避雷器结构和试验

特点
• 通流能力大 这主要体现在避雷器具有吸收各种雷电过电压、工频暂 态过电压、操作过电压的能力。 • 保护特性优异 氧化锌阀片的非线性伏安特性优好，当过电压侵入时， 流过阀片的电流迅速增大，同时限制了过电压的幅值，释放了过电压 的能量，此后氧化锌阀片又恢复高阻状态，使电力系统正常工作。 • 密封性能良好 避雷器元件采用老化性能好、气密性好的优质复合外 套，采用控制密封圈压缩量和增涂密封胶等措施，陶瓷外套作为密封 材料，确保密封可靠。 • 机械性能 三方面因素：承受的地震力、作用于避雷器上的最大风压 力、避雷器的顶端承受导线的最大允许拉力。 • 良好的解污秽性能 • 高运行可靠性 • 工频耐受能力
五、氧化锌避雷器的主要电气参数
额定电压（Ur）
施加到避雷器端子间的最大工频电压 有效值，按照此电压所设计的避雷器，能 在规定的动作负载试验中确定的暂时过电 压下正确地动作。
持续运行电压（Uc）
允许持久的施加在避雷器端子间的工频 电压有效值。该电压决定了避雷器长期工作 的老化性能，即避雷器吸收过电压能量后温 度升高，在此电压下应能正常冷却，不发生 热崩溃。

四、现场带电测试
近年来，金属氧化物避雷器(下文简称MOA)以其优异 的技术性能逐渐取代了其它类型的避雷器，成为电力系统 的换代保护设备。由于MOA没有放电间隙，氧化锌电阻 片长期承受运行电压，并有泄漏电流不断流过MOA各个 串联电阻片，这个电流的大小取决于MOA热稳定和电阻 片的老化程度。如果MOA在动作负载下发生劣化，将会 使正常对地绝缘水平降低，泄漏电流增大，直至发展成为 MOA的击穿损坏。所以监测运行中MOA的工作情况，正 确判断其质量状况是非常必要的。MOA的质量如果存在 问题，那么通过MOA电阻片的泄漏电流将逐渐增大，因 此我们可以把测量MOA的泄漏电流作为监测MOA质量状 况的一种重要手段。
0.75倍直流参考电压下泄漏电流
0.75U1mA下漏电流一般不超过50A。 多柱并联和额定电压216kV以上的避雷器漏 电流由制造厂和用户协商规定。
标称放电电流（In）
用来划分避雷器等级的、具有8/20μs波形的 雷电冲击电流峰值。有1.5、2.5、5、10、20kA 五个等级，前三级分别与中性点、电机型避雷器 、电容型避雷器等相对应，电站用避雷器一般用 后三个等级。
3.3 运行电压下的交流泄漏电流（交接、带 电预试项目）
试验目的：测试表明，在运行电压下测量全电流、阻性电
流可在一定程度上反映MOA运行的状况。全电流的变化可 反映MOA的严重受潮、 内部元件接触不良、阀片严重老化 ，而阻性电流的变化对阀片的初期老化的反应更为灵敏。 如阻性电流峰值从50增大到250A时，全电流的增大可能只 有百分之几。 试验设备：阻性电流测试仪、（试验变压器、分压器） 判断标准：全电流、阻性电流和初始值相比应无明显 变化，阻性电流增加一倍时，须停电检查 。阻性电流增加到初始值1.5倍，应加强监 视。 试验周期：35kV及以上投运3个月，以后每个雷雨季节 前后各测量一次 注意事项：记录环境温度、相对湿度和运行电压，注 意瓷套表面影响及相间干扰的影响。
AI-6103 ，主要目的是测量MOA 的 全电流和阻性电流，由此判断MOA 受潮和老化程度。
开机画面和测量画面
注意事项：
1.记录运行电压。
2.测量前先连接地线，测量 完最后拆接地线！如果接地 点有油漆或锈蚀必须清除干 净。
计数器
3.先将全电流信号线插头插 入仪器，后将另一端夹子夹 到（或通过绝缘竿搭到）被 测相MOA 放电计数器上端。
避雷器结构和试验
主要内容


