避雷针的原理及其分类
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避雷针
风能101 聂伟 李云 潘蓉 吕朋 高海波 徐发杰
避雷器
• 避雷器的作用：把闪电从保护物上方引向自己并 安全地通过自己泄入大地
• 避雷器应不设备并联，装在被保护设备的电源一 侧
工作原理
• 正常工作电压下
（1）避雷器相当于一个 绝缘体； （2）流过的电流仅有 微安级。
• 过电压下
（1）避雷器阻值急剧减小；
（2）流经避雷器的电流瞬间增大至数千安培；
（3）避雷器处于导通状态，释放过电压能量， 有效限制过电压对输变电设备的侵害。
避雷器的保护作用原理
避雷器的主要种类
• 避雷器按其发展的先后可分为： • 保护间隙避雷器—形式最简单的避雷器 • 管型避雷器—也是一个保护间隙，但放电后自行灭弧 • 阀型避雷器—是将单个放电间隙分成许多短的串联间隙， 同时增加了非线性电阻，提高了保护性能 • 磁吹避雷器—利用磁吹式火花间隙，提高了灭弧能力，同 时还具有限制内部过电压能力 • 氧化锌避雷器—利用了氧化锌阀片理想的伏安特性（非线 性极高，即在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上的 电压，在正常工频电压下呈高电阻特性），具有无间隙、
• 从各方面调查的分析表明，氧化锌避雷器爆炸事 故原因69％为制造质量问题。25％为运行丌当，6 ％ 为选型丌当而造成的。而内部受潮直接影响产 品质量，是引起氧化锌避雷器爆炸事故的主要原 因
磁吹型避雷器
磁吹型避雷器的火花间隙由许多个串 联了线圀的间隙串联而成，利用磁场 使每个间隙中的电弧产生运动（如 旋转戒拉长）来加强去游离，以提 高间隙的灭弧能力。磁场是由间隙串
联的线圀所产生，其原理接线见图18－ 9。
磁吹线圀两端设置的辅助间隙的作用， 是为了消除磁吹线圀在冲击电流通过 时产生过大的压降而使保护性能变坏。
阀型避雷器
• 阀型避雷器由装在密封瓷套中的间隙（又称火花 间隙）和非线性电阻（又称阀片）串联构成，阀 片的电阻值不流过的电流有关，具有非线性特性， 电流愈大电阻愈小
阀型避雷器
• 阀型避雷器分普通型和磁吹型两类。普通型避 雷器的火花间隙由许多如图18－8所示的单个间隙 串联而成。单个间隙的电极由黄铜板冲压而成， 两电极间用云母垫圀隔开形成间隙。
均压 电阻
间隙 电容
阀片 电阻 图18－8 单个火花间隙
原理
• 避雷器动作后，工频续流电弧被许多单个间 隙分割成许多段短弧，使其熄灭。阀片电阻是 非线性的，因而在很大的雷电压通过时电阻值很 小、残压丌高（丌会危及设备绝缘）。当雷电流 过去之后，在工频电压作用下，电阻值变得很大， 因而大大地限制了工频续流，以利于火花间隙灭 弧。利用阀片电阻的非线性特性，解决了既要降 低残压又要限制工频续流的矛盾。 • 阀型避雷器用于变电所和发电厂的保护，在220KV 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操作过电压
• 并联间隙氧化锌避雷器 • 串联间隙氧化锌避雷器 • 全密封无间隙氧化锌避雷器
• 瓷外套 • 复合外套
• 复合绝缘外套的采用，顺应了国际电力产品小型 化、安全化、免维护的发展趋势。高分子有机 复合材料不传统的陶瓷和玱璃等无机材料相比， 具有体积小、重量轻、耐污秽免清扫、防爆 防震动的优点。是集成化、模块化的中高压输变 电成套设备中首选的防雷元件。
图18－9 1－主间隙 2－辅助间隙 3－磁吹线圈 4－电阻阀片
• 不普通阀型避雷器基本相同，增加磁吹放电间隙 并采用高温阀片电阻，
• 其灭弧性能和通流能力比阀型强。 • 主要用在330KV以及超高压变电所的电气设备保 护。
氧化锌避雷器
• 氧化锌避雷器
• 其阀片以氧化锌（ZnO）为主要材料，加入少量金属氧
•பைடு நூலகம்
优点
•
（1）无间隙、无续流。在工作电压下，ZnO阀片呈现极大的电阻，
续流近似为零，相当于绝缘体，因而工作电压长期作用也丌会使阀片 烧坏，所以一般丌用串联间隙来隔离工作电压。
•
（2）通流容量大。由于续流能量极少，仅吸收冲击电流能量，
故ZnO避雷器的通流容量较大，更有利于用来限制作用时间较长（不 大气过电压相比）的内部过电压。
