氧化锌避雷器的简介及试验
摘 要：本文从氧化锌避雷器工作原理、特点及试验方法详细阐述了氧化锌避雷器。氧化锌避雷器因具有较齐全的防护功能，稳定性高、体积小、使用寿命长，所以目前被广泛应用。 关键词：氧化锌避雷器；优点；特性；试验
一、氧化锌避雷器工作原理
1、氧化锌避雷器工作原理
氧化锌避雷器是世界公认的当代最先进防雷电器。它是七十年代发展起来的一种新型避雷器，它主要由氧化锌压敏电阻构成。每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压(叫压敏电压或阀值电压)，在正常的工作电压下(即小于压敏电压)压敏电阻值很大，相当于绝缘状态，但在冲击电压作用下(大于压敏电压)，压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。然而压敏电阻被击状态，是可以恢复的；当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状态。因此，在电力线上如安装氧化锌避雷器后，当雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，使电源线上的电压控制在安全范围内，从而保护了电器设备的安全。
2、避雷器的作用
避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备。避雷器就是在线路或设备上人为地制造绝缘薄弱点即间隙装置，间隙的击穿电压比线路或设备的雷电冲击绝缘水平低，在正常运行电压下间隙处于隔离绝缘状态，在过电压下间隙被击穿接地，放电降压起到保护线路或设备绝缘的作用。
二、氧化锌避雷器的优点、七大特性及基本参数
1、氧化锌避雷器的优点：
a、具有完全的防雷功能，即对雷电陡波和雷电幅值同样有限压保护作用；b、防雷保护作用不会造成电力网接地故障或相间短路故障； c、防雷保护作用不应有短路电流或工频续流等工频能源浪费；d 动作特性应具有长期运行稳定性，免受暂态过电压危害； e、具有连续雷电冲击保护能力；f、有较小的外形尺寸，小型化轻量化更便于室内手车柜使用； g、具有20 年以上使用寿命；h、能附带脱离器监察运行工况 ，当其失效时自动退出运行。
2、七大特性
a、氧化锌避雷器的通流能力大。这主要体现在避雷器具有吸收各种雷电过电压、工频暂态过电压、操作过电压的能力。
b、氧化锌避雷器的保护特性优异。氧化锌避雷器是用来保护电力系统中各种电器设备免受过电压损坏的电器产品，具备保护性能好、重量轻、尺寸小的特征，具有良好保护性能。 c、氧化锌避雷器的密封性能良好。避雷器元件采用老化性能好、气密性好的优质复合外套，陶瓷外套作为密封材料，确保密封可靠，使避雷器的性能稳定。
d、氧化锌避雷器的机械性能。主要考虑承受的地震力、风力和顶端承受导线的最大允许拉力。
e、氧化锌避雷器的良好的解污秽性能。
f、氧化锌避雷器的高运行可靠性。
g、工频耐受能力，由于电力系统中如单相接地、长线电容效应以及甩负荷等各种原因，会引起工频电压的升高或产生幅值较高的暂态过电压，避雷器具有在一定时间内承受一定工频电压升高能力。
3、氧化锌避雷器的基本参数
（1）避雷器额定电压：按IEC标准规定，避雷器注入标准规定的能量后，必须能耐受相当于额定电压数值的暂时过电压至少10s，是避雷器运行的重要指标。避雷器额定电压按下式选择Ur≥KUt式中Ur—避雷器额定电压。Ut—暂时过电压。K—切除短路故障时间系数。10S以内切除故障K=1.00，10S以上切除故障K=1.3。
（2）、避雷器最大持续运行电压Uc
避雷器最大持续运行电压Uc应与避雷器额定电压Ur近似成正比，一般情况Uc≥0.8Ur，
且不得低于规定值(进口氧化锌避雷器取Uc=0.8Ur)：（a）、直接接地系统：Uc≥Um /■ 。(b)、非直接接地系统：10S以内切除故障时Uc≥Um■；10S以上切除故障Uc≥Um(35～66KV)，Uc≥1.1Um(3～10KV)。
三、氧化锌避雷器(MOA)的试验
1、试验项目的意义：
