個(gè)電涌放電器利用連接在線路和地面之間的氣隙提供雷電保護(hù)。它們的主要缺點(diǎn)是需要串聯(lián)線性電阻和保險(xiǎn)絲來中斷功率跟蹤電流。此外，當(dāng)間隙產(chǎn)生火花時(shí)，會(huì)在電路中產(chǎn)生故障，并且當(dāng)斷路器清除時(shí)會(huì)造成令人不快的停電。
　　能夠限制電壓而不產(chǎn)生斷電的設(shè)備更有吸引力。
　　經(jīng)過幾代避雷器的發(fā)展，1954 年推出的閥式碳化硅避雷器是一項(xiàng)重大的技術(shù)進(jìn)步。閥元件（或閥塊）由非線性電阻器（通常是碳化硅 (SiC)）組成，其電阻值隨著電壓升高而突然減小。閥塊的名稱來源于電流流動(dòng)的閥門動(dòng)作。
　　碳化硅避雷器可以降低變電站設(shè)備的基本雷電沖擊絕緣水平 (BIL)，具有高故障電流承受能力和更小的尺寸，可顯著節(jié)省成本。
　　現(xiàn)代金屬氧化物避雷器（通常是氧化鋅 (ZnO)）于 1976 年左右推出，不需要間隙，并且表現(xiàn)出更好的開關(guān)浪涌處理特性、穩(wěn)態(tài)條件下的電流減小以及引線長度縮短。
　　盡管碳化硅避雷器多年來一直提供良好的服務(wù)，但更好的性能和改進(jìn)的電力系統(tǒng)可用性使金屬氧化物器件成為更好的選擇。
　　有不同電壓和功率級別的避雷器，可以適合受保護(hù)設(shè)備的需求。
　　碳化硅 (SiC) 閥式避雷器
　　SiC閥式避雷器采用由碳化硅和無機(jī)粘合劑制成的非線性閥元件（電阻器）。碳化硅是硅和碳的化合物。
　　一些避雷器應(yīng)用要求閥元件在穩(wěn)態(tài)條件下具有低電阻值，以應(yīng)對特定的浪涌和電力系統(tǒng)特性，從而產(chǎn)生過多的功率損耗。閥式避雷器在閥元件上串聯(lián)了火花隙，以解決這一難題。
　　串聯(lián)火花隙使閥元件在穩(wěn)態(tài)條件下保持隔離，以減少損耗，并且當(dāng)間隙的火花放電出現(xiàn)浪涌時(shí)，它們會(huì)引入閥元件。線路與地之間不存在漏電流，使得閥門設(shè)計(jì)能夠僅在浪涌情況下發(fā)揮其限壓作用和能量耗散能力。
　　避雷器兩端的總電壓是間隙的跳火水平加上閥元件兩端的電壓?？傠妷涸降?，防護(hù)等級越好。
　　SiC 避雷器還包含限流間隙，以限制系統(tǒng)續(xù)流。這些間隙減少了運(yùn)行期間吸收的能量，從而可以使用更少的閥元件、更短的避雷器長度并降低電壓水平。避雷器間隙存在一些缺點(diǎn)，例如在火花放電期間產(chǎn)生瞬變以接合閥元件。
　　另一個(gè)關(guān)鍵問題是避雷器的滅弧能力。避雷器設(shè)計(jì)提供了創(chuàng)造性的方法來熄滅間隙中產(chǎn)生的電弧，在浪涌重新路由并恢復(fù)穩(wěn)態(tài)條件后，保護(hù)閥元件免受連續(xù)電流（續(xù)流）的影響。

　　圖 1 顯示了有間隙碳化硅避雷器的伏安特性。

　　有間隙碳化硅避雷器的VI特性。
　　圖 1. 有間隙碳化硅避雷器的 VI 特性。圖片由工業(yè)電子提供。

　　圖 2 顯示了典型 6kV 碳化硅避雷器的示意圖，其組件包括：主間隙單元、電磁線圈、閥元件、旁路間隙和分流電阻。

　　有間隙碳化硅避雷器示意圖。
　　圖 2. 有間隙碳化硅避雷器示意圖。圖片由通用電氣提供。

　　當(dāng)出現(xiàn)過電壓時(shí)，預(yù)電離有助于引發(fā)間隙擊穿。旁路間隙在浪涌電流傳輸期間使電磁線圈短路，使浪涌電壓穿過在高電壓下呈現(xiàn)低電阻的閥元件，并且浪涌電流流向地面。電磁線圈有助于在浪涌電流通過后熄滅進(jìn)入主間隙的電弧。分流電阻調(diào)節(jié)主間隙元件上的工頻電壓。

