01
避雷器標稱(chēng)放電電流
發(fā)、變電站如果不裝避雷針，則在一般地區幾十年會(huì )落雷一次，如果裝了避雷針或避雷線(xiàn)，運行經(jīng)驗證明，則幾百年才會(huì )遭受一次雷擊。
發(fā)、變電站里的電氣設備所遭受到的外部過(guò)電壓 往往是從線(xiàn)路上傳過(guò)來(lái)的雷電波。
例如110kV的線(xiàn)路，一般使用7片瓷絕緣子，它的絕緣水平只能耐受700kV的沖擊電壓。當線(xiàn)路上的雷電波電壓高于700kV時(shí)，就會(huì )對絕緣子造成閃絡(luò )，于是就有700kV的沖擊波傳到變電站來(lái)，又由于經(jīng)濟上的原因，電器設備的絕緣水平通常低于線(xiàn)路的絕緣水平，例如110kV的變壓器只能耐受480kV的沖擊電壓。
現在傳來(lái)的雷電波有700kV，變壓器必壞無(wú)疑，所以發(fā)、變電站中所有的電流設備均應當受到避雷器的保護。
但光靠避雷器也是不行的，由于受到氧化鋅材料和制造水平的限制，氧化鋅閥片一般只能通過(guò)20kA以下的雷電流，絕大多數的氧化鋅閥片只能通過(guò)5kA的雷電流。
我們知道，在我國，60％以上的雷電流越過(guò)20kA，80％以上的雷超過(guò)10kA，所以我們還必須想其它的辦法，把襲入線(xiàn)路的雷電流限制在20kA或10kA甚至5kA以下，其次再讓這些過(guò)濾下來(lái)的雷電流通過(guò)避雷器，這個(gè)電流就是避雷器的標稱(chēng)放電電流。
按照我國標準規定：避雷器的標稱(chēng)放電電流按不同的電壓等級分別為20、10、5、3、1kA五級，即氧化鋅閥片在這個(gè)電流下可以可靠地工作而本身不會(huì )損壞。
為何叫標稱(chēng)，是因為通過(guò)其它的防雷措施，實(shí)際流過(guò)避雷器的雷電流不會(huì )達到上述規定的數值。
例如110kV的氧化鋅避雷器，流過(guò)避雷器的雷電流僅為4kA左右，而相應的避雷器的標稱(chēng)放電電流為10kA。
02
避雷器的標稱(chēng)雷電波的殘壓
如果懂得了避雷器標稱(chēng)放電電流的含義，則該電流流過(guò)避雷器時(shí)，在其非線(xiàn)性電阻片上造成的壓降，即為避雷器的標稱(chēng)雷電波殘壓。
03
避雷器的保護水平
任何一種電器設備都有其保護水平。
例如110kV的變壓器，可以耐受480kV的沖擊電壓，則稱(chēng)其沖擊絕緣水平為480kV。
如果雷電波超過(guò)480kV，則設備就要損壞。如果我們在設計中，把避雷器的標稱(chēng)雷電波殘壓限制在480kV以下，即低于設備的絕緣水平，則設備是安全的，所以把避雷器的標稱(chēng)雷電波殘壓叫做避雷器的保護水平，該保護水平被保護設備的絕緣水平之差即為保護裕度。
04
避雷器的額定電壓Ur
一般電力設備的額定電壓是最好理解的，它們大多與系統的額定電壓相一致，但對于避雷器的額定電壓就不同了，它首先不等于系統的額定電壓，而且碳化硅避雷器和氧化鋅避雷器兩者的額定電壓還不一樣，甚至對于后者的額定電壓有無(wú)必要，至今國內外的專(zhuān)家還有不同意見(jiàn)。
出現上述情況的主要原因是因為避雷器是一種過(guò)電壓的保護設備。
這種保護設備必須做到：
1）要在比系統正常工作電壓高一定數值的過(guò)電壓出現時(shí)立即導電。
2） 在該過(guò)電壓低于一定的數值時(shí)，馬上停止導電，恢復絕緣狀態(tài)。
而避雷器的額定電壓就與比系統正常工作電壓高一定數值的過(guò)電壓有關(guān)，也與避雷器停止導電后能否正?；謴徒^緣水平有關(guān)，所以避雷器的額定電壓不是一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，它涉及到系統的額定電壓，系統的中性點(diǎn)接地方式，避雷器在雷電標稱(chēng)放電電流動(dòng)作之后避雷器如何動(dòng)作？