a、可初步了解其内部是否受潮，及时发现缺陷。b、U1MA主要检查阀片是否受潮，确定其动作特性和保护特性是否符合要求，以直流电压和电流方式来表明阀片的伏安特性线饱和点的位置。C、75%U1MA一般比最大工作相电压（峰值）要高一些，在此电压下主要检测长期允许工作电流是否符合规定因为这一电流与MOA的使命有直接关系，一般在同一温度下泄漏电流与寿命成反比。
2、氧化锌避雷器(MOA)的试验步骤及保护安全设施：
（1）预试在雷雨季节前进行，试验前检查：检查外部有无裂纹，破碎、绝缘瓷筒是否完整，表面有无闪络痕迹，左右摇晃有无异响。
（2）、测量绝缘电阻：使用2500V或者以上的揺表，测量前先对其进行开路、短路试验。用2500V以上兆欧表，摇测避雷器的两极绝缘电阻，1min，记录绝缘电阻，应当注意，无间隙氧化避雷器35KV以上，绝缘电阻不得小于2500 MΩ，35KV以下，绝缘电阻不得小于1000MΩ。测完后对避雷器的两极要充分放电。
（3）直流1mA电压u1mA，及0.75u1mA下的泄露电流测量：
a、将避雷器表边擦拭干净，b、采用高压直流发生器进行所有接线后升压，将电流升至1mA，读取电压值U1mA，降压至零。如果在升压过程中电流突变应放慢升压速度。C、计算0.75倍u1mA值，升压至0.75倍u1mA测量泄露电流大小，并记录。降压至零，关闭试验器并对避雷器用接地杆充分放电挂接地线，拆除试验接线。
判断方法为，避雷器直流1mA电压的数值不应该低于GB11032中的规定数值，且u1mA实测值与初始值或制造厂规定值比较变化不应该超过±5%，0.75u1mA下的泄露电流不应该大于50μA，且与初始值比较不应有较大变化。
小结：
氧化锌避雷器因具有体积小、重量轻、使用寿命长等优点而被广泛使用，每年雷雨季节来临之前应对避雷器做相应试验从而有效的保护设备。它故障检查方便，从外观即可观察出一般故障，直流试验操作简单方便。
参考文献
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第二篇：浅谈220kV复合外套氧化锌避雷器泄漏试验
浅谈220kV复合外套氧化锌避雷器泄漏试验 引言
目前在电力系统中运行的避雷器主要有两种类型。一类是以串联火花间隙与碳化硅阀片为主要元件的传统阀型避雷器;另一类是以氧化锌电阻片为主要元件的金属氧化物避雷器。氧化锌ZnO避雷器是七十年代发展起来的一种新型避雷器，它主要由氧化锌压敏电阻构成。每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压（叫压敏电阻），在正常的工作电压下（即小于压敏电压）压敏电阻值很大，相当于绝缘状态；但在冲击电压作用下（大于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。然而压敏电阻被击状态，是可以恢复的；当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状态。因此，在电力线或电力设备上安装氧化锌避雷器后，当雷击或操作过电压时，高电压使压敏电阻击穿，电流通过压敏电阻流入大地，使电源线上的电压控制在安全范围内，从而保护了电器设备的安全。氧化锌避雷器与阀型避雷器相比较，具有体积小、重量轻、防爆和密封性好、爬距大、耐污秽、制造工艺简单、结构紧凑等一系列优点，因而颇受用户欢迎。
一、氧化锌避雷器试验项目及要求
我国电力行业标准DL/T 596—1996《电力设备预防性试验规程》(以下简称《规程》)明确规定其试验项目为：1.绝缘电阻;2.直流1mA下的电压U1mA及75%U1mA下的电流。
二、微安表在避雷器直流泄漏试验的三种接法
泄漏电流试验是为了判断阀片是否受潮，动作特性等是否符合性能，检测避雷器长期容许工作电流是否符号规定的主要试验方法。在避雷器泄漏电流试验中，有许多因素会影响测量结果的准确性，而微安表在不同位置时，避雷器的泄漏电流测量数值也不同，对测量结果有很大的影响。本文就以微安表在避雷器泄漏电流试验时三种接法进行比较。
2 微安表在避雷器泄露电流试验时三种接法优缺点
如图所示接线中，高压引线及高压输出端均暴露在空气中，其对地，对绝缘支撑物等均有一定的杂散电流，泄漏电流流过。这些电流有流过避雷器内部的体积泄露i0（在图中没有画出来）； 高压硅堆及硅堆至微安表高压引线的对地杂散电流i1；屏蔽线对地杂散电流i2；高压引线及高压端通过空气对地的杂散电流i3；避雷器高压端外壳表面对地的泄漏电流i4。
