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1、避 雷 器 试 验 一、避雷器的作用 二、避雷器的型式、基本结构和特 性参数 三、避雷器在运行中的预防性试验 一、避雷器的作用 电力系统运行的电气设备除了承受正常运 行电压下的工频电压外，有时还会遭受到暂时 过电压、操作过电压和雷电过电压的作用。由 于雷电过电压和操作过电压的幅值均会超过电 力设备的绝缘耐受水平，在过电压的冲击下， 会使设备绝缘损坏而导致设备发生事故。因此 必须采取综合措施来限制电力系统中的过电压 。避雷器就是电力系统防雷保护措施之一。 电力系统过电压可分为三类： 1. 暂时过电压：这类过电压一般由单 相接地、甩负 荷或谐振等原因引起，持续时间较长。 2. 操作过电压：正常操作
2、或故障时，会使系统由一种 稳定状态转变为另一种稳定状态而产生的电磁暂态过 程，从而产生过电压。 3. 雷电过电压：它分为以下三种： 1）感应雷过电压。Ug=25 Id h/s Id- 雷电流幅值 ；s-距离 2）雷直击输电线路的导线或架空地线的雷电过电压。 3）雷击杆塔引起的反击过电压。由于杆塔本身的电感 和接地电阻的存在雷电流在杆塔导体电阻形成的压降 产生的反击电压，通常要求杆塔接地电阻小于10欧姆 。 为了使避雷器达到预期的保护效果，必须满足两个 基本要求： 1、绝缘强度的合理配合 要求 避雷器的冲击放电电压必须在一个确定的范围内 才能发挥保护作用。避雷器的冲击放电电压如果高于电 气设备的
3、绝缘水平，电气设备就会损坏，避雷器就没有 起到保护作用。雷电波的波形一般是：波头时间为1.2或 1.5微秒；波尾时间为45微秒。 例如：10kV变压器的工频耐受电压为35kV，雷电冲击耐 受电压为75kV；截波耐受电压为85kV。 截波是指外间隙的放电，突然将冲击波截断称为截 波，截波对有绕组的设备非常不利，因为di/dt的变化率 太大，对匝间绝缘容易损坏，因此电气设备有一定的耐 受截波的能力。 2、绝缘强度的自恢复能力 避雷器一旦在冲击电压作用下放电，就会 造成电力系统对地短路，因为瞬间的雷电过电 压虽已消失，但工频电压（工作电压）却相继 作用在避雷器上，使其开始通过工频短路电流 入地，这样
4、发生的工频电流通常称为工频续流 ，它以电弧放电的形式出现。 避雷器应当具有自行切断工频续流和恢复 绝缘强度的能力使电力系统得以继续正常工作 。 二、避雷器的型式、基本结构、工作原理 避雷器的型式：按结构分为保护 间隙和管型避雷器、阀型避雷器：配 电型FS、变电站型FZ、磁吹型阀式避 雷器FCZ、保护旋转电机的FCD和金 属氧化物避雷器（Zn0）Y5W-100/260 。 从结构看：普通阀型避雷器是由 串联间隙、并联电阻和阀片电阻组装 在密封的瓷套内，应有良好的密封。 FZ、FCZ型避雷器工作原理 以下分析避雷器的工 作原理： 阀片的伏安特性：阀 片的电阻值是随着电压的 高低而改变阻值，电压高
5、电流大，电压低电流小， 雷电电压高，阻值小，雷 电流顺利通过，当工频电 压 作用时，阻值变大，限 制了工频续流，为间隙提 供熄灭电弧条件，避雷器 完成一次放电过程，它的 伏安特性如图所示： 用公式表示则为：U=CIa I-避雷器的电流 C- 材料的常数，也和阀片的截面和高度有关； a-非线性系数，其值小于1，一般在0.2左右， a 愈小说明阀片的非线性程度愈高。（并联电阻的非线性 系数一般在0.3-0.5范围。 采用非线性电阻的另一个优点是阀片的伏安特性， 工频电压低时电阻大，冲击电压高时电阻小，很大的雷 电流I流过非线性电阻呈现很大的电导率，使避雷器上的 残压Uc不致过高。 当雷电流过去后，
