避雷針的原理及其分類

1、避雷針風(fēng)能101聶偉 李云 潘蓉 呂朋 高海波 徐發(fā)杰避雷器 避雷器的作用：把閃電從保護(hù)物上方引向自己并安全地通過(guò)自己泄入大地 避雷器應(yīng)與設(shè)備并聯(lián)，裝在被保護(hù)設(shè)備的電源一側(cè) 正常工作電壓下（1）避雷器相當(dāng)于一個(gè) 絕緣體；（2）流過(guò)的電流僅有 微安級(jí)。 過(guò)電壓下 （1）避雷器阻值急劇減??； （2）流經(jīng)避雷器的電流瞬間增大至數(shù)千安培； （3）避雷器處于導(dǎo)通狀態(tài)，釋放過(guò)電壓能量， 有效限制過(guò)電壓對(duì)輸變電設(shè)備的侵害。工作原理避雷器的保護(hù)作用原理避雷器的主要種類 避雷器按其發(fā)展的先后可分為： 保護(hù)間隙避雷器形式最簡(jiǎn)單的避雷器 管型避雷器也是一個(gè)保護(hù)間隙，但放電后自行滅弧 閥型避雷器是將單個(gè)放電間隙分成許

2、多短的串聯(lián)間隙，同時(shí)增加了非線性電阻，提高了保護(hù)性能 磁吹避雷器利用磁吹式火花間隙，提高了滅弧能力，同時(shí)還具有限制內(nèi)部過(guò)電壓能力 氧化鋅避雷器利用了氧化鋅閥片理想的伏安特性（非線性極高，即在大電流時(shí)呈低電阻特性，限制了避雷器上的電壓，在正常工頻電壓下呈高電阻特性），具有無(wú)間隙、無(wú)續(xù)流電壓等優(yōu)點(diǎn)，也能限制內(nèi)部過(guò)電壓，被廣泛使用 保護(hù)間隙避雷器主要用于限制大氣過(guò)電壓，一般用于配電系統(tǒng)、線路和變電所進(jìn)線段保護(hù)。 閥型避雷器與氧化鋅避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護(hù)，在220KV及以下系統(tǒng)主要用于限制大氣過(guò)電壓，在超高壓系統(tǒng)中還將用來(lái)限制操作過(guò)電壓保護(hù)間隙避雷器圖185 角型保護(hù)間隙及其與被保護(hù)設(shè)備的連接

3、1圓鋼；2主間隙；3輔助間隙；4被保護(hù)物；5保護(hù)間隙23 當(dāng)雷電波入侵時(shí)，主間隙先擊穿，形成電弧接地。 過(guò)電壓消失后，主間隙中仍有正常工作電壓作用下的工頻電弧電流（稱為工頻續(xù)流）。對(duì)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)而言，這種間隙的工頻續(xù)流就是間隙處的接地短路電流。由于這種間隙的熄弧能力較差，間隙電弧往往不能自行熄滅，將引起斷路器跳閘，這是保護(hù)間隙的主要缺點(diǎn)，也是其應(yīng)用受限制的原因。此外，由于間隙敞露，其放電特性也受氣象和外界條件的影響 擊穿（breakdown) 絕緣物質(zhì)在電場(chǎng)的作用下發(fā)生劇烈放電或?qū)щ姷默F(xiàn)象叫擊穿。 平常我們使用的驗(yàn)電筆中的氖管發(fā)光，就是氖管兩端的電壓超過(guò)70V而被擊穿 電容器兩端電壓過(guò)高，會(huì)

