第一节 雷电现象及防雷设备

来源:百度文库 编辑:神马文学网 时间:2024/03/29 23:24:08

第一节 雷电现象及防雷设备


 

五、避雷器

1.简介

雷电击中送电线路后,行波沿导线前进,若无适当保护措施必然进入变电所(站) 或其他用电设备,造成变压器、电压互感器或大型电动机绝缘损坏,避雷器就是防止行波侵入而设置的。

最简单的保护装置如图 5-16 所示的保护间隙,当线路侵入冲击过电压时,保护间隙是被击穿,从而使被保护物的设备绝缘免受过电压的损害。保护间隙虽然简单,但当间隙被击穿
后,因其熄弧能力低,必须依靠断路器才能切断续流,故只能在无避雷器而且有自动重合装置的条件下采用。

图 5-16 用保护间隙保护电气设备

1—变压器;2—保护间隙

避雷器在工频额定电压时,两极间呈绝缘状态而不导通,当发生过电压并达到动作电压时即导通而释放电荷,限制过电压幅值,保护电气设备,如图 5-17所示。

图 5-17 避雷器的防雷原理图
1—雷电冲击波;2—被限制的过电压;3—避雷器;

4—被保护电气设备;5—线路

2.避雷器的型号表示方法

阀式避雷器及管式避雷器型号表示方法如下:

例:FS2—0.22TH 为阀式避雷器,供变、配电所 (站)用,设计序号为 2,额定电压为 0.22kV,适用于湿热带。

例:Y3W —0.25/1.2 为氧化锌避雷器,标称放电电流3kA,无放电间隙,额定电压 0.25kV,放电电流下最大残压值1.2kV。

3.避雷器的分类

避雷器的用途和分类见表 5-1。

① 又称氧化锌避雷器。

4.常用避雷器的主要技术数据

(1) 交流配电用阀式避雷器 主要技术数据见表 5-2。

① 额定电压指避雷器长期正常工作的工频电压,其值与装置地点电网的额定电压一致。

② 灭弧电压指在保证灭弧 (切断工频续流)的条件下,允许加在避雷器上的最高工频电压。

③ 工频放电电压,阀式避雷器的通断能力有限,一般允许内部过电压的情况不动作,但是,内部过电压能量较大,普通的阀式避雷器在发生内部过电压时可能会引起爆炸,为此规定了这个电压数值。

④ 冲击放电电压指 1.5/40μs的标准波预放电,时间为 1.5 ~ 20μs的冲击放电电压。

⑤ 残压指雷电流通过避雷器时,在其两端的电压降,避雷器残压愈小,说明阀性电阻片的通流能力愈好。

(2) 常用交流电站用阀式避雷器主要技术数据见表 5-3。
(3) 电机用磁吹阀式避雷器主要技术数据见表 5-4。
表 5-3 常用交流电站用阀式避雷器主要技术数据 单位:kV

表 5-4 电机用磁吹阀式避雷器主要技术数据 单位:kV

(4)交流有串联间隙配电型金属氧化物避雷器主要技术数据见表 5-5。

(5)常用无间隙金属氧化物避雷器主要技术数据见表 5-6。
表 5-5 交流有串联间隙配电型金属氧化物避雷器主要技术数据

单位:kV

表 5-6 常用无间隙金属氧化物避雷器主要技术数据

单位:kV

5.避雷器的结构

(1) 管式避雷器 最简单的避雷器是管式避雷器,它的结构如图 5-18所示。避雷器的工频续流借助于内间隙 s1 产生电弧的高温,使产气管 1内的产气材料变成气体,在管内形成很大压力,起到使气体从环形电极的开口喷出的纵吹作用,从而使电弧电流过零时熄灭,因此不用切断电路。

管式避雷器在结构方面存在以下缺点。
① 管子容易受潮,因而有可能在工作电压下发生沿面闪络,导致避雷器误动作,防止办法是在使用时串联一个称作外间隙的空气间隙 s2。

② 熄弧下限电流与电弧接触管壁的紧密程度有关。由于避雷器多次动作、材料气化、内径增大、管壁变薄,不能达到铭牌规定的切断数值,内径增至原值的 120% ~ 125% 时便不
能再使用。

③ 熄弧能力受开断电流的影响。续流太小时,产生的气体太少,不能灭弧;续流太大时,又会使管子爆炸破裂,因此管式避雷器熄灭电弧续流的能力有一定的范围。

由于这些问题,在使用安装管式避雷器时应注意防止管腔积水,防止炽热气体形成相间短路,将无喷火端作为接地端,以使额定电压较低的管式避雷器允许外间隙水平布置等。另外管式避雷器动作后产生截波危及变压器绝缘,变压器在冲击电压波作用下呈现的电容和连接线的电容,在避雷器放电前充至某一电压 ue,当避雷器放电后,该电容与线路电感经避雷器放电。放电过程一般呈震荡性,因而作用至变压器上的电压可能达到 2ue 冲击陡波,称之为截波,危及变压器匝间,甚至相间绝缘。

