01

避雷器的參考電壓

對于任何類型的避雷器而言，所有國家的設(shè)計師們總是力圖從下面三個方面努力，來探求一種最佳的避雷器特性，它們是；

1）在系統(tǒng)正常工作電壓以上的某個電壓值導(dǎo)通

2）在過電壓作用期間，在它上面的電壓值變化很小

3）在過電壓低于某個電壓值時導(dǎo)通終止。

從上面的三點看，避雷器的導(dǎo)通特性占了兩點，所以導(dǎo)通特性是避雷器的最重要和最首要的特性，如果這個特性不好，其它均免談。

碳化硅避雷器的導(dǎo)通靠間隙，即過電壓超過間隙的擊穿電壓時，間隙馬上放電，所以碳化硅避雷器的放電特性很重要。

氧化鋅避雷器沒有間隙，因為它的非線性特性好，所以不需要間隙，因此氧化鋅避雷器沒有放電特性。

那么我們馬上就要問：氧化鋅避雷器是靠什么來導(dǎo)通的呢？簡單地說，是靠它優(yōu)異的非線性導(dǎo)通的。

什么是非線性？非線性反映在紙上就是一條曲線（線性反映在紙上是一條直線），既然是曲線，則一定在某處要拐彎，所以曲線至少存在一個拐點，這個拐點對應(yīng)的電壓就是氧化鋅的導(dǎo)通電壓。

日本標(biāo)準(zhǔn)干脆就把這個拐點電壓稱為避雷器的起始動作電壓，而IEC標(biāo)準(zhǔn)則把它稱為工頻參考電壓，細(xì)究起來，IEC的這個名稱并不好，有些故弄玄虛，而起始動作電壓的名稱很直接，就是避雷器的導(dǎo)通電壓之意，這個起名人一定是一個體察民情的人。

    因為只有在系統(tǒng)正常工作電壓以上的某個電壓值避雷器才允許導(dǎo)通，所以這個導(dǎo)通電壓（即工頻參考電壓）應(yīng)該大于系統(tǒng)的正常工作電壓，即應(yīng)該大于避雷器的持續(xù)運行電壓。又由于避雷器能夠耐受暫時的過電壓（即在暫時過電壓時避雷器不能導(dǎo)通），而避雷器的額定電壓與暫時過電壓相對應(yīng)，所以這個咬口的工頻參考電壓還應(yīng)該大于避雷器的額定電壓。

我們知道，避雷器實質(zhì)上是一個電氣開關(guān)，正常電壓時它斷開，不讓送到千家萬戶的發(fā)電廠的電流隨隨便便地經(jīng)過它旁路掉；在危險的過電壓時，避雷器該出手了，于是它關(guān)閉，讓危險的大電流引火燒身。從某種意義上說，非線性這條曲線的拐點也是一個開關(guān)，在拐點之前，它不釋放大電流，而在拐點之后，它把大電流釋放。

為什么IEC標(biāo)準(zhǔn)中要加上“參考”兩個字呢？部分原因是：非線性曲線的拐點電壓以及相應(yīng)的拐點電流實際上很難精確地測量，因為氧化鋅避雷器的非線性特性是一條曲線而不是折線，對于折線而言有很明確的拐點，而曲線的拐彎處也是一小段曲線，所以很難確定到底是在哪一個點拐彎，而只能說：在一小段區(qū)域內(nèi)曲線開始拐彎。何況在電氣的高壓測量中，還要受到周圍各種因素的影響，更增加了測量的誤差性，具體到氧化鋅避雷器，拐點電壓還要受到氧化鋅材料和加工工藝的影響，因此加上“參考”兩個字比較妥當(dāng)。

此外，由于在拐彎點之前，即使出現(xiàn)暫時過電壓，避雷器也不能動作，所以拐點電壓可以表征避雷器的耐受短時工頻過電壓的能力，這種能力又與避雷器的壽命、熱穩(wěn)定性有關(guān)，因此拐點電壓對確定產(chǎn)品的壽命、熱穩(wěn)定性具有重要的參考意義，所以加上“參考”兩個字也有一定的必要。

最后我們來把在避雷器中接觸到的各種電壓按大小排一個順序：系統(tǒng)額定電壓（相電壓<線電壓）<避雷器持續(xù)運行電壓<避雷器額定電壓<避雷器參考電壓<避雷器的殘壓。

02

避雷器的通流能力

對于任何避雷器來講，它的主要參數(shù)有三個：殘壓、非線性系數(shù)和通流能力。

任何產(chǎn)品都有使用壽命問題，通流能力就是表征避雷器閥片能夠通過多大電流的能力，當(dāng)然這些電流是雷電過電壓和操作過電壓產(chǎn)生的，這些過電壓把雷電的能量和電力系統(tǒng)中的能量用電流的形式傾瀉到避雷器的閥片上，看它能否能承受住。

