干货分享 | 过电压保护器、阻容吸收器、避雷器的区别 --【赫兹电力】

过电压保护器

       过电压保护器是一种用于电力系统中的电气设备保护的装置，主要用于限制和消除由于系统中出现过电压而对设备造成的危害。过电压保护器的工作原理是当系统电压超过额定电压时，过电压保护器能够及时引导过电流，从而将过电压的能量分散或吸收，以保护设备免受损坏。过电压保护器通常安装在设备的进线、母线和出线等位置，常用的过电压保护器有金属氧化物压敏电阻器（MO），气体放电管（GDT）、硅控整流二极管（SCR）等。过电压保护器是有氧化锌电阻片做主要元件或氧化锌电阻片与放电间隙串联。过电压保护器能防止各种过电压(包括防雷)，但是不能吸收过电压。过电压保护器可以防止由于瞬态电压或永久性电压过高而导致的电气设备损坏。它们通常是使用金属氧化物（MOV）等器件制成的，当电路中的电压超过一定阈值时，这些器件就会变成导体，让电流流过来切断电路，从而达到保护设备的目的。过电压保护器使用范围比较广，可以保护变压器、线路、开关、电机、电容等。过电压保护器是一种电力保护设备，具有电压保护、电流保护、时间保护等功能。其作用是当系统中出现电压过高或过低的情况时，通过自动控制电路，使保护器在合适的时候切断电源，确保电气设备的安全运行。过电压保护器的作用主要是保护电气设备免受高低电压的损坏。

       过电压吸收器：过电压吸收器是一种特殊的过电压保护器，它是把干式高压电容器和电阻串联而成。过电压吸收器因为并联阻容式电容的原因不能完全用于防雷。雷电的电容量很大，电容是不可能承受雷电的全部能量的，只能抑制雷电过电压。过电压吸收器因为并联电容的原因具有一定抑制谐振和消除谐波的功能，而过电压保护器不具有此功能。过电压吸收器，可以保护变压器、开关、电机、电容、电抗器等。

避雷器

       避雷器从理论上讲也算是一种过电压保护器，它是一种用于保护电气设备和人员免受雷击电压危害的装置。它是一种带有阻抗特性的电气元件，能够在雷击时将雷电能量引向大地。避雷器的工作原理是将雷电通过特殊的构造引向大地，防止雷电进入电气设备和建筑物。常用的避雷器有针式避雷器和金属氧化物避雷器。避雷器是一种防雷保护设备，能够将雷电能量引入地下或导线上，保护设备免受雷电：侵害。避雷器的主要作用是通过导流和分散的方式，将雷电电流引到地面或引入导线，保护电气设备避免损坏。避雷器的作用主要是保护电气设备免受雷电侵害。

       避雷器的作用是：限制过电压以保护电气设备。避雷器就是在线路或设备上人为地制造绝缘薄弱点即间隙装置，间隙的击穿电压比线路或设备的雷电冲击绝缘水平低，在正常运行电压下间隙处于隔离绝缘状态，在过电压下间隙被击穿接地，放电降压起到保护线路或设备绝缘的作用。避雷器以防雷为主要目的。

       带间隙氧化锌避雷器保护原理：带间隙氧化锌避雷器与线路高压绝缘子并联，当雷击塔杆或避雷线时，雷电流引起的高压位使线路氧化锌避雷器的串联间隙支轮船，降低节塔臂与导线间的电位差，保护绝缘子不再闪络，从而避免线路跳闸停电，大串联间隙动作后，氧化锌避雷器本体的残压不仅被限制到远低于干绝缘子内闪络电压，雨天雷电压过后的系统工频电压下，能自已熄灭工频电流，保护供电正常。串联间隙避雷器是内部放电。

       无间隙氧化锌避雷器保护原理：具有完全的防雷功能，即对雷电陡波和击电幅值同样有限压保护作用。防雷保护作用不会造成电力网接地故障或相间短路故障。防雷保护作用不应有短路电流或工规续流等工频能源浪费。动作特性应具有长期运行稳定性,免受暂态过电压危害。具有连续雷电冲击保护能力。有较小的外形尺寸,小型化轻量化更便于室内开关柜使用。能附带脱离器监察运行工况，当其失效时自动退出运行。氧化锌避雷器响应特性好，无续流。操作残压低，放电分散性小，具有吸收各种雷电、操作过电压能力。无间隙避雷器是外部接地放电。