6、加在阀片电阻上的电压是工频电 压Ux时，非线性电阻变大，将工频续流Ix限制到很小的 数值，为工频续流过零时熄灭电弧创造条件，完成了一 次放电过程。非线性电阻像阀门一样，起着自动调节电 流的作用，这就是阀型避雷器的由来。 在雷电冲击电压作用下，由于雷电波头 时间短1.5微秒，频率高相当于兆赫兹，电极 对地、对高压端盖部分寄生电容的影响，电压 在各个间隙上的分布是不均匀，同时也受瓷套 表面的脏污影响比较大，外瓷套电压分布改变 时，间隙串的电压分布也随着改变，在工作电 压下的放电不稳定，（不允许在工频电压作用 下放电）在此情况下避雷器不能正常工作，必 须在串联间隙上并联电阻，使间隙之间的电压 分布均
7、匀，各个间隙的电压基本相同，也称为 均压电阻 。在工作电压作用下并联电阻和阀 片流过正常的工作电流，电流是150-350微安 之间。 碳化硅避雷器（FS、FZ、FCZ ）的电气特性参数： 1、雷电冲击放电电压（幅值，kV ） 2、工频放电电压（有效值 kV） 3、灭弧电压（有效值 kV） 指电弧熄灭 时的电压。 4、额定电压（系统的运行电压kV ） 5、残压（波形10/20微秒 幅值 kV ） 6、荷电率表达式：正常施加电压的幅 值（UC /U1mA）100% 荷电率一般取60%，荷电率高了，会加 速阀片的老化，使用寿命短，有时会引 起事故。 阀型避雷器的特点 当雷电电压作用在避雷器时，避雷器
8、内间隙放 电，将雷电流泻放到大地（接地装置）散流。 雷电流泻放后工频电流引下来（称工频续流） ， 在工频续流过零时电弧熄灭，避雷器完成一次 放电过程。它的特点是电压高时电阻小； 电压低时电阻大，主要是阀片非线性特 性决定的。类似于阀门一样。 阀型避雷器试验 避雷器在制造组装过程中可能带进的潮 气；在运输过程中受损或并联电阻震断 、外部瓷套碰伤以及并联电阻和阀片在 运行中的老化；运行时间过长出现劣化 等情况，必须进行性能指标的试验。 普阀型避雷器试验项目： 1、绝缘电阻测试（2500伏摇表），绝缘 电阻数值一般在1000欧姆左右，与电压 等级有关，与历次实验比较 二、泄漏电流试验 需要高压直流发
9、生器，根据避雷器的电 压等级进行试验。施加电压标准根据规 程要求进行测试，试验合格与否也是依 据规程标准。测试结果完成后，进行非 线性系数的计算，再判断是否符合规程 要求。具体试验接线可以参照书中的接 线图。 FS避雷器试验 FS避雷器没有并联电阻仅做工频放电电 压试验实验接线图如下：10kV在26-31kV FZ、FCZ避雷器试验 试验项目：1、绝缘电阻；2直流泄漏电 流； 标准：400-600微安； 非线性系数的计 算；分析判断试验结果，根据规程要求 进行分析判断，非线性系数的判断是否 合格。 阀型避雷器电气参数 金属氧化物避雷器（zNo） 金属氧化物避雷器一般是无间隙的，内部 结构是由金
10、属氧化物阀片电阻以串联和并联的 方式，组装在密封的纯瓷套中或硅橡胶的外绝 缘瓷套。串联是指阀片串成一个圆柱体型，放 在瓷套内，顶部和低部用弹簧压紧阀片不能松 动（不能偏离圆柱体）。如果放电容量很大， 需要进行双柱或多柱阀片并联使用，并联多柱 的阀片必须进行多柱的搭接，使其每柱阀片流 过的电流均匀。多柱阀片的避雷器大部分使用 在电压等级较高的系统中，因为在超高压系统 中的操作过电压，对绝缘是有危害的，所以需 要用无间隙金属氧化物避雷器进行保护。（炭 化硅避雷器不能保护操作过电压，只能保护雷 电过电压，因为雷电过电压时间短微秒级，操 作过电压是毫秒级，时间长、能量大，磁吹避 雷器也可以保护操作过电
