高压氧化锌避雷器的作用及原理

高压氧化锌避雷器（ZnO避雷器）是一种用于电力系统过电压保护的关键设备，主要作用是限制雷电或操作过电压，保护电气设备免受损坏。其核心原理基于氧化锌（ZnO）电阻片的非线性伏安特性。以下是详细说明：

一、作用

过电压保护

在雷击、开关操作或系统故障时，电力系统可能产生瞬时高电压（雷电过电压或操作过电压）。避雷器通过快速导通，将过电压限制在安全范围内，避免设备绝缘击穿。

能量吸收

泄放过电压能量，并将系统电压恢复至正常水平。

系统可靠性

保护变压器、断路器、GIS（气体绝缘开关设备）等昂贵设备，确保电网稳定运行。

二、工作原理

非线性电阻特性

氧化锌电阻片的主要成分是ZnO，并掺杂其他金属氧化物（如Bi₂O₃、Co₂O₃等）。其伏安特性呈现极强的非线性：

正常电压下：电阻极高（近似绝缘体），漏电流仅微安级，几乎不耗能。

过电压下：电阻急剧下降（纳秒级响应），形成低阻通路，泄放电流。

自恢复特性

过电压消失后，氧化锌电阻片自动恢复高阻状态，无需像传统碳化硅避雷器那样需要串联间隙。

多柱并联设计

高压避雷器通常由多组ZnO电阻片串联/并联组成，以承受高电压和大电流。

三、与传统避雷器的对比

四、关键参数

额定电压：避雷器能持续运行的最大系统电压。

残压：泄放电流时的两端电压，需低于被保护设备的绝缘耐受水平。

标称放电电流：模拟雷电流冲击的测试标准。

五、应用场景

输电线路：防止雷电直击或感应过电压。

变电站：保护变压器、母线等设备。

新能源领域：如风电、光伏电站的防雷保护。

六、优势总结

快速响应：无间隙设计，动作速度快。

可靠性高：无电弧重燃风险，寿命长。

紧凑轻便：相比传统避雷器体积更小。

通过以上特性，氧化锌避雷器已成为现代电力系统过电压保护的首选设备。