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避雷器的一般介紹

發布時間:2021/8/20 作者: admin

1.雷電日與避雷

雷電是一種大自然現象,地球上每秒鐘約發生100次雷擊,某一地區的雷電活動強度可以用雷電日來說明,即一天內只要聽到雷聲(不管聽到幾次)就算一個雷電日。

我國各個地方的雷電日與緯度及距海洋的遠近有關。廣東的海南島及雷州半島的平均雷電日為100~130,即一年內有100天到130天會聽到雷聲。我國把年均雷電日不超過15的叫少雷區,超過40的叫多雷區,超過90的叫強雷區。

因為有雷,所以需要避雷。在電力系統中,避雷針主要保護建筑物及設備,避雷線用來保護線路,而避雷器則主要用來保護線路上的設備。

有一句名言:防雷在于接地,所以上述三種避雷裝置都要具有良好的接地裝置,它的作用是將雷電安全地導入地中。

2.避雷器

避雷器永遠與被保護的電氣設備相并聯,它不妨礙該設備在工作電壓下的正常運行,但是當設備上出現有危及它的過電壓時,避雷器會首先導通從而把過電壓引入地中。

將兩個金屬棒相隔一段距離并聯在電氣設備上,就是最早期、最簡單的避雷器。因為當這對棒間隙上承擔的電壓過高時,該電壓會把間隙(即空氣)擊穿,從而保護了電氣設備,所以這種避雷器稱為保護間隙。

實際上打雷的現象與之相似,天上的雷云和大地均為導體,所以是兩個電極,當這兩個電極間的電壓過高時,電極間的空氣即被擊穿,于是雷電就發生了。

但是它們也有不同之處,保護間隙(即棒間隙)是并聯在電氣線路上的,當危險的過電壓把保護間隙擊穿后(即保護間隙之間的空氣被擊穿),發電廠或變電所并不知道這件事,或者知道了到了卻來不及處理,于是它們不斷地把電流送到保護間隙,由于此時保護間隙已經導通,所以這些電流就源源不斷地流到了地里,于是電力系統便發生了短路。所以保護間隙雖然使用起來很方便,但由于間隙擊穿后,間隙之間形成了電弧,從而造成了短路現象。

怎樣才能在保護間隙動作后盡快地把間隙之間的電弧熄滅呢?于是第二代避雷器——管型避雷器應運而生了。管型避雷器的基本思路是“關起門來打狗”,即把電弧首先封閉在一個管子里,然后再想辦法消滅它。

但是管型避雷器還是存在缺點,不管它的滅弧能力有多強,它還是會把電網的電流直接引入地中,造成瞬間的對地短路現象。

如果能有這樣一種東西就好了,即在正常電壓時,它不讓電流通過,或通過得不多,這樣就可以避免出現短路;而當危險的過電壓出現時,它又能迅速地將雷電導入地中,用一句通俗的話說,它就好比一個智能開關,它知道何時該關何時該開,在避雷器中,這種智能開關最初是通過一種叫做碳化硅的材料完成的,用這種材料制作的避雷器叫做閥型避雷器,即它可以起到閥門的作用。

注意,這種閥門是一種電氣上的閥片,它不是日常生活中見到過的機械式閥片,例如水籠頭、管道的閥門等。因為機械式的閥片對雷擊的速度而言它的動作太慢了,雷電會在百萬分之一秒內迸發出來打到避雷器上,所以這時只能用電氣的閥片,它就是非線性電阻,碳化硅就是人類找到的第一種用在強電中的非線性電阻。

人類總是與時俱進的,以后人類又找到了第二種用于避雷器的非線性電阻,它就是氧化鋅,它的功能與碳化鋅一樣,但是它的閥門性質更好,用專業語言說,就是它的非線性好。

什么是非線性?形象地說,就是反其道而行之,該大時反而小,該小時反而大;不象線性,要大一起大,要小一起小。

例如在避雷器中,非線性表現在:電流大時(例如雷電流來了),電阻反而很小,而且該電阻越小非線性越好;而電流小時,(即雷電流在百萬分之幾秒通過之后電網又恢復到正常工作電壓),電阻反而大,而且此電阻越大非線性越好。

碳化硅具有非線性,但非線性不太好,即在正常工作電壓時,電阻不是非常大,所以就有電流會流過避雷器,相當于閥門沒有關緊,總在細水長流。

碳化硅的這種性質是由材料決定的,所以對于這種細水長流的現象 從材料入手解決幾乎無能為力,人類直到現在都沒有解決碳化硅的閥門不緊的問題。

在這種情況下,人們在應用碳化硅做避雷器時,只能在結構上想辦法,即把它先與線路隔開,等到雷電來臨時,再把它接上,這個任務是由空氣間隙完成的,所以閥型避雷器幾乎都要間隙,而氧化鋅這個閥門在工作電壓時關得很緊,所以不需要帶間隙。

