防雷器

概述

防雷器,又称避雷器、浪涌保护器、电涌保护器、过电压保护器等,主要包括电源防雷器和信号防雷器,防雷器是通过现代电学以及其它技术来防止被雷击中的设备的损坏。避雷器中的雷电能量吸收,主要是氧化锌压敏电阻和气体放电管。


工作原理

1.管式避雷器,其基本工作原理是内间隙(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。

2.碳化硅避雷器,其基本工作原理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。

3.金属氧化物避雷器,其基本工作原理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。

应用

防雷器的作用是用来保护电力系统中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏的一种电器。防雷器的类型主要有保护间隙、阀型防雷器和氧化锌防雷器。保护间隙主要用于限制大气过电压,一般用于配电系统、线路和变电所进线段保护。阀型防雷器与氧化锌防雷器用于变电所和发电厂的保护,在500KV及以下系统主要用于限制大气过电压,在超高压系统中还将用来限制内过电压或作内过电压的后备保护。

分类

1、防雷器分类

1>、按工作原理分:

(1)开关型防雷器:其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗,但一旦响应雷电瞬时过电压时,其阻抗就突变为低值,允许雷电流通过。用作此类装置时器件有:放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。

(2)限压型防雷器:其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰,但随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小,其电流电压特性为强烈非线性。用作此类装置的器件有:氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。,现在的防雷器大多为限压型,神龙的产品也是。

(3)分流型或扼流型防雷器

分流型:与被保护的设备并联,对雷电脉冲呈现为低阻抗,而对正常工作频率呈现为高阻抗。

扼流型:与被保护的设备串联,对雷电脉冲呈现为高阻抗,而对正常的工作频率呈现为低阻抗。

用作此类装置的器件有:扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。

2>.按用途分:

(1)电源防雷器:交流电源防雷器、直流电源防雷器、开关电源防雷器等。

(2)信号防雷器:低频信号防雷器、高频信号防雷器、天馈防雷器等。

(3)组合防雷器:也称三合一防雷器,是指监控系统中摄像机端的集视频防雷和电源防雷为一体的防雷设备。

3>.按防雷等级分:

1、一级电源防雷器,按新国标都是指的是T1试验的浪涌保护器;

2、二级电源防雷器,按新国标指的是T2试验≥40kA的浪涌保护器;

3、三级电源防雷器,一般指的是20kA的浪涌保护器;

4、B级浪涌保护器,包含T1试验的浪涌保护器及T2试验60kA及以上通流量的浪涌保护器;

5、C级浪涌保护器,指的是T2试验最大通流量40kA的浪涌保护器;

6、D级浪涌保护器,指的是T2试验最大通流量20kA的浪涌保护器;

B:一般标一般标称在30KA以上;

C:一般标一般标称在15--20KA之间;

D:一般标一般标称在5--10KA之间;

4>、从组合结构分:

从组合结构分,现在市场上的避雷器有几下几种:

1)间隙类:开放式间隙、密闭式间隙

2)放电管类:开放式放电管密封式放电管

3)压敏电阻:单片、多片

4)抑制二极管类

5)压敏电阻/气体放电管组合类----简单组合、复杂组合

6)碳化硅类

5>、按照工作状态(安装形式)分:

按照工作状态(安装形式)又可分为:并联避雷器和串联式避雷器。

2、常用避雷器的结构及特性

1>、开放式间隙避雷器

间隙避雷器的工作原理:基于电弧放电技术,当电极间的电压达到一定程度时,击穿空气电弧在电极上进行爬电。

优点:放电能力强,通流量大(可以达到100KA)漏电流小

热稳定性好

缺点:残压高,反映时间慢,存在续流

工艺特点:由于金属电极在放电时承受较大电流,所以容易造成金属的升华,使放电腔内形成金属镀膜影响避雷器的启动和正常使用。放电电极的生产主要还是集中在国外一些避雷器生产企业,,电极的主要成分是钨金属的合金。