2．1 微安表接在试验变高压绕组尾部（图pa1）的优缺点
这种接线方式的微安表处于底电位，具有读数安全，切换量程方便的优点，但缺点是高压引线等对地部分的杂散电流均通过微安表。这时微安表读数为：ipa1=i0+i1+i2+i3+i4，所以泄漏电流测量结果误差较大，而且不容易屏蔽，消除不了杂散电流对测量结果的影响。
2．2 微安表接在避雷器高压端（图pa2）的优缺点
这种接线方式的微安表处于高电位，如果要消除杂散电流对测量结果的影响，就必须有良好的绝缘屏蔽，但屏蔽起来比较困难；微安表位置距试验员较远，读数不便，更换量程不易。优点是测出的泄漏电流准确，排除了部分杂散电流的影响。此时微安表读数为：ipa2=i0+ i3+i4，而i4也可以通过避雷器高压端加屏蔽掉，i2、i3由于在高压引线加屏蔽已屏蔽掉。
2．3微安表接在避雷器低压端（图pa3）测量结果的优缺点
这种接线的微安表处于低电位、高压引线等部分的杂散电流不经过微安表读数，切换量程方便，屏蔽容易。此时微安表的读数为：ipa2=i0 +i4，如在避雷器下部瓷裙加短路线接地则可以屏蔽掉i4。另外，i4电流与高压引线和低压微安表引线距离有关，可以通过加大两者的距离等办法减小影响。可见微安表在避雷器下端进行测量是一种比较方便、精确的测量方法。
实例，在对新丰江电厂220kv新河甲线a相的避雷器进行测量0.75U1ma直流电压下的泄漏电流时，如图所示，微安表在三种不同位置下所测得的泄漏电流数值分别为：ipa1=55，ipa2=48， ipa3=45。可见微安表在不同位置下对消除高压引线引起的杂散电流及表面泄漏电流的影响，取得准确的试验数据，效果是不同的。
3．结束语。
综上所述，在避雷器泄漏电流试验时，微安表在避雷器下端比微安表接在试验变高压绕组尾部时所测得的试验数据更准确，比微安表接在避雷器高压端时切换量程方便，屏蔽简单。所以推荐尽可能采用这种接线方式。
三、屏蔽线的接法
保护设备的绝缘免受雷电和操作等过电压的损坏起到良好的作用。优越性的逐步体现，使得串联间隙氧化锌避雷器将被越来越多的使用;其试验标准也将逐步完善和规范。
摘 要：金属氧化物避雷器(下文简称MOA)以其优异的技术性能逐渐取代了其它类型的避雷器，成为电力系统的换代保护设备。由于MOA没有放电间隙，氧化锌电阻片长期承受运行电压，并有泄漏电流不断流过MOA各个串联电阻片，这个电流的大小取决于MOA热稳定和电阻片的老化程度。如果MOA在动作负载下发生劣化，将会使正常对地绝缘水平降低，泄漏电流增大，直至发展成为MOA的击穿损坏。所以监测运行中MOA的工作情况，正确判断其质量状况是非常必要的。
关键词：金属氧化物避雷器 泄漏电流 现场测试
1 前言
近年来，金属氧化物避雷器(下文简称MOA)以其优异的技术性能逐渐取代了其它类型的避雷器，成为电力系统的换代保护设备。由于MOA没有放电间隙，氧化锌电阻片长期承受运行电压，并有泄漏电流不断流过MOA各个串联电阻片，这个电流的大小取决于MOA热稳定和电阻片的老化程度。如果MOA在动作负载下发生劣化，将会使正常对地绝缘水平降低，泄漏电流增大，直至发展成为MOA的击穿损坏。所以监测运行中MOA的工作情况，正确判断其质量状况是非常必要的。MOA的质量如果存在问题，那么通过MOA电阻片的泄漏电流将逐渐增大，因此我们可以把测量MOA的泄漏电流作为监测MOA质量状况的一种重要手段。
2 泄漏电流测量仪器原理
常见的MOA泄漏电流测量仪器按其工作原理分为两种：容性电流补偿法和谐波分析法。
2.1 容性电流补偿法
容性电流补偿法是以去掉与母线电压成π/2相位差的电流分量作为去掉容性电流，从而获得阻性电流的方法。
2.2 谐波分析法
谐波分析法是采用数字化测量和谐波分析技术，从泄漏电流中分离出阻性电流基波值。
3 泄漏电流测试方法
3.1 在线监测
近年来，有部分研究单位或生产厂家推出了在线监测系统或在线监测仪器，可以不间断地监测MOA的泄漏总电流或阻性电流，发现泄漏电流有增大趋势时，再做带电检测或停电做直流试验，也收到了良好的效果。
3.2 定期带电检测
MOA的定期检测是指在不停电情况下定期测量避雷器的泄漏电流或功率损耗，然后根据测试数据对避雷器的运行状况作出分析判断，对隐患作到早发现早处理，确保电网安全运行。
