避雷器参数及选型原则.docx

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避雷器参数及选型原则

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避雷器参数及选型原则

金属氧化物避雷器的选择

避雷器是电力系统中主要的防雷保护装置之一，只有正确地选择避雷器，方能发挥其应有的防雷保护作用。

1、无间隙金属氧化物避雷器的选择

选择的一般要求如下：

（1）、应按照使用地区的气温、海拔、风速、污秽以及地震等条件确定避雷器使用环境条件，并按系统的标称电压、系统最高电压、额定频率、中性点接地方式，短路电流值以及接地故障持续时间等条件确定避雷器的系统运行条件。

（2）、按照被保护的对象确定避雷器的类型。

（3）、按长期作用于避雷器上的最高电压确定避雷器的持续运行电压。

（4）、按避雷器安装地点的暂时过电压幅值和持续时间选择避雷器的额定电压。

（5）、估算通过避雷器的放电电流幅值，选择避雷器的标称放电电流。

（6）、根据被保护设备的额定雷电冲击耐受电压和额定操作冲击耐受电压，按绝缘配合的要求，确定避雷器的雷电过电压保护水平和操作过电压保护水平。

（7）、估算通过避雷器的冲击电流和能量，选择避雷器的试验电流幅值，线路放电耐受试验等级及能量吸收能力。

（8）、按避雷器安装处最大故障电流，选择避雷器的压力释放等级。

（9）、按避雷器安装处环境污染程度，选择避雷器瓷套的泄漏比距。

（10）、按避雷器安装的引线拉力、风速和地震等条件，选择它的机械强度。

（11）、当避雷器不满足绝缘配合要求时，可采取适当降低其额定电压或标称放电电流等级或提高被保护设备的绝缘水平等补救措施。

2、主要特性参数选择

（1）、持续运行电压Uc

中性点直接接地系统的相对地无间隙金属氧化物避雷器，其Uc可按不低于系统最高相电压选取。

在中性点非直接接地系统，如单相接地故障能在10s以内切除，其Uc仍可按不低于选取，但由于我国大部分中性点非直接接地系统中允许带接地故障运行2h以上，因此Uc可按以下原则选取：

10s及以内切除故障　

2h及以上切除故障　3～10kV　～，35～66kVUc≥UL

至于10s～2h之间，可按2h以上选取，也可参照避雷器的工频电压耐受特性曲线选取。

（2）、额定电压Ur

Ur是指避雷器两端间的最大允许工频电压的有效值，是在60℃温度下注入规定能量后，能耐受额定电压Ur10s，随后在Uc下，耐受30min，能保持热稳定。

（3）、暂时过电压UT

暂时过电压UT是确定避雷器额定电压之依据，在选择UT时，主要考虑单相接地，甩负荷和长线电容效应所引起的工频电压升高，幅值可按下列条件选取。

①中性点非直接接地系统：

3～10kV　UT=

35～66kV，UT=Um

②中性点直接接地系统：

110～220kV　

线路侧

（4）、相对地避雷器的额定电压

相对地避雷器的额定电压可按表1确定。

　　（5）、工频电压耐受时间特性

避雷器的工频电压耐受时间特性，是其在吸收了规定的过电压能量之后耐受暂时过电压的能力。

中性点直接接地系统中用的避雷器，或是带接地故障自动切除装置系统中用的避雷器，可耐受等于其额定电压的暂时过电压10s，若暂时过电压作用时间长，其耐受的幅值就低，反之就高。

