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氧化鋅避雷器的串聯(lián)間隙應(yīng)用與試驗

添加時間:2018-11-21 17:05:17   瀏覽:

   串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器使用了間隙和ZnO閥片,兩者互為保護(hù)

。間隙使電荷率為零
,解決了ZnO閥片老化問題;間隙在續(xù)流時易損壞,ZnO閥片優(yōu)越的性能使其無續(xù)流
。保護(hù)設(shè)備的絕緣免受雷電和操作等過電壓的損壞起到良好的作用
。優(yōu)越性的逐步體現(xiàn),使得串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器將被越來越多的使用;其試驗標(biāo)準(zhǔn)也將逐步完善和規(guī)范



 1. 避雷器應(yīng)用的比較
       目前在電力系統(tǒng)中運(yùn)行的避雷器主要有兩種類型。一類是以串聯(lián)火花間隙與碳化硅閥片為主要元件的傳統(tǒng)閥型避雷器;另一類是以氧化鋅電阻片為主要元件的金屬氧化物避雷器

。其主要元件的伏安特性如下所示。

        對于單個間隙而言當(dāng)很大的雷電流流過非線性電阻時
,非線性電阻將呈現(xiàn)很大的電導(dǎo)率
,使避雷器上出現(xiàn)的殘壓U0不致過高。當(dāng)雷電流過去后
,加在閥片上的電壓是系統(tǒng)電壓Ux時,非線性電阻的電導(dǎo)率突然下降而將工頻續(xù)流限制到很小的數(shù)值
。事實上閥型避雷器的間隙由數(shù)個或數(shù)十個單間隙組成而形成的一個電容鏈
。由于電極片對地和對高壓端蓋的部分電容的影響,電壓在各間隙上分布是不均勻的
。嚴(yán)重的是這種不均勻非常的不穩(wěn)定,它受瓷套表面情況影響很大
,使得避雷器的工頻放電電壓很不穩(wěn)定
。雖然可以通過在每個間隙或間隙組上并聯(lián)一個分路電阻來解決
,但分路電阻中將長期有電流流過(泄漏電流);且經(jīng)長期運(yùn)行非線性并聯(lián)電阻會逐漸老化
,表現(xiàn)為阻值增加,電導(dǎo)電流下降
,影響避雷器性能。



        可以看到氧化鋅電阻片在擊穿區(qū)域具有較好的非線性

,使得氧化鋅避雷器在正常工作電壓下電阻值很大
,泄漏電流很小;在過電壓情況下其電阻值又很小,過電壓能量釋放即恢復(fù)到高阻值狀態(tài)
,無工頻續(xù)流,所以無間隙氧化鋅避雷器得到了廣泛應(yīng)用

 


        但是

,作為過電壓保護(hù)電器,針對其所釋放的能量
,其自身仍存在過電壓防護(hù)問題
。對于能量有限的過電壓(如雷電過電壓和操作過電壓),避雷器泄流能起限壓保護(hù)作用
。對能量是無限(有補(bǔ)充能源)的過電壓
,如暫態(tài)過電壓(工頻過電壓和諧振過電壓的總稱),其頻率或為工頻或為工頻的整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍
,與工頻電源頻率總有合拍的時候,如因某些原因而激發(fā)暫態(tài)過電壓
,工頻電源能自動補(bǔ)充過電壓能量
,即使避雷器泄流過電壓幅值不衰減或只弱衰減
,暫態(tài)過電壓如果進(jìn)入避雷器保護(hù)動作區(qū)
,勢必長時反復(fù)動作直至熱崩潰,避雷器損壞爆炸
,因此暫態(tài)過電壓對避雷器有致命危害
。如果已將全部暫態(tài)過電壓限定在保護(hù)死區(qū)內(nèi)不受其危害的避雷器
,稱之為暫態(tài)過電壓承受能力強(qiáng)
,反之稱暫態(tài)過電壓承受能力差。

 

        碳化硅避雷器暫態(tài)過電壓承受能力強(qiáng)

,但由于運(yùn)行中動作特性穩(wěn)定性差,常因沖擊放電電壓(保護(hù)動作區(qū)起始電壓)值下降
,仍可能遭受暫態(tài)過電壓危害
,動作負(fù)載重壽命短。無間隙氧化鋅避雷器因其拐點電壓(可近似地把參考電壓當(dāng)作拐點電壓)偏低
,僅2.21~2.56Uxg(最大相電壓),而有些暫態(tài)過電壓最大值達(dá)2.5~3.5Uxg
,故有暫態(tài)過電壓承受能差
,損壞爆炸率高和壽命短等缺點


