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氧化鋅避雷器特點及選型探討

日期:2018-01-21

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     摘要介紹了幾種主要的氧化鋅避雷器的特點,并根據氧化鋅避雷器產品型號,探討了在不同的應用場合,如何確定避雷器選型的幾個重要參數。

電力系統產生過電壓原因很多。主要可分為大氣(雷電)過電壓、工頻過電壓、操作過電壓、諧振過電壓等。為防止過電壓產生的各種危害,必須設置過電壓保護裝置。而避雷器則是最常用的設備。在歷史上,避雷器經歷了保護間隙、排氣式避雷器、閥式避雷器、普通閥式避雷器、磁吹避雷器等階段的發展后出現了金屬氧化物避雷器。而氧化鋅避雷器的出現,立即以其優異的性能得到了廣泛的認可。如何在工程設計及實施中正確選用氧化鋅避雷器,本文擬在這方面作一些探討。

1氧化鋅避雷器選型要注意的主要參數

1.1依據JB/T 8459-1996《避雷器產品型號編制方法》,金屬氧化物避雷器產品型號說明

產品型式:Y—表示瓷套式金屬氧化物避雷器;YH(HY)—表示復

合外套金屬氧化物避雷器。

結構特征:W—表示無間隙;C—表示串聯間隙;B-表示有并聯間隙。

使用場所:S—表示配電型;Z—表示電站型;R—表示并聯補償電

 容器用;D—表示電機用;T—表示電氣化鐵道用。

附加特性:W—表示防污型;G—表示高原型;TH—表示濕熱帶地區用。

根據不同型號,避雷器的選型主要由如下幾個參數確定:

1.2標稱放電電流

標稱放電電流是指:用來劃分避雷器等級的,具有8/20波形的雷電沖擊電流峰值。

根據GB11032-2000,氧化鋅避雷器按標稱放電電流可劃分為20kA、10kA、5kA、2.5kA、1.5kA五類。而且,GB11032-2000還給出選型

因此,根據不同的電壓等級及避雷器的使用場所就可以確定避雷器的標稱放電電流。

1.3結構特征

1)無間隙:保護性能分散性小,僅由沖擊電流經過時的殘壓決定,無間隙避雷器閥片單位體積吸收能量大,還可并聯使用,使吸收能力成倍提高,可有效地限制電力系統的大氣過電壓和操作過電壓。但是無間隙避雷器結構決定了它的閥片長期直接承受電網運行時各種電壓應力,產生熱穩定及老化問題。而電網產生的間歇性弧光過電壓及諧振過電壓對避雷器的影響更大。

2)有間隙:有間隙分為串聯間隙及并聯間隙。現在市場上大多是串聯間隙。

3)串聯間隙:結構特征是放電間隙與避雷器閥片串聯,由于間隙隔離和分壓作用,氧化鋅閥片性能及耐老化要求可顯著降低,閥片數量也明顯減少,降低了成本。但由于帶間隙致使保護分散性大,使得其在運行中保護特性不穩定。

4)并聯間隙:其結構是將閥片分為主閥片和輔助閥片,主閥片和輔助閥片串聯,但輔助閥片上有并聯間隙。在正常電壓下,并聯間隙不放電,電壓加在主閥片和輔助閥片上,運行安全可靠,過電壓作用時,輔助閥片上的電壓還未達動作值前,并聯間隙先行放電,輔助閥片被短路,避雷器的殘壓完全由主閥片上的殘壓所決定,所以殘壓比較低,保護性能也比較好,可用于保護電機、發電機等弱絕緣的設備。但是帶并聯間隙的避雷器也具有無間隙閥片長期承受電網電壓的缺點,同時,避雷器動作時,是間隙放電,也存在串聯間隙保護特性分散缺點。