故若暂时过电压作用时间短于或大于10s或其幅值低于或高于避雷器的额定电压，即可用该避雷器的工频耐受时间特性曲线进行校核。

（6）、标称放电电流

国标GB11032《金属氧化物避雷器技术规范》规定的避雷器标称放电电流IB，如表2所列。

（7）、保护水平与绝缘配合系数

雷电过电压保护水平是下面两项较高者：

①标称放电电流下的最大残压。

②陡坡冲击电流下的最大残压除以（指油浸绝缘类电器，其它类电气设备可有不同系数）。

操作过电压的保护水平是操作冲击电流下的最大残压。

按惯用法进行绝缘配合时，设备的绝缘水平与避雷器保护水平比值为配合系数。

1、雷电过电压配合系数：

避雷器紧靠被保护设备时＞

避雷器非紧靠被保护设备时＞

2、操作过电压配合系数＞

避雷器的选择与安装

　　雷鸣闪电，是常见的自然现象。

由于社会经济的发展，一方面高楼林立，且越来越高，使地面与雷云之间的距离缩短；另方面，工厂、汽车等排出的废气越来越多，污染了空气，使空气中的微粒增加，既利于雷云的形成，也利于雷电流的传导。

所以，多雷的珠江三角洲，雷越来越多、越来越强、越来越低，给人们的生产和生活带来极大的威胁。

每年因雷击造成的建筑物或设备的损坏越来越严重。

不少单位、家庭都遭受雷电的威胁和侵袭，使人们逐步意识到防雷的重要性。

雷电灾害分直击雷和感应雷两种，建筑物上安装符合要求的避雷针（带），能比较有效地防止直击雷的侵害。

感应雷害是避雷针（带）所不能防御的。

感应雷侵害的范围广，它不管建筑物的高矮，只要有电源线或讯号线引入的地方，数公里以外产生雷电，都有可能受到感应，使设备遭受损坏。

　　在电力配电线路中，常用的避雷器有：

阀型避雷器、管型避雷器、氧化锌避雷器等，低压配电系统提倡选用低压氧化锌避雷器。

氧化锌阀片在正常运行电压下，阀片的电阻很高，仅可通过微安级的泄漏电流。

但在强大的雷电流通过时，却呈现很低的电阻，使其迅速泄入大地，实现限压分流的目的。

阀片上的残压几乎不随通过电流的大小而变化，时常维持在小于被保护电器的冲击试验电压，使设备的绝缘得到保护，雷电流过后又恢复到原绝缘状态。

　　氧化锌避雷器具有优异的非线性伏安特性，残压随冲击电流波头时间的变化特性平稳，陡波响应特性好，没有间隙击穿特性和灭弧问题。

其电阻片单位体积吸收能量大，还可以并联使用，所以在保护超高压长距离输电系统和大容量电容器组特别有利。

对于低压配电网的保护也很适合，是低压配电网的主要保护措施。

　　在避雷器使用前，都应该对其有关技术参数进行测量，以确保避雷器安装质量。

1　绝缘电阻的测量

　　对35kV及以下氧化锌避雷器用2500V兆欧表摇测，每节的绝缘电阻应不低于1000MΩ。

　　进口氧化锌避雷器每节的绝缘电阻一般按厂家的标准。

如日本明电舍规定：

对ZSE－C2Z型294kV氧化锌避雷器应使用1000V兆欧表，绝缘电阻不低于2000MΩ。

2　测量直流和泄漏电流

　　测量直流电压U1mA及75％U1mA电压下的泄漏电流，目的是为了检查其非线性特性及绝缘性能。

　　U1mA为试品通过1mA直流时，被试避雷器两端的电压值。

《规程》规定：

1mA电压值U1mA与初始值比较，变化应不大于±5％。

电压下的泄漏电流应不大于50μA。

也就是说，在电压降低25％时，合格的氧化锌避雷器的泄漏电流大幅度降低，从1000μA降至50μA以下。

　　若U1mA电压下降或下泄漏电流明显增大，就可能是避雷器阀片受潮老化或瓷质有裂纹。

测量时，为防止表面泄漏电流的影响，应将瓷套表面擦净或加屏蔽措施，并注意气候的影响。

一般氧化锌阀片U1mA的温度系数约为（～）％／℃，即温度每增高10℃，U1mA约降低1％，必要时可进行换算。

3　运行电压下交流泄漏电流测量

　　用LCD－4型检测仪可以测得运行电压下避雷器的泄漏电流（全电流）及其有功分量（阻性电流）和无功分量（容性电流）、功率损耗Px等。

　　试验研究表明：

当氧化锌避雷器阀片受潮或老化时，阻性电流幅值增加很快，因此监测阻性电流可以有效地监测避雷器绝缘状况。

　　《规程》规定：

当泄漏电流有功分量增加到2倍初始值时，应停电进行检查。

国内有些单位自己制定了某些判断标准，如有的单位规定，当330kV氧化锌避雷器的阻性电流峰值超过、110～220kV，氧化锌避雷器的阻性电流峰值超过或测量值较初始值明显增加时，应进行停电试验，以判断绝缘优劣。

　　低压架空线路分布很广，尤其在多雷区单独架设的低压线路，很容易受到雷击。

同时，低压架空线直接引入用户时，低压设备绝缘水平很低，人们接触的机会又多，因此必须考虑雷电沿着低压线侵入屋内的防雷保护措施。

其具体措施如下：

