在電力系統(tǒng)里，變壓器、斷路器、互感器這些高壓電氣設備，不僅要長期承受正常運行電壓的作用，還經常要面對雷電過電壓及操作過電壓帶來的嚴峻考驗。其中，閥型避雷器（Valve-Type Surge Arrester） 作為一種經典的過電壓保護裝置，過去曾被廣泛用來保護重要設備，避免它們遭到感應過電壓以及其他過電壓的侵害。
一、核心使命：防御感應過電壓
感應過電壓是電力系統(tǒng)中過電壓的主要形式之一，它的產生主要源于兩種情況：
其一，是雷電感應過電壓。當雷電擊中線路附近的大地或者避雷針時，強大的雷電流會產生劇烈變化的電磁場，這個電磁場會在附近的輸電線路上感應出極高的過電壓。雖然這種過電壓的幅值通常比直擊雷產生的過電壓低，但它發(fā)生的概率很高，并且會沿著線路傳播，對變電站里絕緣水平相對薄弱的變壓器等設備造成嚴重威脅。
其二，是操作過電壓。當電力系統(tǒng)進行開關操作時，拿分合空載線路、切斷負荷電流這些操作來說，或者當系統(tǒng)發(fā)生故障時，就像出現弧光接地這種情況，由于電磁能量會瞬間發(fā)生劇變并產生振蕩，這也會產生過電壓，這種過電壓頻率高且持續(xù)時間短。
閥型避雷器的核心設計目的，就是要可靠地限制并泄放這類過電壓，把過電壓鉗制在被保護設備絕緣能承受的安全水平之內，就像 “保鏢” 一樣保護設備安全。
二、工作原理與結構特點
閥型避雷器的名字，來源于它核心的非線性電阻閥片以及火花間隙所構成的 “閥式” 動作特性。它的基本工作原理可以概括成 “高阻堵截，低阻泄放”。
在系統(tǒng)正常運行的時候，避雷器的火花間隙會把工作電壓和大地隔離開，防止工頻電流泄漏。這時候，非線性電阻閥片（早期用的是碳化硅 SiC）會呈現出極高的電阻值，只有微安級的泄漏電流能通過，就好像 “閥門關閉” 了一樣。
當有過電壓來襲的時候，一旦感應過電壓等沖擊電壓的幅值超過了火花間隙的放電電壓，火花間隙就會被迅速擊穿，沖擊電流隨后就能通過。
進入泄流與限壓階段，非線性電阻閥片在高壓沖擊下會瞬間變成低電阻狀態(tài)，就如同 “閥門打開”，為巨大的過電壓能量提供一條低阻抗的對地泄放通道。在這個過程中，電阻閥片上的殘壓（也就是避雷器兩端的電壓）會被限制在一個固定值，這個值遠低于設備絕緣能承受的水平，我們把這個值叫做 “殘壓”。
到了電流切斷階段，過電壓能量被泄放之后，工頻續(xù)流（也就是跟著沖擊電流而來的系統(tǒng)工頻電流）會流過閥片。這時候，閥片的電阻會自動恢復成高阻狀態(tài)，從而有效地抑制工頻續(xù)流，并且在電流過零點的時候，由火花間隙把工頻續(xù)流切斷，系統(tǒng)也就恢復正常運行了。
閥型避雷器的典型結構，是由多個火花間隙以及非線性電阻閥片（SiC） 串聯組成的，這些部件會封裝在瓷套里面。其中，火花間隙的作用是切斷工頻續(xù)流，而閥片則承擔著限壓以及泄流的關鍵任務。
三、在變壓器及高壓電器保護中的應用
變壓器是電網的核心設備，就像電網的心臟一樣。它內部繞組之間、匝之間的絕緣非常脆弱，根本經受不住過電壓的沖擊。高壓電器，拿開關設備、互感器來說，它們的相同絕緣以及對地絕緣也同樣需要保護。
我們通常會把閥型避雷器直接并聯連接在需要保護的變壓器或者電器的端子與大地之間。它的安裝位置越靠近被保護設備越好，這樣能減小引線電感對保護效果產生的影響。當來自線路的感應過電壓波侵入變電站時，避雷器會比設備絕緣先動作，把過電壓波頭截斷，并且將危險的電壓水平 “鉗位” 在安全殘壓以下，這樣就能確保變壓器等設備的絕緣不會被擊穿。
四、發(fā)展與演進
這里需要說明的是，傳統(tǒng)的碳化硅（SiC）閥型避雷器，現在已經逐漸被性能更優(yōu)異的金屬氧化物避雷器（MOA，也叫氧化鋅避雷器） 取代了。氧化鋅電阻片有著極其出色的非線性伏安特性，不需要串聯火花間隙，就能實現 “有壓無流，過壓泄流” 的效果。它的通流容量更大、響應速度更快、保護特性更穩(wěn)定，如今已經成為電力系統(tǒng)過電壓保護的主流設備。
不過，恩彼邁閥型避雷器（尤其是碳化硅型的）在電力發(fā)展史上有著不可替代的作用，它的基本原理為現代過電壓保護技術打下了堅實的基礎。對我們來說，理解它的工作機理，對于深入掌握電力系統(tǒng)過電壓防護知識有著重要的意義。
