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避雷器介紹

避雷器又稱：surge arrester，能釋放雷電或兼能釋放電力系統操作過電壓能量，保護電工設備免受瞬時過電壓危害，又能截斷續流，不致引起系統接地短路的電器裝置。避雷器通常接於帶電導線與地之間，與被保護設備並聯。當過電壓值達到規定的動作電壓時，避雷器立即動作，流過電荷，限製過電壓幅值，保護設備絕緣；電壓值正常後，避雷器又迅速恢復原狀，以保證系統正常供電。

避雷器起源

最原始的避雷器是羊角形間隙，出現於19世紀末期，用於架空輸電線路，防止雷擊損壞設備絕緣而造成停電，故稱“避雷器”。20世紀20年代,出現瞭鋁避雷器,氧化膜避雷器和丸式避雷器。30年代出現瞭管式避雷器。50年代出現瞭碳化矽避雷器。70年代又出現瞭金屬氧化物避雷器。現代高壓避雷器，不僅用於限製電力系統中因雷電引起的過電壓，也用於限製因系統操作產生的過電壓。

避雷器原理

避雷器是變電站保護設備免遭雷電沖擊波襲擊的設備。當沿線路傳入變電站的雷電沖擊波超過避雷器保護水平時，避雷器首先放電，並將雷電流經過良導體安全的引入大地，利用接地裝置使雷電壓幅值限製在被保護設備雷電沖擊水平以下，使電氣設備受到保護。

避雷器按其發展的先後可分為：保護間隙——是最簡單形式的避雷器；管型避雷器——也是一個保護間隙，但它能在放電後自行滅弧；閥型避雷器——是將單個放電間隙分成許多短的串聯間隙，同時增加瞭非線性電阻，提高瞭保護性能；磁吹避雷器——利用瞭磁吹式火花間隙，提高瞭滅弧能力，同時還具有限製內部過電壓能力；氧化鋅避雷器——利用瞭氧化鋅閥片理想的伏安特性（非線性極高，即在大電流時呈低電阻特性，限製瞭避雷器上的電壓，在正常工頻電壓下呈高電阻特性），具有無間隙、無續流殘壓低等優點，也能限製內部過電壓，被廣泛使用。

避雷器分類

避雷器有高壓和低壓避雷器之分，本節介紹的是低壓配電系統中的避雷器（電湧保護器SPD）

1. 電湧保護器器的種類名目繁多的避雷器在我國的市場上已經超過瞭上百種，如何對不同品牌、不同型號的避雷器進行分類也許就擺在我們麵前。

從組合結構分；現在市場上的避雷器有幾下幾種：

1）間隙類————開放式間隙、密閉式間隙

2）放電管類———開放式放電管密封式放電管

3）壓敏電阻類——單片、多片

4）抑製二極管類

5）壓敏電阻/氣體放電管組合類----簡單組合、復雜組合

6）碳化矽類

按照其保護性質有可以分為：開路式避雷器、短路式避雷器或開關型、限壓型；

按照工作狀態（安裝形式）又可分為：並聯避雷器和串聯式避雷器。

2避雷器的結構及特性

2.1.1開放式間隙避雷器

間隙避雷器的工作原理：基於電弧放電技術，當電療間的電壓達到一定程度時，擊穿空氣電弧在電療上進行爬電。

優點：放電能力強，通流量大（可以達到100KA）漏電流小

熱穩定性好

缺點：殘壓高，反映時間慢，存在續流

工藝特點：由於金屬電療在放電時承受較大電流，所以容易造成金屬的升華，使放電腔內形成金屬鍍膜影響避雷器的啟動和正常使用。放電電療的生產主要還是集中在國外一些避雷器生產企業，，電療的主要成分是鎢金屬的合金。

工程應用：該種結構的避雷器主要應用在電源系統做B級避雷器使用。但由於避雷器自身的原因容易引起火災，避雷器動作後（飛出）脫離配電盤等事故。根據型號的不同適合與各種配電製式。

