開關柜中避雷器與放電計數器的配合設計

趙云江+譚慧明

摘 要：文章主要介紹了開關柜中避雷器配置放電計數器的必要性和選型參數。同時，針對不同的結構，介紹了避雷器與放電計數器的接線方式和接線長度要求。

關鍵詞：避雷器；放電計數器；接線

中圖分類號：TM02 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0108-02

1 概述

成套開關柜在運行中容易受到過電壓的破壞。除了常見的雷電過電壓外，還有操作過電壓（開關分合閘、變壓器投運、空壓機啟停等）和故障短時過電壓。為了更好的保護電力設備，都會在開關柜中安裝氧化鋅避雷器。一般安裝在進線柜、電壓互感器柜、變壓器出線柜。

氧化鋅避雷器（MOV），因其優異的非線性特性而被廣泛的應用。從圖1[1]可以看出，范圍1是避雷器的正常工作區間，此時只有很小的泄露電流流過，避雷器呈現高阻狀態，等效于開路；范圍2主要是暫時過電壓和操作過電壓區域，電阻逐漸呈現非線性；而范圍3是避雷器主要的動作范圍，此時流過避雷器的雷電電流和操作電流大于1kA，避雷器呈現出低阻狀態。而且隨著過電壓的升高，其電阻越小，近似于短路狀態。過電壓消失后，避雷器又恢復到范圍1的狀態。

避雷器內部的氧化鋅電阻閥片有良好的恢復特性，可以承受多次的過電壓。但是如果頻繁的承受過電壓，閥片會逐漸劣化，甚至被擊穿。因此，要關注避雷器的雷擊放電次數——通過放電計數器來實現。

2 避雷器放電計數器的選型

避雷器放電計數器最常見的是JS-8型，其結構簡單、安裝方便，功能單一。為了可靠的計數，必須保證放電計數器的靈敏性。通過實驗，可以知道避雷器放電計數器的靈敏性和電流幅值有關，存在明顯的保證可靠性動作的電流上、下限，當沖擊電流幅值超出限值時，避雷器放電計數器就不能準確計數[2]。

放電計數器的上限電流必須與避雷器的標稱放電電流一致，下限電流國標規定一般為50A。另外，放電計數器還有一個重要的參數——2000μs方波電流通流量。目前市場上常用的有150A、200A、400A、600A四種，該參數主要體現計數器在遭受雷擊放電時，內部電阻片的電流承受能力。就筆者對市場上的一些樣品的解剖來看，400A和600A只有極少數廠家能夠做到。很多情況下，由于設計環節忽略了這個參數，導致廠家的實物也有所偏離。

3 避雷器放電計數器的使用

放電計數器原理是：避雷器放電電流經放電計數器的電阻流入大地，同時對與該電阻并聯的電容進行充電。充電電壓達到電磁繼電器動作值時閉合，帶動指針轉動，計數器計數一次。

放電計數器屬于純機械結構，在運輸過程中經劇烈振動時會使計數器的數值發生變化。因此，為了更準確的記錄放電計數器的次數，需要在現場系統送電運行前進行歸零設置。平時的巡檢過程中要能夠記錄放電計數器的次數，當三相之間的次數差異超過4次時需要對避雷器進行測試，以便確認避雷器是否完好。

為了確認計數器的靈敏度，在配電房或者電站的定期巡檢維護時，可以通過絕緣搖表對計數器里面的電容充放電來檢測。

雖然避雷器配置放電計數器是很必要的，但是在實際工程項目和產品設計中卻發現，很多人對于避雷器和放電計數器的配合設計存在誤區。

4 避雷器與放電計數器的接線方式

我們都知道避雷器一端與母線連接，另外一端需要接地。所以通常情況下，一般將三相避雷器的接地端同時接在一截銅排上，然后將該銅排與開關柜的接地排連接。這種做法是正確的。

