金属氧化物避雷器欧姆雷盾避雷器

这种避雷器(MOA)又称之为氧化锌避雷器、它是20世纪70年代初出现的一种新型避雷器，具有保护性能好、通流容最大、动作响应快、结构简单以及体积小等优点。现在已形成从低压到高压，直至超高压等系列产品，并得到较为广泛的应用。从发展趋势来看，MOA必将取代传统的碳化硅避雷器。      该避雷器所采用的阀片是由微小的氧化锌(ZnO》晶粒作为主要材料， 再掺以微量的、更小的氧化铋(Bi2O)、 氧化钴(Co20)、氧化猛(MnO)、和氧化络(Cr2O3)等多种金属氧化物粉末，经过成型、高温绕结、表面处理等一系列工艺过程而制成，因此又称这种氧化锌片为金属氧化物电阻片。      在该电阻片中，氧化锌晶粒的直径大约在10-15um，为N型半导体材料，电阻率较低，大约在1-10Ω.cm，而周围由氧化铋等组成的晶界层，厚度大约在lum,属P型半导体材料，电阻率高达10的8次方Ω.cm。在正常工作电压下，晶界层上的电场强度较低，只有少量电子可以靠热激发穿过晶界层的势垒，形成很小的漏电流，所以该电阻片呈高阻状态。当外加电压升高，晶界层上的电场强度增大到足够值时，产生隧道效应、大量电子可以通过晶界层，使流过的电流急速增大，于是该电阻片的电阻值大幅度降低，呈低阻状态。氧化锌电阻片的这种效应使其伏安特性具有显著的非线性特性。如果用经验公式来表示，即可表达为:                I=KUa 式中: K为氧化锌的材料系数:a为非线性系数，共值大约在26.     与碳化硅的a=4-6相比，氧化锌电阻片的非线性系数高得多。正是由于这种优异的非线性伏安特性，使得氧化锌电阻片可以不用串联放电间隙来隔离工作电压而直接接到电网上运行也不致被烧坏，这样避雷器便成为无间隙的了。但是，氧化锌电阻片还必须具有吸收来自雷电冲击能量后的自动恢复能力面不致遭受损坏。否则，氧化锌电阻片的温度和漏电流会不断增加，最后导致过热而破坏，这种情况称之为氧化锌电阻片的热击穿。    氧化锌电阻片的通流能力较大，一般大约为碳化硅电阻片的4-4.5倍， 而且性能稳定，具有耐多重雷击和重复动作的操作过电压能力，特别适合在长电缆和大电容器组、高海拔地区和SF6全封闭组合器中用作避雷器。不过氧化锌电阻片在运用中长期受工频电压作用，也会出现老化现象，所以在实际使用时应定期检测漏电流等参数，以确保其安全可靠。    氧化锌电阻片的陡波响应特性也十分优越，如图4.30所示。它没有间隙放电的延时，而只需考虑陡被下伏安特性曲线的上翘情况即可。不过，该曲线的上翘与碳化硅的情况相比却低得多，因而氧化锌电阻片极大地提高了对陡波过电压的保护效果。这点对于具有较平坦伏安特性的SF6气体绝缘变电站(GIS) 的保护尤其适合，易于绝缘配合，增加了安全裕量，提高了保护性能。     此外，氧化锌电阻片的漏电流在微安级，因而实际上可以视为是无漏流的。并且在雷电或操作过电压的作用下，它只吸收过电压能量(并将其转化成电阻材料的发热)而不吸收续流能量，这样不仅减轻了电阻片自身的负担而且对系统的影响也甚微。与碳化硅电阻片相比，氧化锌电阻片单位面积的残压仅为4.15kV。如果雷电冲击下的保护电平为相电压2倍的话，则流过氧化锌电阻片的漏电流将低于10-5A，相比在碳化硅电阻上的漏电流将高达数百安培。     