工程安裝時一定要考慮安裝距離，避免引起不必要的損失和事故。

2.1.2 密閉式間隙避雷器

現在國內市場有一種多層石墨間隙避雷器，這種避雷器主要利用的是多層間隙連續放電，每層放電間隙相互絕緣，這種疊層技術不僅解決瞭續流問題而且是逐層放電，無形中增大瞭產品自身的通流能力。

優點：放電電流大測試最大50KA（實際測量值）漏電流小

無續流無電弧外瀉熱穩定性好

缺點：殘壓高，反映時間慢

工藝特點：石墨為主要材料，產品內采用全銅包被解決瞭避雷器在放電時的散熱問題，不存在後續電流問題，最大的特點是沒有電弧的產生，且殘壓與開放式間隙避雷器比較要低很多。

工程應用：該種避雷器應用在各種B、C類場合，與開放式間隙比較不用考慮電弧問題。根據型號的不同該種產品適合與各種配電製式。

2.2放電管類避雷器

2.2.1開放式放電管避雷器

開放式放電管避雷器，實質與開放式間隙避雷器是一樣的產品，都屬於空氣放電器。但是與間隙放電器比較它的通流能力就降瞭一個等級。

優點：體積小通流能力強（10-15KA）漏電流小無電弧噴瀉

缺點：殘壓較高有續流產品一致性差（啟動電壓、殘壓）反映時間慢

2.2.2密閉式氣體放電管

密閉式氣體放電管也叫惰性氣體放電管，主要是內部充盈瞭惰性氣體，放電方式是氣體放電，靠擊穿氣體來起到一次性瀉放電流的目的。一般有2極和3極兩種結構。外型與上圖相似。

優點：體積小（氣體管可以很小）通流量大無電弧

缺點：產品一致性差（啟動電壓、殘壓）有續流殘壓較高

工藝特點：空氣放電管還是屬於開放式產品，在工作時不保證絕對沒有點火花從排壓孔噴出，氣體放電管是密封結構，一般有2極和3極良種結構形式，一般3極有熱保護裝置（短路裝置），在放電管工作時溫度超過瞭一定范圍，短路裝置啟動使放電管整體導通。防止溫度過高造成放電管內氣壓生高器件爆裂。

工程應用：一般空氣放電管現在很少應用，而氣體放電管現在被廣泛的應用在信號防雷器上。型號的不同也有在電源避雷器上使用。

2.3氧化鋅電阻類避雷器

2.3.1單片壓敏電阻避雷器

單片壓敏電阻避雷器是80年代有日本最先發明使用。直到現在，單片敏電阻的使用率也是避雷器中最高的。壓敏電阻避雷器的工作原理是利用瞭壓敏電阻的非線性特點。當電壓沒有波動時氧化鋅呈高阻態，當電壓出現波動達到壓敏電阻的啟動電壓時壓敏電阻迅速呈現低阻態，將電壓限製在一定范圍內。

2.3.2多片壓敏電阻避雷器

由於單片壓敏電阻的通流量一直不夠理想（一般單片壓敏電阻最大放電電流在20KA8/20uS）,在這種前提下多片組合壓敏電阻避雷器產生，多片壓敏電阻組合避雷器主要是解決瞭單片壓敏電阻的通流量較小，不能滿足B級場合的使用。多片壓敏電阻的產生從根本上解決瞭壓敏電阻通流量的問題。

優點：通流容量大，殘壓較低，反應時間較快（≤25ns），

無跟隨電流（續流）

缺點：漏電流較大，老化速度快。熱穩定一般

工藝特點：多數采用積木結構。

工程應用：根據結構不同，壓敏電阻避雷器廣泛的應用在B、C、D級以及信號避雷器。但是應解決的問題是工程中有個別產品存在燃燒現象，所以在產品選型時應註意廠傢使用的外殼材料。

