01
避雷器的參考電壓
對(duì)于任何類(lèi)型的避雷器而言，所有國(guó)家的設(shè)計(jì)師們總是力圖從下面三個(gè)方面努力，來(lái)探求一種最佳的避雷器特性，它們是；
1）在系統(tǒng)正常工作電壓以上的某個(gè)電壓值導(dǎo)通
2）在過(guò)電壓作用期間，在它上面的電壓值變化很小
3）在過(guò)電壓低于某個(gè)電壓值時(shí)導(dǎo)通終止。
從上面的三點(diǎn)看，避雷器的導(dǎo)通特性占了兩點(diǎn)，所以導(dǎo)通特性是避雷器的最重要和最首要的特性，如果這個(gè)特性不好，其它均免談。
碳化硅避雷器的導(dǎo)通靠間隙，即過(guò)電壓超過(guò)間隙的擊穿電壓時(shí)，間隙馬上放電，所以碳化硅避雷器的放電特性很重要。
氧化鋅避雷器沒(méi)有間隙，因?yàn)樗姆蔷€性特性好，所以不需要間隙，因此氧化鋅避雷器沒(méi)有放電特性。
那么我們馬上就要問(wèn)：氧化鋅避雷器是靠什么來(lái)導(dǎo)通的呢？簡(jiǎn)單地說(shuō)，是靠它優(yōu)異的非線性導(dǎo)通的。
什么是非線性？非線性反映在紙上就是一條曲線（線性反映在紙上是一條直線），既然是曲線，則一定在某處要拐彎，所以曲線至少存在一個(gè)拐點(diǎn)，這個(gè)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓就是氧化鋅的導(dǎo)通電壓。
日本標(biāo)準(zhǔn)干脆就把這個(gè)拐點(diǎn)電壓稱為避雷器的起始動(dòng)作電壓，而IEC標(biāo)準(zhǔn)則把它稱為工頻參考電壓，細(xì)究起來(lái)，IEC的這個(gè)名稱并不好，有些故弄玄虛，而起始動(dòng)作電壓的名稱很直接，就是避雷器的導(dǎo)通電壓之意，這個(gè)起名人一定是一個(gè)體察民情的人。
因?yàn)橹挥性谙到y(tǒng)正常工作電壓以上的某個(gè)電壓值避雷器才允許導(dǎo)通，所以這個(gè)導(dǎo)通電壓（即工頻參考電壓）應(yīng)該大于系統(tǒng)的正常工作電壓，即應(yīng)該大于避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓。又由于避雷器能夠耐受暫時(shí)的過(guò)電壓（即在暫時(shí)過(guò)電壓時(shí)避雷器不能導(dǎo)通），而避雷器的額定電壓與暫時(shí)過(guò)電壓相對(duì)應(yīng)，所以這個(gè)咬口的工頻參考電壓還應(yīng)該大于避雷器的額定電壓。
我們知道，避雷器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電氣開(kāi)關(guān)，正常電壓時(shí)它斷開(kāi)，不讓送到千家萬(wàn)戶的發(fā)電廠的電流隨隨便便地經(jīng)過(guò)它旁路掉；在危險(xiǎn)的過(guò)電壓時(shí)，避雷器該出手了，于是它關(guān)閉，讓危險(xiǎn)的大電流引火燒身。從某種意義上說(shuō)，非線性這條曲線的拐點(diǎn)也是一個(gè)開(kāi)關(guān)，在拐點(diǎn)之前，它不釋放大電流，而在拐點(diǎn)之后，它把大電流釋放。
為什么IEC標(biāo)準(zhǔn)中要加上“參考”兩個(gè)字呢？部分原因是：非線性曲線的拐點(diǎn)電壓以及相應(yīng)的拐點(diǎn)電流實(shí)際上很難精確地測(cè)量，因?yàn)檠趸\避雷器的非線性特性是一條曲線而不是折線，對(duì)于折線而言有很明確的拐點(diǎn)，而曲線的拐彎處也是一小段曲線，所以很難確定到底是在哪一個(gè)點(diǎn)拐彎，而只能說(shuō)：在一小段區(qū)域內(nèi)曲線開(kāi)始拐彎。何況在電氣的高壓測(cè)量中，還要受到周?chē)鞣N因素的影響，更增加了測(cè)量的誤差性，具體到氧化鋅避雷器，拐點(diǎn)電壓還要受到氧化鋅材料和加工工藝的影響，因此加上“參考”兩個(gè)字比較妥當(dāng)。
