認識避雷器
避雷器簡介
一.雷突波的形成
由於大地溫度升高,造成上升氣流並造成積雨雲.雲之正負電荷被分離並積存在雲中形成雷雨胞.經一段時間累積電荷後,雲層和地面間就有一個電位差存在,當這個電位大到足以突破中間空氣的阻隔時,雲層電荷就對地釋放,也就形成閃電了. 雷擊的平均時間是30μs,雷擊的電流值約數百至數千kA之間,大電流在極短的時間內通過,會產生數百至數千kV的電壓,還會造成許多災害. 常見有直接雷擊(直接擊中輸配電線路上之線路或設備),側擊(雷擊電流無法完全經由避雷系統迴路流至大地,由接地系統反竄回來). 雷的種類分為,界雷(3KA~200KA 數秒至數百秒),渦雷(颱風時),熱雷(夏季午後平均會產生數百至數千kA之能量) 雷入侵的方式常自架空地線,接地線,電源線,信號線
二. 開關突波的形成
輸配電線路上有許多變壓噐,開關設備. 因電力調度,開關設備起閉(即on/off的瞬間), 電容器,變壓設備…等均會造成很高電壓之開關突波. 突波將依循配電線路向用戶端傳導，瞬間高壓將促使絕緣耐壓較差的設備損毀.
三.避雷器的功用
避雷器是一種過電壓保護設備,將突波導入大地,限制電壓,它主要的是自動閥的作用,自動地將雷擊及開關突波等異常電壓放電, 限制電壓,避免設備的絕緣破壞並於放電後又自動地阻止電力系統電流通過. 上述動作必須在極短時間內完成,以免擾亂電力系統. 避雷器的作用主要功能為,.防止雷突波導致設備破壞(電壓高,時間短)及防止開關突波(電壓較低,時間長) 在依不同需求之應用下可將避雷器區分下列數種等級,變電所級(Station),中間級(Intermediate),配電級(Distribution).
四.避雷器之演進
- 棒狀間隙 (已淘汰)
- 磁套管碳化矽有間隙避雷器 (SiC Arrester with Gap)
- 磁套管氧化鋅(Metal Oxide Varistors, MOV) 無間隙避雷器 (ZnO Arrester without Gap )
- 高分子(類似矽膠 Silicon rubber)套管氧化鋅無間隙避雷器(ZnO Polymer Arrester)
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特性 / 種類 |
磁套管碳化矽 |
磁套管氧化鋅 |
高分子套管氧化鋅 |
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穩定性 |
中 |
高 |
高 |
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耐衝擊 |
中 |
高 |
高 |
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耐濕氣 |
中 |
中 |
高(完全密封) |
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耐候性 |
高 |
高 |
中(抗紫外線較差) |
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搬運/安裝 |
重/不方便 |
重/不方便 |
輕/方便 |
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抗污染 |
中 |
中 |
高(具撥水性) |
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沿面距離 |
短 |
短 |
長 |
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礙掃清洗 |
要 |
要 |
不要 |
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事故時 |
可能碎裂 |
可能碎裂 |
不會碎裂 |
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價格 |
低 |
中 |
高 |
五.避雷器的結構
避雷器的主要構造為放電間隙及閥元件,在正常運轉時,間隙為絕緣,遇突波電壓時,間隙的絕緣被破壞而放電,將突波電流導入大地;放電後,電力系統電流亦會繼續流過避雷器,這時靠閥元件的電阻變大,使系統電力電流減少,在電流的波形為零的瞬間,切斷電流.
閥元件, 亦稱為突波吸收器(Absober)或變阻器 (Varistor - 是由 Variable Resistor 兩字合併而來)，,為一種非線 性電阻, 當它和負載並聯時, 對電壓具有非線性之電阻變化，它在低電壓時電阻值很高，能阻止電流通過，在高電壓時其電阻值急速下降，能使大量電流通過. 故避雷器遇到突波時,間隙放電,突波電壓加到閥元件,便其電阻變得很小,使突波電流導入大地,而且使放電的電壓很低.(即放電電流與閥元件電阻的乘積).突波電流通過後,接著就是系統電力電流,加到閥元件兩端的電壓是電力系統電壓,電壓較低,閥元件的電阻變大,使電流大為減少.電流切斷,間隙恢復絕緣,以保護後端的負載或線路不會被突波所影響來完成避雷器的任務.