4、使夾在其中的電介質(zhì)擊穿。 電?。菏且环N能量集中、溫度很大、亮度很大的氣體導(dǎo)電現(xiàn)象。 電弧的產(chǎn)生實(shí)際上時(shí)氣體介質(zhì)在某些因素下，發(fā)生強(qiáng)烈電離，產(chǎn)生很多帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)，由絕緣變?yōu)閷?dǎo)通的過(guò)程。 電弧能成為導(dǎo)電通道，是因?yàn)殡娀〉幕≈鶅?nèi)存在大量的帶電的粒子，這些帶電粒子的定向運(yùn)動(dòng)形成電弧。保護(hù)間隙避雷器 是一種最簡(jiǎn)單的避雷器 形狀：棒形、角形、環(huán)形、球形等。 結(jié)構(gòu)：由主間隙和輔助間隙串聯(lián)而成 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低。 缺點(diǎn)：1）放電特性受環(huán)境影響大，放點(diǎn)分散性大，伏秒特性曲線比較陡，與被保護(hù)設(shè)備的絕緣配合不理想 2）放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生截波，對(duì)有線圈的設(shè)備造成危害。 弧滅能力差，對(duì)于間隙動(dòng)作后流過(guò)的工頻續(xù)流往往不能自行

5、熄滅，將引起斷路器的跳閘應(yīng)用：常用于中性點(diǎn)不直接接地10KV以下的配電網(wǎng)絡(luò)中，一般安裝在高壓熔斷器的內(nèi)側(cè)，以減少變電所線路斷路器的跳閘次數(shù)管型避雷器外間隙將管子與電網(wǎng)隔開(kāi)。原理：雷電過(guò)電壓使內(nèi)外間隙放電，內(nèi)間隙電弧高溫使產(chǎn)氣材料產(chǎn)生氣體，管內(nèi)氣壓迅速增加，高壓氣體從噴口噴出滅弧。優(yōu)點(diǎn)：管式避雷器具有較大的沖擊通流能力，可用在雷電流幅值很大的地方。缺點(diǎn)：管式避雷器放電電壓較高且分散性大，動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生截波，保護(hù)性能較差。應(yīng)用：主要用于變電所、發(fā)電廠的進(jìn)線保護(hù)和線路絕緣弱點(diǎn)的保護(hù)。 閥型避雷器 閥型避雷器由裝在密封瓷套中的間隙（又稱火花間隙）和非線性電阻（又稱閥片）串聯(lián)構(gòu)成，閥片的電阻值與流過(guò)的電流有

6、關(guān)，具有非線性特性，電流愈大電阻愈小閥型避雷器 閥型避雷器分普通型和磁吹型兩類。普通型避雷器的火花間隙由許多如圖188所示的單個(gè)間隙串聯(lián)而成。單個(gè)間隙的電極由黃銅板沖壓而成，兩電極間用云母墊圈隔開(kāi)形成間隙。圖188 單個(gè)火花間隙均壓均壓電阻電阻間隙間隙電容電容閥片閥片電阻電阻原理 避雷器動(dòng)作后，工頻續(xù)流電弧被許多單個(gè)間隙分割成許多段短弧，使其熄滅。閥片電阻是非線性的，因而在很大的雷電壓通過(guò)時(shí)電阻值很小、殘壓不高（不會(huì)危及設(shè)備絕緣）。當(dāng)雷電流過(guò)去之后，在工頻電壓作用下，電阻值變得很大，因而大大地限制了工頻續(xù)流，以利于火花間隙滅弧。利用閥片電阻的非線性特性，解決了既要降低殘壓又要限制工頻續(xù)流的矛盾

7、。 閥型避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護(hù)，在220KV及以下系統(tǒng)主要用于限制大氣過(guò)電壓，在超高壓系統(tǒng)中還將用來(lái)限制操作過(guò)電壓磁吹型避雷器圖1891主間隙2輔助間隙3磁吹線圈4電阻閥片磁吹型避雷器的火花間隙由許多個(gè)串聯(lián)了線圈的間隙串聯(lián)而成，利用磁場(chǎng)使每個(gè)間隙中的電弧產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)（如旋轉(zhuǎn)或拉長(zhǎng)）來(lái)加強(qiáng)去游離，以提高間隙的滅弧能力。磁場(chǎng)是由間隙串聯(lián)的線圈所產(chǎn)生，其原理接線見(jiàn)圖189 。磁吹線圈兩端設(shè)置的輔助間隙的作用，是為了消除磁吹線圈在沖擊電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的壓降而使保護(hù)性能變壞。 與普通閥型避雷器基本相同，增加磁吹放電間隙并采用高溫閥片電阻， 其滅弧性能和通流能力比閥型強(qiáng)。 主要用在330KV以及超高