 

图 5-19 FS型阀式

避雷器结构
1—火花间隙;2—弹簧;3—接线端子;4—接地端子;5—阀片;6—安装卡子;7—磁套

为了消除震荡所引起的过电压,可在避雷器放电回路串联电阻,电阻越大,引起震荡的可能性越小。但是这样一来,雷电电流通过电阻及间隙又会产生很高的电压,叫做残压。显然,如果残压大于被保护设备的绝缘强度,就会使该设备被击穿损坏。

由于管式避雷器存在上述缺点,所以它只用来保护线路的个别绝缘弱点和发、变电所(站) 的进线段。应当指出,无续流管式避雷器比纤维管式避雷器性能好,它是利用雷电流在纤维狭缝中产生气体而吹熄冲击电弧的,此时工频短路电流可基本上不流过,所以避雷器的烧损小、寿
命长,可在很大程度上代替纤维管式避雷器。

(2) 阀式避雷器 它是性能较好的一种避雷器,基本元件是装在密封瓷套中的火花间隙和非线性电阻,图5-19所示为 FS型阀式避雷器结构。非线性电阻又称阀片,它是用特殊碳化硅制成的饼状元件,其颗粒相互接触,但其接触面不大于颗粒表面的 1/10。它的电阻随着通过电流的不同而在很大范围内变化。当承受工频

电压时,它是一个高值电阻,类似关闭的阀门,使工频电流很难通过;当受到高频电压冲击时,它又变成一个低值电阻,类似阀门开启,使冲击电流很容易通过;雷电流过去后,工频电

图 5-20 单个平板型火花间隙

1—上电极;2—云母片;

3—下电极;4—空气间隙

流又使阀性电阻片呈现很高的电阻,类似阀门被关闭,此时,火花间隙迅速阻断电流。单个平板型火花间隙是由两个黄铜电极及一个云母垫圈组成,如图 5-20 所示。普通阀式避雷器根据额定电压的不同,由数个或数十个单个的火花间隙构成。由于电极间距离小,所以电场比较均匀,从而改善了间隙的伏秒特性。碳化硅(SiC) 避雷器系列的结构特点见表 5-7。

金属氧化物避雷器,又称氧化锌避雷器、压敏避雷器,它是以微粒状金属氧化锌晶体为基体,在其间充填氧化铋和其他掺杂物。这种非线性电阻有很好的伏安特性,工频电压下呈现极大的电阻,因此续流很小,不用间隙燃灭工频电流所产生的电弧;压敏电阻的通流容量很大,直径 20mm 的圆型电阻就可以通过 5kA 的冲击电流,所以压敏电阻体积很小。

金属氧化物避雷器与其他型式避雷器相比,具有通流容量大、残压低、对大气过电压和操作过电压都起保护作用、结构简单、可靠性高、维护简便、寿命长等优点,但其缺点是造价高。

6.阀式避雷器的安装

安装阀式避雷器应注意以下几点。
① 安装前应对避雷器进行工频交流耐压试验、直流泄漏试验及绝缘电阻的测定,达不到标准时,不准投入运行。

② 安装前将避雷器向不同的方向轻轻摇动,内部应无松动响声。

③ 阀式避雷器的安装,应便于巡视检查,应垂直安装不得倾斜,引线要连接牢固,避雷器上接线端子不得受力。

④ 阀式避雷器的瓷套应无裂纹,密封良好。
⑤ 阀式避雷器安装位置应尽量靠近被保护设备。避雷器与 3 ~ 10kV 变压器的最大电气距离,雷雨季经常运行的单路进线不大于 15m,双路进线不大于 23m,三路进线不大于
27m,若大于上述距离时,应在母线上设阀式避雷器;避雷器对周围物体应保持一定距离,带电部分相邻导线或金属构架的距离不得小于 0.35m,底座对地不得小于 2.5m。

⑥ 安装在变压器台上的阀式避雷器,其上端引线(即电源线)最好接在跌开式熔断器的下端,以便与变压器同时投入或同时退出运行。⑦ 阀门避雷器上、下引线的截面都不得小于规定值,铜线不小于 16mm2,铝线不小于 25mm2,引线不许有接头,引下线应附杆而下,上、下引线不宜过松或过紧。

⑧ 阀门避雷器接地引下线与被保护设备的金属外壳应可靠地与接地网连接。线路上单组阀式避雷器,其接地装置的接地电阻不大于 5Ω。

7.避雷器的运行维护与故障处理

(1) 阀式避雷器的运行维护 阀式避雷器在正常运行中,应定期巡视检查、清扫和维护;在雷雨天气后及可能产生操作过电压时,应进行特殊巡视检查,保证运行可靠性。检查内容如下。

