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1、第 六 章 避 雷 器,雷击故障及防雷措施电力避雷器分类氧化锌避雷器的运行故障典型避雷器产品,第一节 雷击故障及防雷措施,雷害事故是架空送电线路最频发的事故，我国历年送电事故统计中，雷害事故平均约占60%以上。在雷曝日平均40日以上的多雷地区和强雷地区，雷害事故可达送电事故的70%以上。因此线路防雷工作在架空线路的安全运行工作中是一项十分重要的工作。,一、概 述,（1）感应雷 感应雷是当雷击于线路附近地面时，在雷电放电的先导阶段，先导路径中充满了电荷(例如负电荷)，它对导线产生了静电感应，在先导路径附近的导线上积累了大量的异号束缚电荷(正电荷)。当雷击大地后，主放电开始，先导路径中的电荷自下而
2、上被迅速中和，这时导线上的束缚电荷转变为自由电荷，向导线两侧流动。由于主放电的速度很快，所以导线中的电流也很大，感应电压波(正极性)U=IZ就会达到很大的数值。,二、线路遭受雷击的形式及危害,1、线路遭受雷击的形式,图2-1感应雷,由感应雷形成的感应过电压数值常为100200kV，最大也不超过600kV。因此其对110kV以上线路的危害不大，但足以破坏35kV及以下的输电线路。,（2）直击雷指带电的雷云直接对架空线路的地线、杆塔顶或导线、绝缘子等放电，以波的形式分左右两路前进而引起直击雷过电压的现象。直击雷过电压对于任何电压等级的线路都是危险的。线路的雷电过电压除雷击杆顶之外，通常还有三种情况
3、：雷电击于无避雷线的导线；雷电绕过避雷线击于导线；雷击于档距中央附近的避雷线。,图2-2直击雷,雷电流的极性 根据观测，有7590的雷电流是负极性的(即雷云带负电荷)，故主要是研究负极性时的情况。雷暴日 一天内只要听到雷声就算一个雷暴日。雷暴日的多少与纬度有关，雷暴日也与地形有关。由于山地局部热雷云的影响，雷电通常比平原多，相对比值约3:1。,2、雷击对线路的危害（1）绝缘子串闪络，电源开关跳闸严重时引起绝缘子串炸裂或绝缘子串脱开形成永久性的接地故障。（2）雷击导线引起绝缘闪络，造成单相接地或相间适中短路，其短路电流可能把导线、金具、接地引下线烧伤甚至烧断。其烧伤的严重程度取决于短路功率及其作
4、用的持续时间。（3）架空地线档中落雷时，在与放电通道相连的那部分地线上，有可能灼伤、断股、强度降低，以致断地线。（4）当线路遭受雷击时，由于导线、地线上的电压很高，还可能把交叉跨越的间隙或者杆塔上的间隙击穿。,图2-3感应雷雷击跳闸时零质绝缘子钢帽炸裂照片,国家电网公司规定：各电压等级线路的雷击跳闸率在现阶段应力争达到如下目标：110(60)kV:0.525次/100km.a; 220kV:0.315次/100km.a;330kV:0.2次/100km.a;500kV:0.14次/100km.a。35kV线路暂时不考核雷击跳闸率。,三、防雷保护措施,（1）避雷线防止线路遭受直击雷，引雷入地；（
5、2）改善线路的接地或加强线路的绝缘保证地线遭雷击后不引起间隙击穿而使绝缘闪络；（3）减小线路绝缘上的工频电场强度或采用中性点非直接接地系统保证即使线路绝缘受冲击发生闪络，也不至于变为两相短路或跳闸。（4）采用自动重合闸或采用双回路或环网供电保证即使线路跳闸也不至于中断供电。,四道防线,1、架设避雷线2、适当加强线路绝缘3、采用差绝缘方式4、架设耦合地线5、耦合地埋线6、预放电棒与负角保护针(侧向避雷针)7、升高避雷线减小保护角8、塔顶避雷针9、装设消雷器10、加装悬挂式避雷器,1982年，美国AEP和GE公司开发的线路避雷器，在138kV线路上试用，在25基杆塔上共安装了75只，这些杆塔的接地
6、电阻都在100以上（最大达210）。这条线路原来跳闸率很高，一般年份都在23次/100kma左右，自安装了线路避雷器后，其雷击故障率大大降低。1987年，日本开发的线路避雷器，在275kV线路上试运行。1990年，开始在500kV同塔双回线路的一回线上运行，意在防止500kV同塔双回线路的同时闪络跳闸。据报道，到90年代中期，日本的线路型MOA总运行等数又达35000支。都取得了良好的运行效果。,实例,我国在江苏省220kV谏奉线长江大跨越段，应用线路避雷器是一个典型的成功的例子。该线路跨越塔高106m，原设计为单回路，后改成为双回线路，其顶端两根避雷线改为运行的相导线，成为无避雷线的双回路跨
7、江段。这一段大跨塔的防雷措施只好采用避雷器，在2基高塔顶上两相导线与横担之间安装了日本日立公司生产的ZLA-X25C型MOA（这种避雷器具有0.5m串联空气间隙），从1989年5月到1996年11月之7年半的时间里，所装4支避雷器共动作6相次，而线路绝缘从未发生闪络。广东也有安装线路避雷器运行良好的实例，例如在220kV韶郭线上安装了16支线路避雷器，经过两个完整雷雨季节的考验，发现#206杆避雷器动作记数器有4次动作记录，而线路绝缘没有发生雷击闪络跳闸。,注意：线路避雷器造价比较昂贵，500kV线路避雷器约为8.0万元/相。而且线路避雷器的运行维护与检修工作量很大。最有效的方法就是选择经常发
8、生雷击故障，土壤电阻率高、降低杆塔接地电阻有困难的线路段杆塔上安装，可以有效降低线路的雷击跳闸率。,第二节 避雷器的分类,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。,一 电力避雷器,1 避雷器的基本要求,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
