国内外氧化锌避雷器的前身与发展 _知识百科

避雷器(lightningarrester ;surgearrester) - -种能释放过电压能量限制过电压幅值
的保护设备。使用时将避雷器安装在被保护设备附近，与被保护设备并联。在正常情况下避
雷器不导通(最多只流过微安级的泄漏电流) 。当作用在避雷器上的电压达到避雷器的动作
电压时，避雷器导通，通过大电流，释放过电压能量并将过电压限制在一定水平，以保护设备的绝缘。在释放过电压能量后，避雷器恢复到原状态。避雷器分为保护间隙、击穿保险器、管式避雷器、阀式避雷器等多种型式。
国际、国内避雷器的发展经历了三个阶段:碳化硅阀式避雷器(简称SICA)、氧化锌电瓷避雷器(简称MOA)、合成绝缘氧化锌避雷器(简称CMOA) 。 MOA相对于SICA而言，无机元件氧化锌电阻片取代了碳化硅电阻片，产品芯体性能有了质的飞跃: CMOA 相对于MOA,由于新型有机材料的发现，产品外壳材料的性能又有了一一次质的飞跃，内外性能质的飞跃，加上内外部分的科学粘接，最终保证了整个产品全性能的质的飞跃。可以预计，在今后相当长的时间内除非有新的技术突破， CMOA 将是最新型、最可靠的避雷器。
1回顾与分析
1. 1氧化锌电瓷避雷器
自80年代中期西瓷所、西瓷厂、抚瓷厂联合引进了具有世界先进水平的日本日立公司的MOA制造技术后，国内MOA的生产质量有了长足的发展。由于MOA的芯体一氧化锌电阻片具有非线性好，能量密度大的特点， MOA 不仅能做成有间隙，而且可以做成无间隙(SICA只能做成有间隙) 。无闻隙MOA除具有非线性好，能量密度大的特点外，还具有结构简单、响应时间快、无续流的特点，能保证强电设施在雷电过电压或操作过电压破坏其绝缘性能之前对其行使保护。有间隐MIOA因其间隙的时滞效应，其间隙距离与其保护特性有相互配合的问题，相较而言，无问際MOA运用更简单、可靠。然而无间隙MOA由于没有间隙，内部的氧化锌电阻片须长期承受工作电压，相应参数选择应做适当调整。 80 年代中期， 10kV 配电系统的无间隙MOA由于参数选择没及时作出调整，加上当时氧化锌电阻片能承受的最大荷电率偏低，只能达到50左右，致使当时无间隙MOA事故率较高。通过调整相应参数，并改善氧化锌电阻片的配方及工艺后,使得氧化锌电阻片能承受的最大荷电率提高到85左右，从而使无间陽MOA的事故率降到了正常水平。
1.2合成绝缘氧化锌避雷器
无间隙MOA相对于SICA，具有通流容量大，响应时间快，保护可靠等优点。但它们共同的弱点是瓷外套，只能两端密封，且内部有气隙，批量生产时难以可靠的密封。据行业统计，正常情况下，瓷外套避雷器损坏的原因80以上是因为自身密封不好潮气浸入所致。 1992年，人们将有机合成绝缘的现代绝缘技术应用于MOA，研制出了新型的CMOA. CMOA 除具有无间隙MOA的优点外，还有如下优点:
【国内外氧化锌避雷器的前身与发展】防潮:使用了特殊的材料灌封或整体模压工艺，内部无气隙，潮气无法侵入。
防爆:即使遭受直接雷击，有机外套也不会爆炸危及周围的人、物，最多只是局部开裂。
防污自洁:有机外套具有“憎水性”，不易积垢，即使积垢后，污垢也随之具有“憎水性”，大大提高污闪电压，绝缘性能更好。
它还具有体积小，重量轻，运输不破损，不生锈，安装预试非常方便等优点。由于产品保护强电设施的可靠性及自身的可靠性高， CMOA可加大预防性试验时间间隔。
CMOA的研制自1992年以来，经历了三个阶段的改进。
第一阶段: 伞裙单个制作，然后粘接成整个外套，最后在定位的外套与氧化锌电阻片之间灌入特殊材料而制成(灌封型) 。
第二阶段:多个伞裙- -- 次制作而成，克服了大量生产时单个伞裙粘接不牢的质量问题(灌封型) 。
第三阶段:将有机合成绝缘材料直接模压在氧化锌电阻片芯体的外围，使之浑然一体。它克服了第一、第二阶段工艺粘接不牢或因3层材料(有机合成绝缘外套层、特殊灌封材料中间层、氧化锌电阻片最内层)热膨胀系数不同而长期使用时可能出现两界面相对滑动而潮气浸入的可能性(整体模压型) 。
1. 3氧化锌电阻片
目前国内Zn0电阻片生产厂家约200家，其配方、生产工艺改进过程大致如下:
生产工艺改进过程时期配方边釉主要
工艺80年代中后期至90年代初期无银玻璃料有机环氧边釉排胶、高温烧成，两条隧道窑
90年代初、中期加入银玻璃料有机环氧边釉排胶、高温烧成、热处理，三条隧道窑
近3年加入银玻璃料无机高阻层等排胶、预烧、高温烧成、热处理，四条隧道窑

配方内如不加入银玻璃料进行热处理,则制成的Zn0电阻片能承受的最高荷电率只能达到50左右，加入后，其荷电率可提高到85，电阻片能承受更高的非正常电压且稳定性更好。
有机环氧边釉的Zn0电阻片，由于有机环氧边釉只能耐温约80C，更高温度下会碳化。因此其电阻片只能用来制造MOA或灌封型CMOA,而CMOA国内先进且成熟的制造工艺是整体模压工艺，温度约为150'C，而Zn0电阻片的有机环氧边釉是不能承受的。

