郭俊峰 韓琦 毛天華 李毅

摘 要：為了測試氧化鋅避雷器的效果，了解氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)，工作原理以及功能特性。進行了氧化鋅避雷器效驗，同時也詳細介紹了端口保護器件的抗干擾能力的等級劃分。雷擊是引起電力系統(tǒng)故障的主要原因之一，雷擊可造成的雷電流的數(shù)值可以非常高，從而引起電磁效應(yīng)對系統(tǒng)造成破壞，這種電磁效應(yīng)就可以用HEMP注入脈沖源來模擬，脈沖源的輸出可以等效這種場景，選擇氧化鋅避雷器為效應(yīng)物，對氧化鋅避雷器做效應(yīng)實驗。

關(guān)鍵詞：氧化鋅避雷器;電磁脈沖效應(yīng);過電壓保護;抗干擾能力

雷電產(chǎn)生的電磁脈沖對于我們身邊的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng)都會帶來很嚴重的影響，全球每年都會因為這種電磁脈沖導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng)頻頻出現(xiàn)故障，這樣會導(dǎo)致極高的經(jīng)濟損失，為國家?guī)韲乐氐慕?jīng)濟負擔。[1-2]在現(xiàn)在飛速發(fā)展的社會中，加入民用和軍事上的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng)受到電磁脈沖的影響，就會受到很嚴重的損失，軍事上可能會導(dǎo)致整個國家的安全問題，民用上可能會破壞社會秩序，所以電磁脈沖及其工程防護的理論和技術(shù)很受關(guān)注并且全球?qū)ζ溲芯繜岫纫埠芨摺?/p>

一、氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)

氧化鋅避雷器主要有兩種結(jié)構(gòu)，即帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器以及無間隙氧化鋅避雷器[3]。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器中的間隙有著阻隔的作用，這樣就導(dǎo)致了一部分電阻片就沒有運行工作電壓，也就會面臨著系統(tǒng)老化問題，這樣就會導(dǎo)致容易發(fā)生故障，對電力系統(tǒng)正常運行存在著極大的隱患。而無間隙氧化鋅避雷器內(nèi)部電阻為氧化鋅電阻，使用這樣的電阻使性能有著明顯的提升。

（一）無間隙氧化鋅避雷器

該氧化鋅避雷器上邊連接高壓線夾，高壓線夾在連接至高壓線上，下邊連接脫離器，脫離器連接電纜和監(jiān)測器，相當于直接連接各系統(tǒng)，沒有間隙。這樣的構(gòu)造能使避雷器不易發(fā)生損傷，即一旦監(jiān)測器檢測出避雷器有故障的時候，脫離器就會作用，讓避雷器與電壓線不連接，以免讓避雷器發(fā)生永久性的損傷，也會讓電網(wǎng)系統(tǒng)不會發(fā)生永久性的故障。因為沒有間隙的原因，避雷器里的物件會長時間工作，容易老化。

而影響壽命，對于非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的現(xiàn)象出現(xiàn)時，這樣的避雷器很容易熬成重大損失。無間隙氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

（二）帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器

帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器除了本身還包含串聯(lián)間隙部分，串聯(lián)間隙部分與絕緣子串并聯(lián)，在陰雨雷電的天氣下，很容易引起雷電流在避雷器周圍形成高電壓，使氧化鋅避雷器的串聯(lián)間隙部分可能會被擊穿，使電位差減少，這樣絕緣子閃絡(luò)的問題就會得到解決，同時可以減少線路發(fā)生跳閘停電的事故。在避雷器的串聯(lián)間隙部分工作之后，氧化鋅避雷器本身含有的電壓遠小于絕緣子串上的電壓即絕緣子閃絡(luò)電壓，也必須保證電弧在特定電壓下可以熄滅，來保證整個系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。氧化鋅避雷器的串聯(lián)間隙部分又可以分為復(fù)合絕緣子固定間隙和純空氣間隙兩種結(jié)構(gòu)。對于復(fù)合絕緣子固定間隙的避雷器安裝起來很隨意，任意角度下都可以安裝到所需設(shè)備上，在檢修時會非常的方便。并且避雷器的本身與高壓線之間有隔離間隙，這就導(dǎo)致了即使在系統(tǒng)運行的時候避雷器也不會帶電，這種避雷器自身的功率損耗也非常小，避雷器內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不會長期帶電導(dǎo)致問題的發(fā)生，這使避雷器的壽命大大增加。帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器如圖2所示。

二、氧化鋅避雷器的功能特性

（一）氧化鋅避雷器的作用

氧化鋅避雷器是用來保護電氣設(shè)備的，它是通過限制過電壓來實行保護的，它所配備的防護功能非常完善，體積以及質(zhì)量都非常小，并且可以長期穩(wěn)定運行，獲得了應(yīng)用的廣泛性。它就是在電氣線路上或者設(shè)備上人工安裝間隙裝置，該裝置的擊穿電壓要比電氣線路上或者設(shè)備上的擊穿電壓低，在系統(tǒng)正常工作時該間隙裝置并不影響系統(tǒng)的正常工作，當電壓升高到擊穿電壓時，間隙裝置直接接地實施放電來實現(xiàn)降壓來保護電氣設(shè)備[4]。

