氧化鋅避雷器（Zinc Oxide Surge Arrester，簡稱 ZnO 避雷器）是一種廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的過電壓保護裝置，主要用于限制電力系統(tǒng)中的過電壓，保護電氣設(shè)備免受雷電過電壓和操作過電壓的損害。其核心材料是氧化鋅（ZnO），因其優(yōu)異的非線性伏安特性而成為避雷器的關(guān)鍵組成部分。本文將從氧化鋅避雷器的作用、工作原理、結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用等方面進行詳細闡述。

一、氧化鋅避雷器的作用

氧化鋅避雷器的主要作用是保護電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備免受過電壓的損害。過電壓通常分為兩類：雷電過電壓和操作過電壓。

1. 雷電過電壓：雷電過電壓是由雷擊直接或間接引起的，其電壓幅值高、持續(xù)時間短，可能對電力系統(tǒng)中的變壓器、開關(guān)設(shè)備、輸電線路等造成嚴重損壞。氧化鋅避雷器能夠迅速將雷電過電壓限制在安全范圍內(nèi)，避免設(shè)備絕緣擊穿。

2. 操作過電壓：操作過電壓是由于電力系統(tǒng)中的開關(guān)操作、短路故障、負荷突變等引起的，其電壓幅值相對較低，但持續(xù)時間較長。氧化鋅避雷器能夠有效抑制操作過電壓，保護設(shè)備免受損害。

此外，氧化鋅避雷器還具有以下作用：

- 提高系統(tǒng)可靠性：通過限制過電壓，減少設(shè)備故障率，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

- 延長設(shè)備壽命：保護設(shè)備免受過電壓的沖擊，延長設(shè)備的使用壽命。

- 降低維護成本：減少因過電壓引起的設(shè)備損壞，降低維護和更換成本。

二、氧化鋅避雷器的工作原理

氧化鋅避雷器的核心是氧化鋅電阻片，其工作原理基于氧化鋅材料的非線性伏安特性。氧化鋅電阻片在正常電壓下呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，幾乎不導(dǎo)通電流；而在過電壓下，電阻片的電阻急劇下降，迅速導(dǎo)通電流，將過電壓限制在安全范圍內(nèi)。

1. 正常電壓下的工作狀態(tài)：

在電力系統(tǒng)正常運行時，氧化鋅避雷器兩端的電壓為系統(tǒng)額定電壓，氧化鋅電阻片呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，流過的電流非常?。ㄍǔＴ谖布墸?，幾乎不消耗能量。此時，避雷器對系統(tǒng)運行沒有影響。

2. 過電壓下的工作狀態(tài)：

當電力系統(tǒng)出現(xiàn)雷電過電壓或操作過電壓時，氧化鋅避雷器兩端的電壓迅速升高。當電壓超過一定閾值（稱為參考電壓或起始動作電壓），氧化鋅電阻片的電阻急劇下降，進入低電阻狀態(tài)，迅速導(dǎo)通電流，將過電壓的能量通過避雷器泄放到大地。此時，避雷器兩端的電壓被限制在一個較低的水平（稱為殘壓），從而保護設(shè)備免受損害。

3. 過電壓結(jié)束后的恢復(fù)狀態(tài)：

當過電壓消失后，氧化鋅電阻片迅速恢復(fù)高電阻狀態(tài)，避雷器重新進入正常工作狀態(tài)，不會對系統(tǒng)造成任何影響。

三、氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)特點

氧化鋅避雷器通常由以下幾個部分組成：

1. 氧化鋅電阻片：這是避雷器的核心部件，由氧化鋅（ZnO）為主要成分，添加少量其他金屬氧化物（如Bi2O3、Co2O3等）燒結(jié)而成。氧化鋅電阻片具有優(yōu)異的非線性伏安特性，能夠在過電壓下迅速導(dǎo)通電流。

2. 絕緣外套：氧化鋅電阻片通常被封裝在絕緣外套中，以保護電阻片免受外界環(huán)境（如濕氣、灰塵等）的影響。絕緣外套通常由硅橡膠或陶瓷材料制成，具有良好的絕緣性能和耐候性。

3. 金屬電極：氧化鋅電阻片的兩端連接有金屬電極，用于與電力系統(tǒng)連接。電極通常由鋁或銅制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐腐蝕性。

4. 接地裝置：避雷器的下端通過接地裝置與大地連接，用于將過電壓的能量泄放到大地。

四、氧化鋅避雷器的優(yōu)點

與傳統(tǒng)避雷器（如碳化硅避雷器）相比，氧化鋅避雷器具有以下優(yōu)點：

1. 非線性特性優(yōu)異：氧化鋅電阻片的非線性伏安特性非常優(yōu)異，能夠在過電壓下迅速導(dǎo)通電流，且殘壓較低，保護效果更好。

2. 響應(yīng)速度快：氧化鋅避雷器的響應(yīng)時間極短，通常在納秒級，能夠迅速限制過電壓。

3. 無續(xù)流：在過電壓消失后，氧化鋅避雷器能夠迅速恢復(fù)高電阻狀態(tài)，不會產(chǎn)生續(xù)流，避免了傳統(tǒng)避雷器可能引起的二次過電壓問題。

4. 體積小、重量輕：氧化鋅避雷器結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕，便于安裝和維護。

5. 使用壽命長：氧化鋅電阻片具有優(yōu)異的耐老化性能，使用壽命長，維護成本低。

五、氧化鋅避雷器的應(yīng)用

氧化鋅避雷器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個領(lǐng)域，包括：

- 輸電線路：用于保護輸電線路免受雷電過電壓的損害。

- 變電站：用于保護變壓器、開關(guān)設(shè)備等免受雷電過電壓和操作過電壓的損害。

- 發(fā)電廠：用于保護發(fā)電機、母線等設(shè)備。

- 配電系統(tǒng)：用于保護配電變壓器、配電線路等。

六、總結(jié)

氧化鋅避雷器是一種高效、可靠的過電壓保護裝置，其核心材料氧化鋅電阻片具有優(yōu)異的非線性伏安特性，能夠在過電壓下迅速導(dǎo)通電流，將過電壓限制在安全范圍內(nèi)。與傳統(tǒng)避雷器相比，氧化鋅避雷器具有響應(yīng)速度快、無續(xù)流、體積小、使用壽命長等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個領(lǐng)域，為電力設(shè)備的安全運行提供了有力保障。