2.4 抑製二極管類防雷器

抑製二極管類防雷產品主要是網路等信號避雷產品中大量的應用，主要采用的器件有P*KE（雪崩管）等系列等產品。工作原理是基於PN結反向擊穿保護。

優點：殘壓低動作精度高反應時間快無續流體積小

缺點：通流量小

2. 5壓敏電阻/氣體放電管組合類

2.5.1簡單組合避雷器

組合式避雷器典型結構是N-PE結構形式，這種避雷器與單一結構的避雷器相比，綜合瞭兩種不同產品的優點，而減少瞭單一器件的缺點。

優點：通流量大反應時間快

缺點：殘壓相對較高

工程應用：僅在N-PE製式使用的避雷器，適合電壓波動率較大地區使用。

2.5.2復雜型組合式避雷器

這種避雷器充分發揮各種元器件的優點，再結構上一般使用數量較多的壓敏電阻和氣體放電管。這種結構的避雷器一般具有較高的通流能力，且殘壓較低。行業內也稱這種結構的避雷器為一體化避雷器。

優點：通流量大反映時間快殘壓低無續流熱穩定性好

缺點：無聲音報警無計數器

工藝特點：一體化避雷器的電路結構緊湊，充分發揮瞭氧化鋅電阻反映時間快的特點，有結合瞭氣體放電管具有較高通流能力的優點。在電路上避雷器使用瞭較多的氧化鋅電阻來提高整體避雷器的通流能力，用氣體放電管作為備用放電通道。基於這種完善的電路結構使避雷器的使用壽命大大提高。

工程應用：

一體化避雷器根據型號的不同廣泛應用與B、C、D各種安裝環境。由於是一體化設計，所以更適合在不具備安裝距離的場合使用。（IEC規定B、C、D模塊化避雷器三級間的最短距離在10M以上）

3. 6碳化矽避雷器（閥式避雷器）

碳化矽避雷器主要應用於高壓電力防雷，目前仍是電力系統使用率較高的電力防雷產品。

避雷器的作用及特點

　　避雷器的作用是用來保護電力系統中各種電器設備免受雷電過電壓、操作過電壓、工頻暫態過電壓沖擊而損壞的一個電器。避雷器的類型主要有保護間隙、閥型避雷器和氧化鋅避雷器。保護間隙主要用於限製大氣過電壓，一般用於配電系統、線路和變電所進線段保護。閥型避雷器與氧化鋅避雷器用於變電所和發電廠的保護，在500KV及以下系統主要用於限製大氣過電壓，在超高壓系統中還將用來限製內過電壓或作內過電壓的後備保護。

避雷器的主要參數

1、標稱電壓Un：被保護系統的額定電壓相符，在信息技術系統中此參數表明瞭應該選用的保護器的類型，它標出交流或直流電壓的有效值。

2、額定電壓Uc：能長久施加在保護器的指定端，而不引起保護器特性變化和激活保護元件的最大電壓有效值。

3、額定放電電流Isn：給保護器施加波形為8/20μs的標準雷電波沖擊10次時，保護器所耐受的最大沖擊電流峰值。

4、最大放電電流Imax：給保護器施加波形為8/20μs的標準雷電波沖擊1次時，保護器所耐受的最大沖擊電流峰值。

5、電壓保護級別Up：保護器在下列測試中的最大值：1KV/μs斜率的跳火電壓；額定放電電流的殘壓。

6、響應時間tA：主要反應在保護器裡的特殊保護元件的動作靈敏度、擊穿時間，在一定時間內變化取決於du/dt或di/dt的斜率。

7、數據傳輸速率Vs：表示在一秒內傳輸多少比特值，單位：bps；是數據傳輸系統中正確選用防雷器的參考值，防雷保護器的數據傳輸速率取決於系統的傳輸方式。

8、插入損耗Ae：在給定頻率下保護器插入前和插入後的電壓比率。

9、回波損耗Ar：表示前沿波在保護設備（反射點）被反射的比例，是直接衡量保護設備同系統阻抗是否兼容的參數。

10、最大縱向放電電流：指每線對地施加波形為8/20μs的標準雷電波沖擊1次時，保護器所耐受的最大沖擊電流峰值。

11、最大橫向放電電流：指線與線之間施加波形為8/20μs的標準雷電波沖擊1次時，保護器所耐受的最大沖擊電流峰值。