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在我們學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)相關(guān)知識時，就會發(fā)現(xiàn)過電壓保護是保障系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。閥型避雷器作為一種經(jīng)典的過電壓限制裝置，憑借獨特的工作原理以及可靠的性能，在電力設(shè)備防雷還有操作過電壓保護方面，曾經(jīng)發(fā)揮過極其重要的作用，是電力系統(tǒng)中不可或缺的“安全衛(wèi)士”。
一、核心作用與工作場景
閥型避雷器的核心作用其實特別明確，就是限制住那些會威脅電氣設(shè)備絕緣的瞬態(tài)過電壓能量，并且把這些能量快速泄放出去，再導(dǎo)入大地。它就像一道結(jié)實的“閥門”，牢牢守護著與之相連的變壓器、開關(guān)等重要設(shè)備，避免這些設(shè)備遭到損壞。
在實際應(yīng)用場景中，它主要應(yīng)對兩類過電壓。其一便是雷電過電壓，通常是線路被直擊雷擊中，或者感應(yīng)到雷電時產(chǎn)生的，這類過電壓最突出的特點就是電壓幅值特別高，但持續(xù)的時間卻短得驚人。其二是操作過電壓，大多是系統(tǒng)內(nèi)部的開關(guān)操作引發(fā)的——拿分合空載線路、操作變壓器這些操作來說，或者系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候，都可能產(chǎn)生這種過電壓。這類過電壓的電壓相對低一些，不過持續(xù)時間會長一點，振蕩頻率也更高，同樣不能掉以輕心。
二、結(jié)構(gòu)與工作原理：非線性電阻與火花間隙的協(xié)同
閥型避雷器能有這么優(yōu)異的性能，全靠它巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計，它主要是將非線性電阻閥片與火花間隙串聯(lián)起來組成的，這兩個部件的配合可以說是天衣無縫。
非線性電阻閥片是避雷器真正的“心臟”，我們先深入了解一下它。早期的普通閥型避雷器，主要用碳化硅來制作這種閥片。這類閥片有著非常突出的非線性伏安特性，簡單來說：系統(tǒng)正常供電時，它的電阻值大到幾乎絕緣，流過的泄漏電流特別小，我們完全可以把它當(dāng)成絕緣部件；一旦遇到過電壓，它的電阻值就像被“觸發(fā)”了一樣，瞬間變得特別小，給巨大的沖擊電流開辟出一條低阻力通道，讓電流順順利利泄放到大地。正是這種電阻值能跟著外加電壓自動、快速調(diào)整的特性，它才被形象地叫做“閥”——只允許過電壓產(chǎn)生的電流通過，卻會牢牢攔住工頻續(xù)流。
火花間隙的結(jié)構(gòu)雖然不復(fù)雜，但作用同樣關(guān)鍵，它是由多個小間隙串聯(lián)而成的。系統(tǒng)處于正常工頻電壓時，這些間隙就像“守門人”一樣保持著絕緣狀態(tài)，把帶電部分與大地嚴(yán)格隔離開；當(dāng)出現(xiàn)過電壓，而且電壓高到達到間隙的放電電壓時，間隙就會被精準(zhǔn)擊穿，立刻為沖擊電流打開一條放電通道，配合閥片完成泄流任務(wù)。
它的工作過程可以清晰地總結(jié)成“等待-動作-截斷-恢復(fù)”四個階段，每個階段都銜接緊密。等待階段很容易理解，就是系統(tǒng)正常運行的時候，這一階段火花間隙將工頻電壓穩(wěn)穩(wěn)隔離，閥片則保持高電阻狀態(tài)，靜靜待命。等過電壓一來，就進入了緊張的動作階段：火花間隙瞬間被擊穿，已經(jīng)變成低電阻的閥片立刻“接力”，讓巨大的沖擊電流通過并流入大地。這個過程中，閥片還會把過電壓限制在一個預(yù)定數(shù)值內(nèi)，我們一般叫它殘壓，這個數(shù)值特意設(shè)計得比被保護設(shè)備的絕緣水平低，設(shè)備自然就能安然無恙。過電壓的脈沖過去之后，工頻電壓還會讓電路中產(chǎn)生工頻續(xù)流，這時候就到了截斷階段，閥片因為電壓降低，自動恢復(fù)高電阻特性，大大限制住工頻續(xù)流的大小。最后是恢復(fù)階段，被限制住的工頻續(xù)流在第一次過零的時候，火花間隙能穩(wěn)穩(wěn)地把它熄滅，避雷器接著就恢復(fù)到絕緣狀態(tài)，重新進入待命模式，等待下一次“戰(zhàn)斗”。
三、技術(shù)演進與應(yīng)用
和很多技術(shù)一樣，閥型避雷器的技術(shù)也在不斷迭代升級。早期傳統(tǒng)的碳化硅閥型避雷器，因為間隙結(jié)構(gòu)等先天問題，保護性能存在一定不足，在一些復(fù)雜場景下顯得力不從心。后來磁吹閥型避雷器的出現(xiàn)解決了不少問題，它能借助磁場的力量，讓工頻續(xù)流的電弧旋轉(zhuǎn)起來或者被拉長，滅弧能力大幅提升，整體性能也變得更優(yōu)越，在當(dāng)時的電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。
不過，隨著金屬氧化物材料——就氧化鋅非線性電阻材料來說，它的出現(xiàn)給避雷器技術(shù)帶來了革命性突破，無間隙金屬氧化物避雷器（簡稱MOA）慢慢取代傳統(tǒng)型號成為主流。氧化鋅閥片的非線性特性更出色，它不用串聯(lián)間隙，正常運行時就能穩(wěn)穩(wěn)擋住工頻電流，碰到過電壓又能立刻導(dǎo)通，不僅響應(yīng)速度更快、殘壓更小，結(jié)構(gòu)也更簡單，維護起來也更方便。
盡管現(xiàn)在MOA已經(jīng)在過電壓保護領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位，但我們深入搞懂閥型避雷器的工作原理——尤其是碳化硅和磁吹式的，是掌握過電壓保護技術(shù)發(fā)展歷程的重要基礎(chǔ)。這些傳統(tǒng)的閥型避雷器，為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全運行打下了扎實的理論與實踐根基，它們的技術(shù)思路依然值得我們學(xué)習(xí)研究。
結(jié)論
恩彼邁閥型避雷器靠著非線性電阻閥片與火花間隙的默契配合，能聰明地識別出過高電壓并且及時處理，是保障電力系統(tǒng)絕緣安全的經(jīng)典設(shè)備。在電力系統(tǒng)安全保障領(lǐng)域，它絕對稱得上是“功臣”，那種“自動閥門”式的設(shè)計思路，不僅體現(xiàn)了工程師們的匠心，更深深影響了后來保護設(shè)備的發(fā)展。直到現(xiàn)在，它還是我們電氣相關(guān)專業(yè)學(xué)生理解過電壓防護原理的典型例子。
