金屬氧化物避雷器

金屬氧化物避雷器（MOA）是用於保護輸變電設備的絕緣免受過電壓危害的重要保護電器，它具有回響快、伏安特性平坦、性能穩定、通流容量大、殘壓低、壽命長、結構簡單等優點，廣泛使用於發電、輸電、變電、配電等系統中。複合外套金屬氧化物避雷器是用矽橡膠複合材料做外套，和傳統的瓷外套避雷器相比，具有尺寸小、重量輕、結構堅固、耐污性強、防爆性能好等優點。

基本介紹

• 中文名：金屬氧化物避雷器
• 外文名：Metal oxide surge arrester
• 用於：保護輸變電設備
• 具有：回響快
• 優點：通流容量大
• 外套：複合材料

金屬氧化物避雷器的特點

金屬氧化物避雷器的非線性電阻閥片主要成分是氧化鋅，氧化鋅的電阻片具有極為優越的非線性特性。正常工作電壓下其電阻值很高，實際上相當於一個絕緣體，而在過電壓作用下，電阻片的電阻很小，殘壓很低。但正常工作電壓下，由於閥片長期承受工頻電壓作用而產生劣化，引起電阻特性的變化，導致流過閥片的泄漏電流的增加。電流中的阻性分量急劇增加，會使閥片上溫度上升而發生熱崩潰，嚴重時，甚至引起避雷器的爆炸事故。依照《金屬氧化物避雷器通用技術規範》規定，金屬氧化物避雷器的檢測項目共6項，分別為（1）絕緣電阻；（2）直流U1mA及0.75U1mA下的泄漏電流；（3）運行電壓下的交流泄漏電流；（4）工頻參考電流下的工頻參考電壓；（5）底座絕緣電阻；（6）檢查放電計數器動作情況。

金屬氧化物避雷器的結構特性

金屬氧化物避雷器的基本結構是閥片，閥片用氧化鋅（ZnO）為主要材料，摻以少量其他金屬氧化物添加劑經高溫焙燒而成，具有良好的非線性壓敏電阻特性，因此又叫壓敏避雷器。

這種燒結體的基本結構是高電導的氧化鋅晶粒，電阻率為1 Ω⋅ cm。邊緣由高電阻性的（主要是金屬氧化物附加物）粒界層包圍，電阻率在低電場強度下約為1010 ~ 1014Ω⋅cm。在較高的電壓作用下，金屬氧化物附加物的粒界層中的價電子被拉出，或者由於碰撞電離產生電子崩而使載流子大量增加。當電場強度達到104 ~ 105V / cm時，其電阻率即降到1 Ω⋅ cm；當外加作用電壓降低時，由於複合使載流子減少，電阻又變大，因此具有良好的非線性。且它的非線性伏安特性在正、反極性是對稱的。

金屬氧化物閥片在正常工作電壓下， 通過的阻性電流很小， 一般約為10 ~ 15μA，接近絕緣狀態。作用於閥片上的電壓升高時，電流加大。把通過閥片的阻性電流為1mA時，作用於避雷器上的電壓mA U1 為起始動作電壓。由於氧化鋅閥片有良好的非線性特性，在通過10kA衝擊電流時殘壓與mA U1 的比值一般不大於1.9，壓比越小，其保護性能越好。mA U1 的值約為最大允許工作電壓峰值的1.05～1.15倍。

氧化鋅避雷器的基本工作原理

金屬氧化物避雷器又稱金屬氧化鋅避雷器，它是70年代初期出現的新型避雷器，迄今為止，在我國電網中已廣泛套用。它與普通閥型避雷器的主要區別在於閥片材料不同，普通閥型避雷器的閥片材料是碳化矽（金剛砂），而金屬氧化物避雷器的閥片材料是由半導體氧化鋅和其他金屬氧化物（如氧化鑽、氧化錳等）在高溫（1000℃以上）下燒結而成。

氧化鋅閥片又稱壓敏電阻，具有比碳化矽更優良和更理想的非線性電阻特性。在系統運行電壓下，它的電阻很大，通過的電流很小，阻性分量僅為10~15uA左右，這樣小的電流不會燒壞閥片，因此可以不用串聯間隙來隔離工頻運行電壓;當電壓升高時，它的電阻變得很小，可以通過大電流，殘壓也很低，使設備得到保護，而過電壓消失之後，它又恢復原狀。

金屬氧化物避雷器的優點

只有壓敏電阻片的新型避雷器，壓敏電阻片是由氧化鋅等金屬氧化物燒結而成的多晶半導體陶瓷元件，具有理想的閥特性。同時具有非線性係數小、保護特性好、能量吸收能力強、通流能力大、結構簡單和穩定性好等優點。

非線性係數α 值很小。在金屬氧化物閥片中通過1mA～10kA這個範圍內電流時，α 值一般在0.02～0.06之間。在額定電壓作用下，通過的電流極小，因此可以做成無間隙避雷器。保護性能好。它不需要間隙動作，電壓一旦升高，即可迅速吸收過電壓能量，抑制過電壓的發展；有良好的陡度回響特性；無間隙的氧化物避雷器的性能幾乎不受溫度、濕度、氣壓、污穢等環境條件的影響，因而性能穩定。

