线路避雷器在输电线路防雷中的应用

近几年来，由于环境条件的不断劣化，雷击引起的输电线路掉闸故障也日益增多，不仅影响设备的正常运行，而且极大地影响了日常的生产、生活。从山东省来看，淄博属于多雷区，每年都发生雷击线路掉闸故障。前些年，主要集中在南部山区线路，近几年有向北部平原转移的趋势，雷击已成为影响输电线路安全可靠运行的最主要因素。

　　为了减少输电线路的雷击故障，采取了各种综合防雷措施，如降低杆塔接地电阻、提高线路绝缘水平、采用负角保护、架设耦合地线等，取得了一定的效果。但对于分布在高土壤电阻率的部分线路，降低杆塔接地电阻难度较大，对于防治绕击雷对线路造成的故障仍没有好的对策。

　　目前，国外已广泛使用线路型合成绝缘氧化锌避雷器用于输电线路的防雷，取得了很好的效果。从1997年开始，淄博电业局与原电力部中能公司合作，使用该公司生产的线路避雷器，并分别在35 kV、110 kV线路上运行，经过2个雷雨季节的考验取得了明显的效果。

1　线路避雷器防雷的基本原理

　　雷击杆塔时，一部分雷电流通过避雷线流到相临杆塔，另一部分雷电流经杆塔流入大地，杆塔接地电阻呈暂态电阻特性，一般用冲击接地电阻来表征。

　　雷击杆塔时塔顶电位迅速提高，其电位值为

　　　　　　Ut=iRd+L.di/dt　　　　(1)

式中i——雷电流；Rd——冲击接地电阻；L.di/dt——暂态分量。

当塔顶电位Ut与导线上的感应电位U1的差值超过绝缘子串50%的放电电压时，将发生由塔顶至导线的闪络。即Ut-U1＞U50，如果考虑线路工频电压幅值Um的影响，则为Ut-U1+Um＞U50。因此，线路的耐雷水平与3个重要因素有关，即线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度和塔体的冲击接地电阻。一般来说，线路的50%放电电压是一定的，雷电流强度与地理位置和大气条件相关，不加装避雷器时，提高输电线路耐雷水平往往是采用降低塔体的接地电阻，在山区，降低接地电阻是非常困难的，这也是为什么输电线路屡遭雷击的原因。

　　加装避雷器以后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相临杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络，因此，线路避雷器具有很好的钳电位作用，这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。

以往输电线路防雷主要采用降低塔体接地电阻的方法，在平原地带相对较容易，对于山区杆塔，则往往在4个塔脚部位采用较长的辐射地线或打深井加降阻剂，以增加地线与土壤的接触面积降低电阻率，在工频状态下接地电阻会有所下降。但遭受雷击时，因接地线过长会有较大的附加电感值，雷电过电压的暂态分量L.di/dt会加在塔体电位上，使塔顶电位大大提高，更容易造成塔体与绝缘子串的闪络，反而使线路的耐雷水平下降。因为线路避雷器具有钳电位作用，对接地电阻要求不太严格，对山区线路防雷比较容易实现，从图中不难发现加装线路避雷器对防雷效果是十分明显的。 

110kV塔雷击闪络分析结论

（1）降低杆塔接地电阻对提高线路反击耐雷水平效果非常明显。

　　（2）弧垂是影响线路耐雷水平的一个重要因素，线路耐雷水平会随着弧垂的增大而逐渐降低，对于大档距线段，不能简单地只考虑工频接地电阻值是否满足规程要求，还必须校验其反击耐雷水平。

　　（3）规程上雷击跳闸率和绕击率计算公式显得比较笼统，对于地处恶劣山区的线路实际上没有太多的参考意义。

　　（4）地形的变化是形成绕击区的主要原因，对于位于大斜坡上的杆塔，不能只用满足规定的保护角来确定防雷方式，还应把杆塔保护角与临界保护角相比较，来判定杆塔是否存在绕击区，这样更有利于线路防绕击性能的分析。

　　（5）线路防雷用金属氧化锌避雷器可以防止雷击塔顶和雷绕击导线后绝缘子的冲击闪络，但是其防雷效果主要取决于氧化锌避雷器其本身的稳定性能。

　　（6）线路各种防雷措施都有其针对性，在选择线路的防雷方式时必须先找出线路遭雷击跳闸原因，然后采取相应的防雷措施，只有这样才能在防雷保护上取得真正的实效。

压敏电阻的原理，作用，应用，性能，选型

1、什么是“压敏电阻” 

