开关柜中避雷器与放电计数器的配合设计

赵云江+谭慧明

摘 要：文章主要介绍了开关柜中避雷器配置放电计数器的必要性和选型参数。同时，针对不同的结构，介绍了避雷器与放电计数器的接线方式和接线长度要求。

关键词：避雷器；放电计数器；接线

中图分类号：TM02 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）24-0108-02

1 概述

成套开关柜在运行中容易受到过电压的破坏。除了常见的雷电过电压外，还有操作过电压（开关分合闸、变压器投运、空壓机启停等）和故障短时过电压。为了更好的保护电力设备，都会在开关柜中安装氧化锌避雷器。一般安装在进线柜、电压互感器柜、变压器出线柜。

氧化锌避雷器（MOV），因其优异的非线性特性而被广泛的应用。从图1[1]可以看出，范围1是避雷器的正常工作区间，此时只有很小的泄露电流流过，避雷器呈现高阻状态，等效于开路；范围2主要是暂时过电压和操作过电压区域，电阻逐渐呈现非线性；而范围3是避雷器主要的动作范围，此时流过避雷器的雷电电流和操作电流大于1kA，避雷器呈现出低阻状态。而且随着过电压的升高，其电阻越小，近似于短路状态。过电压消失后，避雷器又恢复到范围1的状态。

避雷器内部的氧化锌电阻阀片有良好的恢复特性，可以承受多次的过电压。但是如果频繁的承受过电压，阀片会逐渐劣化，甚至被击穿。因此，要关注避雷器的雷击放电次数——通过放电计数器来实现。

2 避雷器放电计数器的选型

避雷器放电计数器最常见的是JS-8型，其结构简单、安装方便，功能单一。为了可靠的计数，必须保证放电计数器的灵敏性。通过实验，可以知道避雷器放电计数器的灵敏性和电流幅值有关，存在明显的保证可靠性动作的电流上、下限，当冲击电流幅值超出限值时，避雷器放电计数器就不能准确计数[2]。

放电计数器的上限电流必须与避雷器的标称放电电流一致，下限电流国标规定一般为50A。另外，放电计数器还有一个重要的参数——2000μs方波电流通流量。目前市场上常用的有150A、200A、400A、600A四种，该参数主要体现计数器在遭受雷击放电时，内部电阻片的电流承受能力。就笔者对市场上的一些样品的解剖来看，400A和600A只有极少数厂家能够做到。很多情况下，由于设计环节忽略了这个参数，导致厂家的实物也有所偏离。

3 避雷器放电计数器的使用

放电计数器原理是：避雷器放电电流经放电计数器的电阻流入大地，同时对与该电阻并联的电容进行充电。充电电压达到电磁继电器动作值时闭合，带动指针转动，计数器计数一次。

放电计数器属于纯机械结构，在运输过程中经剧烈振动时会使计数器的数值发生变化。因此，为了更准确的记录放电计数器的次数，需要在现场系统送电运行前进行归零设置。平时的巡检过程中要能够记录放电计数器的次数，当三相之间的次数差异超过4次时需要对避雷器进行测试，以便确认避雷器是否完好。

为了确认计数器的灵敏度，在配电房或者电站的定期巡检维护时，可以通过绝缘摇表对计数器里面的电容充放电来检测。

虽然避雷器配置放电计数器是很必要的，但是在实际工程项目和产品设计中却发现，很多人对于避雷器和放电计数器的配合设计存在误区。

4 避雷器与放电计数器的接线方式

我们都知道避雷器一端与母线连接，另外一端需要接地。所以通常情况下，一般将三相避雷器的接地端同时接在一截铜排上，然后将该铜排与开关柜的接地排连接。这种做法是正确的。

但是，当避雷器安装JS-8型的放电计数器时，很多设计在不改变上述做法的情况下，直接将放电计数器的一个接线柱与避雷器接地端连接。计数器一般有2个接线柱：一个接避雷器接地端，另一个为接地端。这种做法很显然没有了解计数器的工作原理！计数器是通过避雷器的放电电流而动作的必须和避雷器串联。即，避雷器的接地端要首先接放电计数器，然后放电计数器再接地。

正确的接线方式如图2所示。由于避雷器的接地点和金属底座为一体结构，安装时必然会与开关柜的壳体接触，这也相当于接地。所以，必须将避雷器安装在环氧板上。然后将三相避雷器的接地端子分别与三只计数器的接线柱连接，再将计数器的接地端子分别接到接地铜排上。错误的接线方式相当于将放电计数器的两端短路，导致计数器无电流流过，计数器无法工作。

有的避雷器将金属底座与本体接地点分开设计，或者避雷器本体通过绝缘螺柱与底座固定，此时的避雷器可以直接安装在开关的金属横梁上，无需额外增加环氧底座。但是这样的避雷器通常有两个接地螺栓：一个是与本体内部阀片连接的、另一个是底座的接地。在设计和安装时需要区分。

图3中，左图在普通避雷器固定底座下单独增加了一个安装底座，两个底座之间通过绝缘尼龙螺栓连接。放电计数器可以直接接在原底座的接地孔，不能被底座上的接地标识给误导；右图是避雷器本体内部处理，单独引出避雷器的接地点，而金属底座与内部的阀片等结构无电气连接。所以，这种结构比较方便。

5 接线要求

由于国标GB 11032-2010《交流无间隙金属氧化物避雷器》里并没有详细规定避雷器接地线的规格，所以根据避雷器放电时的能量计算[3]可确定：避雷器的接线设计选型主要与截面积有关，而与长度无关：

S=3950（ρ20（1+K（θr-20））/（CPγ（θr-40）））0.5

从这个角度的计算来说，上面的结论没有问题。但是，忽略了避雷器接线的电阻和电感压降对残压的影响。尤其是快波前过电压对此特别敏感。由于放电计数器的接入，导致避雷器的等效接线（避雷器上端与母线的距离+避雷器高度+放电计数器的线长+系统接地长度）增长。尤其是35kV的开关柜，避雷器本体一般高度在800mm左右。而有的设计，为了计数器读数的方便，将其设计在仪表室，这就更增加了接线距离。

假定计数器装在仪表室，整个接线长度为4m；采用25mm2的铜导线，电感L=1μH/m；在4/10μs大电流冲击通流量为65kA。35kV电站型的氧化锌避雷器在4/10μs残压为154kV（参考福建闽清的产品说明书）。计算：

Ure=Ldi/dt=4*1*（65*0.9/4）kV=58.5kV

电感压降，如果叠加在避雷器的残压上，则会产生212.5kV的残压。而在35kV的电压等级下，开关设备的额定雷电冲击耐受电压峰值为185kV。避雷器和接线的电感综合作用，其残压超过了被保护设备的耐压水平。所以，避雷器的接线应该尽量短，计数器靠近避雷器安装。

6 结束语

为了更好的保护设备避免雷击，提高电力系统的安全性，需要定期关注避雷器的雷击放电情况。（1）避雷器推荐安装放电计数器，并经常巡检放电次数。（2）避雷器在设计时要根据不同的产品结构选择正确的放电计数器接线方式。（3）避雷器和放电计数器宜安装在开关柜底部，尽量缩短接线长度。

参考文献：

[1]GB/T 28547-2012.交流金属氧化物避雷器选择和使用导则[S].

[2]崔龙跃，郭洁，余涌.避雷器放电计数器的动作灵敏性研究[J].电瓷避雷器，2011（6）：65-68.

[3]黄乐精.避雷器接地线材质和截面的选择[A].输变电年会2011论文集[C].2011：347-348.endprint