11、压。） 无间隙金属氧化物避雷器保护的特点是： 系统出现的各种过电压只要超过氧化锌避雷器 的起始动作电压（拐点电压是工频参考电压） ，避雷器就动作，将雷电冲击或操作冲击的电 压幅值限制在设备绝缘耐受的水平。 例如：10kV 变压器的雷电冲击耐受水平： 75kV；截波耐受电压85kV；工频耐受电压： 30kV。直流1mA参考电压为24-25kV（25kV是 配电型） 10kV氧化锌避雷器的持续运行电压13.6kV ；额定电压是17kV；直流1mA参考电压起始动 作电压是24kV。雷电冲击残压是45kV 无间隙避雷器的起始动作电压为 氧化锌避雷器的伏安特性曲线 氧化锌避雷器特性参数 1、持续运行电压
12、（kV）有效值； 2、氧化锌避雷器额定电压（kV）有效值 。 3、雷电冲击残压（kV）峰值； 4、工频参考电流（mA）峰值； 5、工频参考电压（kV）有效值； 6、 1mA直流参考电压（kV）和 75%U1 mA下的泄漏电流。 氧化锌避雷器的型号说明 接 地 装 置 一、接地装置的作用： 在电力系统中为了工作和安全的需要常需要将 电力系统及其电气设备的某些部分与大地连接，这 就是接地。 例如为了降低设备的绝缘水平，我国在110kV 及以上的电力系统中采用中性点直接接地的运行方 式，这种接地称为工作接地； 在发电厂、变电站和输电线的杆塔都埋设接地 装置，正常情况下流过工作接地电极的电流是不大 的
13、不平衡电流，只是在系统发生接地故障时才会流 过高达数十千安的短路电流。 为了避免雷电的危害，避雷针、避雷线、避雷器等 防雷设施都必须配以相应的接地装置以便把雷电流导入 大地中，这种接地称为防雷接地。流过防雷接地体的是 时间很短（一般为数十微妙）的雷电流，其值有时可达 数十至数百千安，称为防雷接地。 为了保证人身安全，电气设备的外壳必须接地，这 种接地称为保护接地。 当电气设备绝缘损坏而使外壳带电时，流过保护接 地的故障电流应使相应的保护装置动作，切除已损坏的 设备，从而避免因电气设备外壳带电而造成触电事故。 为了防止静电对发电厂的易燃油、可燃油、天然气 储罐等的危险作用而设置的接地，称为防静电
14、接地。 任何接地极都存在接地电阻。接地电阻是电流I经 接地极流入大地时，接地电极的电位V对I的比值，它主 要是大地所呈现的电阻，接地电阻的大小除了和大地的 结构、土壤电阻率有关外，还和接地体的几何尺寸和形 状有关，在雷电冲击电流流过时还和流过接地体的冲击 电流的幅值和波形有关。 由于土壤电阻的存在，电流自接地极经周围土壤流 散时，会在土壤中产生压降并形成一定的地表分布；见 图：当有电流通过接地体时，将使接地极及周围的土壤 发热；电流在接地电阻上的压降将引起接地极电位升高 ，可能使设备受到反击过电压的作用而损坏；电流离开 接地体在地中扩散时，在地面上出现的电位梯度会使人 体遭受接触电压和跨步电压
15、的作用，为此接地电阻值必 须加以控制。 通常110kV及以上交流系统的工作电阻值R以保证 短路电流I在接地体上的压降不超过2000伏为原则。即 R应小于0.5欧姆。 随着电力系统的不断发展，故障时经地网流散的 电流越来越大，地网的电位也随之升高，由于接地装 置的缺陷，主要是地网的腐蚀严重而造成的事故也屡 有发生，对电力系统的安全运行带来极大的威胁，因 此接地装置腐蚀问题已引起重视。 二、接地装置的结构 接地装置是由接地体和接地引下线组成的，是埋设 于土壤中的一组金属导体。接地体是由n根垂直接地 极和n根水平接地极焊接为一体的组合电极，作成长 圆形或椭圆形网格状的接地网。在接地网上再焊接 出接地引下线（圆钢、扁钢或铜材）与电气设备的 外壳和架构相连接，称为接地装置。 一般水平接地极的埋设深度为0.6-0.8米；垂直接 地极的埋设深度是在水平接地体以下2.5米的深度（ 接地规程要求），并与水平接地焊接牢固， 跨步电压和接触电压： 当地网中流过接地故障电流时（最大 31kA的短路电流），接地装置应将短路电流泻 放到大地土壤中散
