金屬氧化物避雷器

金屬氧化物避雷器（MOA）它是保護輸變電設備絕緣免受過電壓危害的重要保護電器，具有快速響應的特點、伏安特性平坦、性能穩(wěn)定、通流容量大、殘壓低、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，廣泛應用于發(fā)電領(lǐng)域、輸電、變電、配電等系統(tǒng)中。復合外套金屬氧化物避雷器由硅橡膠復合材料制成，比傳統(tǒng)的瓷套避雷器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)堅固、耐污性強、防爆性能好等優(yōu)點。

金屬氧化物避雷器非線性電阻閥片的主要成分是氧化鋅，氧化鋅電阻片具有優(yōu)良的非線性特性。在正常工作電壓下，它的電阻值很高，實際上相當于一個絕緣體過壓時，電阻的阻值很小，殘壓很低。但在正常工作電壓下，閥板因長期工頻電壓而劣化，導致電阻特性發(fā)生變化，流過閥板的泄漏電流增大。電流中阻性分量的迅速增加會引起閥片上的溫度升高而引起熱崩潰，嚴重時甚至會引起避雷器爆炸事故。

根據(jù)《金屬氧化物避雷器通用技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，金屬氧化物避雷器的檢測項目有6項，即（1）絕緣電阻；2）直流U1mA和0.75U1mA時的泄漏電流；3）工作電壓下的交流漏電流；4）工頻參考電流下的工頻參考電壓；5）底座絕緣電阻；6）檢查卸料計數(shù)器的動作。

金屬氧化物避雷器的基本結(jié)構(gòu)是閥片，閥片由氧化鋅制成（ZnO）它是主料，摻雜少量其他金屬氧化物添加劑，高溫烘烤而成它具有良好的非線性壓敏特性，所以也叫壓敏電阻。

該燒結(jié)體的基本結(jié)構(gòu)是具有高導電性的氧化鋅顆粒，電阻率為1ωcm。邊緣由高電阻材料制成（主要是金屬氧化物添加劑）被晶界層包圍，在低電場強度下電阻率約為1010 ~ 1014ωcm。在較高電壓的作用下，金屬氧化物附屬物晶界層中的價電子被拉出來，或者電子因碰撞電離而坍縮，使載流子大量增加。當電場強度達到104 ~ 105伏時/Cm，其電阻率降低到1ωcm；當外加電壓降低時，由于復合，載流子減少，電阻增加，因此具有良好的非線性。其非線性伏安特性為正、反極性是對稱的。

在正常工作電壓下，通過金屬氧化物閥片的阻性電流很小，一般在10~15μA左右，接近絕緣狀態(tài)。當作用在閥板上的電壓增加時，電流增加。當通過閥板的阻性電流為1mA時，作用在避雷器上的電壓mA U1作為初始運行電壓。由于氧化鋅閥片良好的非線性特性，通過10kA沖擊電流時，殘壓與mA U1的比值一般不大于1.9壓比越小，其防護性能越好。mA U1的值約為最大允許工作電壓峰值的1.05～1.15倍。

金屬氧化物避雷器，又稱金屬氧化鋅避雷器，是20世紀70年代初出現(xiàn)的一種新型避雷器到目前為止，它已在中國廣泛使用美國電網(wǎng)。它與普通閥式避雷器的主要區(qū)別是閥板材質(zhì)不同普通閥式避雷器的閥板材料是碳化硅（金剛砂）金屬氧化物避雷器的閥片材料由半導體氧化鋅和其他金屬氧化物制成（如氧化鉆、氧化錳等）在高溫（1000℃以上）下燒結(jié)而成。

氧化鋅閥片又稱壓敏電阻，具有比碳化硅更好更理想的非線性電阻特性。在系統(tǒng)的工作電壓下，它的電阻很大，而通過的電流很小，阻性分量只有10~15uA左右，這樣小的電流不會燒壞閥板，所以可以隔離工頻工作電壓而不產(chǎn)生串聯(lián)間隙；當電壓升高時，它的電阻變得很小，可以通過很大的電流，殘壓也很低，使設備得到保護過壓消失后，恢復到原來的狀態(tài)。