工程应用:该种结构的避雷器主要应用在电源系统做B级避雷器使用。但由于避雷器自身的原因容易引起火灾,避雷器动作后(飞出)脱离配电盘等事故。根据型号的不同适合与各种配电制式。

工程安装时一定要考虑安装距离,避免引起不必要的损失和事故。

2>、密闭式间隙避雷器

现在国内市场有一种多层石墨间隙避雷器,这种避雷器主要利用的是多层间隙连续放电,每层放电间隙相互绝缘,这种叠层技术不仅解决了续流问题而且是逐层放电,无形中增大了产品自身的通流能力。

优点:放电电流大测试最大50KA(实际测量值)漏电流小

无续流无电弧外泻热稳定性好

缺点:残压高,反映时间慢

工艺特点:石墨为主要材料,产品内采用全铜包被解决了避雷器在放电时的散热问题,不存在后续电流问题,最大的特点是没有电弧的产生,且残压与开放式间隙避雷器比较要低很多。

工程应用:该种避雷器应用在各种B、C类场合,与开放式间隙比较不用考虑电弧问题。根据型号的不同该种产品适合与各种配电制式。

3>、放电管类避雷器

①开放式放电管避雷器

开放式放电管避雷器,实质与开放式间隙避雷器是一样的产品,都属于空气放电器。但是与间隙放电器比较它的通流能力就降了一个等级。

优点:体积小通流能力强(10-15KA)漏电流小无电弧喷泻

缺点:残压较高有续流产品一致性差反映时间慢

②密闭式气体放电管

密闭式气体放电管也叫惰性气体放电管,主要是内部充盈了惰性气体,放电方式是气体放电,靠击穿气体来起到一次性泻放电流的目的。一般有2极和3极两种结构。外型与上图相似。优点:体积小(气体管可以很小)通流量大无电弧

缺点:产品一致性差(启动电压、残压)有续流残压较高

工艺特点:空气放电管还是属于开放式产品,在工作时不保证绝对没有点火花从排压孔喷出,气体放电管是密封结构,一般有2极和3极良种结构形式,一般3极有热保护装置(短路装置),在放电管工作时温度超过了一定范围,短路装置启动使放电管整体导通。防止温度过高造成放电管内气压生高器件爆裂。工程应用:一般空气放电管现在很少应用,而气体放电管现今被广泛的应用在信号防雷器上。型号的不同也有在电源避雷器上使用。

4>、氧化锌电阻类避雷器

①单片压敏电阻避雷器

单片压敏电阻避雷器是80年代由日本最先发明使用。直到现在,单片敏电阻的使用率也是避雷器中最高的。压敏电阻避雷器的工作原理是利用了压敏电阻的非线性特点。当电压没有波动时氧化锌呈高阻态,当电压出现波动达到压敏电阻的启动电压时压敏电阻迅速呈现低阻态,将电压限制在一定范围内。

②多片压敏电阻避雷器

由于单片压敏电阻的通流量一直不够理想(一般单片压敏电阻最大放电电流在20KA\8/20uS),在这种前提下多片组合压敏电阻避雷器产生,多片压敏电阻组合避雷器主要是解决了单片压敏电阻的通流量较小,不能满足B级场合的使用。多片压敏电阻的产生从根本上解决了压敏电阻通流量的问题。

优点:通流容量大,残压较低,反应时间较快(≤25ns),

无跟随电流(续流)

缺点:漏电流较大,老化速度快。热稳定一般

工艺特点:多数采用积木结构。

工程应用:根据结构不同,压敏电阻避雷器广泛的应用在B、C、D级以及信号避雷器。但是应解决的问题是工程中有个别产品存在燃烧现象,所以在产品选型时应注意厂家使用的外壳材料。

