧化鋅避雷器。

避雷器的發(fā)展經(jīng)過(guò)多次更新?lián)Q代，目前氧化鋅避雷器是應(yīng)用最為廣泛的避雷器。氧化鋅避雷器分為有間隙和無(wú)間隙兩種。有間隙避雷器的基本元件是火花間隙和氧化鋅非線性電阻片，這些元件串聯(lián)疊裝在密封的絕緣材料外套內(nèi)。無(wú)間隙避雷器的基本元件則只有閥片，它的材料主要是氧化鋅和其他金屬氧化物。其分類(lèi)方式主要從電壓等級(jí)、標(biāo)稱(chēng)放電電流、用途、外套材料、結(jié)構(gòu)性能等方面分類(lèi)。

雖然避雷器對(duì)防止過(guò)電壓有非常良好的效果，但在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，其自身也存在受潮、老化、污染等諸多問(wèn)題，一旦避雷器因?yàn)檫@些問(wèn)題出現(xiàn)故障甚至爆炸，不但不能有效的防止過(guò)電壓，甚至還影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此對(duì)避雷器的監(jiān)控檢測(cè)就十分必要了，實(shí)時(shí)掌控避雷器的運(yùn)行情況確保其穩(wěn)定安全有效的運(yùn)行。

2.氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)及工作原理、分類(lèi)

（1）氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)：由氧化鋅電阻片、絕緣支架、密封墊、壓力釋放裝置等組成，內(nèi)部一般充氮?dú)饣騍F6氣體。

（2）氧化鋅避雷器的工作原理：能釋放雷電能量或兼能釋放電力系統(tǒng)操作過(guò)電壓能量，保護(hù)電力設(shè)備免受瞬時(shí)過(guò)電壓危害，又能截?cái)嗬m(xù)流，不致引起系統(tǒng)接地短路的電器設(shè)備。避雷器通常接于帶電導(dǎo)線與地之間，與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)。

在正常情況下，金屬氧化鋅避雷器內(nèi)部電流主要是容性電流，其晶界電容C的大小在工程上可以視為恒定值，而非線性電阻R隨加在閥片上的電壓大小的變化而變化。當(dāng)作用于ZnO閥片上的電壓小于參考電壓時(shí)，ZnO閥片呈現(xiàn)很大的電阻，相當(dāng)于絕緣體，其值變化不大。當(dāng)作用于ZnO閥片上的電壓幅值接近甚至超過(guò)參考電壓時(shí)，其非線性電阻減小很快，阻性電流分量迅速增加，因此它可以不用火花間隙來(lái)隔離工作電壓與閥片。當(dāng)作用在金屬氧化鋅避雷器上的電壓超過(guò)定值時(shí)，閥片“導(dǎo)通”，將大電流通過(guò)閥片泄入大地，此時(shí)其殘壓不會(huì)超過(guò)被保護(hù)的耐壓，達(dá)到了保護(hù)的目的。此后，當(dāng)作用電壓降到定值以下時(shí)，閥片自動(dòng)終止“導(dǎo)通”狀態(tài)，恢復(fù)高阻狀態(tài)。

