在電力系統(tǒng)里,避雷器是保護電氣設(shè)備絕緣的關(guān)鍵設(shè)備。它的核心技術(shù)路線主要有兩類 —— 一類是 “帶串聯(lián)放電間隙” 的避雷器,另一類是 “無放電間隙” 的避雷器。這兩類避雷器在設(shè)計思路、工作方式以及適用場景上,差別都很大。
一、無放電間隙金屬氧化物避雷器
先說無放電間隙的避雷器,它就是現(xiàn)在最常用的金屬氧化物避雷器。它的核心部件是氧化鋅電阻片 —— 這種電阻片的非線性特性特別好,簡單說就是電壓變高或變低時,電阻會跟著劇烈變化。
它的工作原理全靠這個電阻片的特性。系統(tǒng)正常工作時,電阻片承受著線路的相電壓,這時候它的電阻特別大,只有微安級的小電流 —— 也就是泄漏電流 —— 能流過去,差不多就像絕緣體一樣。要是遇到雷電或者操作時產(chǎn)生的過電壓,一旦電壓超過它的保護范圍,電阻片的電阻會一下子降很多,能快速把過電壓的能量放掉,還能把被保護設(shè)備兩端的電壓控制在安全的殘壓范圍里。等能量放完,它又能自己變回高電阻狀態(tài),不用專門去切斷工頻續(xù)流 —— 就是系統(tǒng)正常頻率的持續(xù)電流。
這種結(jié)構(gòu)讓它有不少明顯的好處:動作反應特別快,沒有延遲,保護得準,殘壓也低;而且它能直接連在電網(wǎng)上,基本不用維護,我們還能通過監(jiān)測器看它的運行情況好不好。所以現(xiàn)在不管是配電系統(tǒng),還是特高壓系統(tǒng),保護變壓器、開關(guān)這些重要設(shè)備,大多都用它。
二、有串聯(lián)放電間隙避雷器
再說說帶串聯(lián)放電間隙的避雷器,它是一種組合結(jié)構(gòu),會把氧化鋅電阻片和一個或多個機械串聯(lián)的間隙拼在一起。
它的工作過程分步驟來。正常工作時,串聯(lián)的間隙會把電阻片和系統(tǒng)的工頻電壓完全隔開,理論上不會有泄漏電流,這樣就能從根本上防止電阻片因為長期承受運行電壓而老化。當外來的過電壓達到間隙的放電電壓時,間隙會先被擊穿放電,之后電流再通過電阻片放掉,這時候電阻片會發(fā)揮限制電壓的作用,產(chǎn)生殘壓。過電壓過去后,工頻續(xù)流會在電流過零的瞬間,靠間隙的滅弧能力把電弧滅掉,系統(tǒng)也就恢復正常了。
這種設(shè)計的最大好處,就是間隙能把電阻片物理隔開,大大延長電阻片的使用壽命。不過,它的保護效果很大程度上要看間隙穩(wěn)不穩(wěn)定,放電是不是規(guī)律,反應速度也比無間隙的慢一點;而且間隙本身容易受環(huán)境影響,拿污穢、濕度來說,這些都會干擾它,所以需要多留意維護。
三、技術(shù)對比與發(fā)展趨勢
咱們來說說這兩種避雷器的技術(shù)對比以及未來發(fā)展趨勢。無間隙避雷器的優(yōu)勢很明顯 —— 它保護效果好,并且裝上去之后基本不用額外維護,現(xiàn)在已經(jīng)成了主流技術(shù)。我們對它的主要改進方向,就是繼續(xù)優(yōu)化電阻片的配方以及制作工藝,讓它能更好地長期承受運行電壓,并且能吸收更多能量。
帶間隙的避雷器則憑著 “隔開電壓” 的特點,在一些特定場景里有不可替代的用處。拿中性點非有效接地系統(tǒng)來說,這種系統(tǒng)可能會出現(xiàn)電壓長時間升高的情況,這種情況下,選帶間隙的避雷器就很合適。不過,它太依賴間隙的動作,保護精度相對低一些,而且維護起來也麻煩,這些問題都讓它沒法在更多場景里普遍使用。
總結(jié)一下,現(xiàn)在電力系統(tǒng)選避雷器,大多會優(yōu)先選保護效果更好、更可靠的恩彼邁無間隙金屬氧化物避雷器。而帶間隙的避雷器作為一種成熟的老技術(shù),在應對特殊的系統(tǒng)情況以及惡劣的運行環(huán)境時,還是能發(fā)揮作用。我們在工程里選避雷器時,最終的決定得基于具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行環(huán)境以及保護目標,多從技術(shù)和成本兩方面做考量。


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