4 影响MOA泄漏电流测试结果的几种因素分析
4.1 MOA两端电压中谐波含量的影响
实测证明，谐波电压是从幅值和相位两个方面来影响MOA阻性电流IRP的测量值，谐波状况不同，可能使测得的结果相差很大。而阻性电流基波峰值IRIP则基本不受谐波成份影响，因此建议现场测试判定MOA的质量状况时应以阻性电流基波峰值IRIP为准。 信息请登陆:输配电设备网
根据谐波法原理生产的泄漏电流测量仪，由于它对MOA两端电压波形要求较高，电压中所含谐波对测量结果影响很大，如三次谐波量超过0.5%就可能使测量结果出现很大的误差，因此，在电压波形畸变、三次谐波含量较大的情况下，谐波法只能局限于同一产品同一试验条件下的纵向比较。
4.2 MOA两端电压波动的影响
由于电力系统的运行情况是不断变化的，特别是系统电压的变化对MOA的泄漏电流值影响很大。根据实测数值分析，MOA两端电压由相电压(63kV)向上波动5%时，其阻性电流一般增加13%左右。因此在对MOA泄漏电流进行横向或纵向比较时，应详细记录MOA两端电压值，据此正确判定MOA的质量状况。
4.3 MOA外表面污秽的影响
MOA外表面的污秽，除了对电阻片柱的电压分布的影响而使其内部泄漏电流增加外，其外表面泄漏电流对测试精度的影响也不能忽视。污秽程度不同，环境温度不同，其外表面的泄漏电流对MOA的阻性电流的测量影响也不一样。由于MOA的阻性电流较小，因此即使较小的外表面泄漏电流也会给测试结果带来误差。
4.4 温度对MOA泄漏电流的影响
由于MOA的氧化锌电阻片在小电流区域具有负的温度系数及MOA内部空间较小，散热条件较差，加之有功损耗产生的热量会使电阻片的温度高于环境温度。这些都会使MOA的阻性电流增大，电阻片在持续运行电压下从 20℃～ 60℃，阻性电流增加79%，而实际运行中的MOA电阻片温度变化范围是比较大的，阻性电流的变化范围也很大。
4.5 湿度对测试结果的影响
湿度比较大的情况下，一方面会使MOA瓷套的泄漏电流增大，同时也会使芯体电流明显增大，尤其是雨雪天气，MOA芯体电流能增大1倍左右，瓷套电流会成几十倍增加。MOA泄漏电流的增大是由于MOA存在自身电容和对地电容，MOA的芯体对瓷套、法兰、导线都有电容，当湿度变化时，瓷套表面的物理状态发生变化，瓷套表面和MOA内部阀片的电位分布也发生变化，泄漏电流也随之变化。
4.6 运行中三相MOA的相互影响
由于运行中呈一字形排列的三相MOA，相邻相通过杂散电容等的影响，使得两边相MOA底部的总电流相位发生变化，其值与MOA的安装位置有关，MOA相间距离越近，影响越大，一般两边相MOA底部总电流相位变化3°左右，在运行电压下，MOA底部总电流的相角每变化1°，则阻性电流基波数值变化15%左右。这使得测量结果显示出如下规律：电压与电流夹角φA<φB<φC，阻性电流IRA>IRB>IRC。在实测中，应考虑这一因素的影响。
4.7 测试点电磁场对测试结果的影响
测试点电磁场较强时，会影响到电压U与总电流IX的夹角，从而会使测得的阻性电流峰值数据不真实，给测试人员正确判断MOA的质量状况带来不利影响。
信息来自:输配电设备网
5 MOA质量状况的判断方法
5.1 参照标准法
由于每个厂家的阀片配方和装配工艺不同，所以MOA的泄漏电流和阻性电流标准也不一样，测试时可以根据厂家提供的标准来进行
测试。若全电流或阻性电流基波值超标，则可初步判定MOA存在质量问题，然后需停电做直流试验，根据直流测试数据作出最终判断。
5.2 横向比较法
同一厂家、同一批次的产品，MOA各参数应大致相同，如果全电流或者阻性电流差别较大，即使参数不超标，MOA也可能有异常。
5.3 纵向比较法
对同一产品，在同样的环境条件下，不同时间测得的数据可以作纵向比较，发现全电流或阻性电流有明显增大趋势时，应缩短检测周期或停电作直流试验，以确保安全
5.4 综合分析法
在实际运行中，有的MOA存在劣化现象但并不太明显时，从测得的数据不能直观地判断出MOA的质量状况。根据我们多年现场测试经验，总结出对MOA测试数据进行综合分析的方法，即一看全电流，二看阻性电流，三看谐波含量，再看夹角，对各项参数作系统分析后，判定出MOA的运行情况。
