避雷器的一般介绍

知识点：避雷器

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雷电日与避雷

雷电是一种大自然现象，地球上每秒钟约发生100次雷击，某一地区的雷电活动强度可以用雷电日来说明，即一天内只要听到雷声（不管听到几次）就算一个雷电日。

我国各个地方的雷电日与纬度及距海洋的远近有关。广东的海南岛及雷州半岛的平均雷电日为100~130，即一年内有100天到130天会听到雷声。我国把年均雷电日不超过15的叫少雷区，超过40的叫多雷区，超过90的叫强雷区。

因为有雷，所以需要避雷。在电力系统中，避雷针主要保护建筑物及设备，避雷线用来保护线路，而避雷器则主要用来保护线路上的设备。

有一句名言：防雷在于接地，所以上述三种避雷装置都要具有良好的接地装置，它的作用是将雷电安全地导入地中。  

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避雷器

避雷器永远与被保护的电气设备相并联，它不妨碍该设备在工作电压下的正常运行，但是当设备上出现有危及它的过电压时，避雷器会首先导通从而把过电压引入地中。

将两个金属棒相隔一段距离并联在电气设备上，就是最早期、最简单的避雷器。因为当这对棒间隙上承担的电压过高时，该电压会把间隙（即空气）击穿，从而保护了电气设备，所以这种避雷器称为保护间隙。

实际上打雷的现象与之相似，天上的雷云和大地均为导体，所以是两个电极，当这两个电极间的电压过高时，电极间的空气即被击穿，于是雷电就发生了。

但是它们也有不同之处，保护间隙（即棒间隙）是并联在电气线路上的，当危险的过电压把保护间隙击穿后（即保护间隙之间的空气被击穿），发电厂或变电所并不知道这件事，或者知道了到了却来不及处理，于是它们不断地把电流送到保护间隙，由于此时保护间隙已经导通，所以这些电流就源源不断地流到了地里，于是电力系统便发生了短路。所以保护间隙虽然使用起来很方便，但由于间隙击穿后，间隙之间形成了电弧，从而造成了短路现象。

怎样才能在保护间隙动作后尽快地把间隙之间的电弧熄灭呢？于是第二代避雷器——管型避雷器应运而生了。管型避雷器的基本思路是“关起门来打狗”，即把电弧首先封闭在一个管子里，然后再想办法消灭它。

但是管型避雷器还是存在缺点，不管它的灭弧能力有多强，它还是会把电网的电流直接引入地中，造成瞬间的对地短路现象。

如果能有这样一种东西就好了，即在正常电压时，它不让电流通过，或通过得不多，这样就可以避免出现短路；而当危险的过电压出现时，它又能迅速地将雷电导入地中，用一句通俗的话说，它就好比一个智能开关，它知道何时该关何时该开，在避雷器中，这种智能开关最初是通过一种叫做碳化硅的材料完成的，用这种材料制作的避雷器叫做阀型避雷器，即它可以起到阀门的作用。

注意，这种阀门是一种电气上的阀片，它不是日常生活中见到过的机械式阀片，例如水龙头、管道的阀门等。因为机械式的阀片对雷击的速度而言它的动作太慢了，雷电会在百万分之一秒内迸发出来打到避雷器上，所以这时只能用电气的阀片，它就是非线性电阻，碳化硅就是人类找到的第一种用在强电中的非线性电阻。

人类总是与时俱进的，以后人类又找到了第二种用于避雷器的非线性电阻，它就是氧化锌，它的功能与碳化锌一样，但是它的阀门性质更好，用专业语言说，就是它的非线性好。

 什么是非线性？形象地说，就是反其道而行之，该大时反而小，该小时反而大；不象线性，要大一起大，要小一起小。

例如在避雷器中，非线性表现在：电流大时（例如雷电流来了），电阻反而很小，而且该电阻越小非线性越好；而电流小时，（即雷电流在百万分之几秒通过之后电网又恢复到正常工作电压），电阻反而大，而且此电阻越大非线性越好。

碳化硅具有非线性，但非线性不太好，即在正常工作电压时，电阻不是非常大，所以就有电流会流过避雷器，相当于阀门没有关紧，总在细水长流。

碳化硅的这种性质是由材料决定的，所以对于这种细水长流的现象 从材料入手解决几乎无能为力，人类直到现在都没有解决碳化硅的阀门不紧的问题。

在这种情况下，人们在应用碳化硅做避雷器时，只能在结构上想办法，即把它先与线路隔开，等到雷电来临时，再把它接上，这个任务是由空气间隙完成的，所以阀型避雷器几乎都要间隙，而氧化锌这个阀门在工作电压时关得很紧，所以不需要带间隙。

