阀型避雷器(Valve-Type Surge Arrester)是电力系统里保护电气设备的关键装置,像变压器、开关设备这类设备,都能靠它避免雷电过电压以及操作过电压带来的损害。它名字里的“阀”字,很形象地体现出核心工作原理:遇到高电压时会快速“开启”导通,把巨大电流泄放出去;处于正常电压时就会可靠“关闭”截止,跟一个自动阀门一样。和早期的保护间隙、管型避雷器比起来,阀型避雷器在性能上有了很大提升,我们接下来就详细说说它的优点。
其一,阀型避雷器有着卓越的非线性伏安特性,并且具备优异的限压能力,这也是它最根本、最重要的优点。它的核心元件是非线性电阻阀片,传统用的是碳化硅(SiC),现代主要用氧化锌(ZnO),这种阀片的电阻值不是固定不变的。当设备上施加的是正常工频电压时,阀片会呈现出极高的电阻,流过的泄漏电流特别小,只有微安级,我们几乎可以把它看成开路。一旦出现过电压,阀片电阻会瞬间大幅下降,变成低阻状态,这样就能给巨大的冲击电流提供泄放通道,同时把它两端的电压(也就是残压)限制在预定值内,这个数值远低于被保护设备的绝缘水平。这种“高阻 - 低阻”的自适应切换是自动且瞬时完成的,能确保设备上的过电压被精准控制在安全范围里,为绝缘配合打下坚实可靠的基础。
其二,阀型避雷器对过电压的响应速度特别快,一般能达到纳秒(ns)级别。过电压波头上升速度很快,避雷器只有比它响应更快,才能起到保护作用。因为非线性阀片的动作是纯粹的物理过程,是电子和空穴的迁移,不需要任何机械动作,所以它的响应几乎没有延迟。这种极快的响应能保证,在过电压波还没达到峰值的时候,避雷器就已经开始动作并限制电压,从而完美截断陡波,对设备起到有效保护,尤其是像变压器这类对陡波很敏感的绕组类设备,它们的纵绝缘能得到很好的保护。

其三,阀型避雷器没有续流,或者续流特别小,这一点在氧化锌避雷器上体现得尤其明显。传统的碳化硅(SiC)阀片,在泄放完冲击电流后,由于它的非线性特性不够理想,在电网工频电压的作用下,会有数值较大的工频续流流过,所以必须搭配串联间隙使用,靠间隙来切断续流。而现代的氧化锌(ZnO)阀片,在技术上有了巨大进步,它的非线性特性非常优异,泄放完冲击电流后,凭借自身固有的高电阻特性,在工频电压下只会有微安级的泄漏电流流过,本质上不存在工频续流,这也让现代的无间隙氧化锌避雷器(MOA)成为了绝对的主流。不需要串联间隙,让避雷器的结构更简单,可靠性也更高,还能避免因为间隙老化、污秽而出现误动或者拒动的情况;同时,它承受多重雷击的能力也更强,一次雷击动作后,因为没有续流,能马上做好应对下一次雷击的准备,不需要经历间隙灭弧和重燃的过程;而且,不用切断大续流,对系统运行造成的影响也极小。
其四,阀型避雷器的通流容量很强大。阀片在单位体积内,能够吸收并消散巨大的冲击能量,比如雷电流带来的能量。我们可以通过并联多个阀片柱,或者使用大尺寸的阀片,设计出通流容量很大的避雷器,以此满足不同电压等级以及短路容量系统的需求,让它能够可靠地泄放甚至是非常巨大的雷电流与操作过电流。这样的设计能保证,即便在严酷的过电压条件下,避雷器自身也不会因为能量过大而发生爆炸或者损坏,可靠性极高。
其五,阀型避雷器的保护性能很稳定,并且使用寿命长。在正常运行的条件下,阀片承受的是系统运行电压,长期下来只会有微小的泄漏电流流过,几乎不会出现老化或者损耗的情况,在整个生命周期里,它的性能都能保持高度稳定。优质的避雷器采用了良好的密封结构,能有效防止潮气和杂质进入内部,确保内部元件长期在理想的环境中工作。这使得避雷器能提供长期且免维护的稳定保护,减少了运维成本,同时也降低了故障风险。
其六,阀型避雷器的结构很紧凑,方便安装与集成。尤其是无间隙氧化锌避雷器(MOA),因为省去了复杂的串联间隙结构,所以整体结构非常紧凑,体积小且重量轻。我们可以很容易地把它直接安装在变压器套管旁边、开关柜内部或者输电塔上,从而实现最直接、最有效的保护。
总的来说,恩彼迈阀型避雷器,特别是现代的无间隙氧化锌避雷器(MOA),依靠卓越的非线性特性、精准的限压能力、纳秒级的响应速度、无续流的巨大优势、强大的通流容量,还有高稳定性与长寿命,成为了现代电力系统过电压保护的基石。它不只是保障电力设备安全运行的“守护神”,更是确保电网安全、稳定、可靠供电必不可少的关键设备。它的技术优势经过了数十年的工程实践检验,已经得到全球电力工业的广泛认可与采用。