金屬氧化物避雷器基本無續流，動作負載輕，耐重複動作能力強。伏安特性是對稱的，沒有極性問題，可製成直流避雷器。

通流容量大。避雷器容易吸收能量，沒有串聯間隙的制約，僅與閥片本身的強度有關。同碳化矽閥片比較，氧化物閥片單位面積的通流能力大4～4.5倍。因此，用這樣的閥片製成避雷器，不但可以限制大氣過電壓，而且完全可以用來限制操作過電壓，甚至還可以耐受一定持續時間的短時（工頻）過電壓。

結構簡單，尺寸小，易於大批量生產，造價低。

適用於多種特殊需要。金屬氧化物避雷器耐污性能好，不會由於污穢或者帶電清洗時改變外套表面電位分布而影響避雷器的性能。同時，由於閥片不受大氣環境影響，能適應於各種絕緣介質，所以也適用於高海拔地區和6 SF 全封閉組合電器等多種特殊需要。

金屬氧化物避雷器有一系列優點，發展潛力很大，是世界各國避雷器發展的主要方向，必將逐步取代傳統的帶間隙的避雷器，也將是未來特高壓系統關鍵的過電壓保護設備。

金屬氧化物避雷器在配電變壓器上的正確使用

應安裝在靠近配電變壓器側

金屬氧化物避雷器(MOA)在正常工作時與配變並聯，上端接線路，下端接地。當線路出現過電壓時，此時的配變將承受過電壓通過避雷器、引線和接地裝置時產生的三部分壓降，稱作殘壓。在這三部分過電壓中，避雷器上的殘壓與其自身性能有關，其殘壓值是一定的。接地裝置上的殘壓可以通過使接地引下線接至配變外殼，然後再和接地裝置相連的方式加以消除。對與如何減小引線上的殘壓就成為保護配變的關鍵所在。引線的阻抗與通過的電流頻率有關，頻率越高，導線的電感越強，阻抗越大。從U=IR可知，要減小引線上的殘壓，就得縮小引線阻抗，而減小引線阻抗的可行方法是縮短MOA距配變的距離，以減小引線阻抗，降低引線壓降，所以避雷器應安裝在距離配電變壓器近點更合適。

配變低壓側也應安裝

如果配變低壓側沒有安裝MOA， 當高壓側避雷器向大地泄放雷電流時，在接地裝置上就產生壓降，該壓降通過配變外殼同時作用在低壓側繞組的中性點處。因此低壓側繞組中流過的雷電流將使高壓側繞組按變比感應出很高的電勢（可達1000 kV），該電勢將與高壓側繞組的雷電壓疊加，造成高壓側繞組中性點電位升高，擊穿中性點附近的絕緣。如果低壓側安裝了MOA，當高壓側MOA放電使接地裝置的電位升高到一定值時，低壓側MOA開始放電，使低壓側繞組出線端與其中性點及外殼的電位差減小，這樣就能消除或減小“反變換”電勢的影響。

MOA接地線應接至配變外殼

MOA的接地線應直接與配電變壓器外殼連線，然後外殼再與大地連線。那種將避雷器的接地線直接與大地連線，然後再從接地樁子上另引一根接地線至變壓器外殼的作法是錯誤的。另外，避雷器的接地線要儘可能縮短，以降低殘壓。

20kv金屬氧化物避雷器

嚴格按照規程要求定期檢修試驗

定期對MOA進行絕緣電阻測量和泄露電流測試，一旦發現MOA絕緣電阻明顯降低或被擊穿，應立即更換以保證配變安全健康運行。

金屬氧化物避雷器運行中問題分析

金屬氧化物避雷器的密封問題

金屬氧化物避雷器密封老化問題，主要是生產廠採用的密封技術不完善，或採用的密封材料抗老化性能不穩定，在溫差變化較大時或運行時間接近產品壽命後期，造成其密封不良後使潮氣浸入，造成內部絕緣水平下降，加速了電阻片的劣化而引起爆炸。

電阻片抗老化性能差

在金屬氧化物避雷器產品運行壽命的後期，電阻片劣化造成泄漏電流上升，甚至造成與瓷套內部放電，放電嚴重時避雷器內部氣體壓力和溫度急劇增高，而引起金屬氧化物避雷器本體爆炸，內部放電不太嚴重時可引起系統單相接地。

瓷套污染

工作在室外的金屬氧化物避雷器，瓷套易受到環境粉塵的污染，特別是設定在冶金廠區內變電所，由於粉塵中金屬粉塵的比例較大，故給瓷套造成嚴重的污染而引起污閃或因污穢在瓷套表面的不均勻，而使沿瓷套表面電流也不均勻分布，勢必導致電阻片中電流IMOA的不均勻分布(或沿電阻片的電壓不均勻分布)，使流過電阻片的電流較正常時大1～ 2個數量級，造成附加溫升，使吸收過電壓能力大為降低，也加速了電阻片的劣化。

高次諧波

冶金企業電網隨著大噸位電弧爐、大型整流、變頻設備的套用及軋鋼生產的衝擊負荷等影響，使電網上的高次諧波值嚴重超標。由於電阻片的非線性，當正弦電壓作用時，還有一系列的奇次諧波，而在高次諧波作用時就更加速了電阻片的劣化速度。

抗衝擊能力差

金屬氧化物避雷器多在操作過電壓或雷電條件下發生事故，其原因是因電阻片在製造工藝過程中，由於其各工藝質量控制點控制不嚴，而使電阻片的耐受方波衝擊能力不強，在頻繁吸收過電壓能量過程中，加速了電阻片的劣化而損壞，失去了自身的技術性能。