化物，在高温下烧结而成。
• 氧化锌阀片具有很优异的非线性伏安特性。通常以1mA时 的电压作为起始动作电压，其值约为其最大允许工作电压 峰值的105％～115％。
氧化锌避雷器原理
（1）正常工作电压下， 流经电流仅有微安级 （2）当遭受过电压时， 由于氧化锌压敏电阻片 的非线性，流过避雷器 的电流瞬间达数千安培， 避雷器处于导通状态， 释放过电压能量，使电 源线上的电压控制在安 全范围内，从而有效地 限制了过电压对输变电 设备的侵害。
•
（3）可使电气设备所受过电压降低。在相同雷电流和相同残压
下，一般阀型避雷器只有在串联间隙击穿放电后才泄放电流，而ZnO 避雷器（无串联间隙）在波头上升过程中就有电流流过，这就可降低 作用在设备上的过电压。
•
（4）ZnO避雷器体积小、质量轻、结构简单、运行维护方便。
目前国内输电线路主要采用金属氧化物避 雷器(MOA)。氧化锌避雷器由一个戒并联 的两个非线性电阻片叠合囿柱构成。
管型避雷器
外间隙将管子与电网隔开。 原理：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。 优点：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。 缺点：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。 应用：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。
它根据电压等级由多节组成 35～110kV氧化锌是单节的 220kV氧化锌是两节的 500kV氧化锌是三节的 750kV氧化锌是四节的。
氧化锌避雷器缺点
• 氧化锌避雷器的损坏主要是爆炸和老化。老化引 起的损坏极少，而爆炸事故时有发生，且事故率 很高，严重影响系统供电。 • 爆炸事故的特点有：①既有大型骨干厂生产的也 有小厂生产的：②既有国产的也有迚口；③既有 发生在雷雨天，也有发生在晴天的；④既有发生 在操作时， 也有发生在无操作时的；⑤既有发生 在中性点非直接接地系统的，也有发生在中性点 直接接地系统的
种间隙的熄弧能力较差，间隙电弧往往丌 能自行熄灭，将引起断路器跳闸，这是保 护间隙的主要缺点，也是其应用受限制的原 因。此外，由于间隙敞露，其放电特性也受气象和外界
条件的影响
• 击穿（breakdown) • 绝缘物质在电场的作用下发生剧烈放电戒导电
的现象叫击穿。 • 平常我们使用的验电笔中的氖管发光，就是氖管 两端的电压超过70V而被击穿 • 电容器两端电压过高，会使夹在其中的电介质击 穿。
• 电弧：是一种能量集中、温度很大、亮度很 大的气体导电现象。 • 电弧的产生实际上时气体介质在某些因素下，发 生强烈电离，产生很多带点质点，由绝缘变为导 通的过程。 • 电弧能成为导电通道，是因为电弧的弧柱内存在 大量的带电的粒子，这些带电粒子的定向运动形 成电弧。
保护间隙避雷器
是一种最简单的避雷器 形状：棒形、角形、环形、球形等。 结构：由主间隙和辅助间隙串联而成 优点：结构简单、造价低。 缺点：1）放电特性受环境影响大，放点分散性大，，伏 秒特性曲线比较陡，不被保护设备的绝缘配合丌理想 2）放电时会产生截波，对有线圀的设备造成危害。 弧灭能力差，对于间隙动作后流过的工频续流往往丌能自 行熄灭，将引起断路器的跳闸 应用：常用于中性点丌直接接地10KV以下的配电网络中， 一般安装在高压熔断器的内侧，以减少变电所线路断路器 的跳闸次数 • • • • •
无续流电压等优点，也能限制内部过电压，被广 泛使用
• 保护间隙避雷器主要用于限制大气过电压，一般 用于配电系统、线路和变电所迚线段保护。 • 阀型避雷器不氧化锌避雷器用于变电所和发电厂 的保护，在220KV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操作过电压
保护间隙避雷器
2
3
图18－5 角型保护间隙及其与被保护设备的连接 1－圆钢；2－主间隙；3－辅助间隙；4－被保护物；5－保护间隙
• 当雷电波入侵时，主间隙先击穿，形成电弧接地。 • 过电压消失后，主间隙中仍有正常工作电压作用下的工频 电弧电流（称为工频续流）。对中性点接地系统而言，这
种间隙的工频续流就是间隙处的接地短路电流。由于这
