氧化鋅避雷器

氧化鋅避雷器是七十年代發展起來的一種新型避雷器，它主要由氧化鋅壓敏電阻構成。 ^[2]  每一塊壓敏電阻從製成時就有它的一定開關電壓（叫壓敏電壓），在正常的工作電壓下（即小於壓敏電壓）壓敏電阻值很大，相當於絕緣狀態，但在衝擊電壓作用下（大於壓敏電壓），壓敏電阻呈低值被擊穿，相當於短路狀態。然而壓敏電阻被擊後，是可以恢復絕緣狀態的；當高於壓敏電壓的電壓撤銷後，它又恢復了高阻狀態。因此，如在電力線上安裝氧化鋅避雷器後，當雷擊時，雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿，雷電流通過壓敏電阻流入大地，可以將電源線上的電壓控制在安全範圍內，從而保護了電氣設備的安全。 ^[3] 

氧化鋅避雷器七大特性： ^[4] 

這主要體現在避雷器具有吸收各種雷電過電壓、工頻暫態過電壓、操作過電壓的能力。

氧化鋅避雷器是用來保護電力系統中各種電器設備免受過電壓損壞的電器產品，具有良好保護性能。因為氧化鋅閥片的非線性伏安特性十分優良，使得在正常工作電壓下僅有幾百微安的電流通過，便於設計成無間隙結構，使其具備保護性能好、重量輕、尺寸小的特徵。當過電壓侵入時，流過閥片的電流迅速增大，同時限制了過電壓的幅值，釋放了過電壓的能量，此後氧化鋅閥片又恢復高阻狀態，使電力系統正常工作。

避雷器元件採用老化性能好、氣密性好的優質複合外套，採用控制密封圈壓縮量和增塗密封膠等措施，陶瓷外套作為密封材料，確保密封可靠，使避雷器的性能穩定。 ^[4] 

主要考慮以下三方面因素：承受的地震力；作用於避雷器上的最大風壓力；避雷器的頂端承受導線的最大允許拉力。

無間隙氧化鋅避雷器具有較高的耐污穢性能。

國家標準規定的爬電比距等級為：II級 中等污穢地區：爬電比距20mm/kv；III級 重污穢地區：爬電比距25mm/kv；IV級 特重污穢地區：爬電比距31mm/kv。

長期運行的可靠性取決於產品的質量，及對產品的選型是否合理。影響它的產品質量主要有以下三方面： 避雷器整體結構的合理性； 氧化鋅閥片的伏安特性及耐老化特性； 避雷器的密封性能。

由於電力系統中如單相接地、長線電容效應以及甩負荷等各種原因，會引起工頻電壓的升高或產生幅值較高的暫態過電壓，避雷器具有在一定時間內承受一定工頻電壓升高能力。 ^[3] 

每種避雷器各自有各自的優點和特點，需要針對不同的環境進行使用，才能起到良好的絕緣效果。避雷器在額定電壓下，相當於絕緣體，不會有任何的動作產生。當出現危機或者高電壓的情況下，避雷器就會產生作用，將電流導入大地，有效的保護電力設備。 ^{[5]  [4]} 

氧化鋅避雷器按額定電壓值來分類，可分為三類： ^[5] 

高壓類：其指66KV以上等級的氧化鋅避雷器系列產品，大致可劃分為1000kV、750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV七個等級。

中壓類：其指3kV～66kV（不包括66kV系列的產品）範圍內的氧化鋅避雷器系列產品，大致可劃分為3kV、6kV、10kV、35KV四個電壓等級。

低壓類：其指3KV以下（不包括3kV系列的產品）的氧化鋅避雷器系列產品，大致可劃分為1kV、0.5kV、0.38kV、0.22kV四個電壓等級。

氧化鋅避雷器按標稱放電電流可劃分為20、10、5、2.5、1.5kA五類。

氧化鋅避雷器按用途可劃分為系統用線路型、系統用電站型、系統用配電型、並聯補償電容器組保護型、電氣化鐵道型、電動機及電動機中性點型、變壓器中性點型七類。

氧化鋅避雷器按結構可劃分為兩大類。

瓷外套：瓷外套氧化鋅避雷器按耐污穢性能分為四個等級，Ⅰ級為普通型、Ⅱ級為用於中等污穢地區（爬電比距20mm/KV）、Ⅲ級為用於重污穢地區（爬電比距25mm/kV）、Ⅳ級為用於特重污穢地區（爬電比距31mm/kV）。