经多年的共同努力后，近3年终于找到了稳定可靠的无机高阻层与防潮绝缘漆配合使用的边
釉，该边釉完全能满足CMOA整体模压工艺的电性能、机械性能、耐温性能的要求。
常见故障及原因
(1) 灌封型CMOA 在放一段时间后， lmA下的电压下降，漏电流I1增大，其原因可能性有两方面:其一，潮气侵入:其二， Zn0 电阻片边釉不稳定。
(2)模压型CMOA存放- -段时间， ImA 下的电压下降，漏电流I1增大，原因是电阻片边釉与整体模压工艺配合不当。
(3) CMOA 运行一段时间后， 1mA 下的电压下降， I1增大，甚至无过电压条件下被击穿。原因可能性有:其一，潮气侵入;其二， Zn0 电阻片边釉不稳定:其三，电阻片边釉与整体模压工艺配合不当;其四，灌封材料或加固用高分子材料的绝缘性能劣化;其五， Zn0电阻片荷电率偏低且不稳定，运行后，电阻片劣化。

选用运行保护可靠的CMOA
按国内目前制造CMOA所能具备的生产条件、检测手段、配方的科学性及工艺的成熟性而言，国内生产的CMOA应能达到国际同类产品90年代水平，完全能可靠保护强电设施安全运行。但实现上述目标必须达到下列要求。
(1) Zn0电阻片荷电率必须达到80以上。
(2) Zn0 电阻片边釉由无机高阻层与防潮绝缘漆构成，或是更新经验证可靠的绝缘材料。
(3) Zn0 电阻片除达到GB11032- -89外， 2ms 方波必须经过逐片筛选，大电流冲击值必须提高。
(4)科学的橡胶配合及工艺。
(5)采用科学的整体模压工艺。
(6)加固用高分子材料，电性能、耐热性能、机械性能必须全面满足整体模压工艺要求。
(7) 拥有一流的专业技术人才及管理人才。
4 结论
(1)CMOA是国际国内最新型避雷器。
(2)整体模压工艺是目前国内制造CMOA科学且成熟的工艺。
(3)CMIOA能可靠保护强电设施安全运行，且自身能长期可靠运行。
(4)国内Zn0电阻片生产厂约有200家，能达到国际90年代水平厂家约10家。
(5)国.内CMOA制造厂家约有270家，其中工艺先进、质量优异的厂家约有10余家。避雷器参数定义
1、标称电压Un: 被保护系统的额定电压相符，在信息技术系统中此参数表明了应该选用的保护器的类型，它标出交流或直流电压的有效值。
2、额定电压Uc:能长久施加在保护器的指定端，而不引起保护器特性变化和激活保护元件的最大电压有效值。
3、额定放电电流Isn:给保护器施加波形为8/20us的标准雷电波冲击10次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。标称放电电流(kA):用于划分避雷器等级的放电电流峰值。 220kV 及以下系统不应超过5kA 。
4、最大放电电流Imax:给保护器施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击1次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。
5、电压保护级别Up:保护器在下列测试中的最大值: 1KV/μs 斜率的跳火电压:额定放电电流的残压。
6、响应时间tA:主要反应在保护器里的特殊保护元件的动作灵敏度、击穿时间，在一定时间内变化取决于du/dt或di/dt的斜率。
7、数据传输速率Vs: 表示在- 秒内传输多少比特值，单位: bps; 是数据传输系统中正确选用防雷器的参考值，防雷保护器的数据传输速率取决于系统的传输方式。
8、插入损耗Ae:在给定频率下保护器插入前和插入后的电压比率。
9、回波损耗Ar:表示前沿波在保护设备(反射点)被反射的比例，是直接衡量保护设备同系统阻抗是否兼容的参数。
10、最大纵向放电电流:指每线对地施加波形为8/20us的标准雷电波冲击1次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。
11、最大横向放电电流:指线与线之间施加波形为8/20us的标准雷电波冲击1次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。
12、在线阻抗:指在标称电压Un' 下流经保护器的回路阻抗和感抗的和。通常称为“系统阻抗”
13、峰值放电电流:分两种:额定放电电流Isn和最大放电电流Imax.
14、漏电流:指在75或80标称电压Un下流经保护器的直流电流。

金属氧化物避雷器泄漏电流现场测试分析
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。

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MIOA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，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。
1.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法。
1.1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。
1.2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。

2泄漏电流测试方法
2.1在线监测
近年来，有部分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。
2.2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。

3 MOA 泄漏电流测试结果的几种因素分析
3.1MOA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Iur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Inr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Iur为准。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。
3.2 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。
3.3 M0A 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。
3.4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"C ~+60C，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。
3.5湿度对测试结果的影响
湿度比较大的情况下， -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， MIOA 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。
3.6运行中三相MOA的相互影响
由于运行中呈--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M0A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:电压与电流夹角φσ<φr<φc，阻性电流Im>Im>Im 。在实测中，应考虑这因素的影响。
3.7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。

4 氧化锌避雷器质量状况的判断
4.1参照标准法
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，然后需停电做直流试验，根据直流测试数据作出最终判断。
4.2横向比较法
同一厂家、同-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。
4.3纵向比较法
对同-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。
4.4综合法
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，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。

5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Ium数据不真实，而阻性电流基波Inr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Iir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。