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避雷器應(yīng)用的比較
目前在電力系統(tǒng)中運(yùn)行的避雷器主要有兩種類型。一類是以串聯(lián)火花間隙與碳化硅閥片為主要元件的傳統(tǒng)閥型避雷器;另一類是以氧化鋅電阻片為主要元件的金屬氧化物避雷器。其主要元件的伏安特性如下圖一二所示。
從圖一可以看到，對(duì)于單個(gè)間隙而言當(dāng)很大的雷電流流過(guò)非線性電阻時(shí)，非線性電阻將呈現(xiàn)很大的電導(dǎo)率，使避雷器上出現(xiàn)的殘壓U0不致過(guò)高。當(dāng)雷電流過(guò)去后，加在閥片上的電壓是系統(tǒng)電壓Ux時(shí)， 非線性電阻的電導(dǎo)率突然下降而將工頻續(xù)流限制到很小的數(shù)值。事實(shí)上閥型避雷器的間隙由數(shù)個(gè)或數(shù)十個(gè)單間隙組成而形成的一個(gè)電容鏈。由于電極片對(duì)地和對(duì)高壓 端蓋的部分電容的影響，電壓在各間隙上分布是不均勻的。嚴(yán)重的是這種不均勻非常的不穩(wěn)定，它受瓷套表面情況影響很大，使得避雷器的工頻放電電壓很不穩(wěn)定。 雖然可以通過(guò)在每個(gè)間隙或間隙組上并聯(lián)一個(gè)分路電阻來(lái)解決，但分路電阻中將長(zhǎng)期有電流流過(guò)(泄漏電流);且經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行非線性并聯(lián)電阻會(huì)逐漸老化，表現(xiàn)為阻值增加，電導(dǎo)電流下降，影響避雷器性能。
從圖二可以看到氧化鋅電阻片在擊穿區(qū)域具有較好的非線性，使得氧化鋅避雷器在正常工作電壓下電阻值很大，泄漏電流很小;在過(guò)電壓情況下其電阻值又很小，過(guò)電壓能量釋放即恢復(fù)到高阻值狀態(tài)，無(wú)工頻續(xù)流，所以無(wú)間隙氧化鋅避雷器得到了廣泛應(yīng)用。
但是，作為過(guò)電壓保護(hù)電器，針對(duì)其所釋放的能量，其自身仍存在過(guò)電壓防護(hù)問(wèn)題。對(duì)于能量有限的過(guò)電壓(如雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓)，避雷器泄流能起限壓保護(hù)作用。對(duì)能量是無(wú)限(有補(bǔ)充能源)的過(guò)電壓，如暫態(tài)過(guò)電壓(工頻過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓的總稱)， 其頻率或?yàn)楣ゎl或?yàn)楣ゎl的整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍，與工頻電源頻率總有合拍的時(shí)候，如因某些原因而激發(fā)暫態(tài)過(guò)電壓，工頻電源能自動(dòng)補(bǔ)充過(guò)電壓能量，即使避雷器泄流 過(guò)電壓幅值不衰減或只弱衰減，暫態(tài)過(guò)電壓如果進(jìn)入避雷器保護(hù)動(dòng)作區(qū)，勢(shì)必長(zhǎng)時(shí)反復(fù)動(dòng)作直至熱崩潰，避雷器損壞爆炸，因此暫態(tài)過(guò)電壓對(duì)避雷器有致命危害。如 果已將全部暫態(tài)過(guò)電壓限定在保護(hù)死區(qū)內(nèi)不受其危害的避雷器，稱之為暫態(tài)過(guò)電壓承受能力強(qiáng)，反之稱暫態(tài)過(guò)電壓承受能力差。碳化硅避雷器暫態(tài)過(guò)電壓承受能力 強(qiáng)，但由于運(yùn)行中動(dòng)作特性穩(wěn)定性差，常因沖擊放電電壓(保護(hù)動(dòng)作區(qū)起始電壓)值下降，仍可能遭受暫態(tài)過(guò)電壓危害，動(dòng)作負(fù)載重壽命短。無(wú)間隙氧化鋅避雷器因其拐點(diǎn)電壓(可近似地把參考電壓當(dāng)作拐點(diǎn)電壓)偏低，僅2.21～2.56Uxg(最大相電壓)，而有些暫態(tài)過(guò)電壓最大值達(dá)2.5～3.5Uxg，故有暫態(tài)過(guò)電壓承受能差，損壞爆炸率高和壽命短等缺點(diǎn)。
對(duì) 暫態(tài)過(guò)電壓危害有效防護(hù)辦法是加結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定的串聯(lián)間隙將全部暫態(tài)過(guò)電壓限定在保護(hù)死區(qū)內(nèi)，使避雷器免受其危害。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器有此獨(dú)具優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu) 上串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器既有間隙又用氧化鋅閥片，其間隙結(jié)構(gòu)不同于碳化硅避雷器。其間隙數(shù)量少，當(dāng)過(guò)電壓達(dá)到?jīng)_擊放電電壓時(shí)，間隙無(wú)時(shí)延擊穿，同時(shí)因隙距 大動(dòng)作特性穩(wěn)定，可避免碳化硅避雷器間隙帶來(lái)的缺點(diǎn)。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器的間隙已將全部暫態(tài)過(guò)電壓限定在保護(hù)死區(qū)內(nèi)免受其危害，故又可避免無(wú)間隙氧化鋅 避雷器因拐點(diǎn)電壓偏低帶來(lái)的缺點(diǎn)。
2. 串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器試驗(yàn)問(wèn)題
隨著現(xiàn)代防雷技術(shù)的發(fā)展，在小電流接地系統(tǒng)中交流串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器正逐步在變壓器開關(guān)、母線、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、線路、電容器組等電氣設(shè)備得到應(yīng)用。作為電氣設(shè)備本身，同樣存在著閥片性能、參數(shù)設(shè)計(jì)、絕緣材質(zhì)、裝配不良、密封缺陷等問(wèn)題;掌握其性能狀況亦顯得十分必要。對(duì)于中性點(diǎn)非直接接地的3—63KV電力系統(tǒng)中的氧化鋅避雷器，我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)明確規(guī)定其試驗(yàn)項(xiàng)目為：1.絕緣電阻;2.直流1mA下的電壓U1mA及75%U1mA下的電流。眾所周知，該規(guī)程關(guān)于氧化鋅避雷器的試驗(yàn)項(xiàng)目是源于《交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器》(GB11032—89)的規(guī)定要求，是針對(duì)交流無(wú)間隙氧化鋅避雷器的�！兑�(guī)程》規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目是否適用帶串聯(lián)間隙的氧化鋅避雷器值得商榷。
《規(guī)程》規(guī)定碳化硅避雷器FS系列的試驗(yàn)項(xiàng)目為1.絕緣電阻;2.工頻放電。FCD系列試驗(yàn)項(xiàng)目為1.絕緣電阻;2.電導(dǎo)電流。結(jié)合無(wú)間隙氧化鋅避雷器和有間隙碳化硅避雷器因結(jié)構(gòu)不同而在試驗(yàn)上的不同，我們認(rèn)為目前在小電流接地系統(tǒng)中廣泛使用的帶串聯(lián)間隙的氧化鋅避雷器試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)為1.絕緣電阻;2.工頻放電。對(duì)于一些為了解決電壓分布問(wèn)題，而在間隙兩側(cè)并聯(lián)電阻的串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器還應(yīng)做電導(dǎo)電流。
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