   “压敏电阻是中国的名词，意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变"，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。 

    压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。 

    在中国，压敏电阻器是按其用途来命名的，称为"突波吸收器"。压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。 

2、压敏电阻电路的“安全阀”作用 

    压敏电阻有什么用？压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值"UN"时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。 

3、应用类型 

    不同的使用场合，应用压敏电阻的目的，作用在压敏电阻上的电压/电流应力并不相同，因而对压敏电阻的要求也不相同，注意区分这种差异，对于正确使用是十分重要的。 

根据使用目的的不同，可将压敏电阻区分为两大类：①保护用压敏电阻，②电路功能用压敏电阻。 

3.1保护用压敏电阻 

（1） 区分电源保护用，还是信号线，数据线保护用压敏电阻器，它们要满足不同的技术标准的要求。 

（2） 根据施加在压敏电阻上的连续工作电压的不同，可将跨电源线用压敏电阻器可区分为交流用或直流用两种类型，压敏电阻在这两种电压应力下的老化特性表现不同。 

（3） 根据压敏电阻承受的异常过电压特性的不同，可将压敏电阻区分为浪涌抑制型，高功率型和高能型这三种类型。 

★浪涌抑制型：是指用于抑制雷电过电压和操作过电压等瞬态过电压的压敏电阻器，这种瞬态过电压的出现是随机的，非周期的，电流电压的峰值可能很大。绝大多数压敏电阻器都属于这一类。 

★高功率型：是指用于吸收周期出现的连续脉冲群的压敏电阻器，例如并接在开关电源变换器上的压敏电阻，这里冲击电压周期出现，且周期可知，能量值一般可以计算出来，电压的峰值并不大，但因出现频率高，其平均功率相当大。 

★高能型：指用于吸收发电机励磁线圈，起重电磁铁线圈等大型电感线圈中的磁能的压敏电压器，对这类应用，主要技术指标是能量吸收能力。 

    压敏电阻器的保护功能，绝大多数应用场合下，是可以多次反复作用的，但有时也将它做成电流保险丝那样的"一次性"保护器件。例如并接在某些电流互感器负载上的带短路接点压敏电阻。 

3.2电路功能用压敏电阻 

    压敏电阻主要应用于瞬态过电压保护，但是它的类似于半导体稳压管的伏安特性，还使它具有多种电路元件功能，例如可用作： 

（1）直流高压小电流稳压元件，其稳定电压可高达数千伏以上，这是硅稳压管无法达到的。 

（2）电压波动检测元件。 

（3）直流电瓶移位元件。 

（4）均压元件。 

（5）荧光启动元件 

4、保护用压敏电阻的基本性能 

（1）保护特性，当冲击源的冲击强（或冲击电流Isp=Usp/Zs)不超过规定值时，压敏电阻的电压不允许超过被保护对象所能承受的冲击耐电压（Urp）。 

（2）耐冲击特性，即压敏电阻本身应能承受规定的冲击电流，冲击能量，以及多次冲击相继出现时的平均功率。 

（3）寿命特性有两项，一是连续工作电压寿命，即压敏电阻在规定环境温度和系统电压条件应能可靠地工作规定的时间（小时数）。二是冲击寿命，即能可靠地承受规定的冲击的次数。 

（4）压敏电阻介入系统后，除了起到"安全阀"的保护作用外，还会带入一些附加影响，这就是所谓"二次效应"，它不应降低系统的正常工作性能。这时要考虑的因素主要有三项，一是压敏电阻本身的电容量（几十到几万PF），二是在系统电压下的漏电流，三是压敏电阻的非线性电流通过源阻抗的耦合对其他电路的影响。 

压敏电阻的型号及选用方法

  SJ1152-82部颁标准中压敏电阻器的型号命名分为四部分，各部分的含义见表1。

表1 压敏电阻器的型号命名及含义

第二部分用字母 “Y” 表示敏感电阻器为压敏电阻器。

第三部分用字母表示压敏电阻器的用途的特征。

第四部分用数字表示序号，有的在序号的后面还标有标称电压、通流容量或电阻体直径、电压误差、标称电压等。

例如：

压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性电阻元件；电阻对电压较敏感，当电压达到一定数值时，电阻迅速导通。由于压敏电阻具有良好的非线特性、通流量大、残压水平低、动作快和无续流等特点。被广泛应用于电子设备防雷。