       有间隙与无间隙之间说明：增加了串联间隙，使电阻片与带电导线隔离，可避免系统单相接地引起的暂时过电压和弧光接地，或谐振过电压对电阻片的直接作用。但使用串联间隙后，也就不再具备无间隙避雷器的特点。并且除线路用避雷器外，一般不会使用带间隙避雷器。

       过电压保护器为一种新型的过电压保护器，主要用于保护发电机、变压器、真空开关、母线、电动机等电气设备的绝缘免受过电压的损害。该类产品采用四星型接法,设置公共中性点,不但可以大大降低相向过电压,而且相对地保护水平也有质的提高,起到了对真空开关操作过电压的有效限制。产品为复合绝缘式，结构小巧紧凌、整体全封闭成型:选用优质金属氧化物阀片，工作特性高、安全方便，特别适合与 KYN，XGN，GBC、JYN、GZS 等不同型号的中压成套开关柜配合使用，或直接安装在小型箱式变电站内。过电压保护器即可以用于防雷，但主要是与真空开关配套使用，防止操作过电压侵害的。

       带串联间隙功能部分为：串联间隙及氧化锌电阻片。无间隙功能部分为：非线性氧化锌电阻片。在目前氧化锌阀片生产水平下，真正要降低保护残压，实现对操作过电压的有效保护，只能是加装间隙给阀片分压。这样做，一方面降低了保护残压，起到了对操作过电压的保护作用，另一方面又不降低持续运行的电压值，保护器自身的安全性有保障。不过加间隙不是万能的。为了避免保护器在系统间歇性弧光接地过电压和振谐过电压这些能量远远超出保护器能承受范围的过电压下误工作，致使保护器自身出现事故，间隙的工频放电电压不能设置得过低。过电压保护器间隙与阀片互为保护，按保护间隙的折算原则，氧化锌阀片直流1mA参考电压值不宜低于间隙工频灭弧电压的 2倍，否则阀片不能起到保护间隙的作用。所以间隙放电电压有下限意味着阀片残压控制也有下限，不能一味的作降低残压设计。

       过电压保护器与氧化锌避雷器的比较：采用氧化锌非线性电阻和放电间隙串联的结构，使两者互为保护。放电间隙使氧化锌非线性电阻的荷电率为零，氧化锌的非线性特性又使放电间隙动作后立即熄弧，无续流、无截波，放电间隙不再承担灭弧任务，提高了产品的使用寿命，在操作过电压下，动作寿命可达1000000 次。在各种电压波形下，放电值均相等，不受操作过电压类型影响，过电压保护值准确，保护性能优良。采用四星形接法，可将相间过电压大大降低，与常规避雷器，相间过电压降低了60~70%，保护的可靠性大为提高。采用硅橡胶外套和高压电缆外引结构的 TBP，除具有瓷绝缘外套的电气性能外，还具有易安装、密封性强、体积小、耐震（振）动等优点。可直接安装在开关柜的手车底盘上或互感器室内。使用环境温度为-40C~+60C，海拔高度小于2000m。

阻容吸收器

       阻容吸收器为具有阻容吸收功能的过电压保护器。阻容吸收器工作原理是：正常运行时，阻容吸收器并联在开关柜出线端，当操作过电压来时，由于其电压幅值高，而电容器具有储存电能作用，所以，开始对电容器充电，并通过电阻吸收能量，从而达到降低过电压幅值的目的，而且由于阻容吸收器其电容值(0.1uF)远大于开关柜控制的感性设备的对地电容值(不超过50PF)，改变了感性设备的电感和其对地电容发生振荡的条件，因为，根据LC发生振荡的频率的计算公式