此外，由于在拐彎點(diǎn)之前，即使出現(xiàn)暫時(shí)過(guò)電壓，避雷器也不能動(dòng)作，所以拐點(diǎn)電壓可以表征避雷器的耐受短時(shí)工頻過(guò)電壓的能力，這種能力又與避雷器的壽命、熱穩(wěn)定性有關(guān)，因此拐點(diǎn)電壓對(duì)確定產(chǎn)品的壽命、熱穩(wěn)定性具有重要的參考意義，所以加上“參考”兩個(gè)字也有一定的必要。
最后我們來(lái)把在避雷器中接觸到的各種電壓按大小排一個(gè)順序：系統(tǒng)額定電壓（相電壓<線電壓）<避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓<避雷器額定電壓<避雷器參考電壓<避雷器的殘壓。
02
避雷器的通流能力
對(duì)于任何避雷器來(lái)講，它的主要參數(shù)有三個(gè)：殘壓、非線性系數(shù)和通流能力。
任何產(chǎn)品都有使用壽命問(wèn)題，通流能力就是表征避雷器閥片能夠通過(guò)多大電流的能力，當(dāng)然這些電流是雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓產(chǎn)生的，這些過(guò)電壓把雷電的能量和電力系統(tǒng)中的能量用電流的形式傾瀉到避雷器的閥片上，看它能否能承受住。
在系統(tǒng)電壓較低時(shí)（220kV及以下），操作過(guò)電壓產(chǎn)生的能量大部分是很低的，避雷器的能量吸引能力（即通流能力）由雷電過(guò)電壓決定。又由于在220kV及以下的電力系統(tǒng)，通常在接地問(wèn)題上和其它防雷措施上下的工夫不多，所以增加了避雷器對(duì)于雷電波的承受能力。
在試驗(yàn)中，用什么方法來(lái)衡量避雷器對(duì)于雷電波的承受能力呢？一般地說(shuō)，即用一定波形一定幅值的沖擊電流通過(guò)閥片數(shù)次而閥片不致破壞，這稱為沖擊通流能力試驗(yàn)，我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定該試驗(yàn)的電流波形為4/10微秒。
這是因?yàn)槿绻茁湓谧冸娬靖浇瑒t事故嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)計(jì)算表明：在最嚴(yán)重的時(shí)候，通過(guò)避雷器的雷電流可以在1-3微秒內(nèi)達(dá)到最大值，幅值可達(dá)60kA。
所以試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)采用4/10微秒的沖擊電流波，幅值視避雷器的等級(jí)不同分別為10、25、60、100千安，施加次數(shù)為二次，這樣的波作用在避雷器上，持續(xù)的作用很短。
除上述試驗(yàn)之外，避雷器還要做長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間通流能力試驗(yàn)，一般又稱為方波通流能力試驗(yàn)或2ms方波通流能力試驗(yàn)。
這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)避雷器的雷電流往往拖有比較長(zhǎng)的尾巴，即在雷電流的主放電之后，常常伴隨一個(gè)幅值較低，但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的電流，波形接近矩形波。