由于氧化锌的制作水平也在不断地提高，在一开始的时候，阀门关闭的能力不是很高，加上阀型避雷器的习惯势力，氧化锌避雷器现在也有带间隙的，但无间隙氧化锌避雷器占绝大多数。

由于氧化锌是一种金属氧化物，所以也叫做金属氧化锌避雷器。 

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电力系统的防雷

从防雷保护装置看，可以分为避雷针、避雷线和避雷器三种，前两种装置较简单，无非就是针和线，后一种较复杂，因为涉及到非线性电阻这个智能开关的问题。

从防雷的对象看，可以分为架空输电线路的防雷、变电所防雷和电机防雷。

架空线路纵横千里，暴露在旷野中，为了不对地上的生物和生态产生影响，还要把它架得很高，俗话说：枪打出头鸟，所以雷公雷母不打这些架得高高的输电线路才是怪事。

据统计，电网中的大部分事故以线路落雷为主，所以架空线路必须防雷。但是架空线路太长，我们不可能做到绝对的防雷，否则花的钱太多，所以线路防雷只是相对的，即允许有一部分雷打在线路上并且引起闪络，线路防雷是用避雷线完成的。

相对于架空线路来说，变电站就重要的多了，它是电力系统的枢纽，电力设备的集中地，运行人员也经常出入其中，所以防雷的要求很高。

变电站的来雷一般有两个途径：一是雷直击变电站，这靠避雷针（有时也用避雷线）来完成；二是雷打在线路上然后传到变电站来，这主要靠避雷器完成。

电机（这里指发电机、调相机、变频机和电动机等）的防雷与变电所防雷一样重要。因为发电机是电力系统的心脏，大型电动机是工厂的主要动力，一旦雷击损坏，损失极大。但是电机的防雷要比变电站困难得多，因为电机是旋转的，所以绝缘不能太厚，而且绝缘不能使用象变压器那样的液体，而只能用固体，而固体绝缘易老化，所以电机的防雷除了主要使用避雷器之外，还要增加一些辅助防雷措施。 

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复合外套氧化锌避雷器

避雷器是一种电气设备，电气设备一般均有两个电极，通常一个电极接地，另一个电极接在高压，而两个电极之间必须要有绝缘材料隔开，在专业上称这种绝缘物为绝缘子。

由于电力系统的电力设备大多数暴露在大气中，所以电力设备中的绝缘表面就会直接与大气相接触。在专业上就把这部分绝缘称为户外绝缘，也可以简称外绝缘。

由于户外绝缘经常遭受日晒雨淋，风、雪、雾、露也会经常侵袭它，所以作为合格的户外绝缘材料，除了应该具有优良的机电性能外，还要具有优良的耐候性能和四五十年的使用寿命。目前工程上应用最多的户外绝缘材料是瓷，在线路绝缘中还使用了钢化玻璃。

瓷和玻璃都属于无机材料，它们除了具有优良的机电性能之外，共同的优点是环境稳定性好，即耐受气候的性能很好。因此才能称霸电力系统外绝缘领地近一百年。

但是它们也有一个共同的弱点，即表面表现出亲水性，然后造成绝缘子表面的污秽层受潮，污秽加上潮湿会引起电子的流动，此时绝缘子在工作电压下就可能发生闪络，这就是我们经常说的污闪，具体一点说，即污秽闪络，再具体一点，即污秽绝缘子受潮时的沿面放电。

最近几十年年，国内外的电力系统广泛应用硅橡胶来代替上述传统材料来制作绝缘子，硅橡胶是一种有机材料，呈现出很强的增水性，因此可以提高外绝缘的污闪电压。

用有机材料制作的绝缘子在国外常称为聚合物绝缘子（因为有机材料是一种高分子的聚合物）、非瓷绝缘子、合成绝缘子（因为应用在外绝缘的有机材料都是合成的），甚至称为塑料绝缘子。

我国在前些年称它们为合成绝缘子或者硅橡胶绝缘子，后来统一称为有机复合绝缘子（因为有机材料就是复合材料，何况这种绝缘子往往是由两种绝缘材料--硅橡胶和环氧树脂玻璃纤维引拔棒复合而构成的），简称复合绝缘子。

所以复合外套氧化锌避雷器就是应用有机材料具体说就是应用硅橡胶材料做为氧化锌避雷的外绝缘。  

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