6 结论与建议
(1)对新投运的110kV以上MOA，在投运初期，应每月带电测量一次MOA在运行电压下的泄漏电流，三个月后改为半年一次。有条件的尽可能安装在线监测仪，以便在巡视时观察运行状况，防止泄漏电流的增大。
(2)不同生产厂家，对同一电压等级的MOA在同一运行电压下测得的泄漏电流值差别很大，不应用泄漏电流的绝对值作为判定MOA质量状况的依据，而应与前几次测得的数据作纵向比较，三相之间作横向比较。
(3)电压升高、温度升高、湿度增大，污秽严重都会引起MOA总电流、阻性电流和功率损耗的增大，这是应该注意的。
(4)谐波含量偏大时，会使测得的阻性电流峰值IRP数据不真实，而阻性电流基波IRIP值是一个比较稳定的值，因此在谐波含量比较大时，应以测得的IRIP值为准。
(5)建议测量MOA阻性电流的单位，应根据现场和仪器的条件，加强对影响测试精度的因素进行分析，正确判断MOA运行状况，提高运行可靠性。
(6)在带电测试时，对发现异常的MOA，在排除各种因素的干扰后，仍存在问题，建议停电作直流试验，测取直流参考电压及75%直流参考电压下的泄漏电流，以确诊MOA是否质量合格。确认MOA存在质量问题，应及时与制造厂联系，以便妥善处理
关于这一点，你首先要弄清楚几个问题。试验仪器中主要由这些设备构成：
一、控制操作箱
实际就是一个可以控制调节的变压器它的功能是：
1、把接入进线的220V交流电源，通过滑线自耦变压器调节到二次侧从0~220V的电压。
2、设置加压的时间，到时间自动断开装置电源。
3、显示对应的高压一次侧所施加的电压。
4、显示试验回路中的电流。
5、当出现泄露电流过大时，保护设备自动断开装置电源。
二、电容式分压器：
均衡电场，补偿由于半波整流系统的原因给试验电压带来的不稳定的因素，改善电性能。
三、交直流试验变压器：
升压，用于提供试验所需要的交流或直流两种不同数值的电压。
四、绝缘摇表
在高压试验前、以及高压试验后对要或被检测的避雷器进行绝缘摇测。
为了避免在试验时，高电压直接加在可能有故障或质量不合格的被测试品上，而造成不必要的事故或损失，先摇测检验的这一步是必须要做到的。
五、测试泄漏电流的微安电流表（也有的用毫安电流表）
避雷器施加高压电压时，避雷器不可避免地要产生泄漏电流，这是衡量避雷器质量好坏是否合格的重要指标。
六、检测用的电压表（分为高压式和低压式的）
接在高压或低压侧回路里，目的都是为了观测试验时所加的电压。
七、放电棒
用于放尽试验回路中残存的电荷。
因为不好画图，就只能用语言描述：
1、先对被试品（氧化锌避雷器）进行干燥清洁和绝缘检测，绝缘值应大于2000兆欧以上。
2、试验用220伏电源接进操作控制箱（此时，箱内调压操作滑轮应在零位、启动开关应断开），然后将箱内二次接线接进升压变压器的低压输入端，把箱内仪表监视线接在升压变压器的仪表接线端。（如果箱内没有电压表，此时就可用在这两个端的并接电压表）
3、高压侧用保险丝连接变压器及避雷器的两端，高压变压器改成直流试验模式。
4、避雷器的接地端用铜导线通过串接微安表与高压试验变压器的接地线连接。
5、高压变压器的高压端与电容式分压变压器用保险丝连接，负极用铜导线与变压器的地线连接。
6、把放电棒的接地线与高压试验用变压器的接地线良好连接。
试验开始：
1、在操作控制箱上设置好相应的保护数据，合上电源，（除箱内本身具有的电源开关以外，进线侧必须装有一有明显断开点的闸刀式开关），逐步通过调节滑轮升压，观察电压值和微安表的数值，当泄露电流接近1毫安时，记录下施加高压电压的数值。
2、通过调节滑轮将试验电压电压下降为零，断开操作控制箱的电源，拉开闸刀开关，用放电棒充分放电。
3、待冷却5分钟后，再重复以上步骤，不过这个时候施加的试验电压只是额定电压的75%，这是主要观察泄露电流的情况和数值，并记录。加压的时间为5分钟。
3试验完毕后停电放电的步骤与上面所述相同。
4、试验结束后触摸避雷器的表面，看有无发热和发热的程度。
5、用绝缘摇表检测试验后的绝缘数值。试验完毕。
对于你的问题的纠正：
最近看到新机组调试中的避雷器耐压实验，测量绝缘，测量1mA下的直流额定电压，（测量泄露电流为1mA时的直流电压）以及测量75%额定电压下的泄露电流。
有点问题，我看实验设备里包括：