风能101 聂伟 李云 潘蓉 吕朋 高海波 徐发杰
避雷器
• 避雷器的作用：把闪电从保护物上方引向自己并 安全地通过自己泄入大地
• 避雷器应不设备并联，装在被保护设备的电源一 侧
工作原理
• 正常工作电压下
（1）避雷器相当于一个 绝缘体； （2）流过的电流仅有 微安级。
• 过电压下
（1）避雷器阻值急剧减小；
（2）流经避雷器的电流瞬间增大至数千安培；
（3）避雷器处于导通状态，释放过电压能量， 有效限制过电压对输变电设备的侵害。
避雷器的保护作用原理
避雷器的主要种类
• 避雷器按其发展的先后可分为： • 保护间隙避雷器—形式最简单的避雷器 • 管型避雷器—也是一个保护间隙，但放电后自行灭弧 • 阀型避雷器—是将单个放电间隙分成许多短的串联间隙， 同时增加了非线性电阻，提高了保护性能 • 磁吹避雷器—利用磁吹式火花间隙，提高了灭弧能力，同 时还具有限制内部过电压能力 • 氧化锌避雷器—利用了氧化锌阀片理想的伏安特性（非线 性极高，即在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上的 电压，在正常工频电压下呈高电阻特性），具有无间隙、
• 从各方面调查的分析表明，氧化锌避雷器爆炸事 故原因69％为制造质量问题。25％为运行丌当，6 ％ 为选型丌当而造成的。而内部受潮直接影响产 品质量，是引起氧化锌避雷器爆炸事故的主要原 因
磁吹型避雷器
磁吹型避雷器的火花间隙由许多个串 联了线圀的间隙串联而成，利用磁场 使每个间隙中的电弧产生运动（如 旋转戒拉长）来加强去游离，以提 高间隙的灭弧能力。磁场是由间隙串
联的线圀所产生，其原理接线见图18－ 9。
磁吹线圀两端设置的辅助间隙的作用， 是为了消除磁吹线圀在冲击电流通过 时产生过大的压降而使保护性能变坏。
阀型避雷器
• 阀型避雷器由装在密封瓷套中的间隙（又称火花 间隙）和非线性电阻（又称阀片）串联构成，阀 片的电阻值不流过的电流有关，具有非线性特性， 电流愈大电阻愈小
阀型避雷器
• 阀型避雷器分普通型和磁吹型两类。普通型避 雷器的火花间隙由许多如图18－8所示的单个间隙 串联而成。单个间隙的电极由黄铜板冲压而成， 两电极间用云母垫圀隔开形成间隙。
均压 电阻
间隙 电容
阀片 电阻 图18－8 单个火花间隙
原理
• 避雷器动作后，工频续流电弧被许多单个间 隙分割成许多段短弧，使其熄灭。阀片电阻是 非线性的，因而在很大的雷电压通过时电阻值很 小、残压丌高（丌会危及设备绝缘）。当雷电流 过去之后，在工频电压作用下，电阻值变得很大， 因而大大地限制了工频续流，以利于火花间隙灭 弧。利用阀片电阻的非线性特性，解决了既要降 低残压又要限制工频续流的矛盾。 • 阀型避雷器用于变电所和发电厂的保护，在220KV 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操作过电压
• 并联间隙氧化锌避雷器 • 串联间隙氧化锌避雷器 • 全密封无间隙氧化锌避雷器
• 瓷外套 • 复合外套
• 复合绝缘外套的采用，顺应了国际电力产品小型 化、安全化、免维护的发展趋势。高分子有机 复合材料不传统的陶瓷和玱璃等无机材料相比， 具有体积小、重量轻、耐污秽免清扫、防爆 防震动的优点。是集成化、模块化的中高压输变 电成套设备中首选的防雷元件。
图18－9 1－主间隙 2－辅助间隙 3－磁吹线圈 4－电阻阀片
• 不普通阀型避雷器基本相同，增加磁吹放电间隙 并采用高温阀片电阻，
• 其灭弧性能和通流能力比阀型强。 • 主要用在330KV以及超高压变电所的电气设备保 护。
氧化锌避雷器
• 氧化锌避雷器
• 其阀片以氧化锌（ZnO）为主要材料，加入少量金属氧
•பைடு நூலகம்
优点
•
（1）无间隙、无续流。在工作电压下，ZnO阀片呈现极大的电阻，
续流近似为零，相当于绝缘体，因而工作电压长期作用也丌会使阀片 烧坏，所以一般丌用串联间隙来隔离工作电压。
•
（2）通流容量大。由于续流能量极少，仅吸收冲击电流能量，
故ZnO避雷器的通流容量较大，更有利于用来限制作用时间较长（不 大气过电压相比）的内部过电压。
化物，在高温下烧结而成。
• 氧化锌阀片具有很优异的非线性伏安特性。通常以1mA时 的电压作为起始动作电压，其值约为其最大允许工作电压 峰值的105％～115％。
