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避雷器基础知识解析

摘要:在我们的电力系统里,避雷器是不可或缺的过电压保护装置。它的核心作用是限制线路中的雷电过电压与操作过电压,从而保护电气设备——尤其是变压器、断路器这类关键设备的绝缘安全。下面,我们就从它的定义、必要性、工作原理、关键参数及分类等方面,做一次系统的讲解。

一、定义与必要性

避雷器并非如字面所示“避免雷击”。实际上,它是一种保护装置,通常并联于电力设备(例如变压器)与大地之间,能在电路中发挥重要的防护作用。当线路上出现会危及设备绝缘的过高电压,也就是我们常说的过电压时,它能立刻动作,把过电压的电荷泄放到大地,将电压控制在安全范围里;等过电压消失,它又能快速恢复绝缘状态,保证电力系统正常供电。

于电力系统里,过电压大体可划分为两类。此乃电力领域中不容忽视的现象,对系统的稳定运行有着重要影响。一类是雷电过电压,由直击雷或者感应雷引发,它幅值高,持续时间却极短,只有微秒级,危害特别大。另一类是操作过电压,由断路器分合闸、负荷突变等系统内部操作诱发。与其他过电压相比,它幅值略低,不过发生频率更高,在电力系统运行中需予以关注。

若无避雷器庇佑,此类过电压极有概率击穿电气设备绝缘,进而导致设备损毁、大面积停电等严重事故,给生产生活带来诸多不便与巨大损失。

HY5WS-10/30DL-可卸式氧化锌避雷器-恩彼迈

二、核心工作原理:非线性伏安特性

现代避雷器的关键核心技术,隐匿于其采用的金属氧化物电阻片(Metal Oxide Varistor,简称 MOV)之中。此电阻片以氧化锌(ZnO)为主料,掺入多种金属氧化物添加剂。其非线性伏安特性极为出色,在相关应用中能展现出独特优势,有效提升整体性能。

系统正常运行时,电压维持在额定相电压水平。这时候加在电阻片上的电压不高,它就呈现出极高的电阻,能达到兆欧级。流过它的电流——我们叫它“泄漏电流”——特别小,只有微安级,相当于处于开路状态,对系统运行没任何影响。

一旦发生过电压,雷电波或者操作过电压波涌来,加在电阻片上的电压超过它的动作电压(也就是启动电压),电阻片的阻值会立刻下降,变得只剩几欧姆,瞬间进入低阻导通状态。这样就形成了泄流通道,把巨大的过电压能量快速导入大地,从而将被保护设备两端的电压“钳制”在允许范围内。

等过电压消失,冲击电流泄放完毕,系统电压恢复到正常工频电压,电阻片又会自动变回高阻状态,迅速切断后续的工频续流,系统也就恢复正常运行了。这一整套“高阻-低阻-高阻”的自动切换,都在微秒到毫秒级内完成,响应速度特别快。

三、主要技术参数

额定电压,指的是避雷器能短暂承受的最大工频电压。这是我们选择避雷器时最核心的依据,必须和系统运行电压匹配。

持续运行电压则是允许长期加在避雷器两端的最大工频电压,是衡量其长期工作能力的关键。

标称放电电流是划分避雷器等级的重要指标,采用的是8/20μs波形的雷电流峰值,常见的有5kA、10kA这些规格,它直接代表了避雷器的泄流能力。

残压的意义也很关键,当标称放电电流通过避雷器时,它两端产生的电压降就是残压。这是判断避雷器保护水平的核心,残压越低,保护效果就越好。而且设备的绝缘水平,必须高于避雷器的残压才行。

就直流参考电压来说,它是在直流1mA参考电流下测得的避雷器两端电压,这个参数常被我们用来在现场检验电阻片有没有老化。

四、主要分类

根据结构与使用环境,避雷器主要分两类。无间隙金属氧化物避雷器是目前的主流,它完全靠MOV的非线性特性工作,没有串联间隙,响应速度快,保护性能也稳定,从低压到特高压的各个电压等级都能用。

另一类是有间隙金属氧化物避雷器,它会在MOV前串联一个或多个空气间隙。正常运行时,由间隙隔离工频电压;过电压出现时,间隙击穿,MOV再开始动作。它的优点是几乎没有泄漏电流,但响应速度稍慢,而且间隙动作还会受环境影响。

结论

恩彼迈避雷器就像电力系统的“安全卫士”,靠着核心元件金属氧化物电阻片的非线性特性,实现了对过电压的智能抑制与隔离。正确选择并且应用避雷器,对保障电网安全稳定运行、延长电气设备寿命,都有着至关重要的意义。随着新材料与新技术的发展,避雷器正朝着残压更低、通流容量更高、监测更智能的方向不断进步。

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