分压器 （电容式分压器，容量一般为0.01~0.1微法）
万用表 （用于测量电流的万用表）
T欧表（测绝缘用的） ——（就是绝缘摇表，2500V的）
交直流试验变压器
轻型高压实验变压器 （调压装置，一般装在控制调节箱内）
还有个测电压的 （高压电压测量表，比在低压侧测量要合适而且真实一些）
有点不清楚，这个实验里到底是怎么连接的呢？为什么用2个变压器，万用表（测量泄露电流的电流表是串接在避雷器与地线的回路中）是和避雷器串联？测电压那个是和（高压侧的电容式分压器并接在一起的）谁联在一起的？为什么要用分压器（用来均衡电场，补偿由于半波整流系统的原因给试验电压带来的不稳定的因素，改善电性能）？有人可以解释一下详细的流程吗？
另外，顺便问一下，交流耐压和直流耐压的区别？不可能笼统的就说交流耐压比直流好吧？
1 引言
复合外套氧化锌避雷器问世于８０年代，美国、日本、俄罗斯等国已分别研制出６．６～７５０ｋＶ系统用复合外套氧化锌避雷器，并有数千万只在电力系统运行。我国从开始到现在，已研制和生产３ｋＶ～５００ｋＶ电压等级的复合外套氧化锌避雷器，并以生产１０ｋＶ电压等级为主。
复合外套氧化锌避雷器与瓷外套氧化锌避雷器相比较，具有体积小、重量轻、防爆和密封性好、爬距大、耐污秽、制造工艺简单、结构紧凑等一系列优点，因而颇受用户欢迎，但也存在外套材料的老化和电蚀损的不足。目前在这一领域除了研究如何提高氧化锌非线性电阻片的特性外，还研究外套绝缘材料的耐老化
和电蚀损性，以及改善内绝缘结构及材料特性，以弥补有机复合材料的不足。
就我国目前大批量生产的１０ｋＶ电压等级复合外套氧化锌避雷器而言，其内外结构有十多种，而外套绝缘材料以硅橡胶为主，并有高温硫化（ＨＴＶ）、中温硫化（ＭＴＶ）、低温硫化（ＬＴＶ）和室温硫化（ＲＴＶ）之分，这样避雷器在结构和材料上的不同，表现出在整体性能上有一定的差别。
笔者首先从内部结构的不同来试验研究复合外套氧化锌避雷器的性能，以比较各个结构避雷器的特性，而对于外套绝缘材料的差别将在以后的研究中逐一报道。 ２ 复合外套氧化锌避雷器的结构
复合外套氧化锌避雷器一般以下面几个主要部件组成：
ａ．串联的氧化锌非线性电阻片（或称阀片）组成阀芯；
ｂ．玻璃纤维增强热固性树脂（ＦＲＰ）构成的内绝缘和机械强度材料；
ｃ．热硫化硅橡胶外伞套材料；
ｄ．有机硅密封胶和粘合剂；
ｅ．内电极、外接线端子及金具。
但是，各个制造厂家却根据不同的生产和技术条件，选择不同的生产工艺和产品结构。笔者按照复合外套氧化锌避雷器的电阻片与外绝缘伞套间的内绝缘结构不同，选择我国目前有代表性的四种结构进行对比性的试验研究，以得到各个不同结构和工艺的复合外套氧化锌避雷器在电气和物理机械等性能方面的差别，这四种典型的避雷器结构如图１所示。
这里分别作Ａ型、Ｂ型、Ｃ型和Ｄ型来代表环氧玻璃丝预制管、树脂玻璃丝复合卷绕、树脂玻璃丝复合卷绕加树脂灌封、热缩塑料套加树脂灌封。除了这四种外，还有ＳＭＣ热模压、高温固化环氧树脂浇注等，这里暂不研究。上述四种结构的避雷器的外伞套都可预制，这样通过高温二段硫化后，使外伞套材料达到最优的电气和物理性能，预制的伞套最后再与芯体粘合和密封。另外，上述四种结构的Ａ型和Ｂ型可以在芯体内绝缘上直接模压或注射成型外伞套，但硫化温度和硫化时间都有一定的限度，否则容易造成内绝缘材料和电阻片的特性发生变化。
图１ 四种典型结构的复合外套氧化锌避雷器示意图
１—接线端子 ２—屏蔽端盖 ３—内电极 ４—电阻片 ５—硅橡胶外套 ６—ＦＲＰ预制管
７—粘合层 ８—弹簧 ９—热固性树脂 １０—ＦＲＰ卷绕层 １１—热缩塑料套
为了提高对比性，四种结构的试品都先制成电阻片芯体（棒），之后通过粘合剂与预制式硅橡胶外套紧密粘结，最后两端用屏蔽端盖封装成避雷器试品和比例单元，其中，Ａ型芯体是将电阻片、电极及弹簧封装于环氧玻璃丝管；Ｂ型芯体是将电阻片及电极用环氧浸渍的无碱玻璃丝带卷绕并加热固化；Ｃ型芯体也是先将电阻片及电极用环氧浸渍的无碱玻璃丝带卷绕并加热固化，再用环氧树脂浇注并加热固化；Ｄ型芯体是先将电阻片及电极用热缩塑料套固定，再用环氧树脂浇注并加热固化。电阻片的尺寸为３４×２０．５ｍｍ。
另外，为了研究避雷器的内外绝缘性能，还用绝缘棒替代电阻片制成“等形于”避雷器的绝缘体试品。
