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電力系統(tǒng)里，過(guò)電壓保護(hù)得用到各種器件，保護(hù)間隙就是其中最原始、也最簡(jiǎn)單的一種過(guò)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(diǎn)很關(guān)鍵。
一、保護(hù)間隙的定義與基本結(jié)構(gòu)
保護(hù)間隙，簡(jiǎn)單講就是一種有特定要求的間隙。它一般有兩個(gè)電極，一個(gè)連在高壓導(dǎo)線上，另一個(gè)接大地，這兩個(gè)電極在空氣里形成符合要求的間隙。系統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)候，這個(gè)間隙能把帶電的部分和大地隔離開(kāi)，它還能起到絕緣的作用。當(dāng)間隙兩端的電壓超過(guò)它的絕緣耐受強(qiáng)度時(shí)，間隙里的空氣會(huì)被 “擊穿”，形成電弧通道。這個(gè)通道能把過(guò)電壓的電荷迅速泄放到大地，從而限制被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高。
它的結(jié)構(gòu)一般會(huì)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(jì)有個(gè)好處：工頻續(xù)流 —— 就是過(guò)電壓消失后，系統(tǒng)電壓還在維持間隙里的電弧 —— 通過(guò)時(shí)，電弧自己會(huì)產(chǎn)生熱空氣上升的力，還有電動(dòng)力，這些力能把電弧拉長(zhǎng)、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(hù)間隙不會(huì)單獨(dú)存在，它會(huì)和非線性電阻閥片 —— 拿氧化鋅電阻片來(lái)說(shuō)，就是很常見(jiàn)的一種 —— 串聯(lián)起來(lái)，組成一個(gè)一起工作的整體。這時(shí)候的保護(hù)間隙，能起到好幾個(gè)關(guān)鍵作用。
它的第一個(gè)作用是絕緣隔離。系統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)候，保護(hù)間隙會(huì)把避雷器的核心部件 —— 閥片，與系統(tǒng)的工作電壓隔離開(kāi)。這樣就能徹底消除閥片長(zhǎng)期承受的工頻電壓，還有隨之產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)運(yùn)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(yùn)行更可靠，使用壽命也更長(zhǎng)。
它還有一個(gè)作用是控制放電路徑。只有當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)危險(xiǎn)的過(guò)電壓，而且電壓高到能擊穿間隙的時(shí)候，保護(hù)間隙才會(huì)動(dòng)作，把閥片接入放電回路里。這時(shí)候，巨大的過(guò)電壓沖擊電流就會(huì)通過(guò)閥片泄放出去。閥片有很好的非線性特性，在高壓下會(huì)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(hù)設(shè)備絕緣水平的數(shù)值，進(jìn)而起到保護(hù)作用。
除此之外，它還有一個(gè)作用是切斷工頻續(xù)流。過(guò)電壓的能量泄放之后，系統(tǒng)的工頻電壓還會(huì)繼續(xù)通過(guò)間隙與閥片，形成 “工頻續(xù)流”。閥片在低電壓下會(huì)呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，所以這個(gè)續(xù)流的數(shù)值能被限制得很小。與此同時(shí)，保護(hù)間隙在電流過(guò)零的時(shí)候，能靠自己的絕緣恢復(fù)能力，可靠地把這個(gè)小電流的電弧熄滅，進(jìn)而切斷工頻續(xù)流，讓系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。
三、保護(hù)間隙的固有缺陷
雖然保護(hù)間隙結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本也低，但它單獨(dú)當(dāng)保護(hù)裝置用的時(shí)候，缺點(diǎn)很明顯 —— 這也是現(xiàn)代避雷器必須把它與閥片結(jié)合起來(lái)的原因。
它的第一個(gè)缺陷是伏秒特性陡峭。間隙的擊穿電壓和沖擊波的波頭時(shí)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(huì)變高，保護(hù)性能也就變差了，甚至可能和被保護(hù)設(shè)備的絕緣配合不好。
它的第二個(gè)缺陷是滅弧能力差。要是在系統(tǒng)短路容量大的地方用獨(dú)立的純保護(hù)間隙，一旦間隙被擊穿，強(qiáng)烈的工頻續(xù)流電弧可能沒(méi)法自己熄滅，最后會(huì)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(gè)缺陷是動(dòng)作分散性。它的放電電壓會(huì)受大氣條件影響，像氣壓、濕度、污染物這些因素，都會(huì)讓放電電壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致它的動(dòng)作值不夠固定。
四、總結(jié)
總的來(lái)講，保護(hù)間隙是過(guò)電壓保護(hù)的基本單元。早期的電力系統(tǒng)里，它是單獨(dú)使用的簡(jiǎn)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(gè)精密的控制開(kāi)關(guān)。它會(huì)和非線性電阻閥片一起協(xié)同工作，承擔(dān)著 “平時(shí)隔離、險(xiǎn)時(shí)導(dǎo)通、過(guò)后切斷” 的關(guān)鍵任務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)了保護(hù)性能與運(yùn)行可靠性的完美統(tǒng)一。