在系統(tǒng)電壓較低時（220kV及以下），操作過電壓產(chǎn)生的能量大部分是很低的，避雷器的能量吸引能力（即通流能力）由雷電過電壓決定。又由于在220kV及以下的電力系統(tǒng)，通常在接地問題上和其它防雷措施上下的工夫不多，所以增加了避雷器對于雷電波的承受能力。

在試驗中，用什么方法來衡量避雷器對于雷電波的承受能力呢？一般地說，即用一定波形一定幅值的沖擊電流通過閥片數(shù)次而閥片不致破壞，這稱為沖擊通流能力試驗，我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定該試驗的電流波形為4/10微秒。

 這是因為如果雷落在變電站附近，則事故嚴(yán)重。經(jīng)過計算表明：在最嚴(yán)重的時候，通過避雷器的雷電流可以在1-3微秒內(nèi)達(dá)到最大值，幅值可達(dá)60kA。

所以試驗標(biāo)準(zhǔn)采用4/10微秒的沖擊電流波，幅值視避雷器的等級不同分別為10、25、60、100千安，施加次數(shù)為二次，這樣的波作用在避雷器上，持續(xù)的作用很短。

除上述試驗之外，避雷器還要做長持續(xù)時間通流能力試驗，一般又稱為方波通流能力試驗或2ms方波通流能力試驗。

這是因為通過避雷器的雷電流往往拖有比較長的尾巴，即在雷電流的主放電之后，常常伴隨一個幅值較低，但持續(xù)時間較長的電流，波形接近矩形波。

另一個原因是隨著超高壓輸電線路的發(fā)展，操作過電壓的危害日益嚴(yán)重，這種過電壓的波形也接近矩形波，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定方波的持續(xù)時間為2ms，幅值視避雷器的等級不同，分別為75、200、400、600、800~1000安，施加次數(shù)為3次1組，共6組18次。

03

避雷器的荷電率

首先我聲明，我不喜歡荷電率這個名稱，避雷器是外來物，所以荷電率是我國的學(xué)者翻譯過來的，我認(rèn)為翻譯得不好。首先“荷電”就不符合我國的習(xí)慣，念起來咬口，理解起來也不易明白。

當(dāng)然，避雷器中的所有其它術(shù)語都只針對一件事，比如額定電壓、持續(xù)運行電壓、殘壓、通流等等，而荷電率有“率”這個字，“率”就表示涉及兩個事情，而且這兩件事情要做除法，這就意味著荷電率這個概念應(yīng)該比其它概念理解起來要困難一些。

我們先不管“荷電”這兩個字，先看看氧化鋅避雷器在系統(tǒng)中的運行特點，在敘述中偶爾插入“荷電”兩個字。

1）由于它不帶間隙，所以系統(tǒng)的工作電壓長期作用在氧化鋅閥片上

這是氧化鋅避雷器的特點，閥形避雷器有間隙，所以系統(tǒng)電壓不會作用在它上面，即碳化硅閥片正常運行時它不帶電，換句咬口的話說，就是它不荷電。反之，氧化鋅閥片（也稱為ZnO閥片，或ZnO電阻片，我們下面經(jīng)常把這幾種說法交替使用，讓大家熟悉不同的說法）在正常運行時長期荷電，于是它會逐漸老化，甚至最終導(dǎo)致熱崩潰，這是決定氧化鋅避雷器壽命的主要因素。

老化還存在一個速度問題，實際表明，ZnO閥片的老化速度取決于長期作用的系統(tǒng)工作電壓，即取決于ZnO閥片的長期荷電，在這個意義上，我們可以說荷電與閥片的老化有關(guān)。而系統(tǒng)工作電壓與持續(xù)運行電壓相對應(yīng)，所以荷電也與持續(xù)運行電壓有關(guān)，為了保證ZnO電阻的壽命，我們必須限制其持續(xù)運行電壓。

2）由于它不帶間隙，所以避雷器的導(dǎo)通是依靠其閥片的非線性曲線的拐點完成的。

ZnO避雷器什么時候才能不長期荷電呢？只有在其導(dǎo)通之后，而參考電壓與避雷器的拐點導(dǎo)通電壓相對應(yīng)，所以，在這個意義上，我們可以說，參考電壓與避雷器脫離“荷電”有關(guān)。現(xiàn)在我們再來看荷電率的意義，它是持續(xù)運行電壓峰值與參考電壓的比值，而分子代表荷電，分母代表“不荷電”，又因為避雷器在持續(xù)運行電壓下不能導(dǎo)通，所以荷電率永遠(yuǎn)小于1。

最后再談?wù)労呻娐实拿Q，從上面我們看到，荷電實際就是加壓，對于中國人來講，加壓比荷電更易于接受，而持續(xù)運行電壓有“持續(xù)”兩個字，所以表示長期加壓。另外“率”表示兩者相比，所以荷電率的的含義是：沒有導(dǎo)通時長期加的電壓（該電壓相對比較小）與導(dǎo)通時的電壓（該電壓相對比較大）之比。