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中压金属氧化物避雷器额定电压选择
发布时间：2011-1-13
来源方式：原创
         中国航空工业规划设计研究院(100011)苏碧萍
     【摘要】本文阐述了无间隙金属氧化物避雷器额定电压选择，应根据中性点有效接地或非有效接 地的中压电力系统来确定，这是因为产品制造新标准中未规定1.3倍额定电压2h工频过 电压耐受时间要求。中性点非有效接地的中压电力系统，应采用有间隙金属氧化物避雷器。
    【关键词】金属氧化物避雷器无间隙有间隙工频过电压耐受时间特性中性点有效接地中性点非 有效接地
现行防雷技术发展到今天，金属氧化物避雷器 成为公认的最先进的防雷电器，它具有非常优异的 非线性特性，在较高电压下，电阻很小，可以泄放大 量雷电流，残压很低，而在电网运行电压下，电阻很 大，泄漏电流很小，可视为无工频续流。同时，它对 雷电陡波和雷电幅值同样有限压作用，所以在 3-35kV系统中被广泛采用。
在衡量避雷器运行特性的众多参数中，避雷器 的额定电压是比较重要的一个。同时，它也是在我 们在工程设计中比较容易出现问题的一个。这在无 间隙金属氧化物避雷器额定电压选择时表现得尤为 突出。其根源在于，无间隙金属氧化物避雷器无间 隙，除各种过电压外，还将长期承受运行电压的作 用，而这个因素，经常被忽略。
通常，设计者在进行避雷器的额定电压选择时， 往往比较注重避雷器应用场所的电力系统额定电 压，选用时，就简单的根据产品样本，对应于所应用 电力系统的标称电压进行选择（以l0kV系统为例， 选用避雷器额定电压值为12.7kV）。其实，这样选 择，对于某些系统来讲，是不正确的，错误选择的后 果会造成避雷器的热崩溃。
1影响无间隙金属氧化物避雷器额定电 压选择的因素
避雷器的额定电压是施加到避雷器端子间的最 大允许工频电压有效值，按照此电压所设计的避雷 器，能在所规定的动作负载试验中确定的暂时过电 压下正确的工作。按照国际电工委员会（IEC99-4） 及GB11032-2000对无间隙金属氧化物避雷器的规 定，避雷器在60℃温度下，注入标准规定的能量后， 必须能耐受相当于额定电压数值的暂时过电压至少 l0s，而不发生热崩溃。
将避雷器预热到60℃并分别经受到大电流或 线路放电等级能量负载后，允许施加在避雷器上工 频电压持续时间及不发生损坏或热崩溃相应工频电 压值的数据被称之为避雷器工频电压耐受时间特性。 避雷器可耐受额定电压暂时过电压持续时间为 l0s，如果暂时过电压持续时间短于l0s，耐受暂时过 电压的幅值可以提高，反之就可以降低，暂时过电压 的幅值高于或低于避雷器额定电压，其作用时间可 以短于或长于l0s，那么在进行避雷器额定电压的选 择时，可根据不同的系统运行方式，用避雷器工频电 压耐受时间特性曲线进行校核。
在我们沿用多年的避雷器产品制造标谁《交流 无间隙金属氧化物避雷器》GB11032-1989中，有关 避雷器工频电压耐受时间特性第5.11条是这样规 定的“：对用于中性点非有效接地系统的额定电压 3.8-12.7kV的电站避雷器和配电避雷器应在1.3倍 额定电压下耐受2h，在额定电压下耐受24h。” 按照该条款，以中压l0kV中性点非有效接地系 统为例，避雷器应在13kV的工频电压下耐受2h，按 照无间隙金属氧化物避雷器耐受工频电压时间特 性，一般l0s比2h耐受工频电压要高出15%-25%。 那么根据定义，避雷器的额定电压应为13kV的1.3 倍，即为17kV，该结果与IEC对无间隙金属氧化物 避雷器额定电压的定义是吻合的。但同时我们注意 到，该条款的前提是对用于中性点非有效接地系统 的额定电压3.8-12.7kV的电站避雷器，这显然与我 们的计算结果17kV相矛盾。这大概也就是在2000 年8月1日开始实施的《交流无间隙金属氧化物避雷器》 GB11032-2000/IEC60099-4：1991（以下简称《新标 准》）中，该条款不再出现的原因。 在《新标准》第6.13条中，指出了避雷器工频电 压耐受时间特性对于选择避雷器的额定电压是必要 的，却未能详细提及暂时过电压幅值及持续时间要 求。而各个制造厂家给出的避雷器工频电压耐受时 间特性是不同的，这就造成选用上的困难。 这样，设计者在进行避雷器的选用时，必须将中 压系统的接地方式和运行方式考虑在内。对于不同 的中压系统接地方式—中性点有效接地系统（直接 接地或经低电阻接地）或非有效接地系统（中性点绝 缘经消弧线圈或高电阻接地），金属氧化物避雷器额 定电压是不同的。原因在于：对中压系统中性点非 有效接地系统，发生一相接地故障时，不立即跳闸， 其他两健全相对地电压升为线电压，接地故障持续 一段时间（可能超过2h），按照无间隙金属氧化物避 雷器耐受工频电压时间特性，一般l0s比2h耐受工 频电压要高出15%-25%，因此中压系统中性点非有 效接地系统无间隙金属氧化物避雷器额定电压是中 压系统中性点有效接地系统无间隙金属氧化物避雷 器额定电压的1.3倍。
由上述可看出，避雷器自身的工频电压耐受时 间特性及电力系统的接地方式都会影响避雷器的额 定电压的选择。
2无间隙金属氧化物避雷器额定电压 无间隙金属氧化物避雷器额定电压避雷器额定 电压可按下式选择：
Ur≥KUt
式中，Ur避雷器额定电压，kV； k—切除短路故障时间系数，l0s及以内切除故 障k=1.0，10s以上切除故障k=1.3；（在中性点有效 接地系统中，单相接地故障在l0s及以内切除，取k=1.0） 在选择避雷器额定电压时，暂时过电压可按表 1选取。 Ut—暂时过电压，kV。
 