（3）氧化鋅避雷器的分類(lèi)：按額定電壓值分類(lèi)，可分為三類(lèi)：高壓類(lèi)、中壓類(lèi)、低壓類(lèi)。高壓類(lèi)指66kv及以上等級(jí)，大致可分為：750kv、500kv、330kv、220kv、110kv、66kv六個(gè)電壓等級(jí)；中壓類(lèi)指3kv～66kv，大致可分為3kv、6kv、10kv、20kv、35kv五個(gè)電壓等級(jí)；低壓類(lèi)指3kv以下，大致可分為1kv、0.5kv、0.38kv、0.22kv四個(gè)電壓等級(jí)。按標(biāo)稱(chēng)放電電流分類(lèi)可分為：20kA、10kA、5kA、2.5kA、1.5kA。按用途分類(lèi)可分為系統(tǒng)用線路型、系統(tǒng)用電站型、系統(tǒng)用配電型、并聯(lián)電容器組保護(hù)型、電氣化鐵道型、電動(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)型、變壓器中性點(diǎn)型。按外套分類(lèi)可分為：瓷外套型、復(fù)合外套型。按結(jié)構(gòu)性能可分為：有間隙型和無(wú)間隙型。有間隙型又分為帶串聯(lián)間隙、并聯(lián)間隙兩類(lèi)，有間隙型主要用在一定的特殊場(chǎng)合，如變壓器中性點(diǎn)絕緣運(yùn)行系統(tǒng)中。無(wú)間隙型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，具有優(yōu)良的電氣特征，因而這類(lèi)避雷器在金屬氧化鋅避雷器發(fā)展過(guò)程中始終占有主流的地位。

氧化鋅避雷器產(chǎn)品型號(hào)說(shuō)明：

產(chǎn)品型式：

Y—表示陶瓷式金屬氧化物避雷器；

YH（HY）—表示復(fù)合外套金屬氧化物避雷器。

結(jié)構(gòu)特征：W—表示無(wú)間隙；

C—表示串聯(lián)間隙；

B—表示并聯(lián)間隙。

使用場(chǎng)所：S—表示配電型；

Z—表示電站型；

R—表示并聯(lián)補(bǔ)償電容器用；

D—表示電機(jī)用；

T—表示電氣化鐵道用。

附加特性：W—表示防污型；

G—表示高原型；

TH—表示濕熱帶地區(qū)用。

例如：HY5WS—7.2/30，為復(fù)合外套金屬氧化物避雷器，標(biāo)稱(chēng)放電電流為5kA，為無(wú)間隙的配電型，避雷器的額定電壓為7.2kv，標(biāo)稱(chēng)放電電流下殘壓為30kv。

3.氧化鋅避雷器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

氧化鋅避雷器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是以氧化鋅閥片組裝成限壓器的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其主要作用是吸收雷電過(guò)電壓、操作過(guò)電壓等的沖擊能量，防止過(guò)電壓進(jìn)入變電站及用戶(hù)損壞電力設(shè)備及用電設(shè)備。

（1）正確選擇氧化鋅避雷器的各項(xiàng)參數(shù)

氧化鋅避雷器在電力系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)氧化鋅避雷器的安裝環(huán)境及保護(hù)要求正確選擇氧化鋅避雷器的各項(xiàng)參數(shù)，使之具有：1）安全的防雷功能，即對(duì)雷電陡坡和雷電幅值同樣有限壓作用；2）防雷保護(hù)作用不會(huì)造成電力系統(tǒng)網(wǎng)接地故障或相間短路故障；3）防雷保護(hù)作用不應(yīng)有短路電流或工頻續(xù)流等工頻能源浪費(fèi)；4）動(dòng)作特性應(yīng)具有長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性，免受暫態(tài)過(guò)電壓危害；5）應(yīng)具有連續(xù)雷電沖擊保護(hù)能力；6）應(yīng)具有20年以上使用受命7）最好能附帶脫離器監(jiān)察運(yùn)行工況，當(dāng)其失效時(shí)自動(dòng)退出運(yùn)行。

（2）氧化鋅避雷器的選型

從實(shí)際使用的情況來(lái)看，大多數(shù)情況下避雷器損壞是由于避雷器動(dòng)作過(guò)于頻繁導(dǎo)致，而這其中一部分就是由于避雷器的選型不恰當(dāng)所致，因此正確的選型對(duì)設(shè)備及線路的安全至關(guān)重要。