1、避雷器基本知识
2、避雷器的分类


3、各类避雷器的特点
4、金属氧化物避雷器（MOA） 5、氧化锌避雷器的主要电气参数
一、避雷器基本知识


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定义 能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量、 保护电气设备免受瞬时过电压（雷电过电压、操作过电压、 工频暂态过电压冲击）危害，又能截断续流，不致引起系 统接地短路的电器装置 。 作用 当过电压出现时，避雷器两端子间的电压不超过规 定值，使电气设备免受过电压损坏；过电压作用后，又能 使系统迅速恢复正常状态，以保证系统正常供电 。
3.4工频参考电流下的工频参考电压（交接项 目）
试验目的：判断MOA阀片的老化、劣化程度 试验设备：阻性电流测试仪、试验变压器、分
压器 判断标准：应符合制造厂规定 注意事项：测量应每节单独进行，应尽量缩短 工频参考电压的加压时间，应控制在10s以内
底座绝缘电阻（交接、预试项目） 放电计数器动作检查（交接、预试项目） 可在带电状态下检查
阀式避雷器
阀式避雷器的基本元件为间隙和非线性 电阻（又称阀片)串联。
三、各类避雷器的缺点
保护间隙和排气式避雷器的缺点 伏秒特性较陡且放电分散性大，而一般变压器 和其他设备绝缘的冲击放电特性较平，二者不 能很好配合。 动作后工作母线直接接地形成幅值很高的截波 ，危及变压器纵绝缘。 阀式避雷器的缺点 普通型没有强迫熄弧的措施，其阀片的热容量 有限，不能承受较长时间的内过电压冲击电流 的作用。 磁吹型通流容量大，但是阀片电阻的非线性系 数较高
残压（峰值）
放电电流流过避雷器时其端子间出现 的电压峰值。
放电电流峰值 （kA）
陡波冲击 电流残压 雷电冲击 电流残压 操作冲击 电流残压
波前时间/半峰时间 （µ S） 1/5
5，10，20
5，10，20
0.5，1，2
8/20
30/80
压比（保护比）
避雷器的保护性能一般以压比（=残压/ 参考电压）来说明，压比愈小，则避雷器 的保护性能愈好。雷电冲击残压与参考电 压之比，例如10kA压比为U10kA/U1mA。目前 产品的保护比约为1.6～2.0。
正常使用的工作状态是在A点以下低电场，氧化锌晶粒中的自由电子由于电 场低，等不到足够的势能越过晶阶层界面薄膜的势叠，自由电子主要已热电子 的形式活动，其伏安特性对温度的依赖性很大。 在c段，电子获得热能足以突破最全面势叠而导通电流，氧化锌晶粒的电阻 系数在此段内起支配性地位，电阻元件的非线性变坏，伏安特性曲线开始上扬。 在d点右边，电压和电流成比例。
记录显示屏上的Ix和Irp，以及放电计数器示数。
五、氧化锌避雷器
型号说明
Y10W-420/958 瓷套、标称放电电流10kA、无间隙、（电站型） 额定电压420kV、标称放电电流下残压958kV Y5WZ-17/45 瓷套、标称放电电流5kA、无间隙、电站型 额定电压17kV、标称放电电流下残压45kV HY5WS2-17/50 复合外套、标称放电电流5kA、无间隙、配电型、 产品设计序号2、额定电压17kV、标称放电电流下残 压50kV
等效电路图
其中rg代表氧化锌晶粒电阻，具有 低阻特性
rg
rp代表晶介层（Bi2O3）电阻，是非 线性的，电阻率很大 Cp代表晶介层电容
rp
Cp
氧化锌阀片等值电路图
氧化锌避雷器阀片的伏安特性曲线
氧化锌避雷器的优点
氧化锌避雷器的优点 保护性能优越－残压低、相应时间快、陡波特 性平坦 无续流，动作负载轻，耐重复动作能力强 通流容量大 性能稳定，抗老化能力强 结构简单，尺寸小，易于批量生产，造价低
避雷器对过电压的保护作用：
二、避雷器的分类
保护间隙 排气式避雷器 阀式避雷器