5>、抑制二极管类防雷器

抑制二极管类防雷产品主要是网络等信号避雷产品中大量的应用,主要采用的器件有P*KE(雪崩管)等系列等产品。工作原理是基于PN结反向击穿保护。

优点:残压低动作精度高反应时间快无续流体积小

缺点:通流量小2.5压敏电阻/气体放电管组合类

①简单组合避雷器

组合式避雷器典型结构是N-PE结构形式,这种避雷器与单一结构的避雷器相比,综合了两种不同产品的优点,而减少了单一器件的缺点。

优点:通流量大反应时间快

缺点:残压相对较高

工程应用:仅在N-PE制式使用的避雷器,适合电压波动率较大地区使用。

②复杂型组合式避雷器

这种避雷器充分发挥各种元器件的优点,在结构上一般使用数量较多的压敏电阻和气体放电管。这种结构的避雷器一般具有较高的通流能力,且残压较低。行业内也称这种结构的避雷器为一体化避雷器。

优点:通流量大反映时间快残压低无续流热稳定性好

缺点:无声音报警无计数器

工艺特点:一体化避雷器的电路结构紧凑,充分发挥了氧化锌电阻反映时间快的特点,有结合了气体放电管具有较高通流能力的优点。在电路上避雷器使用了较多的氧化锌电阻来提高整体避雷器的通流能力,用气体放电管作为备用放电通道。基于这种完善的电路结构使避雷器的使用寿命大大提高。

工程应用:

一体化避雷器根据型号的不同广泛应用与B、C、D各种安装环境。由于是一体化设计,所以更适合在不具备安装距离的场合使用。(IEC规定B、C、D模块化避雷器三级间的最短距离在10M以上)

6>、碳化硅避雷器(阀式避雷器)

碳化硅避雷器主要应用于高压电力防雷,现今仍是电力系统使用率较高的电力防雷产品。

选型指南

基于防雷器的防护想要取得理想的效果,应注重“在合适的地方合理地装设合适的防雷器”,防雷器的选择十分重要。

⒈进入建筑物的各种设施之间的雷电流分配情况如下:约有50%的雷电流经外部防雷装置泄放入地,另有50%的雷电流将在整个系统的金属物质内进行分配。这个*估模式用于估算在LPAOA区、LPZOB区和LPZ1区交界处作等电位连接的防雷器的通流能力和金属导线的规格。该处的雷电流为10/35μs电流波形。在各金属物质中雷电流的分配情况下:各部分雷电流幅值取决于各分配通道有的阻抗与感抗,分配通道是指可能被分配到雷电流的金属物质,如电力线、信号线、自来水管、金属构架等金属管级及其它接地,一般仅以各自的接地电阻值就可以大致估算。在不能确定的情况下,可以认为接是电阻相等,即各金属管线平均分配电流。

⒉在电力线架空引入,并且电力线可能被直击雷击中时,进入建筑物内保护区的雷电流取决于外引线路、防雷器放电支路和用户侧线路的阻抗和感抗。如内外两端阻抗一致,则电力线被分配到一半的直击雷电流。在这种情况下必须采用具有防直击雷功能的防雷器。

⒊后续的*估模式用于*估LPZ1区以后防护区交界处的雷电流分配情况。由于用户侧绝缘阻抗远远大于防雷器放电支路与外引线路的阻抗,进入后续防雷区的雷电流将减少,在数值上不需特别估算。一般要求用于后续防雷区的电源防雷器的通流能力在20kA(8/20μs)以下,不需采用大通流能力的防雷器。

后续防雷区防雷器的选择应考虑各级之间的能量分配和电压配合,在许多因素难以确定时,采用串并式电源防雷器是个好的选择。串并式是根据现代雷电防护中许多应用场合、保护范围层次区分等特点提出的概念(相对于传统的并式防雷器而言)。其实质是经能量配合和电压分配的多级放电器与滤波器技术的有效结合。串并式防雷有如下特点:应用广泛。不但可以按常规进行应用,也适合保护区难以区别的场所。感生退耦器件在瞬态过电压下的分压、延迟作用,以帮助实现能量配合。减缓瞬态干扰的上升速率,以实现低残压与长寿命以及极快的响应时间。

