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复合绝缘氧化锌避雷器

复合绝缘氧化锌避雷器

简要描述:

避雷器 用于保护电气设备免受高瞬态过电压危害并限制续流时间也常限制续流赋值的一种电器。主要材质为氧化锌。避雷器通常连接在电网导线与地线之间,然而有时也连接在电器绕组旁或导线之间。避雷器有时也称为过电压保护器,过电压限制器
复合绝缘氧化锌避雷器

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氧化锌避雷器是具有良好保护性能的避雷器。利用氧化锌良好的非线性伏安特性,使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小(微安或毫安级);当过电压作用时,电阻急剧下降,泄放过电压的能量,达到保护的效果。这种避雷器和传统的避雷器的差异是它没有放电间隙,利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用。

复合绝缘氧化锌避雷器

发展来源

氧化锌避雷器是七十年代发展起来的一种新型避雷器,它主要由氧化锌压敏电阻构成。每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压(叫压敏电压),在正常的工作电压下(即小于压敏电压)压敏电阻值很大,相当于绝缘状态,但在冲击电压作用下(大于压敏电压),压敏电阻呈低值被击穿,相当于短路状态。然而压敏电阻被击后,是可以恢复绝缘状态的;当高于压敏电压的电压撤销后,它又恢复了高阻状态。因此,如在电力线上安装氧化锌避雷器后,当雷击时,雷电波的高电压使压敏电阻击穿,雷电流通过压敏电阻流入大地,可以将电源线上的电压控制在安全范围内,从而保护了电气设备的安全。

主要分类

1.按电压等级分

氧化锌避雷器按额定电压值来分类,可分为三类;

高压类;其指66KV以上等级的氧化锌避雷器系列产品,大致可划分为1000kV、750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV七个等级。

中压类;其指3kV~66kV(不包括66kV系列的产品)范围内的氧化锌避雷器系列产品,大致可划分为3kV、6kV、10kV、35KV四个电压等级。

低压类;其指3KV以下(不包括3kV系列的产品)的氧化锌避雷器系列产品,大致可划分为1kV、0.5kV、0.38kV、0.22kV四个电压等级。

2.按标称放电电流分

氧化锌避雷器按标称放电电流可划分为20、10、5、2.5、1.5kA五类。

3.按用途分

氧化锌避雷器按用途可划分为系统用线路型、系统用电站型、系统用配电型、并联补偿电容器组保护型、电气化铁道型、电动机及电动机中性点型、变压器中性点型七类。

4.按结构分

氧化锌避雷器按结构可划分为两大类;

瓷外套;瓷外套氧化锌避雷器按耐污秽性能分为四个等级,Ⅰ级为普通型、Ⅱ级为用于中等污秽地区(爬电比距20mm/KV)、Ⅲ级为用于重污秽地区(爬电比距25mm/kV)、Ⅳ级为用于特重污秽地区(爬电比距31mm/kV)。

复合外套;复合外套氧化锌避雷器是用复合硅橡胶材料做外套,并选用高性能的氧化锌电阻片,内部采用特殊结构,用先进工艺方法装配而成,具有硅橡胶材料和氧化锌电阻片的双重优点。该系列产品除具有瓷外套氧化锌避雷器的一切优点外,另具有绝缘性能、高的耐污秽性能、良好的防爆性能以及体积小、重量轻、平时不需维护、不易破损、密封可靠、耐老化性能优良等优点。

5.按结构性能分

氧化锌避雷器按结构性能可分为;无间隙(W)、带串联间隙(C)、带并联间隙(B)三类。

注意事项

氧化锌避雷器均装设了在线泄漏电流表,以此来监视避雷器的运行状况。在线泄漏电流表反映的 是通过瓷套外绝缘和避雷器阀片的电流和通过避雷器阀片的电流。

(1)避雷器的在线泄漏电流表读数异常增大

避雷器内部受潮主要是密封不良引起的。潮气的来源有:

①在避雷器生产过程中,安装环境湿度超标;

②阀片及内部零部件烘干不彻底,有部分潮气滞留;

③装配时将密封圈漏放、放偏。或在密封圈与瓷套密封封面之间夹有杂物。

④运行一段时期后密封部件损坏造成进潮。

(2)避雷器的在线泄漏电流表读数降低甚至为零。

主要作用

每种避雷器各自有各自的优点和特点,需要针对不同的环境进行使用,才能起到良好的绝缘效果。避雷器在额定电压下,相当于绝缘体,不会有任何的动作产生。当出现危机或者高电压的情况下,避雷器就会产生作用,将电流导入大地,有效的保护电力设备。

 

