有间隙金属氧化物避雷器的应用与标准

有间隙金属氧化物避雷器的应用与标准
【摘要】有间隙金属氧化物避雷器由于其串联间隙的隔离与分压作用，大大降低了对氧化锌电阻片性能上的要求。

相对早期的无间隙产品，运行可靠性高，成本优势突现。

本文列出了有间隙金属氧化物避雷器的国内最新标准（报批稿）所规定的技术参数，并针对新标准的相关问题进行了解释。

选用有间隙金属氧化物避雷器时，除了看残压外还应兼顾产品的冲击放电伏一秒特性，且以数值相对差的一种视作该产品的保护特性。

阀式避雷器由间隙和非线性碳化硅（SiC）电阻片构成。

它在相当长的时问内成为电力系
统过电压保护的主力。

非线性特性优异的氧化锌（Zn（））电阻片的出现使阀式避雷器的结构产生了革命性的变化。

Zn（）电阻片可以不带间隙单独组成避雷器即无间隙金属氧化物避雷器（MoA）。

其优点突出，问世后发展十分迅猛。

它在中性点直接接地系统中的应用得到用户的好评。

但是，在对避雷器整体性能要求更高的巾性点非直接接地的配电系统巾，其应用却不押想（初时事故频发）。

这里既有当时生产厂家产品设计无视配电系统的特点，参数选择失当的原因，也有当时某些跟风的制造厂在工艺及质量控制方面的缺陷与不力的因素。

加上当时 ZnO 电阻片的制造技术不过关，使其制造成本居高不下。

于是，由传统间隙加Zn（）非线性
电阻片构成的有间隙 MOA 就应运而生了。

1有间隙 MOA 的基本原理
日前市场上的有间隙 MOA 主要用于 35 kV 及以下中性点非直接接地系统的配电站作为配电避雷器。

其内部结构足间隙与 Zn（）电阻片串联。

其间隙既有传统的平板间隙（见图
1），
也有并联线性或非线性电阻环的间隙（见图 2）。

为提高间隙电场的均匀性，进而改善放电分
散性和伏一秒特性，取得良好的灭弧效果，传统的SiC:阀式避雷器将多个平板间隙串联起
来使用，每个间隙距离W I rnm。

以10kV系统用的产品为例，通常要用11〜12个这样的间隙。

由于ZnC）电阻片非线性性能优异，可将续流（工频短路电流）限制得非常小，间隙灭弧已不成问题。

所以，有间隙 MOA 只要采用单个带并联电阻的间隙就可达到IO kv 系统的性能要求；
35 kV系统用的产品也仅需要 3个这样的间隙（每个间隙距离＜10 mm）。

对于发电机等弱绝缘设备的过电压保护，也有采用间隙与部分ZnO 电阻片并联结构的
避雷器，以降低避雷器的冲击电流残压，增加保护裕度。

其工作原理如图 3 所示。

间隙 G 与部分ZnO电阻片（R2）并联，当冲击电流通过 ZnO电阻片时，R2上的残压使得间隙 G击穿， R2 被瞬间短路，避雷器的残压仅为冲击电流在 RI 上形成的残压。

冲击电流过后，间隙恢复一常状态，R1和R2共同承担工频电压。

由于Zn（）电阻片非线性特性优异，故可将流
过避雷器的电流限制在微安（“ A）级。

近年来，为降低因雷击输电线路而引起的跳闸事故率，在一些雷电活动强烈或土壤电阻率高、降低接地电阻困难的线段，已开始大量安装线路避雷器。

此种避雷器大多也采用有间隙 MOA ，只不过与上述有间隙 MOA 不同的是，这种 MOA 一般串联外间隙而并不将间隙装在产品本体内部。

其间隙结构有 2种:不带支撑件的间隙（纯空气间隙）；用复合绝缘子作支撑件的带支撑件问隙（固定问隙）。

它们的结构见图 4、图 5。

2有间隙 MOA 的优缺点
35 kV及以F的电站和配电用 MOA，如采用串联间隙结构，由于间隙的隔离作用（传统平板间隙）或间隙的分压作用（并联线性或非线性电阻环的间隙），对 ZnO 电阻片的保护特性
要求、耐老化性能要求等均可大大降低，且Zn（）电阻片数量也明显减少，成本优势突现。