例如對于閥型避雷器，其動(dòng)作是靠空氣間隙的導通，隨之雷電流通過(guò)間隙后還要能可靠的滅弧，這樣避雷器才能正常地恢復到絕緣狀態(tài)。
而對于氧化鋅避雷器，由于它沒(méi)有間隙，沒(méi)有滅弧的問(wèn)題，那么用什么來(lái)衡量避雷器動(dòng)作后能恢復到正常絕緣狀態(tài)呢？
這時(shí)就要用到額定電壓的概念，即氧化鋅避雷器在其額定電壓下堅持運行10秒鐘，然后再降低到持續運行電壓30分鐘，避雷器不會(huì )出現熱崩潰現象。
所以氧化鋅的額定電壓是對避雷器的熱負荷的考驗，是用高于系統額定電壓的一種電壓值來(lái)檢驗避雷器的耐熱能力。
再進(jìn)一步說(shuō)明一下：
一般作用于電器設備上的電壓可以分為：正常運行條件下的工頻電壓、暫態(tài)過(guò)電壓（產(chǎn)生這種過(guò)電壓最通常的原因是單相接地故障）、操作過(guò)電壓（產(chǎn)生這種過(guò)電壓的主要原因是由于斷路器的操作）和雷電過(guò)電壓。
由于氧化鋅避雷器沒(méi)有間隙，所以它不僅要直接承受正常工作電壓和暫時(shí)過(guò)電壓的作用，而且還要承受雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓的作用。
因為避雷器要能夠承受暫時(shí)過(guò)電壓的作用，人們就不得不考慮在暫時(shí)過(guò)電壓下避雷器的老化、壽命和熱穩定問(wèn)題。而避雷器的耐受暫時(shí)過(guò)電壓的能力，就要用避雷器的額定電壓來(lái)衡量，所以避雷器的額定電壓往往大于系統的額定電壓，避雷器在其額定電壓下，運行一段時(shí)候（標準規定為10秒鐘）后，能夠正常冷卻下來(lái)而不發(fā)生熱崩潰。所以用避雷器的額定電壓來(lái)衡量其耐受暫時(shí)過(guò)電壓的能力是一個(gè)很復雜的問(wèn)題，因為涉及到的運行條件是復雜的。避雷器額定電壓的確定、額定電壓的加壓時(shí)間是否與實(shí)際系統有等價(jià)性、合理性都存在許多問(wèn)題。
例如在標準GB11032－89中，對于中性點(diǎn)非直接接地系統用無(wú)間隙氧化鋅避雷器，通常取1.1倍的最大工作線(xiàn)電壓作為避雷器的額定電壓，于是對于10kV系統用避雷器的額定電壓為：
1.15×10×1.1＝12.65≈12.7（kV）
這就是在1989年的氧化鋅避雷器的國家標準中，10kV產(chǎn)品的額定電壓為12.7kV的由來(lái)，上式中的1.15是因為系統的最大運行電壓高于正常系統電壓5～15％是正常的，而10kV系統的最大運行電壓往往取其上限值15％。
但是還有一種意見(jiàn)認為：為了保障系統的安全運行，建議提高避雷器的額定電壓。例如電力部安全生產(chǎn)司1993年12月30日第十七期《安全情況通報》就提出了“關(guān)于提高3--66kV無(wú)間隙金屬氧化物避雷器額定電壓和持續運行電壓”的要求，在1997年的機械行業(yè)標準中，也對中性點(diǎn)非直接接地的氧化鋅避雷器提高了額定電壓和持續運行電壓。
現在我們知道了，提高了避雷器的額定電壓，就是提高了產(chǎn)品耐受暫時(shí)過(guò)電壓的能力，即增加了其使用壽命，但是對于氧化鋅材料而言，額定電壓提高了，殘壓也會(huì )隨之升高，所以避雷器的保護裕度減小了。
國外有的公司干脆就把避雷器的額定電壓與系統的額定線(xiàn)電壓相對應，例如美國G.E.公司的產(chǎn)品目錄中，將中性點(diǎn)直接接地系統用避雷器的額定電壓定為系統額定線(xiàn)電壓的 75～90％，將中性點(diǎn)非直接接地系統用避雷器的額定電壓定為系統額定線(xiàn)電壓的1.05～1.25％。