由于氧化鋅的制作水平也在不斷地提高,在一開始的時候,閥門關閉的能力不是很高,加上閥型避雷器的習慣勢力,氧化鋅避雷器現在也有帶間隙的,但無間隙氧化鋅避雷器占絕大多數。

由于氧化鋅是一種金屬氧化物,所以也叫做金屬氧化鋅避雷器。

3.電力系統的防雷

從防雷保護裝置看,可以分為避雷針、避雷線和避雷器三種,前兩種裝置較簡單,無非就是針和線,后一種較復雜,因為涉及到非線性電阻這個智能開關的問題。

從防雷的對象看,可以分為架空輸電線路的防雷、變電所防雷和電機防雷。

架空線路縱橫千里,暴露在曠野中,為了不對地上的生物和生態產生影響,還要把它架得很高,俗話說:槍打出頭鳥,所以雷公雷母不打這些架得高高的輸電線路才是怪事。

據統計,電網中的大部分事故以線路落雷為主,所以架空線路必須防雷。但是架空線路太長,我們不可能做到絕對的防雷,否則花的錢太多,所以線路防雷只是相對的,即允許有一部分雷打在線路上并且引起閃絡,線路防雷是用避雷線完成的。

相對于架空線路來說,變電站就重要的多了,它是電力系統的樞紐,電力設備的集中地,運行人員也經常出入其中,所以防雷的要求很高。

變電站的來雷一般有兩個途徑:一是雷直擊變電站,這靠避雷針(有時也用避雷線)來完成;二是雷打在線路上然后傳到變電站來,這主要靠避雷器完成。

電機(這里指發電機、調相機、變頻機和電動機等)的防雷與變電所防雷一樣重要。因為發電機是電力系統的心臟,大型電動機是工廠的主要動力,一旦雷擊損壞,損失極大。但是電機的防雷要比變電站困難得多,因為電機是旋轉的,所以絕緣不能太厚,而且絕緣不能使用象變壓器那樣的液體,而只能用固體,而固體絕緣易老化,所以電機的防雷除了主要使用避雷器之外,還要增加一些輔助防雷措施。

4.復合外套氧化鋅避雷器

避雷器是一種電氣設備,電氣設備一般均有兩個電極,通常一個電極接地,另一個電極接在高壓,而兩個電極之間必須要有絕緣材料隔開,在專業上稱這種絕緣物為絕緣子。

由于電力系統的電力設備大多數暴露在大氣中,所以電力設備中的絕緣表面就會直接與大氣相接觸。在專業上就把這部分絕緣稱為戶外絕緣,也可以簡稱外絕緣。

由于戶外絕緣經常遭受日曬雨淋,風、雪、霧、露也會經常侵襲它,所以作為合格的戶外絕緣材料,除了應該具有優良的機電性能外,還要具有優良的耐候性能和四五十年的使用壽命。目前工程上應用最多的戶外絕緣材料是瓷,在線路絕緣中還使用了鋼化玻璃。

瓷和玻璃都屬于無機材料,它們除了具有優良的機電性能之外,共同的優點是環境穩定性好,即耐受氣候的性能很好。因此才能稱霸電力系統外絕緣領地近一百年。

但是它們也有一個共同的弱點,即表面表現出親水性,然后造成絕緣子表面的污穢層受潮,污穢加上潮濕會引起電子的流動,此時絕緣子在工作電壓下就可能發生閃絡,這就是我們經常說的污閃,具體一點說,即污穢閃絡,再具體一點,即污穢絕緣子受潮時的沿面放電。

最近幾十年年,國內外的電力系統廣泛應用硅橡膠來代替上述傳統材料來制作絕緣子,硅橡膠是一種有機材料,呈現出很強的增水性,因此可以提高外絕緣的污閃電壓。

用有機材料制作的絕緣子在國外常稱為聚合物絕緣子(因為有機材料是一種高分子的聚合物)、非瓷絕緣子、合成絕緣子(因為應用在外絕緣的有機材料都是合成的),甚至稱為塑料絕緣子。

我國在前些年稱它們為合成絕緣子或者硅橡膠絕緣子,后來統一稱為有機復合絕緣子(因為有機材料就是復合材料,何況這種絕緣子往往是由兩種絕緣材料--硅橡膠和環氧樹脂玻璃纖維引拔棒復合而構成的),簡稱復合絕緣子。

所以復合外套氧化鋅避雷器就是應用有機材料具體說就是應用硅橡膠材料做為氧化鋅避雷的外絕緣。


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