       电容C越大，频率f越小，使感性设备相邻间在过电压时的电位差变小，从而保护感性设备的匝间绝缘。

       真空断路器在关合开断变压器、电动机和电抗器等感性负载时，容易产生截流过电压、多次重燃过电压以及三相同时开断过电压。具有高频的截流过电压虽说一般情况下幅值不是很高，但是其振荡频率非常高，最容易破坏感性设备的匝间绝缘，所以，针对这种操作过电压，不仅要降低过电压幅值，而且要降低过电压振荡频率。以前，主要是用避雷器或三相组合式避雷器（TBP)来保护，现在使用阻容吸收器保护也是一种很好的选择。实践证明，原电网中感性设备对地杂散电容非常小，加入阻容吸收器的电容后，改变了回路参数，使原来的高频振荡变为低频振荡。西安高压电器研究所曾在此方面做过试验不加阻容吸收器开关开断产生的截流过电压频率为 20~30kHz，而加阻容吸收器后，频率降到150Hz左右。因阻容吸收器限制过电压的原理与金属氧化物避雷器(MOA)不同，它不存在残压问题，而是靠操作过电压高频出现后引起容抗（ZC=1/(2Xfe))降低，增大电容器上电流，来吸收产生过电压震荡的能量，从而限制操作过电压。正常工频工作状态下，电流根小。所以其使用寿命较长。

       国内生产阻容吸收器的厂家产品主要有两种结构：一种为三个阻容单元，顶端接 A、B、C三相接高压，下端接地。另一种产品为四星形结构，A、B、C三个单元接对应高压，D 单元接地。产品型号命名一般规则有：

       其产品主要有两类。一类：单纯阻容吸收器电容器为千式电容器，两单元之间为 0.1uF;电阻为金属无感电阻，两单元之间为 100欧姆。该种阻容吸收器当过电压幅值低时对电容器充电后电容两端电压也比较低，过电压幅值高时其两端电压也高，当电容器在两端电压过高时，电容器容易被击穿，自身寿命比较脆弱，因而在系统中单独作为过电压保护装置使用越来越少。另一类：加间隙阻容吸收器。该产品和单纯阻容吸收器相比，主要是在A、B、C三相上加了间隙，在正常运行时间隙把阻容吸收器和电网隔开，正常运行时，电容器不带电，使其免受高次谐波影响，从而延长阻容吸收器运行寿命。但是，该装置最大缺点是加了间隙后，当过电压来时，阻容吸收器不动作，只有过电压幅值高过间隙击穿电压时，间隙击穿，阻容才接入系统工作。阻容吸收器的功能不仅是降低过电压幅值，而且降低过电压的振荡频率，从而减缓过电压的陡度。如果用间隙把阻容隔开，从过电压开始到间隙被击穿这一段时间，过电压依然维持高频振荡波，这时会对感性设备的匝间绝缘造成破坏。加了间隙后，只能说提高了阻容吸收器自身安全，却大大降低了阻容吸收器的保护性能。无间隙设计，动作特性稳定；接入电网工频电压取决于固体材料特性，与带间隙的保护设备相比，其有动作参数性能稳定、分敢性小，不存在灭弧问题、不受大气条件影响等特点。

       在交流环境下，电容器运行时，其流过一个比较大的容性电流。电容器必然要发热如果系统中高次谐波分量大时，电流更大。同时，如果电容器和电阻串联，一般电阻配置为 100欧姆，而电容器阻抗远大于此值，所以，电压主要分布在电容器两端。再因为我国电网污染比较严重，高次谐波成分含量高，电压波动范围大，各类过电压频繁，对电容器的运行寿命都有很严重的影响。所以，一些厂家在设计时想延长正常运行寿命，电容器从系统中加间隙隔开，而过电压来时把它加入。初看这种观点，好像挺有道理，但是，设计者主要忽视了阻容的一个很重要特点，减缓过电压的陡度，也就是过电压的频率。一个波的波前视在时间、峰值决定了它的频率，而把电容器从系统中隔开，过电压达到一定峰值时才加入，在这段时间内，过电压还是一个高频波，根本没起到减缓过电压陡度的作用。所以说，加了间隙后，只能说提高了阻容吸收器自身安全，却大大降低了阻容吸收器的保护性能，使阻容吸收器失去了降低过电压振荡频率、减缓过电压陆度的作用。阻容吸收器没有保护裕度，过电压幅值低时残压低，过电压幅值高时残压也高，电容器也因没有保护而在电压过高时容易损坏。并且不能够保护雷电过电压和幅值特别高的操作过电压。所以，在电力行业标准 DL/T 620一1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第4.2.7 条提出：R一C阻容吸收装置只适用于截流过电压。由于阻容吸收器使用存在的缺陷，所以三相组合式避雷器来作为真空开关的保护越来越多。三相组合式避雷器由于其良好的保护性能而在目前系统中得到广泛的使用，因为它既能保护相地过电压，又能保护相间过电压，对操作过电压和需电过电压都能起到较好的保护作用。