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絕緣子避雷器放電間隙:原理、功能與特點

在電力系統(tǒng)里,尤其是輸配電線路中,有個重要的過電壓保護(hù)裝置,叫絕緣子避雷器放電間隙 —— 我們通常還會稱它 “放電間隙” 或者 “保護(hù)間隙”。它通常與線路絕緣子并聯(lián),組成一套經(jīng)濟(jì)有效的防雷保護(hù)系統(tǒng),核心設(shè)計思路是 “犧牲局部,保全整體”。

基本結(jié)構(gòu)與工作原理

放電間隙本質(zhì)上是我們?nèi)藶樵O(shè)置的空氣間隙,電極之間的距離都經(jīng)過精確校準(zhǔn)。它通常有兩個金屬電極:一個裝在高壓導(dǎo)線上,另一個要么接地,要么裝在桿塔的接地部位。

要理解它的工作原理,得從氣體放電理論說起:

正常運行時,系統(tǒng)處于額定工頻電壓下。這時候間隙的絕緣阻抗特別高,不會對線路運行造成任何影響,始終處于 “隔離” 狀態(tài)。

要是線路遭遇過電壓 —— 就拿雷電感應(yīng)或者直擊雷引發(fā)的過電壓來說 —— 這個電壓會超過間隙的絕緣強(qiáng)度。這時候,間隙里的空氣會被迅速電離,形成一條從高阻抗變成低阻抗的 “等離子通道”,這一過程就是 “擊穿放電”。

擊穿之后,強(qiáng)大的雷電流會通過這個低阻抗通道快速導(dǎo)入大地。這樣一來,過電壓就不會加到被保護(hù)的絕緣子(或者設(shè)備)上了。

等雷電沖擊波過去,在系統(tǒng)工頻電壓的作用下,間隙里會形成 “工頻續(xù)流”。就簡單的放電間隙而言,得靠它自身的能力,或者配套裝置(拿配合自動重合閘來說)來熄滅這股續(xù)流電弧。

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主要功能

限制過電壓是它最核心的功能。它能將作用在絕緣子或者電氣設(shè)備上的過電壓,限制在我們預(yù)設(shè)的安全值以下。這個安全值由間隙的擊穿電壓(U50%)決定,并且必須低于被保護(hù)絕緣子的雷電沖擊耐受電壓。

它還有疏導(dǎo)雷電流的作用。它會為雷電流提供一個我們預(yù)先設(shè)計好的、低阻抗的對地泄放通道,從而保護(hù)線路絕緣不會發(fā)生閃絡(luò)或者被擊穿。

保護(hù)設(shè)備絕緣同樣是它的重要作用。它會通過犧牲自己(率先擊穿),去保護(hù)價值更高、更重要的線路絕緣子或者配電變壓器等設(shè)備,這是很典型的 “低成本保護(hù)高成本” 策略。

技術(shù)特點與類型

咱們先聊聊它的核心特點:

從經(jīng)濟(jì)性來講,它的結(jié)構(gòu)特別簡單,成本比常規(guī)的金屬氧化物避雷器低不少。

論動作速度,空氣間隙的擊穿過程能在微秒級內(nèi)完成,響應(yīng)速度非???。

它結(jié)構(gòu)簡單且堅固耐用,沒有精密元件,能承受惡劣的自然環(huán)境,使用壽命還很長。

可靠性方面它也有優(yōu)勢,只要機(jī)械結(jié)構(gòu)完好、間隙距離準(zhǔn)確,它的保護(hù)特性就會特別穩(wěn)定。

接著再看它的主要類型:

就固定(純)放電間隙而言,它是最簡單的一種形式。擊穿之后,工頻續(xù)流電弧可能會持續(xù)燃燒,直到線路跳閘為止。它通常需要與自動控制裝置配合使用,因為大多數(shù)雷擊故障都是瞬時的。

帶滅弧功能的間隙,拿角型間隙、吹弧繞組間隙這類來說,會通過電極的特殊形狀(就角型來說),利用電動力以及熱空氣上升力把電弧拉長、冷卻,進(jìn)而讓電弧自行熄滅,最終能自動切斷工頻續(xù)流。

還有一種是與避雷器并聯(lián)的間隙,恩彼邁現(xiàn)代金屬氧化物避雷器里也用到了間隙的概念。拿帶串聯(lián)間隙的金屬氧化物避雷器舉例的話,間隙在正常運行時會隔離工頻電壓,減輕 MOA 閥片的老化負(fù)擔(dān);只有在過電壓時,間隙才會擊穿,之后靠 MOA 閥片優(yōu)異的非線性特性限制殘壓,并且快速切斷工頻續(xù)流。這可以說是純放電間隙與先進(jìn)技術(shù)的完美結(jié)合。

關(guān)鍵參數(shù)與注意事項

擊穿電壓是間隙最關(guān)鍵的參數(shù),我們得根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平精確調(diào)整它。要是間隙距離太小,會導(dǎo)致誤動作(就拿在操作過電壓下?lián)舸﹣碚f);要是距離太大,它就會失去保護(hù)作用。

放電時,產(chǎn)生的電弧會燒蝕電極,所以我們要定期檢查并且維護(hù),確保間隙距離保持不變。

另外還有一點要注意,純放電間隙動作后,必然會導(dǎo)致線路接地短路,進(jìn)而引發(fā)斷路器跳閘。它保護(hù)的成功率,與電網(wǎng)自動重合閘的成功率關(guān)系很大。

放電間隙是一種經(jīng)典、經(jīng)濟(jì)且可靠的過電壓保護(hù)措施。雖然它在滅弧以及供電連續(xù)性方面存在局限性,但在配電線路中,尤其是經(jīng)濟(jì)型線路與雷電多發(fā)區(qū)域的防雷保護(hù)中,它依然有著不可替代的價值。現(xiàn)代電力技術(shù)會把它與金屬氧化物電阻片、自動控制技術(shù)結(jié)合起來,讓它煥發(fā)出新的生命力。

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