主要参数：

1、残压：压敏电阻在通过规定波形的大电流时其两端出现的最高峰值电压。

2、通流容量：按规定时间间隔与次数在压敏电阻上施加规定波形电流后，压敏电阻参考电压的变化率仍在规定范围内所能通过的最大电流幅值。

3、泄漏电流：在参考电压的作用下，压敏电阻中流过的电流。

4、额定工作电压：允许长期连续施加在压敏电阻两端的工频电压的有效值。而压敏电阻在吸收暂态过电压能量后自身温度升高，在此电压下能正常冷却，不会发热损坏。

　　压敏电阻的不足：（1）寄生电容大 压敏电阻具有较大的寄生电容，一般在几百至几千微微法的范围。在高频信号系统中会引起高频信号传输畸变，从而引起系统正常运行。

（2）泄漏电流的存在 压敏电阻的泄漏电流指标既关系到被保护电子系统的正常运行，又关系到压敏电阻自身的老化和使用寿命。

    压敏电阻的损坏形式：（1）当压敏电阻在抑制暂态过电压时能量超过其额定容量时，压敏电阻会因过热而损坏，主要表现为短路、开路。

MYL表示防雷型压敏电阻

MYE表示高负荷型压敏电阻,也有厂家用MYT表示通用型，MYL表示防雷型.

选用方法(一般情况）:

1、压敏电压值应大于实际电路的电压峰值，一般为：

U1mA =K1×/K2×K3× UC

U1mA ---- 压敏电压

UC ---- 电路直流工作电压（交流时为有效值）

K1 ---- 电源电压波动系数，一般取1.2 

K2 ---- 压敏电压误差,一般取0.85

K3 ---- 老化系数,一般取0.9

    交流状态下，应将有效值变为峰值，即扩大√2倍，实际应用中可参考此公式通过实验来确定压敏电压值。

2、通流量

实际应用中，压敏电阻器所吸收的浪涌电流应小于压敏电阻的最大峰值电流，以延长产品的使用寿命。

压敏电阻的检测。用指针式万用表的R×1k挡测量压敏电阻两引脚之间的正、反向绝缘电阻，均为无穷大，否则，说明漏电流大。若所测电阻很小，说明压敏电阻已损坏，不能使用。

压敏电阻主要参数

压敏电阻器常用 “RV”表示

结构——根据半导体材料的非线性特性制成的。

特性——压敏电阻器的电压与电流不遵守欧姆定律，而成特殊的非线性关系。当两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器的电阻值接近无穷大，内部几乎无电流流过；当两端所加电压略高于标称额定电压值时，压敏电阻器将迅速击穿导通，并由高阻状态变为低阻状态，工作电流也急剧增大；当两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器又恢复为高阻状态；当两端所加电压超过最大电压值时，压敏电阻器将完全击穿损坏，无法再自行恢复。

作用与应用——广泛应用于家用电器及其它电子产品中，起过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等。

压敏电阻器的主要参数：

除标称阻值、额定功率和允许偏差等基本指标外，还有如下指标：

1）标称电压(V)：指通过1mA直流电流时压敏电阻器两端的电压值。

2）电压比：指压敏电阻器的电流为1mA时产生的电压值与压敏电阻器的电流为0.1mA时产生的电压值之比。

3）最大电压(V)：指压敏电阻器两端所能承受的最高电压值。

4）残压比：通过压敏电阻器的电流为某一值时，在它两端所产生的电压称为这一电流值的残压。残压比则是残压与标称电压之比。

5）通流容量(kA)：通流容量也称通流量，是指在规定的条件（规定的时间间隔和次数，施加标准的冲击电流）下，允许通过压敏电阻器上的最大脉冲（峰值）电流值。

6）漏电流(mA)：漏电流也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。

7）电压温度系数：指在规定的温度范围（温度为20℃～70℃）内，压敏电阻器标称电压的变化率，即在通过压敏电阻器的电流保持恒定时，温度改变1℃时，压敏电阻器两端电压的相对变化。

8）电流温度系数：指在压敏电阻器的两端电压保持恒定时，温度改变1℃时，流过压敏电阻器电流的相对变化。

9）电压非线性系数：指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。

10）绝缘电阻：指压敏电阻器的引出线(引脚)与电阻体绝缘表面之间的电阻值。

11）静态电容量（PF）：指压敏电阻器本身固有的电容容量。