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1、雷电与现代防雷技术基础 第六章 避雷器与避雷元器件 避雷器，又叫做过电压限制器，它的作用是把已侵 人电力线、信号传输线的雷电高电压限制在一定范围之 内，保证用电设备不被高电压冲击击穿。常用的避雷器 种类繁多，但归纳起来可分为为四大类:(1)阀型;(2)放电 间隙型;(3)高通滤波型;(4)半导体型。根据用途分为两大 类，即电力避雷器和电信避雷器。本章主要介绍电力避 雷器和电信避雷器的基本工作原理、分类、应用。 6.1 电力避雷器 6.1.1 避雷器的基本要求 1、电力避雷器： 用在电力输配线路上限制操作引起的内部 过电压或雷电过电压的装置。 2、一般工作原理： 当作用电压超过电力避雷器的放电电
2、压时 ，避雷器即先放电，限制了过电压；放电体结 束，绝缘强度能自己恢复，保证电力设备正常 运作。 n防雷器在纳秒内导 通，将脉冲电压短 路于地泄放，后又 恢复为高阻状态， 从而不影响用户设 备的供电。 设 备 n当电网由于雷击出 现瞬时脉冲电压时， 防雷器在纳秒内导通 。 （1）伏秒特性：指电压与时间的对应关系。 （2）工频续流：指雷电压或过电压放电结束 ， 但工频电压仍作用在避雷器上，使其流过的工频 短路接地电流。 （3）绝缘强度自恢复能力：电气设备绝缘强度 与时间的关系，即恢复到原来绝缘强度的快慢。 （4）避雷器的额定电压：把工频续流第一次过 零后， 间隙所能承受的，不至于引起电弧重燃的
3、最大工频电压，又称电弧电压。 3、电力避雷器的涉及的几个指标 4、对电力避雷器的基本要求 （1）避雷器的伏秒特性的上 限不得高于电气设备的伏特 特性的下限。 （2）要求避雷器间隙绝 缘强度的恢复程度高于避 雷器上恢复电压的增长程 度。 避雷器的伏秒特性 电气设备的最高工频电压 电气设备的伏秒特性 绝缘强度恢复低于 绝缘强度恢复高于 避雷器恢复电压 工频电压 5、电力避雷器按放电类型分类： 保护间隙，排气式避雷器、阀型避雷器， 氧化锌避雷器。 （3）辅助间隙的作用：为防止主间隙被外物 短接而造成接地短路事故 （2）主间隙采用角形， 使工频续流电弧在自 身电动力和热气流的作用下，易于上升被拉 长而
4、自行熄灭。 1、结构：常见面形保护间隙避雷器 6.1.2 保护间隙 主间隙 辅助 间隙 （1）由主间隙和辅助间隙构成。 （4）等效电路 主间隙 辅助间隙 2、应用：常用于中性点不直接接地10KV 以 下的配电网络中，一般安装在高压熔断器的 内侧，以减少变电所线路断器的跳闸次数。 （5）主要不足点是强 大的冲击电流会造成 三相变压器的相间绝 缘损坏。 （1）由产气管、内部间隙，外部间隙三部分组成 ，并密封在瓷管内。 （2）外部间隙的作用：使产气管在正常运作时隔 离工作电压和内部电压。 （3）内部间隙和产气管共同作用：产生高压气体 吹动电弧，使工频续流第一次过零时熄灭。 （4）等效电路 2、应用：
5、常用于输电线，大跨 距，变电所进线段 。而变电所 内设备不用它来作防雷。 （5）主要不足点是强大的冲 击电流。 6.1.3排气式避雷器 1、结构 6.1.4 阀型避雷器 1.结构： （1）由放电间隙和非线形电阻阀片组成，并密封在瓷 管内。 （2）放电间隙是由若干个标准单个放电间隙（间隙电 容）串联而成，并联一组均压电阻，可提高间隙绝缘 强度的恢复能力。 （3）非线形电阻阀片也是由 许多单个阀片串联而成，其 静态伏安特性（如图），可 限制工频续流，雷电流通过 时，端部不会出现很高的电 压，改善避雷器保护性能。 （4）等效电路 2、应用：目前常用的避雷器，主要分低压（FS） ，高压（FZ）两种阀型