普通阀式避雷器 磁吹式避雷器

金属氧化物避雷器（MOA）
保护间隙
保护间隙由两个间隙（即主间隙和辅助 间隙）组成，常用的角型间隙与被保护设 备并联的接线图如下。
排气式避雷器
也称管型避雷器，实质上是一种具有较 高熄弧能力的保护间隙。
1）交接时
2）3－6年 3）必要时
注意事项：
记录环境温度和湿度，阀片的温度系数一般为0.05～
0.17%，必要时候该进行换算，以免出现误判断 注意安全距离、试验前后对试品和相邻试品放电 测量接线正确：设备、仪器接地；屏蔽线不和试品或芯 线接触；高压测试线无较大弧垂 防止表面泄漏电流的影响，测量前应将瓷套表面擦干净 ，并可采用在瓷套表面加屏蔽的方法解决。 泄漏电流应在高压侧读表，测量导线须使用屏蔽线 由于MOA非线性特性，在直流泄漏电流超过200μA时， 电压略有升高，电流将会急剧增大，所以此时应该放慢 升压速度，在电流达到1mA时，读取电压值 回零、断高压 对限流电阻的认识
持续运行电流（Ic）
指在持续运行下，流过避雷器的电流 ，包含阻性电流分量和容性电流分量，持 续电流随温度的变化而变化，并受对地杂 散电容的影响。
起始动作电压（参考电压） （Uref ）
直流参考电压（Uref.dc） ：避雷器直流参考电流是其 伏安特性曲线拐点附近的某一电流值，其值大约为1mA 。在直流参考电流下测出的避雷器的直流电压平均值。直 流1mA参考电压（U1mA）值一般等于或大于避雷器的额 定电压的峰值。 工频参考电压（Uref.ac） ：随着避雷器额定电压的升 高35kV及以上电压等级的避雷器其拐点动作电压下的电 流在2mA附近，所以35kV以上电压等级部分公司的产品 目前工频参考电压以2mA为基准；35kV及以下一般以 1mA为基准。
三、氧化锌避雷器试验
测量绝缘电阻 直流1mA电压U1mA及0.75 倍U1mA下泄漏 电流 运行电压下的交流泄漏电流 工频参考电流下的工频参考电压 底座绝缘电阻 放电计数器动作检查

3.1 测量绝缘电阻
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判断标准：
35kV以上电压：用5000V兆欧表，绝缘电阻不小于2500MΩ； 35kV及以下电压：用2500V兆欧表，绝缘电阻不小于1000MΩ； 低压（1kV以下）：用500V兆欧表，绝缘电阻不小于2MΩ。
四、金属氧化物避雷器（MOA）
其核心元件是ZnO阀片，氧化锌阀片具 有很理想的非线性伏安特性。
瓷套型
复合型
GIS型
氧化锌避雷器结构简图
工作母线
氧化锌（压敏）电阻片
计数 器
微观结构示意图
氧化锌 晶粒
晶介层
氧化锌电阻片微观结构示意图
金属氧化物的主要成分为氧化锌晶粒（90%），和少量其他氧化物 即所谓微量元素以及微量金属玻璃粉。
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试验周期：
1）交接时 2）3－6年 3）必要时
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注意事项：
试验后对被试品和邻近试品放电。
3.2直流1mA电压U1mA及0.75 倍U1mA下泄 漏电流（交接、预试项目）
试验目的：检查是否受潮或者是否劣化，确定 其动作 性能是否符合产品性能要求 试验设备：高压直流发生器 判断标准： U1mA实测值与出厂或初始值变 化小于5％ 0.75倍 U1mA下泄漏电流不大于 50µA 试验周期：