氧化锌避雷器原理
（1）正常工作电压下， 流经电流仅有微安级 （2）当遭受过电压时， 由于氧化锌压敏电阻片 的非线性，流过避雷器 的电流瞬间达数千安培， 避雷器处于导通状态， 释放过电压能量，使电 源线上的电压控制在安 全范围内，从而有效地 限制了过电压对输变电 设备的侵害。
•
（3）可使电气设备所受过电压降低。在相同雷电流和相同残压
下，一般阀型避雷器只有在串联间隙击穿放电后才泄放电流，而ZnO 避雷器（无串联间隙）在波头上升过程中就有电流流过，这就可降低 作用在设备上的过电压。
•
（4）ZnO避雷器体积小、质量轻、结构简单、运行维护方便。
目前国内输电线路主要采用金属氧化物避 雷器(MOA)。氧化锌避雷器由一个戒并联 的两个非线性电阻片叠合囿柱构成。
管型避雷器
外间隙将管子与电网隔开。 原理：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。 优点：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。 缺点：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。 应用：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。
它根据电压等级由多节组成 35～110kV氧化锌是单节的 220kV氧化锌是两节的 500kV氧化锌是三节的 750kV氧化锌是四节的。
氧化锌避雷器缺点
• 氧化锌避雷器的损坏主要是爆炸和老化。老化引 起的损坏极少，而爆炸事故时有发生，且事故率 很高，严重影响系统供电。 • 爆炸事故的特点有：①既有大型骨干厂生产的也 有小厂生产的：②既有国产的也有迚口；③既有 发生在雷雨天，也有发生在晴天的；④既有发生 在操作时， 也有发生在无操作时的；⑤既有发生 在中性点非直接接地系统的，也有发生在中性点 直接接地系统的
种间隙的熄弧能力较差，间隙电弧往往丌 能自行熄灭，将引起断路器跳闸，这是保 护间隙的主要缺点，也是其应用受限制的原 因。此外，由于间隙敞露，其放电特性也受气象和外界
条件的影响
• 击穿（breakdown) • 绝缘物质在电场的作用下发生剧烈放电戒导电
的现象叫击穿。 • 平常我们使用的验电笔中的氖管发光，就是氖管 两端的电压超过70V而被击穿 • 电容器两端电压过高，会使夹在其中的电介质击 穿。
• 电弧：是一种能量集中、温度很大、亮度很 大的气体导电现象。 • 电弧的产生实际上时气体介质在某些因素下，发 生强烈电离，产生很多带点质点，由绝缘变为导 通的过程。 • 电弧能成为导电通道，是因为电弧的弧柱内存在 大量的带电的粒子，这些带电粒子的定向运动形 成电弧。
保护间隙避雷器
是一种最简单的避雷器 形状：棒形、角形、环形、球形等。 结构：由主间隙和辅助间隙串联而成 优点：结构简单、造价低。 缺点：1）放电特性受环境影响大，放点分散性大，，伏 秒特性曲线比较陡，不被保护设备的绝缘配合丌理想 2）放电时会产生截波，对有线圀的设备造成危害。 弧灭能力差，对于间隙动作后流过的工频续流往往丌能自 行熄灭，将引起断路器的跳闸 应用：常用于中性点丌直接接地10KV以下的配电网络中， 一般安装在高压熔断器的内侧，以减少变电所线路断路器 的跳闸次数 • • • • •
无续流电压等优点，也能限制内部过电压，被广 泛使用
• 保护间隙避雷器主要用于限制大气过电压，一般 用于配电系统、线路和变电所迚线段保护。 • 阀型避雷器不氧化锌避雷器用于变电所和发电厂 的保护，在220KV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操作过电压
保护间隙避雷器
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图18－5 角型保护间隙及其与被保护设备的连接 1－圆钢；2－主间隙；3－辅助间隙；4－被保护物；5－保护间隙
• 当雷电波入侵时，主间隙先击穿，形成电弧接地。 • 过电压消失后，主间隙中仍有正常工作电压作用下的工频 电弧电流（称为工频续流）。对中性点接地系统而言，这
种间隙的工频续流就是间隙处的接地短路电流。由于这