複合外套：複合外套氧化鋅避雷器是用複合硅橡膠材料做外套，並選用高性能的氧化鋅電阻片，內部採用特殊結構，用先進工藝方法裝配而成，具有硅橡膠材料和氧化鋅電阻片的雙重優點。該系列產品除具有瓷外套氧化鋅避雷器的一切優點外，另具有絕緣性能好、高的耐污穢性能、良好的防爆性能以及體積小、重量輕、平時不需維護、不易破損、密封可靠、耐老化性能優良等優點。 ^[2] 

氧化鋅避雷器按結構性能可分為：無間隙（W）、帶串聯間隙（C）、帶並聯間隙（B）三類。

國家標準規定，系統供電端電壓應略高於系統的標稱電壓(或額定電壓)Un的K倍，即K=Um/Un(Um是系統最高電壓)。電氣設備的絕緣應能在Un下長期運行。220kV及以下系統的K為1.15，330kV及以上系統的K=1.1。避雷器設計的初期也遵守上述原則。

氧化鋅避雷器之前是SiC避雷器。10kV及以下SiC避雷器的滅弧電壓設計是定在系統最高運行電壓的1.1倍;35kVSiC避雷器的滅弧電壓等於系統最高電壓;110kV及以上SiC避雷器的滅弧電壓為系統最高電壓的80%。對應以上的倍數分別有110%避雷器、100%避雷器和80%避雷器。 ^[6] 

我國使用氧化鋅避雷器初期，其額定電壓是以SiC避雷器的滅弧電壓為參考作設計的。早期的6kV、10kV和35kV避雷器均遵守上述原則，如：Y5WR-7.6/26、Y5WR-12.7/45、Y5WR-41/130。

從安全運行角度，避雷器的額定電壓的選擇還應遵守如下原則：

（1）氧化鋅避雷器的額定電壓，應該使它高於其在安裝處可能出現的工頻暫態電壓。在110kV及以上的中性點接地系統中是可以按上述方法選擇的。

（2）在110kV及以下的中性點非直接接地系統中，電力部門規程規定在單相接地情況下允許運行2h，有時甚至在斷續地產生弧光接地過電壓情況下運行2h以上才能發現故障，這類系統的運行特點對氧化鋅避雷器在額定電壓下安全運行10s構成嚴重威脅。且氧化鋅避雷器與SiC避雷器結構、設計不同(後者是有間隙滅弧，前者沒有間隙或者只有隔流間隙)，使得實踐中氧化鋅避雷器出現熱崩潰甚至嚴重的爆炸事故。面對這種情況，許多供電局、電力設計院根據各地的電網條件提出了許多類型的額定電壓值(如14.4kV，14.7kV等)。而在多次國標討論稿中動作負載試驗中耐受10s的額定電壓規定提高至1.2～1.3倍，使氧化鋅避雷器對中性點非直接接地系統工況的適應能力有所提高。

而由於氧化鋅避雷器的額定電壓選擇過低，使避雷器在單相接地過電壓甚至許多暫態過電壓下工作出現安全事故。電力部安全監察及生產協調司早在1993年10月30日第十七期安全情況通報上就對避雷器提出修改意見。

而在通報發佈與新標準修訂的過渡階段，對中性點非接地系統的氧化鋅避雷器額定電壓、持續運行電壓的選擇提出瞭如下設計規則：額定電壓在參考SiC避雷器滅弧電壓設計基礎上乘以1.2-1.3倍，持續運行電壓為系統運行最高線電壓

上述基本數據由於沒有統一標準，避雷器廠家及使用單位在設計製造中會有出入。 ^[4] 

在我國2000年新標準中(GB11032-2000)，額定電壓的選擇上述1.2-1.3倍原則得到了認可，但持續運行電壓的選擇則出現了新規定：從反映避雷器使用壽命的參數1.5Un//U1mA作為參考值選擇(設計)避雷器持續運行電壓。以國內避雷器的設計、製造水平，一般?值為80%，故持續運行電壓選擇為額定電壓的0.8倍。這一點我們從伏安曲線的小電流區上看，是有根據的。