① 检查瓷套管表面有无裂纹、破损及闪络痕迹,有无严重污秽情况。

② 检查导线及接地引下线有无烧伤痕迹和断股现象。
③ 检查避雷器上、下端接合部的密封、水泥接合缝、油漆或金属密封是否良好。

④ 检查 220kV 避雷器拉线瓷瓶是否牢固。
⑤ 检查阀式避雷器内部有无异常声音,若有异常响声,包括轻微的咝咝声,应视作内部故障的先兆。

巡视中发现上述现象,应断开阀式避雷器(退出运行)进行电气试验和检查,以免发生事故。

(2) 管式避雷器的运行维护 管式避雷器运行中的巡视与检查内容如下。

① 检查管身外部有无裂纹、闪络和放电烧伤痕迹、绝缘层表面是否良好。

② 检查外间隙的电极距离有无变动。
③ 检查安装位置有无变动、开口端是否向下垂直或倾斜安装 (与水平夹角不应小于 15°)。

④ 检查排气孔上包盖的纱布是否完整。
⑤ 检查接地引下线有无烧痕、断股现象。
(3) 管式避雷器的检修
① 检查管式避雷器若有下列情况之一时应进行检修:管子漆层有裂纹、发黑和起皱纹时;发现管式避雷器有损坏时;

避雷器动作 3次以上时;凡冬季没有拆下的管式避雷器在每年雷雨季投入运行前。

② 运行中的管式避雷器至少每 3 年拆下检修一次,检修项目如下:

·检查管内是否有污物或昆虫堵塞,发现有问题时,可抽出棒型电极,用特制的探针进行清除;

·外部间隙的电极有放电烧伤痕迹时,应拆下检修,进行磨平或更换电极;

·外部清扫检修后,按表 5-8 要求进行调整外间隙的距离。

表 5-8 管式避雷器外间隙的距离 单位:mm

③ 管式避雷器动作后,应测量距纤维管开口端下列距离处的内径:110kV 的为 150mm 处;20 ~ 35kV 的为 70mm 处;3~ 10kV 的为 30mm 处。

④ 管式避雷器有下列情况之一时,应退出运行:绝缘管的纵向裂纹大于其长度的 1/3时;绝缘管有烧伤痕迹时;绝缘管终端堵头不牢固或漆层有严重裂纹时。

(4) 阀式避雷器的检修 检修工作应在干燥、清洁的环境下进行,元件组合须符合原设计标准和工艺要求,并需注意以下几点。

① 属于下列情况之一的元件,应更换:严重烧伤的电极;严重受潮、膨胀金属的云母垫片;击穿、局部击穿或闪络的阀片;严重受潮的阀片;严重老化龟裂或严重变形、失去弹性的橡胶密封件;瓷套裂碎;非线性并联电阻严重老化、泄漏电流超过运行规程现定的范围。

② 阀式避雷器的电阻片应分别存放,并保持方向一致,不得将不同避雷器内的阀片混装使用。

③ 不能用普通橡胶代替能抗臭氧的氯丁橡胶,普通橡胶在臭氧作用下易老化龟裂。

④ 解体检修后的避雷器,应进行预防性试验。

(5)阀式避雷器的故障处理 如发现阀式避雷器在运行中有异常现象和故障时,应针对具体情况进行处理。

① 发现瓷套有裂纹时,如天气正常,可将故障相避雷器退出运行,停电更换合格的避雷器。

② 在雷雨时,因避雷器瓷套裂纹而造成闪络,但未引起系统永久性接地,在可能条件下应将故障相避雷器停用。

③ 阀式避雷器在运行中突然爆炸,但尚未造成系统永久性接地或危及系统安全运行时,可在雷雨过后,拉开故障相的隔离开关,更换合格的避雷器。若已引起系统永久性接地时,禁止使用隔离开关操作来停用故障避雷器。

④ 发现由于避雷器内部有异常音响或瓷套有炸裂引起系统接地故障时,工作人员应避免靠近,此时可用断路器或采用人工接地转移的方法断开故障。

⑤ 运行中阀式避雷器接地引下线有烧熔痕迹时,可能是内部阀片损坏而引起工频续流增大,应停电使避雷器退出运行,进行电气试验。

⑥ 阀式避雷器在运行中发现瓷套有裂纹,若退出运行又无备品更换时,应根据故障情况的严重程度进行处理;如果在此时间内不致威胁安全运行时,为了防止受潮可将拆下的阀式避雷器在其裂纹处涂漆和环氧树脂,随后安排更换合格的避雷器。