一、避雷器的作用
避雷器是连接在导线和地之间的一种防止雷击、保护电力设备免受瞬时过电压危害、不致引起系统接地短路的电器设备。避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联，如图6.1所示。当被保护设备在正常工作电压下运行时，避雷器不会产生作用，对地面来说则视为断路；一旦出现高电压且危及被保护设备绝缘时，避雷器立即动作，将高电压冲击电流导向大地，从而限制电压幅值，保护电气设备绝缘。当过电压消失后，避雷器迅速恢复原状，使系统能够正常供电，如图6.2所示。
图6.1 避雷器与保护对象间的连接
1—被保护变压器；2—避雷器；
3—未被限制的过电压；
4—被限制的过电压
图6.2 避雷器的原理
二、避雷器的类型
在额定电压下，流过避雷器阀片的电流仅为4～10 A，相当于绝缘体，因此它可以不用火花间隙来隔离工作电压与阀片。当作用在避雷器上的电压超过定值（启动电压）时，阀片“导通”，大电流通过阀片泄入大地，此时其残压不会超过被保护设备的耐压值，达到了保护目的。此后，当作用电压降到动作电压以下时，阀片自动终止“导通”状态，恢复“绝缘”状态，因此，整个过程不存在电弧燃烧与熄灭的问题。
按发展历史，避雷器可分四种基本类型：保护间隙、管型避雷器、阀式避雷器及氧化锌避雷器。
1. 保护间隙
保护间隙又称为角型避雷器，其结构如图6.3所示。它具有简单经济，维修方便，但保护性能差，灭弧能力小，容易造成接地或短路故障，引起线路开关跳闸或熔断器熔断，使线路停电等特点。因此对于装有保护间隙的线路，一般要求装设自动重合闸装置，以提高供电可靠性。保护间隙只用于室外且负荷不重要的线路上。
图6.3 保护间隙
s—保护间隙；s1—主间隙；s2—辅助间隙
保护间隙的安装方式是一个电极接线路，另一个电极接地。但为了防止间隙被外物（如鼠、树枝等）短接而造成接地或短路故障，必须在其公共接地引下线中间串入一个辅助间隙。这样即使主间隙被外物短接，也不致造成接地或短路故障。
2. 管型避雷器
管型避雷器也称为排气式避雷器，由产气管、内部间隙和外部间隙等几部分组成，如图6.4所示。产气管由纤维、有机玻璃或塑料制成。内部间隙装在产气管内，一个电极为棒形，另一个电极为环形。
图6.4 管型避雷器
1—产气管；2—胶木管；3—棒形电极；4—圆环形电极；5—动作指示器；6—动作指示器；s1—内部间隙；s2—外部间隙
当线路遭到雷击或感应雷时，雷电过电压使管型避雷器的内、外间隙被击穿，强大的雷电流通过接地装置。由于避雷器放电时内阻接近于零，所以其残压极小，但工频续流极大。雷电流和工频续流使管子内壁材料燃烧而产生大量灭弧气体，由管口喷出进行强烈吹弧，使电弧迅速熄灭，全部灭弧时间最多持续0.01 s（半个周期）。这时外部间隙的空气恢复绝缘，使避雷器与系统隔离，系统恢复正常运行。
管型避雷器具有简单、经济、残压小的优点，但它的缺点是动作时有电弧和气体从管中喷出，因此它只能用于室外架空场所，主要用于架空线路上。
管型避雷器型号的表示和含义如下：
其代表意义为：
[1] 产品名称：G表示管型避雷器；
[2] 用途代号：S—变配电所用，X—线路用；
[3] 设计序号：用数字1、2、3表示；
[4] 额定电压，用kV表示；
[5] 开断电流下限，用kA表示；
[6] 开断电流上限，用kA表示。
3. 阀式避雷器
阀式避雷器又称为阀型避雷器，它由火花间隙和阀片组成，装在密封的磁套内。火花间隙用铜片冲制而成，每对间隙之间用厚0.5～1 mm的云母垫圈隔开，如图6.5（a）所示。正常情况下，火花间隙阻断工频电流通过，但在雷电过电压作用下，火花间隙被击穿放电。阀片是用陶料粘固的电工用金刚砂颗粒制成的，如图6.5（b）所示。这种阀片具有非线性电阻特性，正常电压时，阀片电阻很大；过电压时，阀片电阻变得很小，如图6.5（c）所示。因此阀型避雷器在线路上出现雷电过电压时，其火花间隙被击穿，阀片能使雷电流顺畅地向大地泄放。当雷电过电压消失、线路上恢复工频电压时，阀片呈现很大的电阻，使火花间隙绝缘迅速恢复而切断工频续流，从而保证线路恢复正常运行。必须注意：雷电流流过阀片电阻要形成电压降，即线路在泄放雷电流时要有一定的残压加在被保护设备上，残压不能超过设备绝缘允许的耐压值，否则设备绝缘仍会被击穿。
图6.5 阀式避雷器的组成部件及特性
阀式避雷器中火花间隙和阀片的多少，与工作电压高低成比例。高压阀式避雷器串联很多单元火花间隙，目的是将长弧分割成多段短弧，以加速电弧的熄灭。
阀式避雷器除普通型高压阀式避雷器和低压阀式避雷器外，还有一种类型，即磁吹式避雷器，它内部附有磁吹装置来加速火花间隙中电弧的熄灭，从而可进一步降低残压，它专用来保护重要的或绝缘较为薄弱的设备。
阀式避雷主要电气参数：
① 额定电压：正常工作时加在避雷器上的工频工作电压。
