线路氧化锌避雷器串联空气间隙长度的确定

发布日期:2019年10月21日 访问次数:

目前氧化锌避雷器已经大量使用于架空线路,避雷器能够限制雷电过电压,同时防止线路跳闸,对提升线路可靠性作用显著。避雷器装设于线路后运维难度较大,往往难以发现受潮等避雷器内部缺陷,相应缺陷会造成避雷器本体性能劣化造成线路跳闸,为防止上述情况的发生,目前线路避雷器均带有串联间隙,其中大部分是串联空气间隙。那么串联空气间隙的技术要求有哪些?其间隙长度参数如何确定?

1、串联间隙避雷器技术要求

1)工频电压耐受要求

避雷器应能长期承受工频电压作用而稳定工作,即串联间隙在各种外界因素的作用下,比如在风吹、导线舞动等情况下,应能保持其尺寸变动在允许范围内;

2)能量吸收能力要求

避雷器应具有足够的通流容量以泄放雷电流和吸收雷电冲击能量;

3)雷电过电压保护要求

为限制雷电过电压,避雷器的保护水平应与线路绝缘子串有很好的绝缘配合,以保证雷击被保护线路段时,无论被保护线路段内或被保护线路段外的绝缘子串均不应发生闪络;另外,被保护线段外的线路遭受雷击时,被保护线段内的绝缘子串也不应发生闪络;

4)工频续流切断要求

避雷器应能可靠地切断工频续流,保证线路不发生跳闸。国产避雷器目前一般能在半个工频周期之内接触。

5)操作耐受性能要求

线路避雷器在正常操作过电压下不应动作。线路避雷器的串联间隙应是外部空气间隙,以便在避雷器本体故障时,仅靠串联间隙的隔离也能使线路在重合闸后继续正常运行。

6)压力释放性能要求

线路避雷器还应具有良好的压力释放能力,以便在遇到不可抗拒的高于设计值以上的雷电流作用时,避雷器本体内部电阻片由于击穿而形成电弧,避雷器能够有效地释放内部压力且不发生爆炸,并保证人身和设备的安全;

2、间隙长度设计

2.1避雷器的串联间隙设计原则

①雷电冲击下避雷器串联间隙整体应可靠动作

雷电冲击下避雷器可靠动作才能保证被保护绝缘子串免于雷击闪络。为满足这一要求,可把间隙距离选择小一些。(一般要求绝缘子雷电冲击U50%是避雷器整体雷电冲击U50%的1.2倍以上)

②避雷器整体应能够耐受暂时过电压和正常水平的线路操作过电压

线路正常投入、重合闸时避雷器整体不应发生动作。为满足这一要求,串联间隙距离应足够大,保证避雷器在暂时过电压和操作过电压下不动作,避雷器本体在异常情况下出现故障时,间隙应能可靠隔离,保证工频、操作过电压下间隙不发生动作。

③避雷器应能切断工频续流

雷击使间隙动作后,在系统工频恢复电压下,间隙应在1~2个工频周期内可靠地熄灭工频续流。要满足这一要求,除了间隙距离要适度外,还与避雷器本体的参考电压有关。

2.2间隙长度与雷电冲击配合

配合原则:

避雷器的正极性雷电冲击50%放电电压应小于被保护绝缘子雷电冲击50%放电电压。

避雷器的雷电冲击50%放电电压约等于串联间隙的雷电冲击50%放电电压与避雷器本体直流1mA参考电压值之和,两者偏差在10%的范围内。

不同等级串联间隙避雷器的1mA参考电压要求见下表:

2.3间隙长度与操作冲击配合

配合原则:

① 在系统最高操作过电压水平下,避雷器整体不应发生动作;(对于直接接地系统,操作过电压最大为3.0pu)

② 重合闸工况下,假设避雷器本体完全短接,串联间隙应能承受操作过电压不发生击穿;(重合闸过电压为2.0pu)

③避雷器的操作冲击 50%放电电压约等于串联间隙的操作冲击 50%放电电压与避雷器本体直流 1 mA 参考电压值之和, 偏差在 10%以内。

各电压等级避雷器的操作过电压耐受最小值、间隙最小距离见下表,其中间隙操作冲击耐受电压为系统最高操作过电压减去避雷器本体1mA参考电压。可知总体而言,以3.0倍操作过电压下避雷器整体不动作对应间隙最小长度较大。

间隙长度与工频续流切断能力的关系

在雷电过电压作用后, 由于工频电压作用, 串联间隙放电后会流过工频续流。工频续流包括避雷器本体电阻片的电流和污秽情况下的外绝缘表面泄漏电流。为了保证系统及避雷器的安全运行, 考虑到氧化锌电阻片的工频电压耐受时间特性, 要求在尽可能短的时间内切断工频续流。根据《GBT 32520-2016 交流1kV以上架空输电和配电线路用带外串联间隙金属氧化物避雷器(EGLA)》,避雷器应在一个工频半波内切断工频续流。

串联间隙切断工频续流所需的时间与作用在间隙上的工频恢复电压、工频续流值和间隙距离的大小有关。增加串联空气间隙可以缩短工频续流切断时间。根据国外线路避雷器的试验数据,在避雷器本体 外绝缘等值附盐密度为(0.06~0.12) mg/cm2, 工频续流值不超过2 A时,避雷器的间隙在 1~2 个工频周期内熄灭工频续流,间隙距离在630 mm时, 避雷器在 0.5 个工频周期内可以切断工频续流。

小结

1)串联间隙线路避雷器应在雷电过电压下动作,间隙取值不能太小。

2)线路避雷器在正常操作过电压、工频暂时过电压下不应动作,因此间隙取值不能太大。

3)串联间隙切断工频续流所需的时间与作用在间隙上的工频恢复电压、工频续流值和间隙距离的大小有关,间隙增大利于工频续流的切断。