⒋防雷器的其它参数选择取决于各个被保护物所在防雷区的级别,其工作电压以安装在引电路中所有部件的额定电压为准。串并式防雷器还需注意其额定电流。

⒌影响电子线雷电流分配的其它因素:变压器端接地电阻降低将使电子线中分配电流增大。供电线缆的长度的增加将使电力线中分配电流减少,并使几要导线中有平衡的电流分配。过短的电缆长度和过低的中性线阻抗将使电流不平衡,从而引起差模干扰。供电线缆并接多用户将降低有效阻抗,导致分配电流增大,在连成网状的供电状态下,雷临时性流主要流入电力线,这是多数雷损发生在电力线处的原因。

1.参数

1)保护模式:电气系统中电源保护器的保护部件可以连接在相对相、相对地、相对中性线、中性线对地及其组合,以及电子系统电涌保护器的保护部件连接在线对线、线对地及其组合,如:电源系统:相对相(L-L)、相对地(L-G/PE)、相对中线(L-N)、中线对地(N-G/PE)。

2)UC:最大持续工作电压,可连续地施加在SPD上的最大交流电压有效值或直流电压。

3)Imax:最大放电电流,流过浪涌保护器,具有8/20us波形的电流峰值,其值按II类动作负载试验的程序确定(Imax大于In)。

4)In:标称放电电流,流过浪涌保护器,具有8/20us波形的电流峰值,用于浪涌保护器的II类试验以及I试验的预处理试验

5)UP:电压保护水平,表征浪涌保护器限制接线端子间电压的性能参数,该值大于限制电压最高值。

维护保养

1、每月检查防雷器的检验窗口。检验窗口显示为绿色为正常,显示红色时表示防雷器存在故障需要进行维修或者是进行更换。

2、雨季对防雷器性能有一定的影响,所以每年雨季前要向有关部门申请防雷检验,防雷检验合格最好,检验不通过需要对防雷器进行细致检查或者是维修更换,保证性能。

3、防雷器的使用寿命与其质量、元件材料、品牌等诸多因素有关,市场上常见防雷器使用平均寿命为三年,建议三年更换一次,以保证其防雷性能。

注意事项

电源防雷器安装的8大注意要点:

1、接线方向:防雷器安装,一定要注意输入端IN和输出端OUT,不要接反,否则,将严重影响防雷效果,甚至影响设备正常工作。防雷器的输入端是相对雷电波的传播方向而言,即馈线输入端,而输出端接被保护设备。

2、接线方式:接线方式有串联和并联两种,一般只有端子接线才用串联接法,其他都用并联接法,具体以厂家的说明为准。

3、地线接法:地线接地长度要尽量短,一端直接压接于防雷器的接线端,接地线接于独立接地网(与电器接地隔离)或与三相电源中的地线相接。

4、安装位置:防雷器应装在室内。同时注意防雷器附没有易燃易爆物,比如油库(站)、气库(站)、炸药、火药、烟花等,防止电火花引起火灾。

5、断电操作:安装时必须断开电源,严禁带电操作,操作前必须用万能表测试各段母线或接线端是否完全断电,确定断电后再进行接线。

6、导轨安装:装在导轨上的防雷器,先将防雷器和空开卡在导轨上,将防雷器和空开靠紧后用固定卡子固定牢靠,装在屏内面板上的防雷器必须用螺丝将防雷器的四角固定牢靠,螺丝口必须垫上垫子,注意防雷器和空开的正反方向,按照上进下出的规律。

