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在電力系統(tǒng)里，閥型避雷器是必不可少的過電壓保護(hù)裝置，它的核心任務(wù)是限制雷電過電壓以及操作過電壓，保護(hù)變壓器、開關(guān)設(shè)備、發(fā)電機(jī)這類電氣設(shè)備的絕緣不被損壞，我們常把它稱作電力系統(tǒng)的“安全衛(wèi)士”。它名字里的“閥”字特別形象，正好概括了核心工作原理——就像閥門一樣，對(duì)電流進(jìn)行“非線性”的關(guān)斷與泄放。
?一、核心用途：防御兩類過電壓
閥型避雷器的主要作用就是應(yīng)對(duì)兩種過電壓，具體可以分成以下兩類：
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?其一，防護(hù)雷電過電壓（外部沖擊）
當(dāng)雷電直接擊中輸電線路，或者打到線路附近的地面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電壓極高、上升速度極快的感應(yīng)過電壓波，這個(gè)波會(huì)沿著線路往變電站里竄。這種過電壓的強(qiáng)度遠(yuǎn)超設(shè)備絕緣能承受的限度。我們會(huì)把閥型避雷器并聯(lián)裝在電氣設(shè)備旁邊，拿變壓器套管來說，避雷器就裝在它附近，這樣能給設(shè)備提供最近的保護(hù)。一旦雷電過電壓波沖過來，避雷器會(huì)馬上動(dòng)作，一方面把過電壓限制在設(shè)備絕緣能承受的安全范圍里，另一方面把巨大的雷電流泄到地下，這樣設(shè)備絕緣就不會(huì)被擊穿了。
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?其二，防護(hù)操作過電壓（內(nèi)部沖擊）
電力系統(tǒng)內(nèi)部做開關(guān)操作時(shí)，拿斷開或合上空載線路、切斷空載變壓器來說，或者系統(tǒng)出現(xiàn)故障（像弧光接地這種情況），都會(huì)讓系統(tǒng)里的電磁能量劇烈振蕩、積累，最后產(chǎn)生操作過電壓。雖然它的電壓幅度通常比雷電過電壓低，但持續(xù)時(shí)間更長、頻率更高，同樣會(huì)對(duì)設(shè)備絕緣造成嚴(yán)重威脅。閥型避雷器也能有效限制這種過電壓，保證系統(tǒng)內(nèi)部操作時(shí)的安全。
?二、功能實(shí)現(xiàn)：如何扮演“安全閥”角色
閥型避雷器能當(dāng)好“安全閥”，關(guān)鍵在于它里面的“閥片”材料，還有那種非線性的特性。它的基本結(jié)構(gòu)是火花間隙與非線性電阻閥片串在一起組成的。
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- 正常運(yùn)行工況（“關(guān)斷”狀態(tài)）
系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，工作電壓下，火花間隙會(huì)把閥片和工作母線隔離開，這樣就不會(huì)有持續(xù)的工頻電流流過閥片。這時(shí)候避雷器的電阻特別大，就像閥門關(guān)上了一樣，既不影響系統(tǒng)運(yùn)行，自身消耗的能量也很少。
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- 過電壓侵襲工況（“導(dǎo)通”狀態(tài)）
當(dāng)有過電壓過來，而且電壓幅度超過避雷器的動(dòng)作電壓時(shí)，火花間隙會(huì)很快被擊穿，非線性電阻閥片接著就開始工作。這種閥片大多以氧化鋅為主要成分，它的非線性伏安特性特別好：遇到超高電壓時(shí)，它的電阻會(huì)變得特別小，就像閥門一下子打開了一樣，能讓巨大的沖擊電流順利通過，然后導(dǎo)入地下，這樣就能有效限制避雷器兩端的電壓（也就是我們說的“殘壓”）。
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- 過電壓結(jié)束后的自我恢復(fù)（“復(fù)關(guān)”狀態(tài)）
沖擊電流過去后，系統(tǒng)的工頻電壓會(huì)跟著過來，這就是續(xù)流。因?yàn)殚y片有非線性特性，在工頻電壓下，它的電阻會(huì)自動(dòng)變得特別大，把續(xù)流限制到很小的數(shù)值，拿氧化鋅避雷器來說，它甚至能差不多切斷續(xù)流。這樣火花間隙里的電弧就沒法維持，會(huì)很快熄滅，避雷器也會(huì)自動(dòng)變回高電阻狀態(tài)，等著下次發(fā)揮作用。這個(gè)過程既釋放了能量，又實(shí)現(xiàn)了自我恢復(fù)。
?三、從傳統(tǒng)到現(xiàn)代：碳化硅與氧化鋅
恩彼邁閥型避雷器的技術(shù)一直在發(fā)展，主要有兩種類型值得我們關(guān)注：
- 傳統(tǒng)碳化硅（SiC）閥型避雷器：它需要串聯(lián)火花間隙來隔離工頻電壓，而且能不能熄滅電弧，全看閥片對(duì)續(xù)流的限制效果。
- 現(xiàn)代氧化鋅（ZnO）閥型避雷器：這是現(xiàn)在的主流技術(shù)。氧化鋅閥片的非線性特性特別優(yōu)異，不用串聯(lián)火花間隙，就能直接承受工頻運(yùn)行電壓。它不僅簡化了結(jié)構(gòu)，反應(yīng)速度也更快，保護(hù)特性更優(yōu)越，且沒有續(xù)流，實(shí)現(xiàn)了“無間隙”保護(hù)。
閥型避雷器的核心作用，就是給電力系統(tǒng)筑起一道靈敏、可靠，還能自動(dòng)恢復(fù)的過電壓防御屏障。它靠著獨(dú)特的非線性“閥”性，當(dāng)系統(tǒng)遇到內(nèi)外過電壓沖擊時(shí)，能快速從高電阻變成低電阻，泄放電流、限制電壓；等沖擊過去后，又能馬上恢復(fù)原狀。有了它，電力供應(yīng)的連續(xù)性和主設(shè)備的安全才能得到保障，它也是現(xiàn)代電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。