9、原理： 当作用电压超过电力避雷器的放电电压时，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。,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,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 。,例: 10kV变电所常见防雷保护,（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
10、所能承受的，不至于引起电弧重燃的最大工频电压，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。,5、产品型号说明JB/T 8459-1996避雷器产品型号编制方法 产品型式：Y表示瓷套式金属氧化物避雷器 YH（HY）表示有机外套金属氧化物避雷器结构特征：W表示无间隙 C表示串联间隙使用场所：S表示配电型Z表示电站型R表示并联补偿电容器用 D表示电机用T表示电气化铁道用 X表示线路型附加特性：W表示防污型 G表示高原型TH表示湿热带地区用
11、 DL表示电缆型避雷器（优点：产品采用全密封结构，爬电距 离大，能适用于重污染场所),6、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。,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,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，易于上升被拉长而自行熄灭。,1)、结构：常见面形保护间隙避雷器,(1). 保护间隙,由主间隙和辅助间隙构成。,等效电路,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。,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圆钢
12、；2主间隙；3辅助间隙；4被保护物；5保护间隙,由产气管、内部间隙，外部间隙三部分组成，并密封在瓷管内。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。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。,等效电路,主要不足点是强大的冲击电流。伏秒特性很陡，难以与保护对象理想配合。产生的过电压危害电气设备绝缘，一般不作为保护高压电器设备的绝缘。,(2) 排气式避雷器,1)、结构,(3) 阀型避雷器 1). 结构： 由放电间隙和非线形电阻阀片组成，并密封在瓷管内。 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
13、复能力。,非线形电阻阀片也是由许多单个阀片串联而成.火花间隙由数个圆盘形的铜质电极组成，每对间隙用0.51mm厚云母片(垫圈式)隔开。,单个火花间隙,阀电阻特性,阀片电阻的伏安特性曲线,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,(5) 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。,(4) 磁吹阀型避雷器,等效电路,阀片电阻,主火
14、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) 氧化锌避雷器 1) 构造 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。,并联间隙氧化锌避雷器,串联间隙氧化锌避雷器,氧化锌电阻,全密封无间隙氧化锌避雷器,伏安特性,2) 氧化锌避雷器特点 电阻片具有非线性，正常工作电压下，只有微安级电阻性电流流过，避雷器的电阻非常大，泄漏电流非常小；在过电压时避雷器的电阻非常小，大电流泄得越快越好；残压低，动作快，安全可靠。,图2-27 复合外套ZnO避雷器整体结构示意图1-硅橡胶裙套；2-金属端头；3-ZnO阀片4-高分子填充材料；5-一环氧玻璃钢芯
15、棒；6-吊环；7-环氧玻璃钢筒；8-法兰,图2-28 安装在输电线路上的带有间隙的复合外套ZnO避雷器 1-复合外套氧化锌避雷器本体 2-串联间隙环状电极3-固定间隙距离用的合成绝缘子4-线路绝缘子串,目前国内输电线路主要采用金属氧化物避雷器(MOA)。氧化锌避雷器由一个或并联的两个非线性电阻片叠合圆柱构成。它根据电压等级由多节组成，35110kV氧化锌是单节的，220kV氧化锌是两节的，500kV氧化锌是三节的，而750kV氧化锌则是四节的。,500kV变电站,与传统的碳化硅避雷器相比。氧化锌避雷器特点： (1)优异的保护性能。MOA具有很好的非线性特性。 (2)大的通流能力。具有良好的吸收雷击过电压和暂态过电压的能力。,(3)较高的运行可靠性。正常的工作状态下接近绝缘状态，工频续流仅为微安级，能量释放快速恢复高阻状态，运行可靠性高，抗污秽能力强。,ZnO、SiC和理想避雷器伏安特性曲线的比较,