另一個(gè)原因是隨著超高壓輸電線路的發(fā)展，操作過(guò)電壓的危害日益嚴(yán)重，這種過(guò)電壓的波形也接近矩形波，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定方波的持續(xù)時(shí)間為2ms，幅值視避雷器的等級(jí)不同，分別為75、200、400、600、800~1000安，施加次數(shù)為3次1組，共6組18次。
03
避雷器的荷電率
首先我聲明，我不喜歡荷電率這個(gè)名稱，避雷器是外來(lái)物，所以荷電率是我國(guó)的學(xué)者翻譯過(guò)來(lái)的，我認(rèn)為翻譯得不好。首先“荷電”就不符合我國(guó)的習(xí)慣，念起來(lái)咬口，理解起來(lái)也不易明白。
當(dāng)然，避雷器中的所有其它術(shù)語(yǔ)都只針對(duì)一件事，比如額定電壓、持續(xù)運(yùn)行電壓、殘壓、通流等等，而荷電率有“率”這個(gè)字，“率”就表示涉及兩個(gè)事情，而且這兩件事情要做除法，這就意味著荷電率這個(gè)概念應(yīng)該比其它概念理解起來(lái)要困難一些。
我們先不管“荷電”這兩個(gè)字，先看看氧化鋅避雷器在系統(tǒng)中的運(yùn)行特點(diǎn)，在敘述中偶爾插入“荷電”兩個(gè)字。
1）由于它不帶間隙，所以系統(tǒng)的工作電壓長(zhǎng)期作用在氧化鋅閥片上
這是氧化鋅避雷器的特點(diǎn)，閥形避雷器有間隙，所以系統(tǒng)電壓不會(huì)作用在它上面，即碳化硅閥片正常運(yùn)行時(shí)它不帶電，換句咬口的話說(shuō)，就是它不荷電。反之，氧化鋅閥片（也稱為ZnO閥片，或ZnO電阻片，我們下面經(jīng)常把這幾種說(shuō)法交替使用，讓大家熟悉不同的說(shuō)法）在正常運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)期荷電，于是它會(huì)逐漸老化，甚至最終導(dǎo)致熱崩潰，這是決定氧化鋅避雷器壽命的主要因素。
老化還存在一個(gè)速度問(wèn)題，實(shí)際表明，ZnO閥片的老化速度取決于長(zhǎng)期作用的系統(tǒng)工作電壓，即取決于ZnO閥片的長(zhǎng)期荷電，在這個(gè)意義上，我們可以說(shuō)荷電與閥片的老化有關(guān)。而系統(tǒng)工作電壓與持續(xù)運(yùn)行電壓相對(duì)應(yīng)，所以荷電也與持續(xù)運(yùn)行電壓有關(guān)，為了保證ZnO電阻的壽命，我們必須限制其持續(xù)運(yùn)行電壓。
2）由于它不帶間隙，所以避雷器的導(dǎo)通是依靠其閥片的非線性曲線的拐點(diǎn)完成的。
ZnO避雷器什么時(shí)候才能不長(zhǎng)期荷電呢？只有在其導(dǎo)通之后，而參考電壓與避雷器的拐點(diǎn)導(dǎo)通電壓相對(duì)應(yīng)，所以，在這個(gè)意義上，我們可以說(shuō)，參考電壓與避雷器脫離“荷電”有關(guān)?，F(xiàn)在我們?cè)賮?lái)看荷電率的意義，它是持續(xù)運(yùn)行電壓峰值與參考電壓的比值，而分子代表荷電，分母代表“不荷電”，又因?yàn)楸芾灼髟诔掷m(xù)運(yùn)行電壓下不能導(dǎo)通，所以荷電率永遠(yuǎn)小于1。
最后再談?wù)労呻娐实拿Q，從上面我們看到，荷電實(shí)際就是加壓，對(duì)于中國(guó)人來(lái)講，加壓比荷電更易于接受，而持續(xù)運(yùn)行電壓有“持續(xù)”兩個(gè)字，所以表示長(zhǎng)期加壓。另外“率”表示兩者相比，所以荷電率的的含義是：沒(méi)有導(dǎo)通時(shí)長(zhǎng)期加的電壓（該電壓相對(duì)比較?。┡c導(dǎo)通時(shí)的電壓（該電壓相對(duì)比較大）之比。