３ 复合外套氧化锌避雷器的性能试验和分析
对于上述四种复合外套氧化锌避雷器的结构，其物理电气性能在哪些方面有差别？差别到底有多大？这就是笔者要研究和解决的问题。
参照复合外套氧化锌避雷器的相关标准就会发现，在所有的试验项目中只有以下几个项目与上述避雷器的内部结构有关联，而其余项目与避雷器结构无关或关系很小。因此，这里只选择以下几个试验项目进行试验。
３．１ ４／１０大电流冲击试验
对于复合外套氧化锌避雷器所用的３４×２０．５ｍｍ电阻片，其４／１０μｓ大电流冲击水平一直是我国向ＩＥＣ标准（即达到６５ｋＡ）以及国外先进水平冲击的目标，目前我国部分生产厂还不能完全满足ＩＥＣ的要求。众所周知，在进行４／１０μｓ大电流冲击试验中，由于残压高，往往沿电阻片侧面发生闪络或斜穿闪，为了解决这一问题，通过电阻片侧面绝缘保护材料的工艺改性，或加强避雷器内绝缘特性等措施可以提高避雷器４／１０μｓ大电流冲击性能。用过去广泛使用的１４５绝缘漆侧面保护的电阻片串联制成比例单元，其直流１ｍＡ参考电压为８．８ｋＶ～８．９ｋＶ，每种结构的避雷器比例单元三只，大电流从低向高逐级试验，每只试品按照避雷器标准的要求试验两次，试验结果如表１所示。
表１ 四种避雷器比例单元的４／１０μｓ大电流冲击试验结果 ｋＡ
试品分类 Ａ型 Ｂ型 Ｃ型 Ｄ型
试品编号 Ａ１ Ａ２ Ａ３ Ｂ１ Ｂ２ Ｂ３ Ｃ１ Ｃ２ Ｃ３ Ｄ１ Ｄ２ Ｄ３
第一次试验 ５２ ５６ ６２ ５５ ６７ ６８ ５５ ６６ ６８ ５６ ６３ ６６
第二次试验 ５４ × × ５８ ６９ ７０ ５９ ６７ ７０ ５８ ６５ ６８
注：表中×表示试验未通过
从试验结果看出，Ｂ型、Ｃ型和Ｄ型试品都能通过两次６５ｋＡ的大电流冲击，而Ａ型未通过５５ｋＡ的大电流，说明Ａ型避雷器电阻片与环氧玻璃丝管之间存在气体间隙，其沿面闪络电压比固体绝缘材料击穿电压要低得多，因此Ａ型避雷器的４／１０μｓ大电流冲击性能比其它三种要低。
３．２ 局部放电
由于复合外套氧化锌避雷器的内外绝缘均为有机复合材料，而局部放电对有机绝缘材料的损害十分突出，在持续运行电压下的局部放电量反映着避雷器的制造水平，虽然ＩＥＣ标准规定１．０５倍Ｕｃ下为５０ｐＣ，但国外大部分制造厂家都规定的很小，如ＩＢＢ公司规定为不大于５ｐＣ。为了研究上述四种结构避雷器在工频电压下的局部放电特性，本文分别用避雷器、以及用绝缘棒替代电阻片制成“等形于”避雷器的绝缘体来测量四种绝缘结构的局部放电特性。 由于试品的起始和熄灭放电电压大部分都大于１．０５Ｕｃ，其中Ｕｃ取为１３．６ｋＶ，因此，笔者通过测量各种试品在局部放电量为５ｐＣ时的起始放电电压，来比较各种结构的局部放电特性，测量结果如表２所示。
从测量结果看出，“等形于”避雷器的绝缘体的起始放电电压均高于避雷器本身，而且从局部放电波形中观测到，所有试品的放电特征都是电晕放电，说明复合外套氧化锌避雷器的局部放电起始于边缘（或尖端）的电晕放电，而不是气体间隙放电，Ａ型结构比其它三种结构的起始放电电压略低，这正是由于在Ａ型结构中，内部的电极及弹簧等在气体媒介中首先产生电晕放电。由此看来，改善电阻片界面处的局部放电特性是提高避雷器整体局部放电特性的主要途径。
表２ 四种避雷器及其绝缘体的起始放电电压 ｋＶ
试品结构分类：Ａ型 Ｂ型 Ｃ型 Ｄ型
避雷器试品编号：Ａ４ Ａ５ Ｂ４ Ｂ５ Ｃ４ Ｃ５ Ｄ４ Ｄ５
起始放电电压：１４ １５ １５ １９ １７ １５ １６ １６
平均值：１４．５ １７．０ １６．０ １６．０
绝缘体试品编号：A6 A7 B6 B7 C6 C7 D6 D7
起始放电电压：１６ １７ ２０ １６ １７ ２０ １７ １８
平均值：１６．５ １８．０ １８．５ １７．５
３．３ 避雷器绝缘的耐压和泄漏电流为了得到复合外套氧化锌避雷器的内外绝缘的耐压特性和泄漏电流，采用上述“等形于”避雷器的绝缘体的试品进行１分钟工频（干）和１５次标准冲击（１．２／５０）耐受试验，以及直流泄漏电流的测量。试验和测量的结果如表３中所示，其中耐受电压值已折算为标准大气条件下的电压值，泄漏电流为表中盐水浸泡前泄漏电流值。从以上结果看出，避雷器内外绝缘的工频和冲击耐受电压都超过１０ｋＶ电压等级避雷器的相关标准，完全满足避雷器的制造要求，在直流电压下的泄漏电流也远远小于避雷器电阻片对应电压下的电流值。