6、避雷器，可根据输电，配 电网络的电压大小灵活选择使用。 间隙电容 均压电阻 阀片电阻 6.1.6 复合磁吹阀型避雷器 主要用在超高压系统的线路中 。 与普通阀型避雷器基本相 同，增加磁吹放电间隙并采用 高温阀片电阻，其灭弧性能和 通流能力比阀型强。主要用在 330KV以及超高压变电所的电 气设备保护。 6.1.5 磁吹阀型避雷器 等效电路 阀片电阻 主火花间隙 辅助间隙 均压电阻 磁吹线圈 等效电路 主间隙 并联间隙 6.1.7 氧化锌避雷器 阀片由微小氧化锌晶粒 为主要材料，加入一些金属 氧化 粉 ，经过加工成氧化锌 电阻片。 2、并联间隙氧化 锌避雷器 氧 化 锌 电 阻 间隙 3、串联间
7、隙氧化锌 避雷器 氧化锌 电阻 4、全密封无间隙氧化锌避雷器 1、伏安特性 高压避雷器 高压避雷器参数 规规格型号 避雷器额 定电压 KV 系统标 准电 压（有效值 ）KV 持续运行电 压（有效值 ）KV 支流1mA参考 电压 （不小于 )KV 标称放电流下 残压不大于 KV 陡波冲击残压 （不大于） KV 2ms操作通流 容量 电流 A.18次 Y5WS-17/50 17 10 12.7 26.0 50 57.5 100 HY5WS-17/50 17 10 12.7 26.0 50 57.5 100 Y5WS-12.7/50 12.7 10 6.6 26.0 50 57.5 100 HY5W
8、S-12.7/50 12.7 10 6.6 26.0 50 57.5 150 规规格型号 避雷器额定 电压 KV 系统标 准电 压（有效值 ）KV 持续运行电 压（有效值 ）KV 支流1mA参考 电压 （不小 于)KV 标称放电流 下残压不大于 KV 陡波冲击残 压（不大于） KV 2ms操作通流 容量 电流 A.18次 Y5WS-10/30 10 6 4.0 15 30 34.5 100 HY5WS- 10/30 10 6 4.0 15 30 34.5 100 Y5WZ- 51/134 51 35 40.8 73 134 154 400 HY5WZ- 51/134 51 35 40.8 73
9、 134 154 400 低压避雷器（氧化锌） 规规格型号 避雷器 额额定电电 压压KV 系统标统标 准 电压电压 （有 效值值） KV 持续续运行 电压电压 （有 效值值） KV 支流1mA参 考电压电压 （ 不小于)KV 标标称放电电 流下残压压 不大于KV 陡波冲击击 残压压（不 大于）KV 2ms操作 通流容量 电电流A.18 次 HY1.5W-0.5/2.6 0.5 0.38 0.42 1.2 2.6 / 75 HY1.5W- 0.28/1.3 0.28 O.22 0.24 O.6 1.3 / 75 6.2 电信避雷器 6.2.1概述 1、电信避雷器：用在通信系统中，保护通 信设备，
10、限制 雷击产生的高压浪涌或过电压的装 置。 2、特点：动作电压较低，无工频续流，响 应时间快，体积小。 3、主要性能指标及要求 （1）静电放电电压，一般限定在250500V 范围 ； （2）动作电压，应不超过5001000V（峰值）； （3）最小冲击次数 放电次数 峰值电流（A） 波形（us） 3 5000 5/100 20 1000 5/100 500 50 10/1000 （4）耐雷能力，即应尽可能高通过能量； （5）动作的对称性； （6）具有自动防止故障的特性； （7）漏电导和电容必须低； （8）对温度，湿度，腐蚀和灰尘的作用应进行检测 。 4、分类（按作用场合）：电源避雷器，天馈避雷