氧化锌电阻片除具有优异的伏安特性、陡波响应特性外还具有良好的温度响应特性，如图4.31所示。     由该图可以看出，在低电流范围内(<10-3A/cm?)，氧化锌电阻片具有负的温度系数，而在大电流段则具有很小的正温度系数，不过，在通常情况下都可以忽略不计，因此氧化锌电阻片的保护特性不受温度变化的影响，这点使得由它制作的    金属氧化物避雷器适合在与系统最高工作电压相等的持续运行电压作用下，温度变化也能稳定而可靠的工作，而不会发生热击穿而损坏。    由于配方不同。氧化锌电阻片在性能上分为相互不能替代的两大类。一类其电压梯度高(在100 ~ 250V/mm)，大电流特性好(U10ka/U1mA≤1.4)，但只对≤2ms窄脉冲敏感，且能量密度较小;而另一类则能量密度较大，承受宽脉冲浪涌能力强，但电压梯度仅在20 ~ 50V/mm, 大电流特性也较差(U10ka/U1ma>2.0)。前一类通常用于避雷器中，而后一类则常常用于低压系统的浪涌保护器里。另外，一个氧化锌电阻片可看做是由许多微型PN结串联而成的，增加氧化锌电阻片的轴向长度就相当于增加了PN结串联的数目，可以提高电阻片的击穿电压，而增加氧化锌电阻片的半径就相当于增加了PN结并联的数目，可以提高电阻片的通流能力，由此采用不同的氧化锌电阻片尺寸便可以制造出不同规格的避雷器来    有关金属氧化物避雷器的电气性能可分别见表4.8和表4.9所列     在110 ~ 500kV电力系统，我国一般都采用中性点直接接地的运行方式，这对金属氧化物避雷器的应用十分有利。但在10 ~35kV中性点非直接接地的电力系统中，发生单相接地故障时，一般允许带单相接地故障运行两小时，甚至更长时间而线路断路器也不跳闸。此时其他健全相的电压升高到线电压，这对无间隙氧化锌避雷器将是一个严峻的考验。如果这时再发生弧光接地或谐振电压，氧化锌避雷器动作放电时就有可能爆炸损坏，对此，应采用并联间隙或串联间隙的氧化锌避雷器来防止该问题发生。     并联间隙的氧化锌避雷器，其电路原理如图4.32所示，图中R1和R2为氧化锌电阻片，G为并联间隙。正常运行时，由R1和R2共同承担工作电压，荷电率较低，可将漏电流限制到足够低的数值。当冲击放电电流太大时，避雷器残压有可能超过要求的保护电平时，G被击穿，将R2短路，于是避雷器残压此时仅由R决定了。避雷器的U1mA原来是由R1和R2共同来确定，因此U10KA/U1mA可以降低。估计在避雷器并联间隙后，可以将该压比从无间隙的2 ~2.2倍降低到1.7~1.8倍。     串联间隙的氧化锌避雷器，其电路原理如图4.33所示，图中G1和G2为串联间隙，R1 R2为碳化硅分路电阻，Rz为氧化锌电阻片，C为调节冲击因素的并联电容。正常工作情况下，R1和R2作为G和G2的均压电阻，又与Rz构成-一个分压器，分担着避雷器的电压负荷。若R1和R2负担50%的电压，其余一半由Rz负担，显然也就降低了氧化锌电阻片的荷电率。这是碳化硅电阻片做不到的，因为小电流时它的电阻与分路电阻相比太小了，但氧化锌电阻片则不同，小电流时它的电阻完全可以与分路电阻相比较。当过电压作用时，R1与R2上的电压升高，G1与G2被击穿，避雷器的残压这时完全由氧化锌电阻片来决定。同样在灭弧中，两间隙也仅负担- -半恢复电压，其余一半由氧化锌电阻片分担，从而大大减轻了间隙的灭弧负担。这个原理可以将串联间隙的氧化锌避雷器的压比降低到1.24。