[科普中国]-阀式避雷器

阀式避雷器是一种能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置（见图）。

定义避雷器通常接于带电导线和地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时,避雷器立即动作,流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；当电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。

最原始的避雷器是羊角形间隙，出现于19世纪末期，用于架空输电线路，防止雷击损坏设备绝缘而造成停电，故称“避雷器”。20世纪20年代,出现了铝避雷器,氧化膜避雷器和丸式避雷器。30年代出现了管式避雷器。50年代出现了碳化硅避雷器。70年代又出现了金属氧化物避雷器。现代高压避雷器，不仅用于限制电力系统中因雷电引起的过电压，也用于限制因系统操作产生的过电压。 避雷器有管式和阀式两大类。阀式避雷器分为碳化硅阀式避雷器和金属氧化物避雷器(又称氧化锌避雷器)。

结构和工作原理阀式避雷器主要由封闭在瓷套中、相互串联的火花问隔及非线性电阻构成，火花间隙能在遇到过电压时被击穿放电，在正常运行的工频电压下起着将电源与非线性电阻相互隔断的作用。非线性电阻在过电压时能吸收过电压能量以限制放电电压下的残压，和起着限制工频续流的作用。

非线性电阻在正常工作状态下对工频电流的电阻非常大，因而使工频电流被隔断；当遇到雷电时，在过电压作用下电阻值非常小，使雷电流得以畅通流人大地。雷电流过后，其电阻值又自动恢复到原来的较大值。将跟随而来的工频续流限制在较小范围之内，对被保护设备起到防雷保护作用，也是使电网恢复正常。1

分类管式避雷其结构原理见图。内间隙（又称灭弧间隙）置于产气材料制成的灭弧管内，外间隙将管子与电网隔开。雷电过电压使内外间隙放电，内间隙电弧高温使产气材料产生气体，管内气压迅速增加，高压气体从喷口喷出灭弧。管式避雷器具有较大的冲击通流能力，可用在雷电流幅值很大的地方。但管式避雷器放电电压较高且分散性大，动作时产生截波，保护性能较差。主要用于变电所、发电厂的进线保护和线路绝缘弱点的保护。

碳化硅避雷其基本工作元件是叠装于密封瓷套内的火花间隙和碳化硅阀片（电压等级高的避雷器产品具有多节瓷套）。火花间隙的主要作用是平时将阀片与带电导体隔离，在过电压时放电和切断电源供给的续流。碳化硅避雷器的火花间隙由许多间隙串联组成，放电分散性小，伏秒特性平坦，灭弧性能好。碳化硅阀片是以电工碳化硅为主体，与结合剂混合后，经压形、烧结而成的非线性电阻体，呈圆饼状。碳化硅阀片的主要作用是吸收过电压能量，利用其电阻的非线性（高电压大电流下电阻值大幅度下降）限制放电电流通过自身的压降（称残压）和限制续流幅值，与火花间隙协同作用熄灭续流电弧。碳化硅避雷器按结构不同，又分为普通阀式和磁吹阀式两类。后者利用磁场驱动电弧来提高灭弧性能，从而具有更好的保护性能。碳化硅避雷器保护性能好，广泛用于交、直流系统，保护发电、变电设备的绝缘。

金属氧化避雷其基本工作元件是密封在瓷套内的氧化锌阀片。氧化锌阀片是以ZnO为基体,添加少量的 Bi2O3、MnO2、Sb2O3、Co3O3、Cr2O3等制成的非线性电阻体，具有比碳化硅好得多的非线性伏安特性，在持续工作电压下仅流过微安级的泄漏电流，动作后无续流。因此金属氧化锌避雷器不需要火花间隙，从而使结构简化，并具有动作响应快、耐多重雷电过电压或操作过电压作用、能量吸收能力大、耐污秽性能好等优点。由于金属氧化锌避雷器保护性能优于碳化硅避雷器，已在逐步取代碳化硅避雷器，广泛用于交、直流系统，保护发电、变电设备的绝缘，尤其适合于中性点有效接地(见电力系统中性点接地方式)的110千伏及以上电网。

故障及处理常见异常状况有：放电记录器内部损坏或烧黑、下引线(接地引线)的联结点严重烧损、非线性电阻烧损失效使工频续流大幅度上升、火花间隙的灭弧能力急剧下降等。当发现避雷器出现以上异常情况之一时，应立即对其进行有关电器测试，若有必要还应进行解体检查、测试，以确认损伤程度及维修方案。

避雷器在雷电作用时爆裂、炸开并造成接地故障，应立即将故障避雷器停运(对其操作时禁止采用隔离开关进行操作)，待雷雨停止后再用同型号避雷器换上。若起爆炸、炸开未造成接地故障，允许运行至雷雨停后再处理。
避雷器在雷电作用时瓷套出现裂纹、甚至发生闪络，即使未引起接地故障也应立即设法将故障避雷器停运，待雷雨停止后在进行处理。

避雷器在正常天气时正常运行于上频电压作用下，瓷套出现裂纹不论其是否引起闪络现象，都必须立即将其停运进行更新处理。2

运行管理一、预防性试验。

常年在气象和电器等因素作用下，避雷器性能可能发生变化，为了及时发现其隐患，应对运行中避雷器在每年雷雨季节前进行如下测试。即用2500VMn表测量其绝缘电阻，并与上次或同型号避雷器的测试结果比较，其值不应有明显差异，工频放电电压测试也是预防性试验的内容之一，测试结果必须满足有关规定要求。

二、阀式避雷器的巡视检查。

查看上引线联结处的密封是否严密完好，以免雨水进入使其内部受潮后将其冲击残压升高，非线性电阻的电导电流将大幅增大，即使在正常运行电压下避雷器也会发热损坏。若有可能应在其上引线联结处加装防雨套，防止雨水进入内部；查看上下引线有无断线、断股或烧损痕迹及放电记录器有否烧坏损伤，若发现以上现象应将避雷器推出运行进行处理。对前一种现象只需将引线适当维修或更换即可，对后一种现象则说明避雷器内部发生了某种故障，应对其详细检查、测试，查明故障后进行处理；查看瓷套外表有无遭受赃物物质的污染，对其安装场所周围空气污秽物经潮气湿润其中的可溶生电解质被溶解，在电压作用下泄露电流显著增大，据有关资料介绍，电瓷产品在湿污状况下起放电电压仅有清洁干燥时的左右。不仅如此，还会使电压分布很不均匀。在有并联电阻的避雷器中，将使在某些电压分布较大的并联电阻上通过的电流上升，可能使并联电阻被烧坏而发生事故。再就是瓷套严重污染，还会降低避雷器动作后的灭弧能力，使其保护性能遭受及不利的影响。因此，保持瓷套表面的清洁干燥、无任何污秽物，是运行管理工作至关重要的一环。此外，每次发生过电压后(如雷电、单相接地等)，应进行特殊巡视检查。主要查看放电记录器有否动作、瓷套表面有无闪络放电痕迹、上下引线有无松动及是否被烧伤和烧毁痕迹，避雷器本身是否有发生动摇等现象等。

三、运行中的注意事项。

正常运行电压必须低于其灭弧电压；运行满10年的避雷器应对其进行解体检修，因阀式避雷器对谐振过电压是无能为力的，若其在持续时问较长谐振过电压作用下，可能会出现超过阀式避雷器所能吸收的过电压能量而损坏、甚至引起爆炸。所以对其安装场所的谐振过压，应予以特别注意并设法加以预防。1

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所