在我們國家，對于在220kV及以下的中性點(diǎn)直接接地系統，避雷器的額定電壓習慣上都取為相電壓的1.4倍，對于500kV電網(wǎng)，由于線(xiàn)路較長(cháng)，電容效應的影響較大，所以在母線(xiàn)側和線(xiàn)路側的暫時(shí)過(guò)電壓不一樣，在線(xiàn)路側額定過(guò)電壓要大一些，所以標準規定避雷器的額定電壓在母線(xiàn)側和線(xiàn)路側分別取最大相電壓的1.3倍和1.4倍，所以同樣電壓等級的避雷器,往往有幾個(gè)額定電壓就是這樣得出來(lái)的。
05
避雷器的持續運行電壓Uc
避雷器的持續運行電壓基本上與系統的最大相電壓相當，但對于中性點(diǎn)不直接接地系統，避雷器的持續運行電壓又要大于故障期間的最大相對地額定工頻電壓。
由于氧化鋅避雷器沒(méi)有間隙，于是電網(wǎng)的工頻電壓一直加在它身上，這種電壓的持續作用有可能使氧化鋅產(chǎn)品產(chǎn)生老化（性能逐漸劣化），所以在避雷器的試驗中，當危險的過(guò)電壓過(guò)去之后，要用額定電壓模擬暫時(shí)過(guò)電壓加在避雷器上，時(shí)間為10秒鐘（這個(gè)時(shí)間是由接在電網(wǎng)中的斷路器的動(dòng)作時(shí)間決定的，而在超高壓系統中，即使考慮后備繼電保護的動(dòng)作，也不超過(guò)1秒鐘的時(shí)間），這還不夠，因為暫時(shí)過(guò)電壓之后避雷器還要承受系統的運行電壓，這時(shí)就用持續運行電壓去模擬系統的最大運行相電壓，即系統最大運行線(xiàn)電壓除以根號3，加壓時(shí)間為30分鐘，然后再觀(guān)察避雷器的溫度是下降還是繼續上升并造成熱崩潰。所以在某種意義上來(lái)說(shuō)，避雷器的額定電壓和持續運行電壓在試驗上具有很大意義而在運行中意義不大。
為了說(shuō)明這一點(diǎn)，我們再看一例。在I.E.C.標準和國家標準中，要做避雷器的加速老化試驗。
因為氧化鋅避雷器長(cháng)期接在電網(wǎng)中，連續不斷地承受電網(wǎng)的電壓，所以產(chǎn)品有可能老化，產(chǎn)品接在實(shí)際電網(wǎng)中的老化是自然老化，如果我們認為某種避雷器在電網(wǎng)中的正常運行時(shí)間為100年，如果用自然老化的方法，那我們要等上100年，這種等待對于任何新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)是受不了的，所以必須要做人工加速老化試驗，即在人為的因素下，用一段不太長(cháng)的時(shí)間（當然不能太短），使產(chǎn)品加速老化，然后把這段時(shí)間去等效自然老化的時(shí)間。
在避雷器的加速老化試驗中，首先要加電壓，這個(gè)電壓就規定要加持續運行電壓，加壓時(shí)間為1000個(gè)小時(shí)（大約42天），如果氧化鋅閥片的表面溫度一直能保持在115±4oC的范圍內，則認為該避雷器能在持續運行電壓下運行100年，這就是人工加速老化的作用，它把人工加壓時(shí)間1000小時(shí)與自然加壓時(shí)間100年聯(lián)系起來(lái)，真是極大地提高了效率，真可以這樣說(shuō)：沒(méi)有人工加速老化幾乎就沒(méi)有任何電器設備。
當然，至于能否這樣等價(jià)，各國還在進(jìn)一步的研究，但能夠耐受持續運行電壓1000小時(shí)是對氧化鋅閥片的起碼要求，但它真的可以等效100年嗎？
-----------------------------------------------南陽(yáng)金牛電氣有限公司-----------------------------------------------------------