（1）3～10kVY／Y或Y／Y接线的配电变压器，宜在低压侧装一组阀型避雷器或保护间隙。

变压器低压侧为中性点不接地的情况，应在中性点处装设击穿保险器；

（2）对于重要用户，宜在低压线路引入室内前50m处，安装一组低压避雷器，入室后再装一组低压避雷器；

　　（3）对于一般用户，可在低压进线第一支持物处，装一组低压避雷器或击穿保险器，亦可将接户线的绝缘子铁脚接地，其工频接地电阻不应超过30Ω；

　　（4）对于易受雷击的地段，直接与架空线路相连接的电动机或电度表，宜加装低压避雷器或间隙保护，间隙距离可采用～2mm，也可以采用通讯设备上用的500V放电间隙保护。

　　电源避雷器原则上与负载并联，目的是把雷电电压峰值限制在电器可以承受的范围内。

在比较筛选合格的避雷器后，在安装时还应考虑线路敷设和接地处理问题。

根据保护对象，对雷电压敏感情况，适度考虑屏蔽处理。

屏蔽是指利用各种屏蔽体来阻挡、衰减施加在电子设备上的电磁干扰和过电压能量。

屏蔽可以大到整栋楼层，小到设备机房、电缆线等。

测量结果表明：

电缆屏蔽一端接地，可将高频干扰电压降低一个数量级，屏蔽两端接地，可降低两个数量级。

因此，屏蔽处理是线路敷设和避雷器安装必不可少的一项内容。

　　避雷器安装后，必须提供良好的接地装置，使雷电流迅速流向大地。

对于通信系统的直接接地，计算机网络系统的逻辑接地，与电源的工作接地、安全接地应该作等电位处理。

　　由广东省各市雷电灾害调查统计表中各项调查数据可知，感应雷所造成的经济损失，远比直击雷造成的损失大得多。

因此，在完善建筑物防直击雷设施的同时，亦应着重考虑设备的防感应雷设施，达到综合防雷要求，将雷电所带来的经济损失降到最低程度

并联电容器装置保护用氧化锌避雷器的选型问题

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是系统最高电压）。

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及以下系统的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最高运行电压的1．1倍；35kVSiC避雷器的灭弧电压等于系统最高电压；110kV及以上SiC避雷器的灭弧电压为系统最高电压的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。

而最大长期工频工作电压为系统最高相电压，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倍，持续运行电压为系统运行最高线电压。

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

/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η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。

这样新标准中电容器装置用避雷器选型参数如表2。

　　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最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。

最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最大过电压为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≈1．25UC），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η＝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、可靠地动作，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最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。

氧化锌避雷器的选型方法

（二）

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和变压器中性点氧化锌避雷器，Um为系统标准电压的倍）

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倍，持续运行电压为系统运行最高线电压。

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。