8、壓變電所的電氣設(shè)備保護(hù)。氧化鋅避雷器 氧化鋅避雷器 其閥片以氧化鋅（ZnO）為主要材料，加入少量金屬氧化物，在高溫下燒結(jié)而成。 氧化鋅閥片具有很優(yōu)異的非線性伏安特性。通常以1mA時(shí)的電壓作為起始動(dòng)作電壓，其值約為其最大允許工作電壓峰值的105115。氧化鋅避雷器原理（1）正常工作電壓下，流經(jīng)電流僅有微安級(jí)（2）當(dāng)遭受過(guò)電壓時(shí)，由于氧化鋅壓敏電阻片的非線性，流過(guò)避雷器的電流瞬間達(dá)數(shù)千安培，避雷器處于導(dǎo)通狀態(tài)，釋放過(guò)電壓能量，使電源線上的電壓控制在安全范圍內(nèi)，從而有效地限制了過(guò)電壓對(duì)輸變電設(shè)備的侵害。 并聯(lián)間隙氧化鋅避雷器 串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器 全密封無(wú)間隙氧化鋅避雷器 瓷外套 復(fù)合外套 復(fù)合絕緣

9、外套的采用，順應(yīng)了國(guó)際電力產(chǎn)品小型化、安全化、免維護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)。高分子有機(jī)復(fù)合材料與傳統(tǒng)的陶瓷和玻璃等無(wú)機(jī)材料相比，具有體積小、重量輕、耐污穢免清掃、防爆防震動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。是集成化、模塊化的中高壓輸變電成套設(shè)備中首選的防雷元件。優(yōu)點(diǎn) （1）無(wú)間隙、無(wú)續(xù)流。在工作電壓下，ZnO閥片呈現(xiàn)極大的電阻，續(xù)流近似為零，相當(dāng)于絕緣體，因而工作電壓長(zhǎng)期作用也不會(huì)使閥片燒壞，所以一般不用串聯(lián)間隙來(lái)隔離工作電壓。（2）通流容量大。由于續(xù)流能量極少，僅吸收沖擊電流能量，故ZnO避雷器的通流容量較大，更有利于用來(lái)限制作用時(shí)間較長(zhǎng)（與大氣過(guò)電壓相比）的內(nèi)部過(guò)電壓。（3）可使電氣設(shè)備所受過(guò)電壓降低。在相同雷電流和相同殘壓下

10、，一般閥型避雷器只有在串聯(lián)間隙擊穿放電后才泄放電流，而ZnO避雷器（無(wú)串聯(lián)間隙）在波頭上升過(guò)程中就有電流流過(guò)，這就可降低作用在設(shè)備上的過(guò)電壓。（4）ZnO避雷器體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便。 目前國(guó)內(nèi)輸電線路主要采用金屬氧化物避雷器(MOA)。氧化鋅避雷器由一個(gè)或并聯(lián)的兩個(gè)非線性電阻片疊合圓柱構(gòu)成。它根據(jù)電壓等級(jí)由多節(jié)組成35110kV氧化鋅是單節(jié)的220kV氧化鋅是兩節(jié)的500kV氧化鋅是三節(jié)的750kV氧化鋅是四節(jié)的。 氧化鋅避雷器缺點(diǎn) 氧化鋅避雷器的損壞主要是爆炸和老化。老化引起的損壞極少，而爆炸事故時(shí)有發(fā)生，且事故率很高，嚴(yán)重影響系統(tǒng)供電。 爆炸事故的特點(diǎn)有：既有大型骨干廠生產(chǎn)的也有小廠生產(chǎn)的：既有國(guó)產(chǎn)的也有進(jìn)口；