　　圖 3 顯示了適用于各種電壓的碳化硅避雷器。
　　碳化硅避雷器
　　圖 3.碳化硅避雷器。圖片由通用電氣提供。
　　金屬氧化物避雷器 (MOSA)
　　金屬氧化物避雷器包含非線性金屬氧化物電阻盤元件，具有出色的熱能承受能力。每個(gè)圓盤都包含與其他金屬氧化物混合的粉末狀氧化鋅材料。這種類型的避雷器的工作原理類似于高速電子開關(guān)——在穩(wěn)態(tài)電壓下打開，在過壓下閉合。
　　氧化鋅避雷器具有高度非線性——其非線性特性比碳化硅明顯得多——并且在穩(wěn)態(tài)條件下具有較低的損耗。
　　金屬氧化物避雷器分為三種類型：
　　無間隙
　　系列間隙
　　并聯(lián)間隙
　　與碳化硅避雷器一樣，個(gè)金屬氧化物避雷器也有一個(gè)與非線性電阻器串聯(lián)的間隙。當(dāng)時(shí)，電阻器的熱負(fù)荷相對較小，無法承受穩(wěn)態(tài)條件下漏電流的熱能，需要間隙。無間隙避雷器于 1980 年左右出現(xiàn)，其電阻能夠承受恒定的小漏電流。

　　氧化鋅避雷器制造容易、成本低、吸收或耗散大量能量。如今，新系統(tǒng)或改造中使用的大多數(shù)避雷器都是無間隙氧化鋅裝置。

　　圖 4 顯示了無間隙氧化鋅避雷器的剖面圖，其中包含單列 ZnO 塊。

　　瓷殼無間隙氧化鋅避雷器的零件。

　　圖 4. 瓷殼無間隙氧化鋅避雷器的部件。圖片由ABB提供。
　　1瓷絕緣子6密封蓋
　　2通風(fēng)管道7密封圈
　　3春天8指示牌
　　4干燥劑袋9氧化鋅塊

　　5銅片10法蘭蓋

　　圖 5 顯示了適用于雷電強(qiáng)度極高區(qū)域的高壓氧化鋅避雷器。請注意長避雷器通常需要外部均壓環(huán)來沿其長度保持恒定的電壓應(yīng)力。

　　氧化鋅避雷器
　　圖 5. 氧化鋅避雷器。圖片由ABB提供。
　　避雷器分類及應(yīng)用
　　根據(jù)電壓等級、保護(hù)特性、泄壓或耐故障特性的耐久性，電力系統(tǒng)中使用的避雷器分類如下：
　　電站避雷器：提供的保護(hù)水平——更低的放電電壓、更高的能量吸收和更顯著的壓力釋放。典型應(yīng)用是大型變電站和具有強(qiáng)浪涌的場所。
　　中間避雷器：保護(hù)特性和能量泄放能力較差。典型應(yīng)用是小型變電站、地下電纜保護(hù)和干式變壓器。
　　配電避雷器：提供的保護(hù)水平和能量泄放能力。它們用于中壓網(wǎng)絡(luò)。
　　絕緣配合
　　系統(tǒng)和設(shè)備絕緣的耐壓能力取決于浪涌的上升時(shí)間。在這種情況下，絕緣能力是時(shí)間的函數(shù)。
　　避雷器的保護(hù)特性也是時(shí)間的函數(shù)；因此，需要協(xié)調(diào)絕緣和避雷器電壓-時(shí)間特性以獲得足夠的保護(hù)——絕緣協(xié)調(diào)程序。
　　絕緣協(xié)調(diào)根據(jù)保護(hù)級別，將系統(tǒng)或設(shè)備絕緣的沖擊承受能力與選定放電電流下避雷器兩端的電壓進(jìn)行比較。絕緣水平和協(xié)調(diào)實(shí)踐的選擇對成本有很大影響。BIL 下降一個(gè)水平可以減少主要電氣設(shè)備成本數(shù)千美元。
　　例如，圖 6 顯示了充油電力變壓器的整個(gè) VI 耐受曲線以及避雷器的保護(hù)特性 - 波前跳火和放電電壓。

　　油浸式變壓器絕緣耐壓和避雷器保護(hù)特性

　　圖 6. 油浸式變壓器絕緣耐受和避雷器保護(hù)特性。圖片由庫珀提供。
　　避雷器的跳火峰值電壓應(yīng)低于變壓器的斬波耐受能力。當(dāng)變壓器的波前測試可用時(shí)，將避雷器的跳火測試與變壓器的波前測試進(jìn)行比較會(huì)更安全。
　　另一個(gè)比較是避雷器的放電電壓和 1.2/50 ?s 脈沖跳火與變壓器的全波測試 (BIL)。