合成絕緣氧化鋅避雷器及其應用

避雷器作為供電系統中不可缺少的電氣元件，其作用是限制過電壓以保護電氣設備。目前，在變電所和發電廠用于過電壓保護的避雷器主要還是碳化硅(SiC)避雷器，其電阻閥片是以SiC為主要原料燒制而成的，但是SiC避雷器從其材料性能方面來講，伏安特性的非線性較不理想，非線性系數α較高(α越小，非線性程度越高，保護性能越好)，SiC避雷器普通型的α一般在0.2左右，磁吹型約為0.24。而且SiC避雷器的預試周期短，一般每年一次，淘汰率及運行成本高。另外其通流能力也較小，有時因對雷電流泄放不及時而引起爆炸事故。從其結構方面講，SiC避雷器采用瓷外套密封結構，密封效果較差，無防爆功能，容易引起SiC閥片受潮，當雷電流襲來時，內部壓力迅速增大，引起爆炸。

SiC避雷器基于上述一系列缺點，被新型避雷器取代已是大勢所趨。為了解決這個問題，從七十年代初就出現了氧化鋅避雷器。經過二十多年的發展，目前已有各方面技術都成熟的氧化鋅避雷器出現并有不少掛網運行。

一、氧化鋅避雷器技術指標及性能

1、主要技術指標

我公司永安礦區供電所從一九九九年開始推廣使用10KV級合成絕緣氧化鋅避雷器，其主要技術指標如下：

該種避雷器采用近代氧化鋅非線性電阻技術及新型合成材料研制而成的全新型高可靠防雷保護裝置。它由氧化鋅閥柱、電極、硅橡膠裙套等部件組成，用特殊樹脂灌封而構成無間隙氧化鋅避雷器，克服了傳統避雷器的缺點。ZnO避雷器具有很理想的非線性伏安特性。從ZnO避雷器與SiC避雷器及理想避雷器的伏安特性曲線可以看出，ZnO避雷器的伏安特性比較平緩，也就是非線性系數較小，α在0.02～0.05左右。假定ZnO、SiC電阻閥片在10KA電流下的殘壓相同，但在額定電壓(或滅弧電壓)下ZnO曲線所對應的電流一般在10-5 A以下，可近似認為其續流為零，而SiC曲線對應的續流卻是100A左右。也就是說，在工作電壓下氧化鋅閥片實際上相當于一絕緣體。

2、主要性能優點

合成絕緣ZnO避雷器在性能上除了有較理想的非線性伏安特性外，其主要優點還有：

2.1 對無間隙氧化鋅避雷器參數進行優化設計，提高了工頻耐受能力，使其充分發揮優良保護性能，對陡波具有良好的響應特性，確保運行的可靠。

2.2 保護范圍大：因氧化鋅避雷器無續流，當作用在ZnO上電壓超過某一值(此值稱為起始動作電壓，也就是在1mA下直流參考電壓值)時，將發生\"導通\"，其后，ZnO閥柱上的殘壓受其良好的非線性特性所控制，當系統電壓降至起始動作電壓下時，ZnO的導通狀態終止，又相當于一絕緣體。而SiC避雷器則不同，它不僅要吸收過電壓的能量而且要吸收工頻續流所產生的能量，使串聯間隙放電后才可將雷電流泄放入地。可見，當雷擊時ZnO避雷器能及時動作，降低侵入波的幅值，增大保護范圍。或在保護范圍相同時，可以提高保護裕度(泄流更及時)，使電氣設備絕緣受較高過電壓作用的概率減少，可以延長被保護設備的壽命。

2.3 通流能力大：其通流能力約為SiC避雷器的4倍，可用來限制內部過電壓，且它的通流能力利用率高，可以連續多次動作，不會因過熱而燒毀或爆炸。而SiC避雷器卻做不到。

2.4 抑制某些諧振過電壓的形成：因為沒有間隙，避雷器動作與否取決于加于其端部的電壓高低，遇有過電壓時，多只避雷器可以同時動作，加大系統阻尼，從而可以抑制某些諧振過電壓的形成，同時在整個過電壓過程中都有電流通過，因此降低了作用在電氣設備上的過電壓。

2.5 防爆性能良好：因其使用的是合成絕緣外套，內部故障時不會形成粉碎性爆炸傷及周圍設備，它的抗沖擊能力也很強，在周圍設備爆炸時，不會使避雷器失去機械強度而擴大事故范圍。

3、結構優點

在結構上，合成絕緣氧化鋅避雷器也有著SiC避雷器所不能比擬的優點。

3.1 合成絕緣氧化鋅避雷器具有體積小、重量輕(與瓷外套避雷器比較可減輕重量60%以上)，抗拉強度大，可以制成懸吊式，以節約占地和降低成本。

3.2耐污性能良好：硅橡膠外套具有良好的憎水性，表面上污穢層的積累速度較慢，而且其憎水性還可以傳遞給污穢層，這些特性可提高它的耐污性能，減少維護工作量；同時，硅橡膠這種有機高分子物質耐老化特性好，能滿足戶外長期運行的需要。

3.3密封性能良好：采用特殊樹脂封灌技術制造，密封性能好，不易形成貫穿性的漏氣通道使閥門受潮，因而也就不存在避雷器因內部受潮而引起爆炸的形成。

3.4散熱性能好：因其內部沒有氣隙，閥片的熱量是直接通過固體向外發散，而固體的導熱系數比空氣大得多，這有利于加大其負載承受能力(即泄流能力)和降低運行溫度以延長壽命。

3.5保護特性不受外界影響：因其內部沒有火花間隙，外套污穢不會影響其保護特性。

二、氧化鋅避雷器試驗安裝

由于氧化鋅避雷器具有傳統避雷器所無法比擬的優點，它不僅可提高配電系統防止過電壓的能力，減少設備事故，而且可以減少避雷器本身的事故率和降低安裝費用，延長預試周期(至少可以五年以上試驗一次)，減少維護工作量，提高供電可靠性。氧化鋅避雷器安裝前的試驗：對于HY5W型避雷器（35KV及以下）的試驗項目主要有兩項。⑴絕緣電阻測定：可用2500伏、量程2500MΩ以上的兆歐表分別在試驗前后測其對地絕緣電阻值，其值必須大于2500MΩ。⑵直流項目測試：可用輸出電流達2mA及以上的直流高壓發生器測試（如ZGF-100/2）。具體項目有：①直流1mA下參考電壓U1mADC（KV），②75%1mA下電壓的泄漏電流（μA）。

對于不同電壓等級避雷器的試驗數據略有不同。試驗要求和數據按下表(10KV等級)：

只有所有試驗數據都在要求范圍內方可安裝使用，特別指出試驗時要注意：嚴禁工頻耐壓試驗。

三、結束語

我公司從1999年開始使用合成絕緣氧化鋅避雷器至今，運行安全可靠，大大減少了維護、試驗工作量，至今未出現避雷器爆炸事故。