与电力系统标称电压Un相适应的系统最高工 作电压Um的工作电压见表2。

避雷器额定电压推荐值见表3。

由表3可以看出，中压系统的避雷器应按有效 接地和非有效接地型式选择额定电压是不同的。以 l0kV为例，有效接地时避雷器额定电压为13kV，非 有效接地时避雷器额定电压为17kV。这与我们在前 文中的论述是一致的。
避雷器的额定电压选择越高，运行中通过避雷 器的泄漏电流越小，对减轻避雷器的劣化有利，可以 提高运行的可靠性；同时，避雷器的残压增高了，在 同样的绝缘水平下，保护裕度会降低。这两方面是 矛盾的，这又涉及到保护绝缘的配合系数问题，本文 中对此不再详细论述。
3有间隙金属氧化物避雷器额定电压 对于有间隙金属氧化物避雷器，其额定电压的 选取主要要求避雷器在雷电过电压动作后，避雷器 要在该电压下遮断电流。
根据《交流电力系统金属氧化物避雷器使用导 则》DL/T804-2002中第8.2条规定，有间隙金属氧 化物避雷器额定电压推荐值见表4。
由上表可看出，有间隙金属氧化物避雷器额定

电压的选取，相对无间隙金属氧化物避雷器来说，要 简单很多。这是由不同于无间隙金属氧化物的结构 特性决定的。
4中性点非有效接地中压电力系统中金属 氧化物避雷器的选用
通过前文论述，在中性点非有效接地系统中，无 间隙金属氧化物避雷器受其结构特点限制，额定电 压受接地方式影响。因此建议，在中性点非有效接 地中压电力系统中，应采用有间隙金属氧化物避雷 器。其理由如下：
（l）无间隙金属氧化物避雷器具有雷电陡波、雷电幅值和操作过电压限压作用，但暂时过电压耐受 能力低，运行中易劣化，损坏爆炸率较高。有间隙金 属氧化物避雷器在过电压保护动作过程中承受高电 压的时间短，改善阀片工作条件，避免暂时过电压危 害，保持阀片温度不超过55℃，从而提高了使用寿命。
（2）有间隙金属氧化物避雷器保护动作只泄放 雷电流而无工频续流，动作负载轻，间隙不需具有灭 弧和切断工频续流能力，故间隙数量少，3~l0kV避 雷器仅一个间隙，35kV避雷器为3个间隙串联，间 隙距离较大。当过电压达到冲击放电电压时间隙无 延时击穿，动作特性稳定，保持长期运行稳定。
（3）无间隙金属氧化物避雷器的阀片运行中长 期承受电网电压，工作条件严酷，组装时对阀片严格 测试筛选，合格率较低，价格较高；有间隙金属氧化 物避雷器因有间隙，改善阀片长期运行条件，组装 时，对阀片测试筛选要求相对较低些，合格率较高， 价格较便宜。
5结束语
综上所述，在《交流无间隙金属氧化物避雷器》 GB1032—2000/IEC60099—4：1991中，无间隙金属 氧化物避雷器工频电压耐受时间特性，未能特别规 定1.3倍额定电压运行2h的要求，无间隙金属氧化 物避雷器额定电压选择，应根据中性点是有效接地 还是非有效接地中压电力系统来确定。非有效接地 中压电力系统，尽可能选择寿命长、性能稳定及价格 便宜的有间隙金属氧化物避雷器。
评论
对不起，暂时没有内容！