避雷器選型的總體原則：1）根據(jù)被保護(hù)對(duì)象選擇避雷器類(lèi)型。2）按系統(tǒng)中長(zhǎng)期作用在避雷器上的最高電壓確定避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓。3）估算通過(guò)避雷器的雷電放電電流幅值，選擇避雷器的標(biāo)稱(chēng)放電電流。4）根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的額定雷電沖擊耐受電壓和操作沖擊耐受電壓，按照絕緣配合系數(shù)的要求，留夠絕緣裕度，確定避雷器雷電沖擊保護(hù)水平和操作沖擊保護(hù)水平。

a.標(biāo)稱(chēng)放電電流：

分為20kA、10kA、5kA、2.5kA、1.5kA五種。1.5kA級(jí)用于低壓電機(jī)和變壓器中性點(diǎn)；2.5kA級(jí)用于電動(dòng)機(jī)；5kA級(jí)用于配電、發(fā)電機(jī)、電容器和避雷器額定電壓不大于108kv電站型；10kA級(jí)用于避雷器電壓90～468kv電站型；20kA級(jí)用于避雷器額定電壓420～468kv電站型。

b.避雷器額定電壓（Ur）和持續(xù)運(yùn)行電壓（Uc）：

避雷器額定電壓是施加到避雷器端子間的最大允許工頻電壓有效值。按照此電壓設(shè)計(jì)的避雷器，能在所規(guī)定的動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)中確定的暫過(guò)電壓下正確地工作，也就是說(shuō)避雷器在一次或多次雷電沖擊作用后能承受規(guī)定時(shí)間（10s）的額定電壓，隨后在持續(xù)運(yùn)行電壓下（30min）能夠達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)，它實(shí)際上表明了避雷器對(duì)暫時(shí)過(guò)電壓的耐受能力。

避雷器額定電壓按下式選擇：

Ur≧kUt（kv）

式中：k為切除短路故障時(shí)間參數(shù)。10s及以?xún)?nèi)切除故障k=1.0；10s以上切除故障k=1.25～1.3

Ut為暫時(shí)過(guò)電壓。

各種電壓等級(jí)系統(tǒng)的最高電壓分別為：3kv：3.6kv；6kv：7.2kv；10kv：12kv；35kv：40.5kv；66kv：72.5kv；110kv：126kv；220kv：252kv。

氧化鋅避雷器額定電壓是約為持續(xù)運(yùn)行電壓的1.25倍。避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓不低于安裝地點(diǎn)的最高工作電壓。

c.絕緣配合：就是根據(jù)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種過(guò)電壓和保護(hù)裝置的特性來(lái)確定設(shè)備的絕緣水平，或者根據(jù)己有設(shè)備的絕緣水平選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)裝置，以便把作用于設(shè)備上的各種過(guò)電壓所引起的設(shè)備損壞和影響的概率降低到在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上能接受的水平。

（3）避雷器的裝設(shè)

雷電波陡峭，電位梯度很大，電流增加率也很大，雷電波通過(guò)導(dǎo)體雖然路程不長(zhǎng)，但對(duì)地電位差卻很大。因此避雷器裝設(shè)位置的選擇是有效保護(hù)的重要因素。避雷器距被保護(hù)設(shè)備越近越好，大型變壓器多裝設(shè)在該變壓器的鐵架上。

避雷器的接地線應(yīng)具有低電阻的特性。為了獲得低接地電阻，避雷器的接地線應(yīng)接入變電站的接地網(wǎng)，必要時(shí)也可以加裝接地棒降低接地電阻，接地線的長(zhǎng)度也應(yīng)盡量縮短，接地電阻應(yīng)符合規(guī)程要求。

新洛公司通過(guò)加強(qiáng)對(duì)所有避雷系統(tǒng)的整治和改造，大大減少了因雷擊引起的礦井大面積停電和電氣設(shè)備損壞，為煤礦安全增加了保障因素。

作者簡(jiǎn)介：鄒劍（1963—），男，江西樟樹(shù)人，工程師，江西新洛煤電有限責(zé)任公司機(jī)電部副經(jīng)理。