选型标准

1、以往只考虑操作过电压和雷电过电压水平的避雷器选型及弊端

国家标准规定,系统供电端电压应略高于系统的标称电压(或额定电压)Un的K倍,即K=Um/Un(Um是系统zui高电压)。电气设备的绝缘应能在Un下长期运行。220kV及以下系统的K为1.15,330kV及以上系统的K=1.1。避雷器设计的初期也遵守上述原则。

氧化锌避雷器之前是SiC避雷器。10kV及以下SiC避雷器的灭弧电压设计是定在系统zui高运行电压的1.1倍;35kVSiC避雷器的灭弧电压等于系统zui高电压;110kV及以上SiC避雷器的灭弧电压为系统zui高电压的80%。对应以上的倍数分别有110%避雷器、100%避雷器和80%避雷器。

我国使用氧化锌避雷器初期,其额定电压是以SiC避雷器的灭弧电压为参考作设计的。早期的6kV、10kV和35kV避雷器均遵守上述原则,如:Y5WR-7.6/26、Y5WR-12.7/45、Y5WR-41/130。而zui大长期工频工作电压为系统zui高相电压,如Y5WR-12.7/45为:

2、保证在单相接地过电压下运行且电力系统安全情况下的避雷器选型及必要性

从安全运行角度,避雷器的额定电压的选择还应遵守如下原则:

①氧化锌避雷器的额定电压,应该使它高于其在安装处可能出现的工频暂态电压。在110kV及以上的中性点接地系统中是可以按上述方法选择的。

②在110kV及以下的中性点非直接接地系统中,电力部门规程规定在单相接地情况下允许运行2h,有时甚至在断续地产生弧光接地过电压情况下运行2h以上才能发现故障,这类系统的运行特点对氧化锌避雷器在额定电压下安全运行10s构成严重威胁。且氧化锌避雷器与SiC避雷器结构、设计不同(后者是有间隙灭弧,前者没有间隙或者只有隔流间隙),使得实践中氧化锌避雷器出现热崩溃甚至严重的爆炸事故。面对这种情况,许多供电局、电力设计院根据各地的电网条件提出了许多类型的额定电压值(如14.4kV,14.7kV等)。而在多次国标讨论稿中动作负载试验中耐受10s的额定电压规定提高至1.2~1.3倍,使氧化锌避雷器对中性点非直接接地系统工况的适应能力有所提高。

而由于氧化锌避雷器的额定电压选择过低,使避雷器在单相接地过电压甚至许多暂态过电压下工作出现安全事故。电力部安全监察及生产协调司早在1993年10月30日第十七期安全情况通报上就对避雷器提出修改意见。文中要求对新装设的3~66kV电压等级无间隙氧化锌避雷器持续运行电压(UC)和额定电压(Ur)按表1所列值选择,而同时保护性能不能降低。

(括号内数据适用于发电机和变压器中性点氧化锌避雷器,Um为系统标准电压的1.05-1.10倍)

而在通报发布与新标准修订的过渡阶段,对中性点非接地系统的氧化锌避雷器额定电压、持续运行电压的选择提出了如下设计规则:

额定电压在参考SiC避雷器灭弧电压设计基础上乘以1.2-1.3倍,持续运行电压为系统运行zui高线电压。这样各种电压等级电容器用避雷器的额定电压数据如下:

6kV额定电压(型号为Y5WR-10/27):

上述基本数据由于没有统一标准,避雷器厂家及使用单位在设计制造中会有出入。

3、贯彻2000年版新标准,安全、合理地对避雷器进行选型的现实性

在我国2000年新标准中(GB11032-2000),额定电压的选择上述1.2-1.3倍原则得到了认可,但持续运行电压的选择则出现了新规定:从反映避雷器使用寿命的参数1.5Un//U1mA作为参考值选择(设计)避雷器持续运行电压。以国内避雷器的设计、制造水平,一般?值为80%,故持续运行电压选择为额定电压的0.8倍。这一点我们从伏安曲线的小电流区上看,是有根据的。

这样,在实践中根据具体条件进行模拟计算或按经验惯例对避雷器进行选型时,应考虑单相接地运行1h的过电压水平。但用户中的技术协议甚至电力设计院图纸中出现了许多与上述值有细微差别的额定电压值,我认为是不必要的(如10kV中出现16.5kV、16.7kV等)。理由是实际设计避雷器过程中,额定电压值在伏-安曲线中是在小电流区里面,均小于U1mAAC值,追求细微之差在实际避雷器设计中得不到实现;另外从下面论述可知,按照新国标要求选择才能在许可过电压下安全使用(这是指不接地系统)。

