避雷器培训教材
避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备。避雷器的类型主要有保护间隙、阀型避雷器和氧化锌避雷器。保护间隙主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段保护。阀型避雷器与氧化锌避雷器用于变电所和发电厂的保护，在220KV 及以下系统主要用于限制大气过电压，在超高压系统中还将用来限制操作内过电压。
一、保护间隙
保护间隙，一般由两个相距一定距离的、敞露于大气的电极构成，将它与被保护设备并联，如图18－5所示，适当调整电极间的距离（间隙），使其击穿放电电压低于被保护设在绝缘的冲击放电电压，并留一定的安全裕度，设备就可得到可靠的保护。
当雷电波入侵时，主间隙先击穿，形成电弧接地。过电压消失后，主间隙中仍有正常工作电压作用下的工频电弧电流（称为工频续流）。对中性点接地系统而言，这种间隙的工频续流就是间隙处的接地短路电流。由于这种间隙的熄弧能力较差，间隙电弧往往不能自行熄灭，将引起断路器跳闸，这是保护间隙的主要缺点，也是其应用受限制的原因。此外，由于间隙敞露，其放电特性也受气象和外界条件的影响。
二、阀型避雷器
阀型避雷器由装在密封瓷套中的间隙（又称火花间隙）和非线性电阻（又称阀片）串联构成，如图18－6所示。阀片的电阻值与流过的电流有关，具有非线性特性，电流愈大电阻愈小，其伏安特性曲线如图18－7所示。
阀型避雷器分普通型和磁吹型两类。普通型避雷器的火花间隙由许多如图18－8所示的单个间隙串联而成。单个间隙的电极由黄铜板冲压而成，两电极间用云母垫圈隔开形成间隙，间隙距离为0.5～1.0mm ，这种间隙的伏秒特性（指一定冲击电压波形下，其电压幅值与击穿时间的关系）曲线很平坦且分散性较小、性能较好。单个间隙的工频放电电压约为2.7～3.0kV 。避雷器动作后，工频续流电弧被许多单个间隙分割成许多段短弧，使其熄灭。减小工频续流有利于间隙电弧的熄灭，因此在工频电压下，希望阀片有较大的电阻，由于阀片电阻是非线性的，因而在很大的雷电压通过时电阻值很小、残压
图18－5 角型保护间隙及其与被保护设备的连接
1－圆钢；2－主间隙；3－辅助间隙；4－被保护物；5－保护间隙
不高（不会危及设备绝缘）。当雷电流过去之后，在工频电压作用下，电阻值变得很大，因而大大地限制了工频续流，以利于火花间隙灭弧。利用阀片电阻的非线性特性，解决了既要降低残压又要限制工频续流的矛盾，并且不致产生危险的截波。
磁吹型避雷器的火花间隙也由许多单个间隙串联而成，但每个间隙的结构较复杂，利用磁场使每个间隙中的电弧产生运动（如旋转或拉长）来加强去游离，以提高间隙的灭弧能力。磁场是由与间隙串联的线圈所产生，其原理接线见图18－9 。磁吹线圈两端设置的辅助间隙的作用，是为了消除磁吹线圈在冲击电流通过时产生过大的压降而使保护性能变坏。在冲击电压作用下，主间隙被击穿，
放电电流通过磁吹线圈，其上的压降使辅助间隙
击穿，放电电流便经过辅助间隙、主间隙和电阻
阀片而流入大地，使避雷器的压降不致增大。当
工频续流通过时，磁吹线圈上的压降减小，迫使
辅助间隙中的电弧熄灭，工频续流也就很快转入磁吹线圈，产生磁场起吹弧作用。
如前所述，阀型避雷器的火花间隙是由许多
单个间隙串联而成，由于各间隙对地和对高压端
存在寄生电容，故电压在各间
隙上的分布将是不均匀的。为
充分发挥每个间隙的灭弧能
力，常在间隙组（若干间隙为
一组）上并联适当的均压电
阻。
上述两类阀型避雷器，其
阀片的主要作用是限制工频
续流，使间隙电弧能在工频续流第一次过零时就熄灭。它们的电阻阀片都是金刚砂（SiC ）和结合剂烧结而成，称为碳化
硅阀片。
图18－6 阀型避雷器
原理结构图
1－间隙；2－非线性电阻
图18－7 阀片电阻的 伏安特性曲线
图18－8 单个火花间隙
图18－9 磁吹型避雷器的原理图