六.隔離器作用
避雷器因受突波衝擊所產生續流如無法立即切斷,會在套管內部產生高熱與高壓,使避雷器受損造成接地故障.隔離器之設計為大電流,短時間不動作,由隔離器內部之間隙放電導入接地(突波衝擊剛發生時).小電流,長時間則動作.由隔離器內部之線圈因電流通過發熱,引燃火藥爆炸切斷續流.(突波衝擊發生中後段時)
七.避雷器的選擇條件
- 動作可靠，保護效果良好
- 動作時不擾亂電路系統的穩定度
- 電力損失極小
八.避雷器損壞原因
- 濕氣入侵(因O-Ring老化,濕氣入侵,在突波衝擊時因高溫使濕氣膨漲產生高壓,使套管內部壓力瞬間升高,造成底蓋,元件脫落,如嚴重時,會造成套管爆裂)
- 承受突波頻繁,元件受損
- 套管外部受污染嚴重(突波不經避雷器導入大地,而由套管外部污染物導電而導入接地)
九.避雷器之定期維護
- 外觀檢查如隔離器因動作而脫落,應立即更換隔離器.
- 定期清洗套管外部.套管外部如因污染物導電而產生電痕,致使隔離器動作時,應立即清除污染物,但如果電痕嚴重則應更換新品.
- 鹽害,高污染地區(海邊,高污染工業區)建議安裝三年後,應更換新品.一般地區建議安裝五年後,應更換新品.
其他建議檢測週期
| 檢查項目 | 檢查週期 | 備註 |
| 1.接地狀況測定 | 一年 | 雷雨期前一次與架空地線同時實施 |
| 2.絕緣電阻值測定 | 三年 | 配合線路停電時測定 |
| 3.放電特性試驗 | 必要時 | |
| 4.洩漏電流測試 | 三年 |
十.避雷器主要特性試驗
- 絕緣耐壓 (Withstand Voltage)：正常運轉下沒有引起避雷器飛弧或放電的最高電壓.其值不宜太低,俾遇到不嚴重的過電壓,不要動作,按ANSI標準,其值至少為避雷器額定電壓的1.5倍.
- 衝擊波放電(Impulse Spark over)電壓：避雷器的間隙(gap),決定開始放電的電壓.這放電多在衝擊波的前波(Front of Wave)發生,稱前波放電電壓,與電壓升高有關,各種額定電壓的避雷器,有不同的電壓升高率.性能良好的避雷器,衝擊波放電電壓較低.
- 放電電壓(Discharage Voltage)：避雷器將突波電流導入大地放電時的電壓.避雷器放電電流的標準波形為8X20μs.實際上,放電電壓是放電電流流過閥元件的電阻所產生的IR電壓,其電壓與電流大小成正比.性能良好的避雷器,放電電壓較低.
- 續流(follow current)：避雷器動作通過突波電流後,繼續流過60赫交流電力系統的電流叫續流.避雷器切斷續流愈快愈好使電力系統的擾亂減少.
- 避雷器的放電容量(Discharge capacity Withstand)：主要的為短時間大電流(High-current Short duration)及長時間低電流(Low-current Long duration)兩種.短時間大電流放電,代表避雷器的閥元件耐熱容量.長時間小電流放電,代表避雷器對熱的穩定性及連續多次開關突波的耐力.
觀念 :
- 避雷器與避雷針是截然不同的產品.
- 避雷器應定期維護檢查是否正常,不是等到損壞後再更換新品.
- 避雷器是所有電力,電器設備的必備品,如同保險絲一樣重要.
- 僅靠接地系統是無法根本解決雷擊或開關突波問題.
- 屋外地區建議使用磁套管或高分子氧化鋅避雷器.在屋內或配電盤內建議使用磁套管碳化矽避雷器.能以最經濟方式達到保護效果.
- 避雷器是一種消耗品,並非永久不壞.當避雷器損壞應慶幸已發揮保護設備之功用了.
- 依線路安裝愈多道避雷器防護,則設備受損率愈低.畢竟避雷器與設備比較價格低多了.
- 如欲進一步瞭解避雷器,可參考 IEEE C62.11 及台電 C002 規範.