7、检查接线:检查接线出有没碰触在一起的,有碰触在一起的立即进行处理,以免造成设备短路等情况发生。

8、设备维护:防雷器无需特别维护,只需定期检查其连接是否松动,工作状态指示灯是否正常。

当工作状态指示灯发绿光时,表示防雷器工作正常。发红光时,表示防雷器已有器件损坏,防雷效果变差,必须立即更换。

故障排除

1、避雷器爆炸及阀片击穿或内部闪络故障处理

(1)运行人员应立即到现场对设备进行检查,在初步判断故障的类别、故障相和巡视避雷器引流线、均压环、外绝缘、放电动作计数器及泄漏电流在线检测装置、接地引下线的状态后,向调度及上级主管部门汇报。

(2)对粉碎性爆炸事故,还应巡视故障避雷器临近的设备外绝缘的损伤状况。

(3)在事故调查人员到来前,运行人员不得接触故障避雷器及其附件。

(4)对粉碎性爆炸的避雷器,运行人员不得擅自将碎片挪位或丢弃。

(5)避雷器爆炸尚未造成接地时,在雷雨过后拉开相应隔离开关,停用、更换避雷器。

(6)避雷器爆炸已造成接地者,需俘电更换,禁止用隔离开关停用故障的避雷器。

(7)运行人员要做好现场的安全措施,以便检修人员对故障设备进行检查。

2、避雷器瓷套裂纹的处理

运行中发现避雷器瓷套有裂纹时,根据情况决定处理方法:

(1)如天气正常,应请示调度停下损伤相之避雷器,更换为合格的避雷器。一时无备;件时,在考虑到不至于威胁安全运行的条件下,可在裂纹深处涂漆和环氧树脂防止受潮并安排在短期内更换。;;

(2)如天气不正常(雷雨),应尽可能不使避雷器退出运行,待雷雨后再处理。如果因瓷质裂纹已造成闪络,但未接地者,在可能条件下应将避雷器停用。

(3)避雷器瓷套裂纹已造成接地者,需停电更换,禁止用隔离开关停用故障的避雷器。

3、避雷器外绝缘套的污闪或冰闪的故障处理

(1)运行人员应立即到现场对设备进行检查,在初步判断故障的类别、故障相和巡视;避雷器引流线、均压环、外绝缘、放电动作计数器及泄漏电流在线检测装置、接地引下线的状态后向调度及上级主管部门汇报。

(2)在事故调查人员到来前,运行人员不得清擦故障避雷器的绝缘外套。

(3)若不能停电处理,运行人员应用红外线检测设备对避雷器进行检测,并加强对避雷器的监视。

(4)若闪络严重,应申请停电进行处理。

4、避雷器断裂的故障处理

(1)运行人员应立即到现场对设备进行检查,在初步判断故障的类别、故障相后,向调度及上级主管部门汇报,申请停电处理。

(2)在确认已不带电并做好相应的安全措施后,对避雷器的损伤情况进行巡视。

(3)在事故调查人员到来前,运行人员不得挪动故障避雷器的断裂部分,也不得对断口部分做进一步的损伤。

(4)运行人员要做好现场的安全措施,以便检修人员对故障设备进行检查。

5、避雷器引线脱落的故障处理

(1)运行人员应立即到现场对设备进行检查,在初步判断故障的类别、故障相后,向调度及上级主管部门汇报,申请停电处理。

(2)在确认已不带电并做好相应的安全措施后,对引线连接端部、均压环的状况进行巡视。

(3)检查故障避雷器周围的设备是否有放电或损伤。

(4)在事故调查人员到来前,运行人员不得接触引线的连接端部,也不得攀爬避雷器或构架检查连接端子。

(5)运行人员要做好现场的安全措施,以便检修人员对故障设备进行检查。

6、避雷器的泄漏电流值异常的处理

避雷器的泄漏电流值在正常时应该在规定值以下,当运行人员发现避雷器的泄漏电流值明显增大时,说明避雷器内部有故障,这时运行人员应当:

(1)立即向调度及上级主管都门汇报。

(2)对近期的巡视记录进行对比分析。

(3)用红外线检测仪对避雷器的温度进行测量。

(4)若确认不属于测量误差,经分析确认为内部故障,应申请停电处理。;

分享到: