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四、閥型避雷器的消弧原理

防雷設備的構造與運行-閥型避雷器,避雷器在雷擊放電后，應保證其火花間隙在半周波內將工頻續流切斷。避雷器的閥片在其zui大容許電壓下能限制工頻續流在額定值（一般為80安峰值）以下，以保證火花間隙的可靠消弧。火花間隙遮斷續流的主要原理，是利用冷陰極附近介質強度的恢復特性。如圖3—42所示，短弧的維持是依靠A范圍內的自由電子放射和b，范圍內的熱電子放射來維持的。當電流通過零值時，間隙上的電壓也經過零值，此時自由電子放射停止，處于陰極附近A范圍內的絕緣強度迅速恢復，B范圍內的去游離作用進行得相當慢。由于A范圍占整個間隙空間的一個很大部分，間隙愈小，所占比例愈大，因此小間隙的消弧性能更好。圖3—43表示單位火花間隙介質強度的增長情況。根據試驗，每個短弧間隙都有約700伏的起始絕緣強度，所以一般避雷器均采用多間隙的結構。

避雷器間隙在熄滅額定續流時的熄弧比kr，系工頻擊穿電壓與熄弧電壓（也即zui大容許電壓）的比值，為了保證間隙的可靠消弧，kr不應小于1.8（實際上FZ型避雷器的kr為2.3～2.4）。避雷器的zui大容許（熄弧）電壓，由其安裝處導線對地可能發生的zui大穩態電壓決定，此電壓一般考慮一相接地時其他兩健全相的對地電壓，它與安裝地點的系統常數有關。

根據對稱分量原理，當A相接地時，B、C相的電壓標么值（以安裝處的運行相電壓為基準）分別為

式中Z₀≈jx₀為由接地點看出的系統零序阻抗；Z₀≈jx₁≈jx₂，為系統正序阻抗；r₀為接地點的零序電阻（它等于接地點電阻的3倍），當r0≈0時，u_B=u_c；如r₀＞0,則u_c＞u_B。避雷器的zui大容許電壓應按u_c值來選擇。圖3—44中畫出中性點接地系統中各種不同及的情況下，單相接地時無故障相對地電壓與相電壓的比值曲線。避雷器的特性在很大程度上決定于它的zui大容許電壓，由于超高壓電網的比值的降低，有條件采用zui大容許電壓被低（如70%zui高運行線電壓）的避雷器，以獲得更好的保護效果。但是對于遠距離的超高壓線路來說，往往可能產生較大的過電壓，因此有時需采用80%以上的避雷器。為了保證工頻續流不大于額定值，對中性點直接接地的系統，避雷器的zui大容許電壓一般不應低于zui高運行線電壓的75%；對中性點不直接接地系統，不應低于zui高運行接電壓的100 %。

當線路電抗與避雷器內電阻的比值愈大時，則續流與電網電壓的相角差（郎拔流通過零值瞬簡的電壓相角）愈大，遮斷續流時，電網恢復電壓升高速度就愈快，因此消弧就比較困難。根據分析，當超過0.4時，續流與電壓就不能維持，同相關系，消弧就不可靠。I_CH系額定zui大續流（即相當于線路電抗為零時的續流）；I_K3系避雷器安裝點的接地短路電流。相角差與的關系如圖3—45中曲線所示。由于電阻元件的非線性，a值愈小或I_CH/I_K3值下降，則續流波的尖峰越突出，同時電流趨于零的陡度愈緩慢，因此a值或I_CH/I_K3，值的下降，都有利于電弧的熄滅。

避雷器火花間隙的并聯電阻，可使恢復電壓的電場，平均分布在各個火花間隙之間，從而便于消弧。火花間隙絕緣強度的恢復，與通過續流的大小也有關系，續流大則間隙內電離分子較多，絕緣恢復較慢；反之則較快。

近年來為了進一步改善避雷器的沖擊特性，以及提高避雷器限制內過電壓的能力，各國都在研究如何提高間隙的滅弧能力。新型的間隙結構已經制造出來，例如：磁吹間隙和氣吹間隙即是依靠電磁力或壓縮空氣來進行滅弧的。有關磁吹避雷器的結構和特性將在以后專門進行介紹。

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