        對暫態(tài)過電壓危害有效防護(hù)辦法是加結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定的串聯(lián)間隙將全部暫態(tài)過電壓限定在保護(hù)死區(qū)內(nèi)
,使避雷器免受其危害。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器有此獨具優(yōu)點
。結(jié)構(gòu)上串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器既有間隙又用氧化鋅閥片,其間隙結(jié)構(gòu)不同于碳化硅避雷器。其間隙數(shù)量少
,當(dāng)過電壓達(dá)到?jīng)_擊放電電壓時
,間隙無時延擊穿,同時因隙距大動作特性穩(wěn)定
,可避免碳化硅避雷器間隙帶來的缺點
。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器的間隙已將全部暫態(tài)過電壓限定在保護(hù)死區(qū)內(nèi)免受其危害,故又可避免無間隙氧化鋅避雷器因拐點電壓偏低帶來的缺點

 


 2. 串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器試驗問題
        隨著現(xiàn)代防雷技術(shù)的發(fā)展,在小電流接地系統(tǒng)中交流串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器正逐步在變壓器開關(guān)

、母線
、電動機(jī)
、發(fā)電機(jī)
、線路
、電容器組等電氣設(shè)備得到應(yīng)用
。作為電氣設(shè)備本身
,同樣存在著閥片性能
、參數(shù)設(shè)計、絕緣材質(zhì)
、裝配不良
、密封缺陷等問題;掌握其性能狀況亦顯得十分必要
。對于中性點非直接接地的3—63KV電力系統(tǒng)中的氧化鋅避雷器,我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)明確規(guī)定其試驗項目為:1.絕緣電阻;2.直流1mA下的電壓U1mA及75%U1mA下的電流。眾所周知
,該規(guī)程關(guān)于氧化鋅避雷器的試驗項目是源于《交流無間隙金屬氧化物避雷器》(GB11032—89)的規(guī)定要求,是針對交流無間隙氧化鋅避雷器的
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!兑?guī)程》規(guī)定的試驗項目是否適用帶串聯(lián)間隙的氧化鋅避雷器值得商榷



       《規(guī)程》規(guī)定碳化硅避雷器FS系列的試驗項目為1.絕緣電阻;2.工頻放電

。FCD系列試驗項目為1.絕緣電阻;2.電導(dǎo)電流。結(jié)合無間隙氧化鋅避雷器和有間隙碳化硅避雷器因結(jié)構(gòu)不同而在試驗上的不同
,我們認(rèn)為目前在小電流接地系統(tǒng)中廣泛使用的帶串聯(lián)間隙的氧化鋅避雷器試驗項目應(yīng)為1.絕緣電阻;2.工頻放電。對于一些為了解決電壓分布問題,而在間隙兩側(cè)并聯(lián)電阻的串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器還應(yīng)做電導(dǎo)電流



        由于采用ZnO閥片

,其絕緣電阻測量同無間隙氧化鋅避雷器。測量值決定于閥片外和內(nèi)部絕緣部件和瓷套
。測量使用2500V兆歐表,35kV及以下避雷器絕緣電阻值不低于1000MΩ;35kV以上避雷器不低于25000MΩ



       由于存在間隙

,直流1mA下的電壓U1mA及75%U1mA下的電流試驗項目是不適合有間隙氧化鋅避雷器的。而工頻放電試驗是檢驗間隙避雷器電氣性能的一個基本項目
。雖然由于氧化鋅電阻片具有在低電壓下良好的高阻和限流的特點,可不考慮放電間隙的切斷比;但是
,其工頻放電電壓同樣不能過高和過低
。過高的工頻放電電壓就會使沖擊放電電壓升高,從而影響避雷器的性能
。過低的工頻放電電壓就可能造成在被保護(hù)設(shè)備的絕緣能耐受而不需要保護(hù)的操作過電壓下動作。所以
,工頻放電電壓應(yīng)根據(jù)避雷器保護(hù)對象有相應(yīng)的放電電壓范圍
。目前,由于《規(guī)程》的相對滯后
,很難在有關(guān)規(guī)程中查到相應(yīng)的試驗標(biāo)準(zhǔn)。所以
,預(yù)防性試驗應(yīng)參照出廠試驗報告