３．４ 密封和热老化关于复合外套氧化锌避雷器的密封性检验，在型式试验中是４２ｈ盐水沸煮后测量其泄漏电流，根据水煮前后泄漏电流的变化量来判断避雷器密封性能。但对于用树脂和玻璃丝复合卷（缠）绕作为内绝缘的避雷器，如同本文Ｂ型和Ｃ型结构，在一定温度下经过长时间热作用后，避雷器电阻片的非线性特性会发生变化，这样使人误认为避雷器的密封性不良。这是由于树脂固化中添加了一些类似于促进剂的材料，它在长时间的热作用下会向电阻片亚表面层扩散，从而使电阻片亚表面层的非线性特性发生变化，导致避雷器的泄漏电流的增大。因此，为了避免这种混淆，将４２ｈ盐水沸煮试验分为１６８ｈ盐水浸泡和１５０ｈ短期热老化试验，以此分别检验复合外套氧化锌避雷器的密封性和短期热稳定性。
复合外套氧化锌避雷器的内部没有空腔，“呼吸”作用很小，主要是水分或潮气的渗透作用，因此我们主要以浸泡试验为主，并适当考虑一些“呼吸”作用。采用“等形于”避雷器的绝缘体做试验，以能在较高的电压下测量泄漏电流，试品首先在１００℃干燥箱中保持３ｈ，完成“呼”气的过程，然后立即放入室温（约２４℃）的氯化钠盐水中浸泡１６８ｈ，完成“吸”水和渗透的过程，盐水的电阻率为４００Ω·ｃｍ，最后从盐水中取出试品冲洗净并自然凉干，２４ｈ后测量直流泄漏电流，试验结果如表３中所示。从结果来看，其泄漏电流的变化量最大不超过４μＡ，说明四种结构的密封性都优良。
为了测量在热作用下，复合外套氧化锌避雷器电阻片的非线性特性的变化，以及避雷器绝缘体的短期热稳定性，分别在避雷器和绝缘体试品上进行１００℃干燥箱短期热老化试验，每累计５０ｈ老化后取出试品在室温下测量直流泄漏电流，试验电压分别取为直流２０ｋＶ和５０ｋＶ，试验结果如表４所示。
测量结果表明，在１５０ｈ热老化后，Ｂ型和Ｃ型避雷器的直流泄漏电流变化量为１８μＡ～２３μＡ，而Ａ型和Ｄ型避雷器的直流泄漏电流变化量仅约５μＡ，由此看来对于用树脂与玻璃纤维直接在电阻片上复合卷绕的避雷器，在制造和试验中不能不考虑长时间温度作用对其泄漏电流的影响。
表４ 四种避雷器及其绝缘体不同热老化时间的直流泄漏电流 μＡ
试品结构分类Ａ型Ｂ型Ｃ型Ｄ型
避雷器（２０ｋＶ）
试品编号Ａ４Ａ５Ｂ４Ｂ５Ｃ４Ｃ５Ｄ４Ｄ５０ｈ８６７８７８７６５０ｈ７７２１１９１８１６７８１００ｈ１０９２６２７２４２３９１０１５０ｈ１３１１２９３１２８２６１２１１
绝缘体（５０ｋＶ）
试品编号Ａ６Ａ７Ｂ６Ｂ７Ｃ６Ｃ７Ｄ６Ｄ７０ｈ２１１１１１１１５０ｈ１１１１１１１１１００ｈ１１２１２１１２１５０ｈ１１２１２１１２ ３．５ 热机和弯曲性能
为了考察上述四种结构避雷器的热机和弯曲性能，分别进行了冷热循环试验和弯曲耐受试验。避雷器＋６０℃±１℃和－４０℃±３℃温度下参照ＩＥＣ标准进行４×２４ｈ冷热循环，施加的弯曲负载为２００Ｎ。试验后先测量工频１５ｋＶ电压下局部放电量，然后继续进行４００Ｎ的弯曲耐受试验，之后再测量局部放电量，最后解剖检查。
四种试品都在试验中未发生脱落等现象，局部放电量测量结果如表５所示，在最后解剖检查中发现，Ｄ型的两只试品都在下电极处有约１ｍｍ～１．５ｍｍ长的裂痕，说明用热缩塑料代替玻璃纤维复合材料作内绝缘材料在热机和机械性能上比较差。另外从局部放电量的测量结果看出，试验前后变化不大，都能满足制造要求，其中Ｄ型的变化量相对较大。
表５ 四种避雷器在热机和弯曲试验前后的局部放电量 ｐＣ
试品结构分类 Ａ型 Ｂ型 Ｃ型 Ｄ型
试品编号 Ａ４ Ａ５ Ｂ４ Ｂ５ Ｃ４ Ｃ５ Ｄ４ Ｄ５
试验前 ６ ５ ５ ２ ３ ５ ４ ４
热机试验后 ５ ５ ４ ３ ６ ４ ７ ８
弯曲试验后 ５ ４ ４ ５ ４ ３ ７ ８
４ 结论
（１）避雷器电阻片的侧面用固体绝缘材料填充可显著提高避雷器的４／１０大电流通流能力，并能改善避雷器的局部放电特性。
（２）在长时间热作用下，电阻片侧面的固体填充材料对避雷器的非线性特性有一定的影响，内绝缘材料的选择需要优化。
（３）研究的几种典型结构避雷器都具有优良的绝缘和密封性能。
（４）避雷器用树脂玻璃纤维复合材料作内绝缘，表现出优良的热机和弯曲特性。
参考文献
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