在电力系统过电压保护技术的发展史上,普通阀型避雷器是个重要里程碑。它主要取代了更早的管型避雷器,还为现代金属氧化物避雷器的诞生打下了基础。要理解它的作用,核心是弄清楚它的设计初衷与主要限制对象。
一、核心定位:限制大气过电压与切断工频续流
普通阀型避雷器的根本任务,是限制侵入电力设施的雷电过电压(也就是大气过电压),并且在动作后能自己切断后续的工频续流。这样做,是为了保证电力系统能持续运行。
主要限制对象:雷电过电压
就雷电过电压的来源来说,输电线路附近或者杆塔一旦遭到雷击,就会产生幅值极高的瞬态过电压波。这种波会沿着线路传到变电站,直接威胁变压器、断路器这类关键设备的绝缘。这种由雷云放电引起的过电压,我们就叫它大气过电压或者雷电过电压。
就它的作用来说,我们通常会把普通阀型避雷器装在电气设备周边,让它充当过电压的 “泄放通道”,这样能保障电气设备在复杂电压环境下稳定运行。当侵袭而来的雷电过电压幅值超过避雷器的动作阈值,避雷器内部间隙就会被击穿。此时,它像一道安全闸,能把巨大的雷电流迅速泄入大地,守护设备安全。这时候,避雷器内部的碳化硅阀片电阻会呈现低阻状态,还会把它两端的电压(我们叫它残压)限制在远低于设备绝缘耐受水平的数值。这个被限制后的 “残压” 会施加在被保护设备上,从而保护设备绝缘不被击穿。
关键辅助功能:切断工频续流
先说说这里存在的问题。雷电流泄放完之后,系统正常的工频电压还加在避雷器两端。这个电压会继续通过避雷器的低阻路径形成电流,我们把这种电流叫工频续流。要是这个续流不能快速切断,避雷器就和持续短路差不多,可能引发系统接地故障,导致自身烧毁甚至爆炸。
再看对应的解决办法。普通阀型避雷器的精妙之处很让人惊叹。它的核心亮点,是所用的碳化硅阀片有独特的非线性特性 —— 正是这个特质,赋予了避雷器卓越的性能,让它在电气系统里发挥重要作用。雷电流过后,在系统工频电压的作用下,阀片电阻会自动急剧增大,这样就能有效限制并且切断工频续流。与此同时,和阀片串联的间隙会因为电流过零而熄弧,彻底隔离系统运行电压,让避雷器恢复正常状态。

二、为何不主要用于限制操作过电压?
虽然阀型避雷器对幅值较高的操作过电压有一定限制功效,但它并不是为有效约束操作过电压设计的。原因主要有两个层面。
一方面看伏秒特性。普通阀型避雷器内部有多个串联间隙,它放电时会有一定时延,伏秒特性也相对较陡。但操作过电压的波头相对缓慢,这就可能和避雷器的放电特性配合不好,要么让避雷器动作不及时,要么导致保护效果不理想。
另一方面看通流容量。操作过电压的持续时间远长于雷电过电压,它的能量通常也更大。普通阀型避雷器 —— 特别是配电用的那种,它的碳化硅阀片要是承受长时间、高能量的操作过电压冲击,通流容量可能不够,会有损坏的风险。
三、结构与工作原理简述
它名字里的 “阀” 字,很形象地说明了它的核心工作特性:能单向导通,还能自动关闭。
火花间隙由多个均匀的小间隙串联而成,在正常工频电压下,它呈绝缘状态,能把带电部分和地隔离开。
碳化硅阀片有非线性伏安特性。遇到高电压(过电压)时,它的电阻很小,方便泄流;在正常电压下,它的电阻很大,方便熄弧。
它的工作流程是这样的:过电压袭来时,间隙会被击穿;接着阀片呈低阻状态,限制残压并且泄放电流;等过电压消失后,阀片又会变成高阻状态,限制并且切断工频续流;之后间隙熄弧,系统就恢复正常了。
恩彼迈普通阀型避雷器是特定历史时期的主力保护设备,它的设计核心是限制侵入变电站以及电气设备的雷电过电压(也就是大气过电压),并且靠自身的 “阀性” 自动切断工频续流。和现代无间隙的金属氧化物避雷器比,它在保护性能、通流容量还有响应特性上都有差距,但它 “限压 - 熄弧” 的基本原理,为过电压保护技术的发展打下了坚实基础。