相
对早期的尤间隙产品，其运行可靠性也有所提高。

但也正因为使用了间隙，囚此有间隙产品存在了与牛俱来的一些缺点，如放电的分散性、放电电压受内部气压与外部污秽影响等。

尽管采用并联电阻环的间隙后，卜述缺点已有所改善，但是间隙的使用使该类产品的保护范围有所缩小也是显
而易见的。

当然，它在以保护雷电过电压为主的 35 kV 及以下的配电系统中，因其瞩目的适用性和经济性还是获得了自己的一席之地。

目前国外的中压系统中也仍有大量
该类产品在使用。

随着 Zn() 电阻片制造工艺和质量控制手段的日益成熟，产品的技术稳定性和可靠性已有
显著提高。

规模化牛产带来的低成本优势已使无间隙 MOA 的售价大幅度下降。

无间隙产品更具有保护范围宽，能量吸收能力强，响应特性快，陡波特性好等优点。

配电系统使用无间隙 MOA 为大多数用户所接受，有问隙 MOA 的市场逐渐萎缩已是不争的事实。

3有间隙 MOA 新标准 ( 报批稿 )
早期有间隙 MOA 的生产并无统一规范。

各生产厂家自成一体，大多沿袭原 SiC 阀式避雷器的标准，给用户的选择、使用造成一定程度的混乱和不便。

20 世纪 80 年代末，制订该类产品的标准被纳入计划。

最后形成的标准文本为行业标准 ZBK49005 一 1990《交流有串联间隙金属氧化物避雷器》。

2000 年，结合新出版的 GB 11032—2000《交流无间隙金属氧化物避霄器》及有间隙 MOA 生产、运行和科研中积累的经验，对原标准进行了修订。

现已形成机械行业标准报批，其标准(报批
稿 )编号
和名称为：JB/T 9672 . 2 一XXXX《35 kV及以下交流系统用有串联间隙金属氧化物避雷器》。

该标准 (报批稿 )规定的产品主要技术参数见
表 l 、表 2。

新标准 (报批稿 )对原行业标准的修订内容不多。

主要的变化如下： (1)调整了适川池围，覆盖了带有并联电阻的有间隙金属氧化物避雷器。

⑵将配电用产品Zn()电阻片的2 000 Ixs方波冲击电流耐受要求由 50A提高到75A。

(3)将配电用产品和电站用产品的4/ 10us冲击电流耐受要求从 25 kA和40 kA均提高到 65(40)kA 。

(4)对额定电压 42 kV 产品增加了压力释放试验要求。

(5)针对并联电阻产品增加了电导电流要求。

新标准对产品的工频放电电压仅规定了下限，不像原阀式避雷器标准对上频放电电压分别规定有上、下限。

其原因是原阀式避雷器标准对出厂试验未规定进行冲击放电电压测量。

当避雷器的结构一定时，冲击系数就为定值，如果工频放电电压上限不超过定值时，其冲击放电电压也小会超过规定值。

因此，原阀式避雷器规定工频放电电压上限是必要的，可以用以控制出厂产品的冲击放电电压。

有间隙金属氧化物避雷器标准规定的出厂试验项目中有冲击放电电压测革的要求，因此就无规定工频放电电压上限的必要了。

采用带并联电阻环间隙结构的有间隙 MoA 测得的工频放电电压值常常超出原阀式避雷器对相应产品规定的工频放电电压的上限值，这会令用户产生疑虑。

其实由于此种并联电阻的阻值设计与所串联的 ZnO 电阻片直流 1mA 下的阻值相近，这样在工频放电电压下， Zn() 电阻片可以承担一个与间隙接近的电压，使间隙承担的工频放电电压约降低一半，从而缩短了间隙的距离；而在冲击电压下，Zn()电阻片由于电容较大，阻抗很低，问隙的冲击电压基
本决定了避雷器整体的放电电压。

因此，产品可以在满足标准对工频放电电压要求的同时，大大降低其冲击放电电压，冲击系数完全可以做到 1 以下，用户可以尽管放心使用。

有间隙 MoA 特别是采用传统平板多间隙结构的产品，其工频放电电压测定比较困难。

这是因为Zn()电阻片优异的非线性特性，加上设备容量等条件的限制，使得此种产品极易产生间歇性脉冲放电现象。

在间隙刚放电时，Zn()电阻片的非线性能够抑制放电过程的发展；
当外加电压大于放电电压时，避雷器放电，因电流较小，电弧不能维持，故电弧熄灭；但外加电压义大于放电电压时，避雷器又放电，仍因电流过小，电弧又熄灭。

如此反复快速进行的过程使静电电压表不能反映出来，其读数并不会因每次放电而下降，反而会随着升压继续升高，只有电压升到足够高，通过间隙和 ZnO 电阻片的电流大到足以维持电弧，达到稳定放电，静电电压表的读数才会下
降。

所以，按传统方法测得的工频放电电压偏高。

为比较准
确地测得有间隙 MOA 工频放电电压，需要用示波器等配合观察。

如没有示波器，也有在试验变压器一次侧串接一只 lOA 及以上的电流表，在试验时，均匀地从 O 开始施加电压，观察电流表，当电流发生突变时，表明间隙放电，此刻的电压值即为该避雷器的工频放电电压值。

需要注意的是，每次放电后，应在0．2 s 内切断工频电源；每两次测量的时间间隔不
应少于 10 s。

4有间隙 MOA 的选用
无间隙 MOA 保护特性的好坏可以从它们冲击电流残压的高低加以区分，而有间隙 MOA 保护特性除了看残压以外还应兼顾产品的冲击放电伏一秒特性，且以数值相对差的一种视作该产品的保护特性。

对此，用户在选用产品时也应加以注意。

与无间隙产品相比，由于串联的 Zn() 电阻片数量少，有间隙产品的残压随之下降。

若产品的冲击放电特性并无改善的话，该产品的保护特性就未有提高。

由于采用冲击系数较好的并联电阻环间隙，抑或通过降低工频放电电压下限 ( 此种办法不可取 )将产品的冲击放电特性减小到远低于产品残压，则该产品的保护特性应以残压为准。

用户千万不要被某些制造商的片面宣传所左右。