但是，當避雷器安裝JS-8型的放電計數器時，很多設計在不改變上述做法的情況下，直接將放電計數器的一個接線柱與避雷器接地端連接。計數器一般有2個接線柱：一個接避雷器接地端，另一個為接地端。這種做法很顯然沒有了解計數器的工作原理！計數器是通過避雷器的放電電流而動作的必須和避雷器串聯。即，避雷器的接地端要首先接放電計數器，然后放電計數器再接地。

正確的接線方式如圖2所示。由于避雷器的接地點和金屬底座為一體結構，安裝時必然會與開關柜的殼體接觸，這也相當于接地。所以，必須將避雷器安裝在環氧板上。然后將三相避雷器的接地端子分別與三只計數器的接線柱連接，再將計數器的接地端子分別接到接地銅排上。錯誤的接線方式相當于將放電計數器的兩端短路，導致計數器無電流流過，計數器無法工作。

有的避雷器將金屬底座與本體接地點分開設計，或者避雷器本體通過絕緣螺柱與底座固定，此時的避雷器可以直接安裝在開關的金屬橫梁上，無需額外增加環氧底座。但是這樣的避雷器通常有兩個接地螺栓：一個是與本體內部閥片連接的、另一個是底座的接地。在設計和安裝時需要區分。

圖3中，左圖在普通避雷器固定底座下單獨增加了一個安裝底座，兩個底座之間通過絕緣尼龍螺栓連接。放電計數器可以直接接在原底座的接地孔，不能被底座上的接地標識給誤導；右圖是避雷器本體內部處理，單獨引出避雷器的接地點，而金屬底座與內部的閥片等結構無電氣連接。所以，這種結構比較方便。

5 接線要求

由于國標GB 11032-2010《交流無間隙金屬氧化物避雷器》里并沒有詳細規定避雷器接地線的規格，所以根據避雷器放電時的能量計算[3]可確定：避雷器的接線設計選型主要與截面積有關，而與長度無關：

S=3950（ρ20（1+K（θr-20））/（CPγ（θr-40）））0.5

從這個角度的計算來說，上面的結論沒有問題。但是，忽略了避雷器接線的電阻和電感壓降對殘壓的影響。尤其是快波前過電壓對此特別敏感。由于放電計數器的接入，導致避雷器的等效接線（避雷器上端與母線的距離+避雷器高度+放電計數器的線長+系統接地長度）增長。尤其是35kV的開關柜，避雷器本體一般高度在800mm左右。而有的設計，為了計數器讀數的方便，將其設計在儀表室，這就更增加了接線距離。

假定計數器裝在儀表室，整個接線長度為4m；采用25mm2的銅導線，電感L=1μH/m；在4/10μs大電流沖擊通流量為65kA。35kV電站型的氧化鋅避雷器在4/10μs殘壓為154kV（參考福建閩清的產品說明書）。計算：

Ure=Ldi/dt=4*1*（65*0.9/4）kV=58.5kV

電感壓降，如果疊加在避雷器的殘壓上，則會產生212.5kV的殘壓。而在35kV的電壓等級下，開關設備的額定雷電沖擊耐受電壓峰值為185kV。避雷器和接線的電感綜合作用，其殘壓超過了被保護設備的耐壓水平。所以，避雷器的接線應該盡量短，計數器靠近避雷器安裝。

6 結束語

為了更好的保護設備避免雷擊，提高電力系統的安全性，需要定期關注避雷器的雷擊放電情況。（1）避雷器推薦安裝放電計數器，并經常巡檢放電次數。（2）避雷器在設計時要根據不同的產品結構選擇正確的放電計數器接線方式。（3）避雷器和放電計數器宜安裝在開關柜底部，盡量縮短接線長度。

參考文獻：

[1]GB/T 28547-2012.交流金屬氧化物避雷器選擇和使用導則[S].

[2]崔龍躍，郭潔，余涌.避雷器放電計數器的動作靈敏性研究[J].電瓷避雷器，2011（6）：65-68.

[3]黃樂精.避雷器接地線材質和截面的選擇[A].輸變電年會2011論文集[C].2011：347-348.endprint