根据现场爆炸情况及抽样试验结果分析,认为这种型式避雷器爆炸原因如下。但是这些避雷器都是在晴天无雷或雨后天晴时爆炸的,均属于非正常动作。(二) 阀片受潮华东某地区10kV阀式避雷器,其事故的80%以上为瓷套内空腔中空气的呼吸效应导致阀片元件受潮而发生爆炸的。在预防性试验过程中,有10%以上的10kV阀式避雷器因内部放电间隙烧损、绝缘件受潮而导致工频放电电压不合格;在运输、储存、安装过程中,大约有7%的避雷器损坏。......
2023-06-27
避雷器爆炸原因及对并联电阻的影响分析
【摘要】：避雷器动作后,因不能灭弧而使避雷器瓷套内腔空气骤热,压力急增,引起爆炸。另外,经受过过电压后的并联电阻,由于耐受了高温,即使避雷器未爆炸,并联电阻的性能也大大改变。同时,从多次试验的结果来看,当SiC并联电阻的温度超过300℃后,SiC并联电阻呈现类似半导体材料击穿的现象,电导电流急剧地直线上升,使SiC 并联电阻出现不可逆的损坏。
据文献介绍,在10kV中性点不接地系统中,发生的谐振、弧光、断线等过电压可达3～3.5p.u. (1.0p.u.=
Um/
),Um为系统最高电压,最大不超过4.0p.u.,且持续时间可长达几至几十分钟,和上述前两个特点吻合。后几个特点又说明,过电压值低于避雷器的工频放电电压(FZ—10型和FS—10型均为26～31kV),而高于避雷器的最大允许工频电压,即灭弧电压。
FZ—10型避雷器内SiC 非线性均压电阻为什么会被电弧严重烧灼甚至烧断,避雷器又是在什么情况下爆炸的呢?
分析认为,FZ—10 型是不能承受高于该避雷器灭弧电压的过电压长时间作用的。这是因为它的并联电阻是非线性电阻,是由具有负温度系数的SiC材料组成的。当电压超过避雷器的灭弧电压时,流过SiC 并联电阻上的电导电流,以U=Ciα的规律,按指数上升,导致温度上升,因SiC 负的温度系数,使并联电阻的阻值下降,电流剧增,温度越来越高,如此恶性循环,到一定温度下,由于SiC并联电阻阻值剧变或烧断,使避雷器工频放电电压严重下降,导致避雷器动作。避雷器动作后,因不能灭弧而使避雷器瓷套内腔空气骤热,压力急增,引起爆炸。
图3-2 FZ—10型阀式避雷器在不同电压下时间、温度、电流的关系曲线(室温26℃,湿度65%)
为了验证上述分析是否合理,曾有人将一台FZ—10型避雷器的内部元件,装在一个与避雷器瓷套等径、等高的绝缘筒内,在筒壁靠近SiC 并联电阻的部位,开了一个150mm2的测温孔,以便在施加电压的情况下,用红外线测温仪测量SiC 并联电阻的温度,由此,绘制了在不同电压下流过SiC并联电阻的电流、SiC并联电阻上的温度与时间关系的曲线如图3-2所示。从曲线可知,当FZ—10型避雷器施加15kV电压时,流过SiC 并联电阻的电导电流,随加压时间线性增长,并联电阻的温度在20min内不超过150℃,也就是说,当过电压在此电压值以下时,对避雷器尚不造成严重的危害。但是,当施加电压为18kV时,即相当于3.0p.u.过电压作用于FZ—10型避雷器上时,在10min以内,流过SiC并联电阻的电导电流,则按指数规律急速增长,并联电阻的温度已接近300℃。当施加电压为20kV时,即相当于3.3～3.4p.u.过电压作用于FZ—10 型避雷器上时,不到5min,流过SiC并联电阻的电导电流便急剧上升,并联电阻的温度已超过300℃ (因红外线测温仪量程限制,只能测到300℃)。同时,当SiC 并联电阻的温度超过200℃时,固定并联电阻的绝缘纸板,受炽热的并联电阻的热辐射,就开始冒烟烧焦。从模拟试验看,避雷器内部起弧的根本原因是SiC并联电阻的热容量不足,而燃弧又是首先从绝缘纸板间开始的。
另外,经受过过电压后的并联电阻,由于耐受了高温,即使避雷器未爆炸,并联电阻的性能也大大改变。而且SiC 并联电阻通过的电导电流超过20 mA (见曲线),流过并联电阻的电导电流则急剧增长,对并联电阻性能的危害也就越大。同时,从多次试验的结果来看,当SiC并联电阻的温度超过300℃后,SiC并联电阻呈现类似半导体材料击穿的现象,电导电流急剧地直线上升,使SiC 并联电阻出现不可逆的损坏。
实际上我国关于阀型避雷器技术条件中明确规定,带有非线性并联电阻的避雷器进行工频放电电压试验时,超过灭弧电压以后的时间应不大于0.2s。也就是说,在避雷器设计和制造时,并没有考虑到这种带有非线性SiC并联电阻、可能经常遇到的、而且时间长达几至几十分钟的铁磁、弧光、断线等谐振过电压作用下的热稳定性,以致由于SiC并联电阻的热容量不足,而导致避雷器的爆炸。
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