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電力系統(tǒng)里，過電壓保護得用到各種器件，保護間隙就是其中最原始、也最簡單的一種過電壓限制器件。它還是避雷器技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，我們想掌握現(xiàn)代避雷器技術(shù)，就得先搞懂它的工作原理 —— 這一點很關(guān)鍵。
一、保護間隙的定義與基本結(jié)構(gòu)
保護間隙，簡單講就是一種有特定要求的間隙。它一般有兩個電極，一個連在高壓導(dǎo)線上，另一個接大地，這兩個電極在空氣里形成符合要求的間隙。系統(tǒng)正常運行的時候，這個間隙能把帶電的部分和大地隔離開，它還能起到絕緣的作用。當(dāng)間隙兩端的電壓超過它的絕緣耐受強度時，間隙里的空氣會被 “擊穿”，形成電弧通道。這個通道能把過電壓的電荷迅速泄放到大地，從而限制被保護設(shè)備上的電壓升高。
它的結(jié)構(gòu)一般會用角形電極，我們把這種結(jié)構(gòu)叫做 “羊角間隙”。這種設(shè)計有個好處：工頻續(xù)流 —— 就是過電壓消失后，系統(tǒng)電壓還在維持間隙里的電弧 —— 通過時，電弧自己會產(chǎn)生熱空氣上升的力，還有電動力，這些力能把電弧拉長、降溫，這樣電弧就更容易自己滅掉。
二、在避雷器中的核心作用與工作邏輯
恩彼邁現(xiàn)代的避雷器里，保護間隙不會單獨存在，它會和非線性電阻閥片 —— 拿氧化鋅電阻片來說，就是很常見的一種 —— 串聯(lián)起來，組成一個一起工作的整體。這時候的保護間隙，能起到好幾個關(guān)鍵作用。
它的第一個作用是絕緣隔離。系統(tǒng)正常運行的時候，保護間隙會把避雷器的核心部件 —— 閥片，與系統(tǒng)的工作電壓隔離開。這樣就能徹底消除閥片長期承受的工頻電壓，還有隨之產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)運行電壓與泄漏電流，這能大大減緩閥片的老化速度，讓閥片的運行更可靠，使用壽命也更長。
它還有一個作用是控制放電路徑。只有當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)危險的過電壓，而且電壓高到能擊穿間隙的時候，保護間隙才會動作，把閥片接入放電回路里。這時候，巨大的過電壓沖擊電流就會通過閥片泄放出去。閥片有很好的非線性特性，在高壓下會呈現(xiàn)低電阻狀態(tài)，這樣就能把殘壓 —— 也就是避雷器兩端的電壓 —— 限制在遠(yuǎn)低于被保護設(shè)備絕緣水平的數(shù)值，進而起到保護作用。
除此之外，它還有一個作用是切斷工頻續(xù)流。過電壓的能量泄放之后，系統(tǒng)的工頻電壓還會繼續(xù)通過間隙與閥片，形成 “工頻續(xù)流”。閥片在低電壓下會呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，所以這個續(xù)流的數(shù)值能被限制得很小。與此同時，保護間隙在電流過零的時候，能靠自己的絕緣恢復(fù)能力，可靠地把這個小電流的電弧熄滅，進而切斷工頻續(xù)流，讓系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。
三、保護間隙的固有缺陷
雖然保護間隙結(jié)構(gòu)簡單、成本也低，但它單獨當(dāng)保護裝置用的時候，缺點很明顯 —— 這也是現(xiàn)代避雷器必須把它與閥片結(jié)合起來的原因。
它的第一個缺陷是伏秒特性陡峭。間隙的擊穿電壓和沖擊波的波頭時間關(guān)系很大，要是遇到波頭陡的雷電波，它的放電電壓就會變高，保護性能也就變差了，甚至可能和被保護設(shè)備的絕緣配合不好。
它的第二個缺陷是滅弧能力差。要是在系統(tǒng)短路容量大的地方用獨立的純保護間隙，一旦間隙被擊穿，強烈的工頻續(xù)流電弧可能沒法自己熄滅，最后會導(dǎo)致持續(xù)的接地短路，引發(fā)線路跳閘，造成供電中斷。
它的第三個缺陷是動作分散性。它的放電電壓會受大氣條件影響，像氣壓、濕度、污染物這些因素，都會讓放電電壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致它的動作值不夠固定。
四、總結(jié)
總的來講，保護間隙是過電壓保護的基本單元。早期的電力系統(tǒng)里，它是單獨使用的簡易避雷裝置；可到了現(xiàn)代避雷器 —— 特別是帶串聯(lián)間隙的金屬氧化物避雷器 —— 里，它已經(jīng)變成了一個精密的控制開關(guān)。它會和非線性電阻閥片一起協(xié)同工作，承擔(dān)著 “平時隔離、險時導(dǎo)通、過后切斷” 的關(guān)鍵任務(wù)，最終實現(xiàn)了保護性能與運行可靠性的完美統(tǒng)一。