1－主间隙2－辅
助间隙3－磁吹线圈4
－电阻阀图18－10 FS3－10型阀型避雷器结构示意图 1－密封橡皮；2－压紧弹簧；3－间隙； 4－阀片；5－瓷套；6－安装卡子
普通型避雷器的阀片是在低温下烧结而成，非线性系数较低（约为0.2），但通流容量小，不能承受持续时间较长的内过电压冲击电流；磁吹型避雷器的阀片，是在高温下烧结而成，非线性系数较高，但通流容量大，能用于限制内部过电压。
目前我国生产的普通型避雷器有FS型和FZ型两种型号。FS型避雷器，其通流容量较小，主要用于保护小容量的3～l0KV配电装置中的电气设备（如变压器等），图18－10为FS3－10型避雷器结构示意图。
FZ型避雷器，其特性较好、通流容量较大，主要用于保护大中型变电所的变压器和电容器等设备。对于FZ型避雷器：电压低的，制成单体形式；35～220KV的，由若干标准单元串联组组成，如FZ－110J型避雷器（适用于110KV中性点接地系统）就是由四个FZ－30型的串联而成，见图18－11（a），110KV及以上电压等级的阀型避雷器，在其顶部装有均压环，以减少对地电容引起的电压不均匀现象。
磁吹型避雷器主要有FCZ电站型和保护旋转电机用的FCD型。图18－11（b）、（c）为FCZ3－220J型和FCZ－500J型避雷器的外型及安装尺寸。
图18－11 阀型避雷器外形及安装尺寸（mm）
（a）FZ－110J型；（b）FCZ3－220J型；（c）FCZ
－500J
三、氧化锌避雷器
氧化锌避雷器，实际上是一种阀型避雷器，其阀片以氧化锌（ZnO ）为主要材料，加入少量金属氧化物，在高温下烧结而成。氧化锌阀片具有很好的的伏安特性，其非线形系数a=0.02～0.05。图18－12示出SiC 避雷器、ZnO 避雷器及理想避雷器的伏安特性，以做比较。
图中，假定ZnO 、SiC 阀片在10KA 电流下的残压相同；但在额定电压（或灭弧电压）下，ZnO 伏安特性曲线所对应的电流一般在10－5A 以下，可以近似认为其续流为零，而SiC 伏安特性曲线所对应的续流却为100A 左右。也就是说，在工作电压下ZnO 阀片可看作是绝缘体。
ZnO 避雷器与SiC 避雷器相比较，由于ZnO 避雷器采用了非线性优良的ZnO 阀片，使其具有许多优点。
（1）无间隙、无续流。在工作电压下，ZnO 阀片呈现极大的电阻，续流近似为零，相当于绝缘体，因而工作电压长期作用也不会使阀片烧坏，所以一般不用串联间隙来隔离工作电压。
（2）通流容量大。由于续流能量极少，仅吸收冲击电流能量，故ZnO 避雷器的通流容量较大，更有利于用来限制作用时间较长（与大气过电压相比）的内部过电压。
（3）可使电气设备所受过电压降低。在相同雷电流和相同残压下，SiC 避雷器只有在串联间隙击穿放电后才泄放电流，而ZnO 避雷器（无串联间隙）在波头上升过程中就有电流流过，这就可降低作用在设备上的过电压。
（4）在绝缘配合方面可以做到陡波、雷电波和操作波的保护裕度接近一致。
（5）ZnO 避雷器体积小、质量轻、结构简单、运行维护方便。
ZnO 避雷器的主要特性常用起始动作电压及压比等表示。起始动作电压又称转折电压，从这一点开始，电流将随电压升高而迅速增加，也即其非线性系数迅速进入0.02～0.05的区域。通常以1mA 时的电压作为起始动作电压，其值约为其最大允许工作电压峰值的105％～115％。
压比是指ZnO 避雷器通过大电流时的残压与通过1mA 直流电流时的电压之比。例如，10KA 压比是指通过
10KA 冲击电流时的残压
与通过lmA （直流）时的
电压之比。压比越小，意
味着通过大电流时的残压
越低，则ZnO 避雷器的保
护性能越好。目前，此值
约为1.6～2.00 。
目前生产的ZnO 避雷
器，大部分是无间隙的。
对于超高压避雷器或需大图18－12 ZnO 、SiC 和理想避雷器伏安特性曲线的比较
