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氧化锌避雷器特点及选型探讨

日期:2018-01-21

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     摘要介绍了几种主要的氧化锌避雷器的特点,并根据氧化锌避雷器产品型号,探讨了在不同的应用场合,如何确定避雷器选型的几个重要参数。

电力系统产生过电压原因很多。主要可分为大气(雷电)过电压、工频过电压、操作过电压、谐振过电压等。为防止过电压产生的各种危害,必须设置过电压保护装置。而避雷器则是最常用的设备。在历史上,避雷器经历了保护间隙、排气式避雷器、阀式避雷器、普通阀式避雷器、磁吹避雷器等阶段的发展后出现了金属氧化物避雷器。而氧化锌避雷器的出现,立即以其优异的性能得到了广泛的认可。如何在工程设计及实施中正确选用氧化锌避雷器,本文拟在这方面作一些探讨。

1氧化锌避雷器选型要注意的主要参数

1.1依据JB/T 8459-1996《避雷器产品型号编制方法》,金属氧化物避雷器产品型号说明

产品型式:Y—表示瓷套式金属氧化物避雷器;YH(HY)—表示复

合外套金属氧化物避雷器。

结构特征:W—表示无间隙;C—表示串联间隙;B-表示有并联间隙。

使用场所:S—表示配电型;Z—表示电站型;R—表示并联补偿电

 容器用;D—表示电机用;T—表示电气化铁道用。

附加特性:W—表示防污型;G—表示高原型;TH—表示湿热带地区用。

根据不同型号,避雷器的选型主要由如下几个参数确定:

1.2标称放电电流

标称放电电流是指:用来划分避雷器等级的,具有8/20波形的雷电冲击电流峰值。

根据GB11032-2000,氧化锌避雷器按标称放电电流可划分为20kA、10kA、5kA、2.5kA、1.5kA五类。而且,GB11032-2000还给出选型

因此,根据不同的电压等级及避雷器的使用场所就可以确定避雷器的标称放电电流。

1.3结构特征

1)无间隙:保护性能分散性小,仅由冲击电流经过时的残压决定,无间隙避雷器阀片单位体积吸收能量大,还可并联使用,使吸收能力成倍提高,可有效地限制电力系统的大气过电压和操作过电压。但是无间隙避雷器结构决定了它的阀片长期直接承受电网运行时各种电压应力,产生热稳定及老化问题。而电网产生的间歇性弧光过电压及谐振过电压对避雷器的影响更大。

2)有间隙:有间隙分为串联间隙及并联间隙。现在市场上大多是串联间隙。

3)串联间隙:结构特征是放电间隙与避雷器阀片串联,由于间隙隔离和分压作用,氧化锌阀片性能及耐老化要求可显著降低,阀片数量也明显减少,降低了成本。但由于带间隙致使保护分散性大,使得其在运行中保护特性不稳定。

4)并联间隙:其结构是将阀片分为主阀片和辅助阀片,主阀片和辅助阀片串联,但辅助阀片上有并联间隙。在正常电压下,并联间隙不放电,电压加在主阀片和辅助阀片上,运行安全可靠,过电压作用时,辅助阀片上的电压还未达动作值前,并联间隙先行放电,辅助阀片被短路,避雷器的残压完全由主阀片上的残压所决定,所以残压比较低,保护性能也比较好,可用于保护电机、发电机等弱绝缘的设备。但是带并联间隙的避雷器也具有无间隙阀片长期承受电网电压的缺点,同时,避雷器动作时,是间隙放电,也存在串联间隙保护特性分散缺点。

1.4使用场所

避雷器应根据保护对象(使用场所)选择避雷器的类型。

1)配电型是用于保护相应电压等级的开关柜、变电压、箱式变、电缆出线头、柱上油开关等配电设备免受大气和操作过电压的损坏。

2)电站型是用于保护发电厂、变电站中交流电气设备免受大气过电压和的操作过电压损坏。

3)电容器型是用于抑制真空开关或少油开关操作电容器组产生的过电压,保护电容器组免受操作过电压的损坏。

4)旋转电机型是用于限制真空开关或少油开关投切旋转电机时产生的过电压,保护旋转电机免受操作过电压的损坏。

5)变压器中性点是用于保护相应电压等级的变压器中性点免受大气过电压和操作过电压的损坏。

6)铁道型是用于保护电气化铁道的各种电气设备免受大气过电压和操作过电压的损坏。

1.5额定电压

根据避雷器保护的原理,避雷器动作要求达到如下效果: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。

也就是说,选择避雷器额定电压时,要求根据此电压确定的避雷器,在其安装处出现的电力系统暂时过电压(此电压不应超过系统绝缘水平)不会引起避雷器动作。因此我们必须首先确定避雷器安装处的暂时过电压。一般来说,确定避雷器最大暂时过电压时,仅需考虑单相接地、甩负荷和长线电容效应引起的暂时过电压。

1)无间隙。①电站型、配电型及电容器型:对无间隙避雷器,必须满足持续运行电压Uc大于等于暂时工频过电压。避雷器额定电压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为系统系数(3kV-10kV为1.1;35kV-66kV为1;110kV-220kV为0.8);K2为接地故障因数(中性点有效接地系统或接地故障10s内切除的K2=1.4;10s以上切除的K2=1.82;Upm为最高相电压;Upn为系统额定相电压;Uln为系统额定线电压。

②其它。对电机及发电机避雷器,因为其本身绝缘水平较低,在中性点非有效接地系统中,如考虑长期单相接地运行(大于10s切除故障)的情况,即上式中K2=1.82。但这样选取的避雷器的所有放电残压均超过电机绝缘水平,不能对电机实现任何绝缘配合。因此,在国标GB11032-2000中,对非有效接地系统电机避雷器的额定电压仍然按有效接地系统方式进行选择。这样,可以在一定程度上满足真空断路器操作过电压(仅为相-地过电压)与电机绝缘的配合。但是,即便这样,避雷器选型仍不能满足雷电陡波过电压和电机绝缘的配合。

2)串联间隙。串联间隙避雷器在工频过电压运行时,因间隙作用,没有承受工频电压,不需要考虑阀片的电压应力及热稳定问题,因此,只要保证直流1mA参考电压略大于系统的峰值相电压即可。由于在不同的接地系统中,暂时过电压系统峰值电压值是不同的,对额定电压的选取,有如下的电压计算公式:

Ur=K1×k2×Upm

=K1×K2×1.15×(Uln/1.732)

式中:K1为系统系数(3kV-10kV为1.1;35kV-66kV为1;110 kV-220kV为0.8)K2为接地故障因数(中性点有效接地系统或接地故障10s内切除的K2=1.4;10s以上切除的K2=1.82);Upm为最高相电压;Uln为系统额定线电压。

3)并联间隙。并联间隙的氧化锌避雷器因为在工频及工频过电压下的运行情况与无间隙避雷器相似。因此,其额定电压的选择和无间隙氧化锌避雷器相同。因并联间隙氧化锌避雷器使用较少,相关产品还没有相应的国家及行业标准。在作选型时,额定电压的选取,应和制造厂讨论确定。

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