氧化鋅避雷器(簡稱 MOA)是現代電力系統里必不可少的過電壓保護裝置,它的核心是用了氧化鋅電阻片 —— 這種電阻片有出色的非線性伏安特性。和傳統的碳化硅避雷器比起來,MOA 不用串聯間隙,而且有響應快、通流容量大、沒有續流、保護特性穩定這些明顯優點。根據結構設計、應用場景以及特殊功能的不同,氧化鋅避雷器主要能分成下面幾種型式。
一、按結構分類
無間隙型
這是最主流也最典型的 MOA 型式。它的電阻片閥柱直接接觸運行電壓,正常情況下,依靠氧化鋅電阻片本身的非線性特性呈現高電阻狀態,這時只有微安級的泄漏電流通過;等到過電壓來襲,它會快速轉變成低電阻狀態來泄放能量。這種型式結構簡單,保護性能最好,響應速度也特別快,在低壓到超高壓的各類系統里都用得很廣。它的關鍵技術指標,一是長期承受系統運行電壓的能力,也就是持續運行電壓,二是老化特性。
串聯間隙型
這種型式會在氧化鋅電阻片閥柱上串聯一個外部空氣間隙。正常運行的時候,這個間隙能把電阻片和系統工作電壓隔離開,這樣就能徹底消除電阻片的老化問題,還能大幅降低泄漏電流。一旦出現過電壓,間隙會先擊穿,之后電阻片就會動作泄流。通常情況下,這種型式主要用在中性點不接地或者經消弧線圈接地的配電系統,拿 10kV 系統來說,就是很典型的應用場景。因為這類系統發生單相接地故障時,健全相電壓會升到線電壓,而且持續時間比較長,這對無間隙避雷器是不小的考驗,而串聯間隙型在這類系統里使用壽命會更長。
并聯間隙型(又稱放電間隙型)
這種結構比較特殊,一般用在線路型避雷器或者復合外套避雷器里。它是在避雷器本體旁邊并聯一個純空氣間隙,主要作用是給雷電過電壓提供一條 “捷徑”。當幅值極高的雷電流來襲時,并聯間隙會優先擊穿,直接把大部分雷電流引到地下,這樣就能減輕氧化鋅電阻片的通流負擔,保護電阻片不會因為能量太大而損壞。這是針對特殊嚴苛工況設計的一種增強保護結構。
二、按外套材料分類
瓷套型
這類避雷器用電瓷做外套,內部會填充惰性氣體或者硅膠來隔絕潮氣。瓷套型避雷器機械強度高、耐候性好,而且散熱性能不錯,傳統上在電站設施里用得很多。不過它有缺點,重量大,還存在爆裂風險 —— 雖然這個概率特別低,另外對安裝基礎的要求也比較高。
復合外套型
這類避雷器用高分子聚合物,就硅橡膠來說,來做外套。這種型式是現在的發展趨勢,特別是在線路、配電以及中等電壓等級的場景里很適用。它的優點不少:重量輕,防爆性能好,能避免碎片飛濺,而且憎水性和抗污閃能力強,安裝與維護都很方便。復合外套內部一般會采用整體灌封技術,密封性也更好。
三、按應用場景分類
電站型
電站型避雷器主要用來保護發電廠、變電站里的變壓器、開關這些關鍵設備。對它的要求通常是通流容量最大、穩定性最高,結構上多是無間隙瓷套或者無間隙復合外套。
配電型
配電型避雷器用在中壓配電網,保護配電變壓器以及開關柜之類的設備。考慮到配電網的運行特點,它常采用串聯間隙復合外套結構。
線路型
線路型避雷器直接裝在輸配電線路上,主要作用是限制雷電過電壓,降低線路因為雷擊跳閘的概率。它的結構多是復合外套,重量輕還耐震動,有些時候還會采用并聯間隙設計。
特殊型
特殊型避雷器里,有專門保護旋轉電機的 “旋轉電機型” 避雷器,就發電機、電動機來說,對這類避雷器的保護水平(也就是殘壓)要求更嚴格;還有用在直流系統的 “直流避雷器”,它需要解決直流電流下電阻片劣化的問題。
選型要點
我們在選避雷器的時候,要綜合考慮系統電壓等級、中性點接地方式、安裝地點是站內還是線路、污穢等級、抗震要求以及過電壓保護水平的需求。無間隙型因為保護特性優異,已經成為標準選擇;不過在特定的配電環境里,串聯間隙型依然有優勢。復合外套型因為安全性高、使用方便,正逐漸取代瓷套型,成為很多應用場景的首選。
總的來說,恩彼邁氧化鋅避雷器的型式有很多種,每種都有自己的特點,它們一起構成了電力系統里可靠又高效的過電壓防護體系。選對并且用好合適的避雷器型式,是保障電力設備安全以及系統穩定運行的關鍵。


