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氧化锌避雷器的参数如何选择

08/21 16:50
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以下是选择氧化锌避雷器关键参数的详细指南和步骤:

核心原则

避雷器选择的根本目的是:在过电压来袭时,避雷器能可靠动作,将过电压限制在被保护设备绝缘所能承受的水平(保护水平)之下,同时自身能安全地吸收和消散过电压能量,并在动作后恢复正常运行。

关键参数选择步骤与考量因素

1. 系统电压:这是选择避雷器最基础的参数。

系统标称电压 (Un): 例如 10kV, 35kV, 110kV 等。

系统最高运行电压 (Um): 这是选择避雷器额定电压的基准。根据国家标准,Um通常为Un的1.1~1.15倍(例如,10kV系统的 Um 为12kV,110kV系统的Um为126kV)。

2. 避雷器额定电压:这是最核心、最关键的参数。它指避雷器能耐受的最大工频过电压(在规定的电流和时间下)而不发生损坏或热崩溃的能力。

选择依据: 主要取决于系统可能出现的暂时过电压,例如单相接地故障时,非故障相的电压升高、甩负荷过电压等。

计算公式(近似):

Ur ≥ k * Um

k 为比例系数,取决于系统中性点接地方式和避雷器的安装位置。

有效接地系统(中性点直接接地):k通常取0.8。例如,对于110kV (Um=126kV) 系统,Ur≥ 0.8 * 126 ≈ 100.8kV。通常会选择标准系列中靠近的较高值,如102kV或108kV。

非有效接地系统(中性点不接地或经消弧线圈接地): 单相接地时非故障相电压会升至线电压,且运行时间可能较长,因此 k 值较大,通常取1.0甚至更高(如1.25~1.3)。例如,10kV (Um=12kV) 系统,常选择Ur为 12kV或17kV的避雷器。

重要性: 如果Ur选得太低,在暂时过电压下避雷器会吸收巨大能量导致热崩溃而爆炸;选得太高,则保护水平变差,可能无法有效保护设备。

3. 持续运行电压:指避雷器能长期持续承受的最大工频电压。它应大于避雷器安装点的最大持续运行相电压。

选择依据:Uc ≥Um / √3(对于相地连接的避雷器)

通常,避雷器制造商提供的产品中,Ur和 Uc有一个固定的关系(例如,Ur/Uc ≈ 1.25~1.5对于无间隙避雷器),只要选定了 Ur,Uc也就基本确定了,但需要校验是否满足上述要求。

4. 标称放电电流:指用于划分避雷器等级的波形为 8/20μs 的雷电冲击电流峰值。它代表了避雷器承受雷电过电压冲击的能力等级。

常见等级: 5kA, 10kA, 20kA。

选择依据:

变电站位置/海拔: 雷电活动强烈地区、山区选用更高等级。

被保护设备的重要性: 主变压器、枢纽变电站的出线口常选用 10kA 或 20kA;配电系统、线路末端常选用 5kA。

标准规定: 不同电压等级的变电站有相应的推荐值。例如,110kV 及以上电压等级变电站通常选用 10kA 或 20kA 等级。

5. 保护水平:这是衡量避雷器保护性能的终极指标,必须低于被保护设备的绝缘耐受水平(BIL/SIL),并留有足够的配合裕度。

雷电冲击残压 (Lightning Impulse Residual Voltage): 在标称放电电流 (In) 下的残压值。这是保护雷电过电压的关键参数。

设备的雷电冲击绝缘水平 (BIL) > 雷电冲击残压 * 配合系数 (通常 ≥ 1.4)

操作冲击残压:在波形为 30/60μs 的操作冲击电流下的残压值(对超高电压等级设备重要)。

设备的操作冲击绝缘水平 (SIL) > 操作冲击残压 * 配合系数 (通常 ≥ 1.15)

陡波冲击残压:反映对波头很陡的过电压的保护能力。

选择策略: 在满足Ur要求的前提下,应选择保护水平(残压)尽可能低的避雷器,这样才能更好地保护设备绝缘。

6. 能量吸收能力:避雷器必须能吸收并消散过电压(尤其是操作过电压)带来的能量而不损坏。通常用2ms方波通流容量来考核。

选择依据:

线路长度: 长线路、电缆线路较多的系统,操作过电压能量大,需要更高能量吸收能力的避雷器。

系统结构: 多回路、电容电流大的系统,对能量吸收能力要求高。

常见等级有 100A, 150A, 300A, 400A, 600A, 800A, 1000A, 1500A, 2000A 等,需根据系统计算或经验选择。

7. 压力释放等级:指避雷器故障时,内部短路电流电弧引发气箱压力升高时,避雷器外壳能安全释放压力的能力。这是一种故障后备保护,防止避雷器爆炸。

选择依据: 由避雷器安装点的短路电流大小决定。需要计算系统最大短路电流(对称值和非对称值),然后选择压力释放等级大于该值的避雷器。例如,20kA对称,40kA非对称。

8. 其他考虑因素

爬电距离 :根据安装地区的污秽等级选择。污秽严重地区(如沿海、工业区)应选用爬电比距(单位:mm/kV)更大的防污型避雷器。

安装方式: 座装、悬挂安装等。

抗震要求: 地震多发区需特殊考虑。

环境温度: 极端高低温环境。

选择流程总结

收集系统参数: 系统标称电压Un、最高运行电压Um、中性点接地方式、短路电流水平、污秽等级、被保护设备的 BIL/SIL。

确定安装位置: 是安装在变压器旁、线路出口、开关站内还是配电箱内。

选择额定电压 (Ur): 根据系统接地方式和TOV情况计算,这是第一步,也是最重要的一步。

选择标称放电电流 (In): 根据电压等级、重要性、雷电活动情况选择(5,10,20kA)。

校验保护水平: 查看候选避雷器在选定In下的残压值,确保其低于设备绝缘水平并留有足够裕度(BIL/残压 ≥ 1.4)。

校验能量吸收能力: 根据系统情况选择足够的方波通流容量。

校验压力释放等级: 确保其大于安装点的最大短路电流。

确定其他参数: 如爬电距离、安装方式等。

最后强烈建议: 避雷器的参数选择最好由电气设计人员完成,或直接与避雷器制造商的技术工程师进行沟通,他们能提供最符合具体项目要求的选型建议和产品型号。

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