這樣，在實踐中根據具體條件進行模擬計算或按經驗慣例對避雷器進行選型時，應考慮單相接地運行1h的過電壓水平。但用户中的技術協議甚至電力設計院圖紙中出現了許多與上述值有細微差別的額定電壓值，我認為是不必要的(如10kV中出現16.5kV、16.7kV等)。理由是實際設計避雷器過程中，額定電壓值在伏-安曲線中是在小電流區裏面，均小於U1mAAC值，追求細微之差在實際避雷器設計中得不到實現;另外從下面論述可知，按照新國標要求選擇才能在許可過電壓下安全使用(這是指不接地系統)。 ^[1] 

（1）額定電壓的選擇應按施加到避雷器端子間的最大允許工頻電壓有效值選擇、設計，此時能在所規定的動作負載試驗中確定的暫態過電壓下正確地工作。持續運行電壓的選擇必須是允許持久地施加於避雷器端子間的有效值。此時工頻放電電壓要足夠高，以免在被保護設備的絕緣能耐受不需保護的操作過電壓下動作，延長使用壽命，且必須考慮到我國現階段製造氧化鋅避雷器的荷電率與殘壓的實際水平。

（2）凡是工頻電壓升高較嚴重的處所或是設備絕緣試驗電壓較高的條件所允許，就應選擇較高的氧化鋅避雷器額定電壓。工頻參考電壓的選擇應等於或大於額定電壓。這兩點在新國標要求中都較好地滿足，下面計算也可發現是滿足過電壓要求的。國標要求，要保證單相接地運行2h不動作。最嚴重情況是當單相接地與甩負荷同時發生，此時理論計算可能出現的最大過電壓為1.99倍，則選取的氧化鋅避雷器容許持續運行電壓UC(有效值)如下：

國標按荷電率為0.8選取額定電壓(即Ur≈1.25 UC)，均滿足要求。如果按躲開概率較高的弧光接地和諧振過電壓，則額定電壓應滿足：再按?=0.8選擇持續運行電壓，也滿足要求。

綜上所述，避雷器選型問題的主要難點是確定暫時過電壓的範圍問題，既要保證在較高的操作過電壓及大氣過電壓下安全、可*地動作，又要保證在暫時過電壓下閥片不動作。現階段避雷器的選型和設計必須保證2h單相接地時出現的系統最高過電壓氧化鋅避雷器不動作，否則氧化鋅避雷器會出現熱崩潰甚至爆炸事故。故在不接地系統中按照新要求選擇是合適的。但在經消弧線圈接地的電容器裝置中，接地過電壓會低許多，這時可根據實際模擬計算選擇較低的額定電壓及持續運行電壓使氧化鋅避雷器在較低的操作過電壓下動作，保護電容器裝置，但如果不方便模擬，也可按不接地系統選擇，因電容器極對地絕緣已考慮能滿足單相接地2h要求。在小於額定電壓下工作，避雷器不動作也不會導致過電壓損害電容器裝置。 ^[6] 

總之，這是由於氧化鋅閥片不帶串聯間隙直接串聯，導致氧化鋅避雷器電阻片不能承受甚至超過1.99倍的過電壓，導致以SiC滅弧電壓作為參考選擇的氧化鋅避雷器額定電壓不能滿足要求，必然要升高才能保證避雷器安全工作，如沒有實際模擬數據，以國家標準精神中體現的推薦值較合適，因為它滿足了極限要求。

氧化鋅避雷器均裝設了在線泄漏電流表，以此來監視避雷器的運行狀況。在線泄漏電流表反映的是通過瓷套外絕緣和避雷器閥片的電流。 ^[4] 

（1）避雷器的在線泄漏電流表讀數異常增大。避雷器內部受潮主要是密封不良引起的。潮氣的來源有：在避雷器生產過程中，安裝環境濕度超標；閥片及內部零部件烘乾不徹底，有部分潮氣滯留；裝配時將密封圈漏放、放偏；或在密封圈與瓷套密封封面之間夾有雜物；運行一段時期後密封部件損壞造成進潮。

（2）避雷器的在線泄漏電流表讀數降低甚至為零。 ^[7]