11、器，信号避雷器。 6.2.2 电源避雷器 1、作用：抑制雷电过电压波侵入电子设备 2、电源避雷器特性要求 （1）雷电通流容量大（可达10、40、100KA） ； （2）对雷电过电压能量的吸收能力强（ 150KHz 20MHz），雷电残压低； （3）响应时间快（5 20ns）； （4）性能稳定。 （1）动态断路器，热感断路器，压敏电阻组成。 （2）增加气体放电管 （3）压敏电阻，热感断路器，蠕缓放电火花隙 动态断路器 热感断路器 压敏电阻气体 放电 管 蠕缓放 电火花 隙 4.有关参数（见教材表3.15） 3、结构：采用氧化锌压敏电阻为主要元件，有三 种基本电路构成形式。 5 5、应用应用 （1
12、 1）电源避雷器的典型应用 1装置的电源; 2配电盘; 3总接地端或总接地连接带; 4、 4a、 F 电源避雷器; 5电涌保护器的接地连接，5a 或5b; 6需要保护的设备; 7剩余电流保护器，可位于母 线的上方或下方; RA本装置的接地电阻; RB供电系统的接地电阻。 L1 L2 L3 PE N N 1 RBRA I 2 7 F 4 6 3 5a 5b 4a （2）TT系统中的应用 （3）TN系统中的应用 1装置的电源; 2配电盘; 3总接地端或总接地连接带; 4、 F 电源避雷器; 5电涌保护器的接地连接，5a或 5b; 6需要保护的设备; 7PE与N的连接带; RA本装置的接地电阻; R
13、B供电系统的接地电阻。 L1 L2 L3 PE N PEN 1 RBRA 2 7 F 4 6 3 5a 5b 1装置的电源; 2配电盘; 3总接地端或总接地连接带; 4、 F 电源避雷器; 5电涌保护器的接地连接，5a 或5b; 6需要保护的设备; 7剩余电流保护器; RA本装置的接地电阻; RB供电系统的接地电阻。 L1 L2 L3 PE 1 RBRA 2 7 F 4 6 3 5a 5b I 开路或接 （4）IT系统中的应用 （5）在TN-C-S电源系统中的安装示意图 LPZ = 防雷保护区 SEB =配电柜 EBB =等电位连接排 PEN kWh EBB L1 L2 L3 PE N SEB
14、电表 主配电柜 分配电柜 设备 避雷器 避雷器 避雷器 EBB LPZ 0LPZ 1LPZ 2 （6）在TNS电源系统中的安装示意图 LPZ = 防雷保护区 SEB =配电柜 EBB =等电位连接排 PE kWh EBB L1 L2 L3 N PE SEB电表 主配电柜 分配电柜 设备 避雷器 避雷器 避雷器 EBB LPZ 0LPZ 1LPZ 2 N 安装示例 6.2.3 天馈避雷器 1、作用：抑制从天线及馈线上的感应雷及过电压，保 护现代微电子器件组成的电子设备。 3.目前专用的天馈避雷器 （1）采用 g/4 短路线， 信号带宽窄，但工作频率 上限可达2GHz 。 2、简单天馈避雷器：常用
15、锯齿状 ，针状的保护间隙结构，寿命与维 护有关，长期不维护会起不到避雷 作用。 （2）并联电感和压敏电阻， 带宽受电感限制，工作频率 上限1GHz 。 （3）并接气体放电管，工作 频率上限10GHz ，但避雷效果 有限。 4）微带型和同轴型天馈避雷器，采用微波传 输线原理设计，等效电路原理图，实质上等 效为一个高通滤波器。 高压隔直电容 4、常用天馈避雷器的性能及参数（见教材表3.16） 例某型号 （1）插入损耗 1dB （2）驻波系数 1.2 （3）工作频率 DC2000MHz （4）传输功率 100W （5）雷电通流量（8/20us） 100KA TEK 50N-MF-CO天馈线避雷器 型号流通 容量 频率 范围 功率驻波 系数 插损通过 能量 连接 头 动作 时间 50N- MF- CO-A 50KA125M- 1GHz 100W1.1to 1 0.1d B 600 J N2.5nS 宽广的频率范围 极小的插入损耗 多次抗雷击能力 不受天气影响 抑制通信号系统中各类信号线、控制数据线上的 过电压，保护现代微电子器件组成的电子设备。 用放电管和嵌位二极管组成混合 型保安器。嵌位二极管动作灵敏，放 电管通流能力大，相当于两级保护。 6.2.4 信号避