（二）氧化鋅避雷器功能特性

避雷器的特性就是過電壓保護，而氧化鋅避雷器可以在電力系統(tǒng)上起到限壓保護作用，但是對于沒有上限的過電壓，最主要的就是暫態(tài)過電壓，其頻率是正常的數(shù)倍，一旦暫態(tài)過電壓成為避雷器的工作電壓，避雷器就會長時間處于工作狀態(tài)并且發(fā)熱，而導(dǎo)致避雷器的不可逆損害。我們一般會將所有的暫態(tài)過電壓移到保護死區(qū)內(nèi)并且保證不能外泄，這樣避雷器就不容易損壞，也就是暫態(tài)過電壓承受能力強，反之則不同。

三、氧化鋅避雷器的效應(yīng)實驗

按照原理圖對其進行安裝，效應(yīng)物為氧化鋅避雷器，通過容性注入的方法對氧化鋅避雷器做效應(yīng)實驗，通過調(diào)試出的雙指數(shù)脈沖對其氧化鋅避雷器進行輸出，將充電電壓升至30kV，達到相對完美輸出。我們選用220V，1kV，3kV，10kV，35kV等型號的氧化鋅避雷器，將該輸出注入到不同型號的氧化鋅避雷器上，我們依次做注入實驗，對于35kV以下的避雷器，其實驗輸出如圖3所示，由于結(jié)果幾乎一樣，我們選擇采用注入220V氧化鋅避雷器實驗結(jié)果來演示，我們發(fā)現(xiàn)這樣的輸出對于220V，1kV，3kV，10kV即35kV以下的避雷器能夠達到擊穿，輸出的結(jié)果達到了擊穿的效果，但是對于其中的抗干擾能力仍大有不同，型號是220V，1kV和3kV的避雷器就有了實質(zhì)性的功能損壞，（下轉(zhuǎn)第209頁）

（上接第207頁）造成了不可逆的損壞，也就是避雷器直接報廢，所在的電子系統(tǒng)也會受到嚴重的破壞，這類屬于功能損壞;型號是10kV的避雷器仍舊可以使用，但相應(yīng)的電子系統(tǒng)也會受到影響，我們只需立即重新啟動電子系統(tǒng)，避雷器所在的電子系統(tǒng)仍然可以正常使用，避雷器也沒有造成不可逆的損害，仍然可以起到防護的作用，這類屬于工作干擾。

最后我們又實驗了型號為35kV及以上的氧化鋅避雷器，最后輸出的結(jié)果為如圖4所示。

從中我們看到了輸出結(jié)果仍為雙指數(shù)脈沖波形，說明了該型號的避雷器沒有被擊穿，也就表明了這樣的輸出并沒有影響到氧化鋅避雷器，氧化鋅避雷器達到了防護，電子系統(tǒng)可以正常工作，也就是這樣的脈沖輸出對于型號為35kV以上的避雷器基本沒有影響，可以正常工作。

四、結(jié)論

a）介紹了兩種氧化鋅避雷器，分別為無間隙氧化鋅避雷器和帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器，對其結(jié)構(gòu)與功能做出了詳細的闡述。

b）氧化鋅避雷器是用來保護電氣設(shè)備的，它是通過限制過電壓來實行保護的，所配備的防護功能非常完善，體積以及質(zhì)量都非常小，并且可以長期穩(wěn)定運行，獲得了應(yīng)用的廣泛性。

c）上升時間在20ns左右，脈沖寬度450～500ns，電流峰值不小于1kA的雙指數(shù)脈沖對于型號35kV以下的氧化鋅避雷器有著影響，可以影響到其所在的電子系統(tǒng)，對于型號10kV以下的氧化鋅避雷器造成功能損害，電子系統(tǒng)也會受到嚴重的破壞，對于型號為10kV的避雷器造成工作干擾，重啟系統(tǒng)，避雷器和電子系統(tǒng)仍舊可以工作，對于35kV及以上的型號，氧化鋅避雷器可以正常防護使其電子系統(tǒng)可以正常工作。

參考文獻：

[1] 呂治輝，高功率自己穿氣體火花開關(guān)多脈沖運行特性研究【D】.長沙：國防科技大學(xué)，2005：45-50.

Lv Zhi hui.Investigationof spark gap switch multi pulse operating in the selfbreakdown model[D].Changsha：National University Defense of Technology，2005：45-50.

[2] Alex Pokryvailo，Yefim Yankelevich，Shapira M.A compact source of su bgigawatt subnanosecond pulses[J]. IEEE Transactions on Plasma Science，2004，32（5）：1909-1918.

[3]應(yīng)衛(wèi)華，王軍華，王孝華.氧化鋅避雷器在送電線路的應(yīng)用[J].湖州師范學(xué)院學(xué)報，2009，31（S1）：119-120+132.

[4]高巖. 淺析氧化鋅避雷器[J].廣播電視信息（下半月刊），2008，11：56-59.