1.4使用場所

避雷器應根據保護對象(使用場所)選擇避雷器的類型。

1)配電型是用于保護相應電壓等級的開關柜、變電壓、箱式變、電纜出線頭、柱上油開關等配電設備免受大氣和操作過電壓的損壞。

2)電站型是用于保護發電廠、變電站中交流電氣設備免受大氣過電壓和的操作過電壓損壞。

3)電容器型是用于抑制真空開關或少油開關操作電容器組產生的過電壓,保護電容器組免受操作過電壓的損壞。

4)旋轉電機型是用于限制真空開關或少油開關投切旋轉電機時產生的過電壓,保護旋轉電機免受操作過電壓的損壞。

5)變壓器中性點是用于保護相應電壓等級的變壓器中性點免受大氣過電壓和操作過電壓的損壞。

6)鐵道型是用于保護電氣化鐵道的各種電氣設備免受大氣過電壓和操作過電壓的損壞。

1.5額定電壓

根據避雷器保護的原理,避雷器動作要求達到如下效果:既要保證在較高的操作過電壓及大氣過電壓下安全、可靠地動作;又要保證在暫時過電壓下閥片不動作。

也就是說,選擇避雷器額定電壓時,要求根據此電壓確定的避雷器,在其安裝處出現的電力系統暫時過電壓(此電壓不應超過系統絕緣水平)不會引起避雷器動作。因此我們必須首先確定避雷器安裝處的暫時過電壓。一般來說,確定避雷器最大暫時過電壓時,僅需考慮單相接地、甩負荷和長線電容效應引起的暫時過電壓。

1)無間隙。①電站型、配電型及電容器型:對無間隙避雷器,必須滿足持續運行電壓Uc大于等于暫時工頻過電壓。避雷器額定電壓Ur可按下式估算:

Ur=1.25×Uc

=1.25×K1×K2×Upm

=1.25×K1×K2×1.15×Upn

=1.25×K1×K2×1.15×(Uln/1.732)(kV)

式中:K1為系統系數(3kV-10kV為1.1;35kV-66kV為1;110kV-220kV為0.8);K2為接地故障因數(中性點有效接地系統或接地故障10s內切除的K2=1.4;10s以上切除的K2=1.82;Upm為最高相電壓;Upn為系統額定相電壓;Uln為系統額定線電壓。

②其它。對電機及發電機避雷器,因為其本身絕緣水平較低,在中性點非有效接地系統中,如考慮長期單相接地運行(大于10s切除故障)的情況,即上式中K2=1.82。但這樣選取的避雷器的所有放電殘壓均超過電機絕緣水平,不能對電機實現任何絕緣配合。因此,在國標GB11032-2000中,對非有效接地系統電機避雷器的額定電壓仍然按有效接地系統方式進行選擇。這樣,可以在一定程度上滿足真空斷路器操作過電壓(僅為相-地過電壓)與電機絕緣的配合。但是,即便這樣,避雷器選型仍不能滿足雷電陡波過電壓和電機絕緣的配合。

2)串聯間隙。串聯間隙避雷器在工頻過電壓運行時,因間隙作用,沒有承受工頻電壓,不需要考慮閥片的電壓應力及熱穩定問題,因此,只要保證直流1mA參考電壓略大于系統的峰值相電壓即可。由于在不同的接地系統中,暫時過電壓系統峰值電壓值是不同的,對額定電壓的選取,有如下的電壓計算公式:

Ur=K1×k2×Upm

=K1×K2×1.15×(Uln/1.732)

式中:K1為系統系數(3kV-10kV為1.1;35kV-66kV為1;110 kV-220kV為0.8)K2為接地故障因數(中性點有效接地系統或接地故障10s內切除的K2=1.4;10s以上切除的K2=1.82);Upm為最高相電壓;Uln為系統額定線電壓。

3)并聯間隙。并聯間隙的氧化鋅避雷器因為在工頻及工頻過電壓下的運行情況與無間隙避雷器相似。因此,其額定電壓的選擇和無間隙氧化鋅避雷器相同。因并聯間隙氧化鋅避雷器使用較少,相關產品還沒有相應的國家及行業標準。在作選型時,額定電壓的選取,應和制造廠討論確定。

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