閥型避雷器(Valve-Type Surge Arrester)是電力系統里保護電氣設備的關鍵裝置,像變壓器、開關設備這類設備,都能靠它避免雷電過電壓以及操作過電壓帶來的損害。它名字里的“閥”字,很形象地體現出核心工作原理:遇到高電壓時會快速“開啟”導通,把巨大電流泄放出去;處于正常電壓時就會可靠“關閉”截止,跟一個自動閥門一樣。和早期的保護間隙、管型避雷器比起來,閥型避雷器在性能上有了很大提升,我們接下來就詳細說說它的優點。
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其一,閥型避雷器有著卓越的非線性伏安特性,并且具備優異的限壓能力,這也是它最根本、最重要的優點。它的核心元件是非線性電阻閥片,傳統用的是碳化硅(SiC),現代主要用氧化鋅(ZnO),這種閥片的電阻值不是固定不變的。當設備上施加的是正常工頻電壓時,閥片會呈現出極高的電阻,流過的泄漏電流特別小,只有微安級,我們幾乎可以把它看成開路。一旦出現過電壓,閥片電阻會瞬間大幅下降,變成低阻狀態,這樣就能給巨大的沖擊電流提供泄放通道,同時把它兩端的電壓(也就是殘壓)限制在預定值內,這個數值遠低于被保護設備的絕緣水平。這種“高阻 - 低阻”的自適應切換是自動且瞬時完成的,能確保設備上的過電壓被精準控制在安全范圍里,為絕緣配合打下堅實可靠的基礎。
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其二,閥型避雷器對過電壓的響應速度特別快,一般能達到納秒(ns)級別。過電壓波頭上升速度很快,避雷器只有比它響應更快,才能起到保護作用。因為非線性閥片的動作是純粹的物理過程,是電子和空穴的遷移,不需要任何機械動作,所以它的響應幾乎沒有延遲。這種極快的響應能保證,在過電壓波還沒達到峰值的時候,避雷器就已經開始動作并限制電壓,從而完美截斷陡波,對設備起到有效保護,尤其是像變壓器這類對陡波很敏感的繞組類設備,它們的縱絕緣能得到很好的保護。

其三,閥型避雷器沒有續流,或者續流特別小,這一點在氧化鋅避雷器上體現得尤其明顯。傳統的碳化硅(SiC)閥片,在泄放完沖擊電流后,由于它的非線性特性不夠理想,在電網工頻電壓的作用下,會有數值較大的工頻續流流過,所以必須搭配串聯間隙使用,靠間隙來切斷續流。而現代的氧化鋅(ZnO)閥片,在技術上有了巨大進步,它的非線性特性非常優異,泄放完沖擊電流后,憑借自身固有的高電阻特性,在工頻電壓下只會有微安級的泄漏電流流過,本質上不存在工頻續流,這也讓現代的無間隙氧化鋅避雷器(MOA)成為了絕對的主流。不需要串聯間隙,讓避雷器的結構更簡單,可靠性也更高,還能避免因為間隙老化、污穢而出現誤動或者拒動的情況;同時,它承受多重雷擊的能力也更強,一次雷擊動作后,因為沒有續流,能馬上做好應對下一次雷擊的準備,不需要經歷間隙滅弧和重燃的過程;而且,不用切斷大續流,對系統運行造成的影響也極小。
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其四,閥型避雷器的通流容量很強大。閥片在單位體積內,能夠吸收并消散巨大的沖擊能量,比如雷電流帶來的能量。我們可以通過并聯多個閥片柱,或者使用大尺寸的閥片,設計出通流容量很大的避雷器,以此滿足不同電壓等級以及短路容量系統的需求,讓它能夠可靠地泄放甚至是非常巨大的雷電流與操作過電流。這樣的設計能保證,即便在嚴酷的過電壓條件下,避雷器自身也不會因為能量過大而發生爆炸或者損壞,可靠性極高。
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其五,閥型避雷器的保護性能很穩定,并且使用壽命長。在正常運行的條件下,閥片承受的是系統運行電壓,長期下來只會有微小的泄漏電流流過,幾乎不會出現老化或者損耗的情況,在整個生命周期里,它的性能都能保持高度穩定。優質的避雷器采用了良好的密封結構,能有效防止潮氣和雜質進入內部,確保內部元件長期在理想的環境中工作。這使得避雷器能提供長期且免維護的穩定保護,減少了運維成本,同時也降低了故障風險。
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其六,閥型避雷器的結構很緊湊,方便安裝與集成。尤其是無間隙氧化鋅避雷器(MOA),因為省去了復雜的串聯間隙結構,所以整體結構非常緊湊,體積小且重量輕。我們可以很容易地把它直接安裝在變壓器套管旁邊、開關柜內部或者輸電塔上,從而實現最直接、最有效的保護。
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總的來說,恩彼邁閥型避雷器,特別是現代的無間隙氧化鋅避雷器(MOA),依靠卓越的非線性特性、精準的限壓能力、納秒級的響應速度、無續流的巨大優勢、強大的通流容量,還有高穩定性與長壽命,成為了現代電力系統過電壓保護的基石。它不只是保障電力設備安全運行的“守護神”,更是確保電網安全、穩定、可靠供電必不可少的關鍵設備。它的技術優勢經過了數十年的工程實踐檢驗,已經得到全球電力工業的廣泛認可與采用。