② 灭弧电压：保证避雷器能在工频续流第一次过零时灭弧的条件下，允许加在避雷器上的最高工频电压。该值应该大于避雷器工作母线上可能出现的最高工频电压，否则可能难以熄弧而爆炸。
发生单相接地时，非故障相电压在中性点直接接地系统中可达线电压的80%；在中性点不接地系统中分别可达线电压的100%～110%。所以110 kV以上中性点直接接地系统的灭弧电压可取为系统最大工作线电压的80%；不接地系统的灭弧电压可取为最大工作线电压的100%～110%。
③ 工频放电电压：工频电压下避雷器发生放电的电压，一般给出上、下限值。
普通避雷器不允许的内过压下动作，因此规定其工频放电电压下限不低于系统可能出现的内过压值。35 kV及以下系统和110 kV及以上系统，此值分别取3.5和3.0倍的相电压。
④ 冲击放电电压：冲击电压下避雷器放电的电压幅值，常给出上限值。对于我国生产的避雷器该值与5 kA（330 kV及以上电网为10 kA）下的残压基本相同。
⑤ 残压：当波形为8/20 μs，5 kA或10 kA的冲击电流流过避雷器时避雷器两端的电压降，以幅值表示。此残压为避雷器雷电放电时加于并接的被保护设备上的电压。
⑥ 保护水平：避雷器上可能出现的最大冲击电压幅值。
⑦ 保护比：残压与灭弧电压之比，越小表明残压越低或灭弧电压越高，绝缘上承受的过压越低而使工频续流能很快切断，因而避雷器的保护性能越好。
阀式避雷器型号的表示和含义如下：
[1][2][3]—[4][5][6]
其代表意义为：
[1] 产品名称：F—阀式，FC—磁吹阀式；
[2] 用途：S—小型变、配电所用，Z—电站用，X—线路用，D—电机用；
[3] 设计序号：用数字1、2、3表示；
[4] 额定电压，用kV表示；
[5] 接地：J—中性点接地；
[6] 其他标志：G—高原，TH—湿热带（一般不标），DT—多雷湿热带。
4. 金属氧化物避雷器（MOA）
金属氧化物避雷器又称为压敏避雷器，它是一种没有火花间隙而只有压敏电阻片的阀型避雷器。压敏电阻片是由氧化锌或氧化铋等金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷元件，具有理想的阀特性。在工频电压下，它呈现极大的电阻，能迅速有效地阻断工频续流，因此无需火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧，而且在雷电过电压作用下，其电阻又变得很小，能很好地泄放雷电流。
（1）氧化锌（ZnO）避雷器性能特点
① 无火花间隙：结构简化，体积缩小，造价降低；适合于大规模生产，没有放电延时，有良好的陡波响应特性，不存在间隙放电随雷电波陡度增加而增大的问题，提高了对设备保护的可靠性，特别适合于伏秒特性平坦的SF6组合电器和GIS的保护；放电电压不会随避雷器内部气压变化而变化，放电特性分散性小，尤其适合在高原和SF6组合电器中使用。
② 无续流：不需吸收过电流能量，只需吸收过电压能量，动作负载轻；其阀片通流能力强，所以具有耐多重雷击和重复发生的操作过电压的能力，适用于多雷区和重雷击区。
③ 降低了电气设备所承受的过电压：阀式避雷器只在间隙放电后才将电流泄放，而ZnO避雷器在整个电压作用过程中都有电流流过，降低了作用在设备上的过电压。
④ 通流容量大：提高了避雷器的动作负载能力，可用来限制内部过电压；还可以采用多阀片柱并联的办法进一步增大通流容量，制造出用于特殊保护的重载避雷器，解决了长电缆系统、大容量电容器组的保护问题。
⑤ 特别适用于直流系统保护：因直流续流没有自然过零点，串联间隙型直流避雷器难以熄弧，而ZnO避雷器无此问题。
另外，ZnO避雷器运行维护方便，使用寿命长。
⑥ 缺点：长期工作易老化，需长期监测。
（2）ZnO避雷器特性参数：
① 额定电压：避雷器两端允许施加的最大工频电压有效值。
② 持续运行电压：允许长期施加在避雷器的工频电压有效值，一般等于系统最高工作相电压。
③ 起始动作电压：位于伏安特性曲线由小电流区上升到非线性平坦区的转折处，也称为转折电压。通常把1 mA直流电流或工频电流阻性分量幅值时的避雷器两端电压幅值定义为起始动作电压。
④ 残压：放电电流流过ZnO避雷器时，其端子间出现的电压峰值。
⑤ 保护比：额定冲击放电电流下残压与持续运行电压之比。
（3）ZnO避雷器全型号的表示和含义如下：
[1][2][3][4][5]—[6]/[7][8]
其代表意义为：
[1] 产品名称：Y—金属氧化物避雷器；
[2] 额定放电电流，kA；
[3] 结构特征：W—无火花间隙，C—串有火花间隙，B—并有火花间隙；
[4] 用途：S—变配电所用，Z—电站用，D—保护电机用；
[5] 设计序号：用数字1、2、3表示；
[6] 额定电压，用kV表示；
[7] 额定放电电流下的最大残压值，用kV表示；
[8] 特殊性能：GY—高原型，W—防污型。
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