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避雷器是電力系統(tǒng)里防御雷擊過電壓的核心設(shè)備。它能把雷電流導(dǎo)入大地，并且限制電壓幅值，保護(hù)電氣設(shè)備的絕緣不被損壞。它的技術(shù)一直在發(fā)展，從高壓輸電延伸到新能源領(lǐng)域，成了現(xiàn)代電網(wǎng)安全離不開的屏障。
避雷器的核心作用及工作原理有兩方面。其一，過電壓限制。當(dāng)雷電或者操作產(chǎn)生的過電壓侵入時(shí)，避雷器內(nèi)部的電阻會(huì)在微秒級時(shí)間內(nèi)突然降到低阻狀態(tài)。這樣能把數(shù)萬安培的雷電流泄放到地里，還能把殘壓限制在設(shè)備絕緣能承受的水平以下。拿氧化鋅避雷器（MOA）來說，它的殘壓值就得比被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐壓低 80% 以上。其二，續(xù)流切斷。雷電流泄放之后，避雷器會(huì)自動(dòng)恢復(fù)成高阻狀態(tài)，切斷工頻續(xù)流，防止系統(tǒng)短路。碳化硅避雷器需要依靠串聯(lián)的間隙來滅弧，而 MOA 因?yàn)橛蟹蔷€性特性，能實(shí)現(xiàn)無間隙操作。
避雷器的技術(shù)在不斷發(fā)展。1950 年代前的第一代是間隙型避雷器，有羊角間隙及管式避雷器，靠空氣間隙擊穿來泄流。但它滅弧能力差，容易產(chǎn)生截波，只能用在保護(hù)線路絕緣的弱點(diǎn)上。1950 年代到 70 年代的第二代是閥式避雷器，用碳化硅閥片加串聯(lián)間隙的結(jié)構(gòu)，開斷能力提高很多，能保護(hù)變電站的主設(shè)備。1956 年蘇聯(lián)援建的碳化硅避雷器生產(chǎn)線，成了我國電網(wǎng)防雷的開始。1970 年代至今的第三代是金屬氧化物避雷器，氧化鋅閥片的非線性伏安特性很好，非線性系數(shù) α 大約 0.02，實(shí)現(xiàn)了無間隙、無續(xù)流的設(shè)計(jì)。它的通流能力能達(dá)到 30kA 以上，殘壓降低 40%，成了超高壓及特高壓電網(wǎng)的主要選擇。2010 年代后的第四代聚焦復(fù)合材料及特高壓應(yīng)用。材料上，用樹脂基復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)電瓷，耐腐蝕且重量輕，能減輕 50% 重量，適合風(fēng)電葉片等特殊環(huán)境。特高壓方面，2016 年 ±800kV 賓金直流投運(yùn)了世界首套特高壓線路避雷器，能承受 100kA 的沖擊電流，保護(hù)范圍包括山區(qū)、高土壤電阻率等雷擊高危區(qū)域。
現(xiàn)代應(yīng)用及技術(shù)前沿中，新能源領(lǐng)域有定制化發(fā)展。風(fēng)電葉片避雷器采用整體預(yù)成型設(shè)計(jì)，長度和百米級葉片相匹配，避免了分體式安裝存在的可靠性缺陷。復(fù)合材料及航空級鋁材的應(yīng)用，能保障在 25 年壽命周期內(nèi)的耐候性。智能化及多功能集成也是一個(gè)方向。新型避雷器集成了溫度及泄漏電流監(jiān)測模塊，能實(shí)時(shí)上傳狀態(tài)數(shù)據(jù)。開放型防爆結(jié)構(gòu)提高了安全性，老化性能也提升了 20%。全域防護(hù)體系的構(gòu)建同樣重要。結(jié)合 “接閃–分流–屏蔽–接地” 的綜合防雷策略，避雷器與防雷針、避雷帶組成多層次防御網(wǎng)。拿建筑物籠型防雷系統(tǒng)來說，它利用鋼筋法拉第籠實(shí)現(xiàn)等電位連接，這比 IEC 標(biāo)準(zhǔn)早了 40 年。
管式避雷器靠產(chǎn)氣材料滅弧，用在輸電線路絕緣弱點(diǎn)，代表產(chǎn)品是排氣式避雷器。碳化硅閥式避雷器采用 SiC 閥片加串聯(lián)間隙技術(shù)，應(yīng)用于變電站交流設(shè)備，電站型 FZ 系列是代表。氧化鋅避雷器以 ZnO 閥片無間隙設(shè)計(jì)為核心，用在特高壓直流及新能源設(shè)備中，±1100kV 直流線路避雷器是其代表。復(fù)合外套避雷器運(yùn)用硅橡膠外套加樹脂基芯體技術(shù)，適用于風(fēng)電葉片及高污穢環(huán)境，葉片專用整體式避雷系統(tǒng)是代表。
未來，材料會(huì)更輕且集成度更高。用航空航天級鋁材及碳纖維復(fù)合技術(shù)，能減輕設(shè)備重量，還能提升葉片氣動(dòng)性能。多災(zāi)害防御會(huì)相互融合。避雷器將與防冰、防山火裝置協(xié)同，構(gòu)建特高壓線路 “全災(zāi)害防護(hù)體系”。超高壓技術(shù)還在攻關(guān)。
避雷器的本質(zhì)是精確控制 “引雷入地”，從富蘭克林風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，到特高壓電網(wǎng) “隱形衛(wèi)士”，它的發(fā)展始終圍繞可靠性、響應(yīng)速度及適應(yīng)性。未來，隨著新能源及智能電網(wǎng)發(fā)展，恩彼邁避雷器會(huì)從被動(dòng)保護(hù)轉(zhuǎn)向主動(dòng)防御，成為能源系統(tǒng) “免疫基石”。
