高压避雷器
核心作用和工作原则
应该用“限压”而不是“防雷”：
避雷器的名称很容易被误解，因为它能“避免”雷击。实际上，它的核心功能是限制施加在装置上的过电压幅度（“限压电压”并安全地将过电压产生的大电流释放到地。
它并联连接在被保护设备（例如变压器）和地之间。
非线性特性：
核心元件是具有非线性伏安特性的电阻器（现代高压避雷器主要使用氧化锌电阻器）。
正常运行期间： 该系统的运行电压远低于避雷器的运行电压（参考电压或过渡电压），避雷器表现出极高的电阻（接近开路状态），只有很小的漏电流（通常为微安级）流过，几乎不会影响系统的运行。
当发生过电压时：
- 当过电压波入侵且其幅值超过避雷器的工作电压阈值时。
- 氧化锌电阻器的电阻会立即急剧下降（变为低阻状态）。
- 避雷器迅速导通，将过电压产生的能量（高电流）释放到大地中。
- 同时，将避雷器两端的电压（即施加到被保护设备的电压）钳位在设备能够承受的安全水平以下（该电压称为残余电压）。
过电压消失后：当系统电压恢复到正常工作水平时，避雷器的电阻会自动恢复到非常高的状态，恢复“开路”状态，并自动切断工频连续电流（与需要切断工频连续电流的旧式碳化硅避雷器不同），等待下一步动作。
关键组成部分
氧化锌电阻器：
现代高压避雷器的核心部件。它主要由氧化锌（ZnO）组成，并添加各种金属氧化物进行烧结。
具有优异的非线性伏安特性和出色的保护性能。
无续流：系统电压恢复后，几乎没有工频续流，无需串联间隙来切断工频电流，大大提高了可靠性和保护性能。因此，它也被称为无间隙金属氧化物浪涌保护器。
保暖外套：
提供外部绝缘，以防止内部元件向外壳放电，并能承受系统工作电压和外部环境（例如雨水和污染）的影响。绝缘材料通常为陶瓷（瓷套）或有机复合绝缘材料（硅橡胶）。
电压均衡环（常见于高压避雷器）
安装在避雷器的顶部或附近。
其功能是改善高压端绝缘护套上的电压分布，防止电场集中引起的局部放电或闪络。
泄压装置：（陶瓷套管避雷器中）
它是薄弱环节（例如薄金属片）。
如果避雷器内部发生故障导致压力急剧升高，该装置会在瓷套管爆炸之前打开，释放压力，防止瓷套管爆炸并造成更严重的损害。
在线监控：
通常安装在避雷器的接地线上。
用于实时监测避雷器正常运行期间的小泄漏电流（总电流、电阻电流分量）。
漏电流异常增大是避雷器内部受潮、老化或损坏的重要警告信号。
主要应用场景（在电力系统中的位置）
变电站入口/出口：保护整个变电站设备免受线路入侵引起的雷电波损坏。
在变压器高低压侧的出口处：直接保护最重要的主变压器。
发电机插座：保护发电机在运行过程中免受雷击或过电压损坏。
在GIS设备附近：保护气体绝缘开关设备。
输电线路的关键位置，如重要交叉口和大型铁塔，被用来限制线路的过电压水平。
在电容器组附近：限制工作过电压并保护电容器。
高压避雷器的主要优点（与老式串联间隙避雷器相比）
优异的非线性特性：陡峭的伏安特性和低保护水平（残余电压）。
无持续电流动作后自动恢复高阻抗状态，无工频连续电流问题，可靠性高。
大电流容量氧化锌阀板可以吸收大量的过电压能量。
快速响应速度对迅速上升的陡峭波浪反应迅速。
简单结构：无缝隙，结构紧凑。
易于监控通过监测工作电压下的漏电流，可以有效地评估工作状态。
重要技术参数
额定电压：设计所能承受的最大连续工作电压。要求系统最大连续工作电压大于安装点的电压。
标称放电电流：用于对避雷器等级进行分类（例如 5kA、10kA、20kA 等），表示其释放典型雷电过电流的能力。
保护级别：
雷电冲击残余电压：在额定放电电流下测得的残余电压。它是被保护设备绝缘配合的基础。
工作脉冲残余电压：在特定波形（例如 250/2500 µs）的工作脉冲电流下测得的残余电压。
陡波脉冲残余电压：在上升沿非常陡峭（例如 1 µs）的脉冲电流下测得的残余电压。
连续工作电压：允许长时间施加在避雷器两端的工频电压的有效值（小于或等于额定电压）。
直流参考电压：在直流电流为 1mA 时测得的避雷器端电压是检查阀板老化状态的重要参数。
直流参考电压0.75倍时的漏电流：衡量避雷器在老化条件下性能的重要指标。
概括
高压避雷器是电力系统安全运行的守护者。它利用氧化锌电阻器的非线性特性，在正常运行期间不会干扰系统运行。一旦发生危险的过电压（例如雷击或开关操作），它会迅速“启动”，将过电压产生的巨大能量释放到大地，同时将施加到重要设备（例如变压器）上的电压限制在安全水平（残余电压），从而保护设备绝缘免受击穿和损坏，确保电力供应的可靠性和连续性。