三相组合式金属氧化物避雷器的运行安全问题.doc
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1、三相组合式金属氧化物避雷器的运行安全问题 【摘要】:在开关柜内直接使用三相组合式金属氧化物避雷器是不安全的,因系统 内总是会存在谐振过电压,势必导致组合式避雷器特性的快速蜕变,最终发生内部 热击穿,进而引发柜内相间短路事故。因此,必须采取脱离手段,将发生热击穿的 组合式避雷器从系统上解列,避免已热击穿的组合式避雷器引发柜内相间短路事 故,以保证系统的安全运行。【关键词】:组合式避雷器,过电压保护,谐振过电压,过电压能量,热击穿,相 间短路,脱离,安全1. 过电压保护的实质过电压保护从本质上来说,是人为地在系统中制造的一系列绝缘薄弱点,让所有的 过电压能量从这些薄弱点释放,使系统设备免受过电压的
2、侵害,实现过电压保护。目前针对三相组合式避雷器已颁布了行业标准,名称为: 交流三相组合式有串联间 隙金属氧化物避雷器,标准号为: JB/T10609-2006。2. 系统存在的主要过电压比较过电压种类过电压倍数持续时间等级过电压能量等级发生几率操作过电压大于 3.0 倍s级焦耳级频繁大气过电压大于 3.5 倍s级焦耳级较少谐振过电压2.0倍以内mss级百焦级以上较多2.02.5mss级百焦级以上较少2.5以上ms级十千焦级以上偶尔解释:2.1. 根据“过电压倍数 ”栏目可以看出,系统内存在过电压,必须采用过电压保护措 施加以限制;而过电压保护产品主要针对过电压能量较小的 “操作过电压 ”和“大
3、气 过电压 ”进行保护;2.2. 根据“持续时间等级 ”和“能量等级 ”栏目可以看出,系统内的谐振过电压能量比 操作过电压和雷电过电压大得多,可达到百倍乃至千倍以上,虽然发生几率较低, 但该过电压能量对过电压保护产品将造成致命的伤害。3. 三相组合式避雷器的一种理解3.1. 保护原理实质 当真空断路器分断时,由于真空断路器的截流效应,会产生较大的电流变化率,在 感性负载的绕组上产生幅值极高的瞬时过电压,这种过电压作用在固体绝缘上,有 积累效应,会造成不可恢复的绝缘伤害,最终造成设备绝缘击穿;组合式避雷器主要采用氧化锌非线性氧化锌阀片作为主要保护元件,以并联的方式 跨接在被保护设备进线上,当过电
4、压出现后,立即响应导通,流过电流,并将过电 压钳制在一定的电压范围内,以保证设备的绝缘不受伤害;简单的比喻,避雷器实 质上就是一种大功率稳压管,过电压保护过程就是避雷器在相对恒定的电压下以较 大的通过电流的形式消耗过电压能量的过程,也是氧化锌阀片发热的过程。3.2. 氧化锌阀片的能量极限 一般氧化锌避雷器的热容量大小在同一制造工艺下与其体积成正比,理论上说,热 容量越大,其承受过电压的寿命越长。在能量极小的操作过电压下,阀片的体积增 加一倍也就是热容量增加一倍,其操作过电压限制的寿命可以延长10 倍,一般的避雷器的操作过电压下的寿命能达到 10 万次左右;而在极限热容量的冲击下,寿 命急剧减少
5、到 2 次左右。氧化锌阀片的能量耐受能力与其内部陶瓷晶界结构有关,因为其特殊的晶界结构, 而表现出半导体伏安特性,小能量的冲击,造成阀片的温升小,对其晶界结构几乎 没有影响,可以瞬时恢复成原来半导体特性,而大能量的冲击,会破坏其内部晶界 结构,使其丧失半导体特性,趋向导体特性,这就是所说的特性蜕变。普通结构的避雷器的热容量耐受以 2ms·400A的通流能力来衡量,一般 10kv 系统 的避雷器百毫秒级(即基本达到热平衡态)热容量极限为 100KJ 以内,因为热量 扩散的原因,通流时间越短,其热容量极限越小。4. 使用三相组合式避雷器面临的严重问题4.1. 不可避免的系统谐振过电压4.
6、1.1. 系统在很多情形下会发生谐振,如空母线投切、大负荷的变化、线路分布电 容电感的变化、 PT 饱和、一点弧光接地等;4.1.2. 目前的消谐器并不能及时起到消谐作用,消谐器为了判断电源中的谐振分量 的频谱和幅值,必须采集足够 5 个工频周期左右的数据量才能通过快速傅立叶变换 (FFT)处理出结果,而避雷器早在过电压出现的瞬间就投入了保护,将过电压成 分限制成平顶,而这样的波形在消谐器中已无法正确分析,即使能分析,也是等到 100ms以后,避雷器早就吸收了大部分能量。4.1.3. 谐振过电压出现是随机的,因而组合式避雷器发生热击穿也是随机的。4.2. 避雷器的热容量(相当于同流量)问题4.
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