避雷器的工作原理基于其非线性电阻特性,能够在过电压时导通泄放电流,正常电压时保持高阻态以保护电气设备。以下是其核心机制和关键细节的说明:
非线性电阻特性:避雷器内部通常采用氧化锌等非线性电阻材料。在正常工作电压下,这些材料呈现高电阻状态(>1000MΩ),仅有微安级电流通过,对电路运行无影响。当雷电过电压或操作过电压达到动作阈值(如10kV避雷器的启动电压为25kV)时,电阻急剧下降至<1Ω,形成低阻泄流通道,将雷电流或过电压量安全导入大地。
快速响应与自动恢复:避雷器能在纳秒级时间内响应过电压,确保电气设备绝缘免受冲击。过电压消失后,其电阻在0.01秒内恢复高阻态,切断工频续流,避免持续导通引发短路或设备损坏。
残压控制与保护:避雷器通过约束两端的残压,确保残压始终低于被保护设备的耐受水平。例如,当雷电波冲击时,避雷器将电压约束在设备可承受范围内,防止绝缘击穿。
伏秒特性匹配:避雷器的伏秒特性曲线(电压与时间的对应关系)需与被保护设备绝缘的伏秒特性良好配合。其冲击放电电压在任何时刻均低于设备冲击电压,确保优先动作。
结构与材料优势:现代避雷器多采用无间隙金属氧化物结构(如氧化锌避雷器),具有响应快、无续流、通流容量大、残压低、耐污秽等特点。其密封设计不受海拔约束,寿命长,维护需求低。
典型应用场景:避雷器广泛应用于变电站进出线、变压器、输电线路、配电设备及建筑物进线处,保护设备免受雷电过电压、操作过电压及工频暂态过电压的危害。