一種只有變阻器的新型避雷器，它是由氧化鋅等金屬氧化物燒結(jié)而成的多晶半導體陶瓷元件，具有理想的閥特性。同時具有較小的非線性系數(shù)、保護特性好、能量吸收能力強、通流能力大、結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

非線性系數(shù)α非常小。1 mA ~ 10 kA范圍內(nèi)的電流通過金屬氧化物閥時，α值一般為0.02～0.06之間。在額定電壓下，通過的電流極小，因此可以制成無間隙避雷器。保護性能好。它不需要間隙動作，一旦電壓升高，能迅速吸收過電壓能量，抑制過電壓發(fā)展；它具有良好的陡度響應特性；無間隙氧化物避雷器的性能幾乎與溫度無關(guān)、濕度、氣壓、污染等環(huán)境條件，所以性能穩(wěn)定。

金屬氧化物避雷器基本無續(xù)流，工作負載輕，抗重復動作能力強。伏安特性對稱，不存在極性問題，可以做成直流避雷器。

通流容量大。避雷器容易吸收能量，不受串聯(lián)間隙限制，只與閥片本身強度有關(guān)。與碳化硅閥板相比，氧化物閥板的單位面積通流能力大4 ~ 4倍.5倍。因此，用這種閥片制成的避雷器不僅可以限制大氣過電壓，還可以用來限制操作過電壓，甚至可以耐受一定持續(xù)時間的短時間（工頻）過電壓。

結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易于批量生產(chǎn)，成本低。

適合各種特殊需求。金屬氧化物避雷器具有良好的耐污染性能，帶電清洗時避雷器的性能不會受到污染或改變護套表面電位分布的影響。同時，由于閥板不受大氣環(huán)境的影響，能適應各種絕緣介質(zhì)，因此也適用于高海拔地區(qū)和6SF全封閉組合電器等特殊需要。

金屬氧化物避雷器具有一系列優(yōu)點和巨大的發(fā)展?jié)摿?，是國際上避雷器的主要發(fā)展方向，將逐步取代傳統(tǒng)的間隙式避雷器，也將是未來UHV系統(tǒng)中的關(guān)鍵過電壓保護設備。

密封問題

金屬氧化物避雷器密封老化問題主要是由于生產(chǎn)廠家采用的密封技術(shù)不完善，或者采用的密封材料抗老化性能不穩(wěn)定當溫差變化較大或運行時間接近產(chǎn)品壽命末期時，密封不良后水分會滲入，導致內(nèi)部絕緣水平下降，加速電阻器的劣化，引起爆炸。

抗老化性能差

在金屬氧化物避雷器運行壽命的后期，電阻器的劣化導致泄漏電流增大，甚至導致瓷套內(nèi)部放電放電嚴重時，避雷器內(nèi)部氣體壓力和溫度急劇升高，導致金屬氧化物避雷器爆炸，內(nèi)部放電不嚴重時，可引起系統(tǒng)單相接地。

瓷套污染

金屬氧化物避雷器在戶外工作，瓷套容易受到環(huán)境粉塵的污染，尤其是在冶金廠區(qū)的變電站由于粉塵中金屬粉塵的比例較大，對瓷套造成嚴重污染，造成污閃或因污染導致電流沿瓷套表面分布不均勻，必然導致電阻片中電流IMOA分布不均勻(或者沿著電阻器的電壓分布不均勻)流過電阻器的電流比正常情況下大1 ~ 2個數(shù)量級，導致額外的溫升，大大降低了吸收過電壓的能力，加速了電阻器的劣化。

高次諧波

隨著冶金企業(yè)大噸位電弧爐的發(fā)展電力網(wǎng)、大型整流、變頻設備的應用和軋鋼生產(chǎn)的沖擊負荷已經(jīng)嚴重超過了電網(wǎng)上的高次諧波值。由于電阻的非線性，正弦電壓作用時存在一系列奇次諧波，高次諧波作用時電阻的退化速度加快。

抗沖擊能力差

金屬氧化物避雷器在操作過電壓或雷電條件下經(jīng)常發(fā)生事故原因是在電阻器的制造過程中，由于各工序質(zhì)量控制點控制不嚴，電阻器的阻值不強，在頻繁吸收過電壓能量的過程中，加速了電阻器的劣化和損壞，喪失了自身的技術(shù)性能。