4、按2000年版新标准中非接地系统氧化锌避雷器选型的科学性

4.1 额定电压的选择应按施加到避雷器端子间的zui大允许工频电压有效值选择、设计,此时能在所规定的动作负载试验中确定的暂态过电压下正确地工作。持续运行电压的选择必须是允许持久地施加于避雷器端子间的有效值。此时工频放电电压要足够高,以免在被保护设备的绝缘能耐受不需保护的操作过电压下动作,延长使用寿命,且必须考虑到我国现阶段制造氧化锌避雷器的荷电率与残压的实际水平。

4.2凡是工频电压升高较严重的处所或是设备绝缘试验电压较高的条件所允许,就应选择较高的氧化锌避雷器额定电压。工频参考电压的选择应等于或大于额定电压。这两点在新国标要求中都较好地满足,下面计算也可发现是满足过电压要求的。国标要求,要保证单相接地运行2h不动作。zui严重情况是当单相接地与甩负荷同时发生,此时理论计算可能出现的zui大过电压为1.99倍,则选取的氧化锌避雷器容许持续运行电压UC(有效值)如下:

国标按荷电率为0.8选取额定电压(即Ur≈1.25 UC),均满足要求。如果按躲开概率较高的弧光接地和谐振过电压,则额定电压应满足:

再按?=0.8选择持续运行电压,也满足要求。

综上所述,避雷器选型问题的主要难点是确定暂时过电压的范围问题,既要保证在较高的操作过电压及大气过电压下安全、可*地动作,又要保证在暂时过电压下阀片不动作。现阶段避雷器的选型和设计必须保证2h单相接地时出现的系统zui高过电压氧化锌避雷器不动作,否则氧化锌避雷器会出现热崩溃甚至爆炸事故。故在不接地系统中按照新要求选择是合适的。但在经消弧线圈接地的电容器装置中,接地过电压会低许多,这时可根据实际模拟计算选择较低的额定电压及持续运行电压使氧化锌避雷器在较低的操作过电压下动作,保护电容器装置,但如果不方便模拟,也可按不接地系统选择,因电容器极对地绝缘已考虑能满足单相接地2h要求。在小于额定电压下工作,避雷器不动作也不会导致过电压损害电容器装置。

总之,这是由于氧化锌阀片不带串联间隙直接串联,导致氧化锌避雷器电阻片不能承受甚至超过1.99倍的过电压,导致以SiC灭弧电压作为参考选择的氧化锌避雷器额定电压不能满足要求,必然要升高才能保证避雷器安全工作,如没有实际模拟数据,以国家标准精神中体现的推荐值较合适,因为它满足了极限要求。

 

基本特性

氧化锌避雷器七大特性:

通流能力

这主要体现在避雷器具有吸收各种雷电过电压、工频暂态过电压、操作过电压的能力。

保护特性

氧化锌避雷器是用来保护电力系统中各种电器设备免受过电压损坏的电器产品,具有良好保护性能。因为氧化锌阀片的非线性伏安特性十分优良,使得在正常工作电压下仅有几百微安的电流通过,便于设计成无间隙结构,使其具备保护性能好、重量轻、尺寸小的特征。当过电压侵入时,流过阀片的电流迅速增大,同时限制了过电压的幅值,释放了过电压的能量,此后氧化锌阀片又恢复高阻状态,使电力系统正常工作。

密封性能

避雷器元件采用老化性能好、气密性好的优质复合外套,采用控制密封圈压缩量和增涂密封胶等措施,陶瓷外套作为密封材料,确保密封可靠,使避雷器的性能稳定。

机械性能

主要考虑以下三方面因素:

A承受的地震力;

B作用于避雷器上的zui大风压力;

C避雷器的顶端承受导线的zui大允许拉力。

解污秽性能

无间隙氧化锌避雷器具有较高的耐污秽性能。

国家标准规定的爬电比距等级为:

II级 中等污秽地区:爬电比距20mm/kv

III级 重污秽地区:爬电比距25mm/kv

IV级 特重污秽地区:爬电比距31mm/kv

高运行可靠性

长期运行的可靠性取决于产品的质量,及对产品的选型是否合理。影响它的产品质量主要有以下三方面:

A 避雷器整体结构的合理性;

B 氧化锌阀片的伏安特性及耐老化特性;

C 避雷器的密封性能。

工频耐受能力

由于电力系统中如单相接地、长线电容效应以及甩负荷等各种原因,会引起工频电压的升高或产生幅值较高的暂态过电压,避雷器具有在一定时间内承受一定工频电压升高能力。

复合绝缘氧化锌避雷器

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