图18－13 ZnO 避雷器有并联间隙的原理图
幅降低压比时，也采用并联或串联间隙的方法；为了降低大电流时的残压而又不加大阀片在正常运行时的电压负担，以减轻阀片的老化，往往也采用并联或串联间隙的方法。
图18－13表示ZnO避雷器有并联间隙的原理图。在正常情况下，间隙g是不导通的，工作电压由阀片电阻R1和R2两部分分担，单个阀片上所受电压较低。当有雷击或操作过电压作用时，流经R1、R2的电流迅速增大，R1、R2上的压降（残压）也随之迅速增加，当R2上的残压达到某一值时，并联间隙g被击穿，R2被短接，避雷器上的残压仅由R1决定，从而降低了残压，也就降低了压比。
氧化锌避雷器是一种新型避雷器。在国外技术发达的国家中，已用它来取代有串联间隙的普通型避雷器和磁吹型避雷器。
氧化锌避雷器型号的含义如下：
第四节岱海电厂500KV、220KV避雷器介绍
我厂使用500 kV系统避雷器为户外、单相、无间隙金属氧化物避雷器。避雷器安装处的设计短路电流为50kA。
500 kV避雷器使用参数：
型号：Y20W-444/1063(用于线路) Y20W-420/1006(用于主变)
额定电压：444kV (用于线路) 420kV(用于主变)
正常运行电压：318 318
最高连续运行电压：355kV(rms) 335kV(rms)
标称放电电流：20 kA
在最高持续运行电压550/3 kV下的阻性电流1mA，全电流 6mA
6mA工频参考电压：≥444/420(rms)
直流1mA参考电压：597kV(用于线路) 565kV(用于主变)
操作冲击电流残压(2kA峰值、波前时间≥30us)：
≤864kV（用于线路） 817.9kV（用于主变）
雷电冲击电流残压(10kA峰值、8/20us)：
≤981kV（用于线路） 930kV（用于主变）
陡波冲击电流残压(10kA峰值、波前时间1us)
≤1137kV（用于线路） 1075kV（用于主变）
大电流冲击耐受（4/10 s，2次放电动作）：100kA（峰值）
系统中性点接地方式：中性点直接接地
安装方式：安装在支架上
安装地点: 户外
压力释放能力：
a. 大电流（0.2s） 63kA（对称分量，rms）
b. 小电流（0.2s） 800A（对称分量，rms）
额定放电能量： 15kJ/kV
暂态过电压能力：
避雷器在注入标准规定的能量后，能耐受相当于额定电压数值的暂时过电压10s。
a. 1s 510.6kV 483kV
b. 10s 488.4kV 462kV
c. 100s 466.2kV 441kV
瓷柱绝缘水平
a. BIL（1.2/50μs） 1675kV（峰值）
b. SIL(250/2500μs) 1175kV（峰值）
c. 1min工频耐受电压 680kV（rms）
我厂使用220 kV系统避雷器为户外、单相、无间隙金属氧化物避雷器。安装在户外支架上
220KV避雷器额定参数：
额定电压：200 kV
最高连续运行电压：146 kV
标称放电电流：10 kA
在最高持续运行电压252/3kV下的泄漏电流：1-3mA
直流1mA参考电压：290 kV
操作冲击电流残压：413 kV
雷电冲击电流残压：496 kV
陡波冲击电流残压：546 kV
大电流冲击耐受（4/10μs，2次放电动作）：100kA（峰值）
长持续时间电流耐受（矩形波，波峰持续时间2000μs）：600A（峰值）
压力释放能力：
a. 大电流（0.2s）：40kA（对称分量，rms）
b. 小电流（0.2s）：800A（对称分量，rms）
额定放电能量：14.5kJ/kV
瓷柱绝缘水平：
a. BIL（1.2/50μs）：950kV（峰值）
b. 1min工频耐受电压：395kV（rms）
启动/备用变压器中性点用氧化锌避雷器型号为：Y1.5W-60/144。
避雷器运行在指定的条件下和按照运行指导手册维修时，运行寿命为30年。