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在電力系統(tǒng)中，避雷器是保護(hù)電氣設(shè)備不被雷電過電壓、操作過電壓傷害的關(guān)鍵設(shè)備。它保護(hù)設(shè)備的核心想法不是 “躲開”，而是 “限制和疏導(dǎo)”。“殘壓” 就是衡量避雷器限制過電壓能力的最關(guān)鍵參數(shù)，它直接決定被保護(hù)設(shè)備的絕緣是否安全。
一、殘壓的定義與核心作用
現(xiàn)在的電力系統(tǒng)中，金屬氧化物避雷器（簡稱 MOA）用得很多，它的核心零件是氧化鋅（ZnO）電阻片。要明白殘壓的原理，關(guān)鍵是弄懂氧化鋅電阻片的非線性電壓電流特性。
先說說這種非線性特性。在正常工作電壓下，氧化鋅電阻片會表現(xiàn)出很高的電阻狀態(tài)，流過它的泄漏電流只有微安級，幾乎和開路一樣，不會影響系統(tǒng)運行。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)會威脅設(shè)備絕緣的過電壓時，電壓會升到避雷器的動作電壓 —— 具體就是超過持續(xù)運行電壓峰值的某個數(shù)值，這時候氧化鋅電阻片的微觀晶界結(jié)構(gòu)會快速變化，它的電阻值會大幅下降好幾個數(shù)量級，一下子變成高導(dǎo)電的狀態(tài)。
再看殘壓是怎么形成的。第一步是讓大電流通過：遇到極高的過電壓時，避雷器會一下子導(dǎo)通，它能允許幾千安培甚至幾十萬安培的沖擊電流流過去，像 8/20μs 波形的雷電流就屬于這種情況。接下來是電壓控制：因為氧化鋅電阻片有很好的非線性特性，雖然通過它的電流漲得很快，但它兩端的電壓不會跟著按比例升高，反而會被控制在一個比較平穩(wěn)的范圍里，這個被控制住的電壓，就是我們要測的殘壓。等過電壓消失后，就到了能量吸收和恢復(fù)的環(huán)節(jié)：沖擊電流的能量會以熱量的形式被氧化鋅電阻片吸收，系統(tǒng)電壓回到正常的工頻電壓后，氧化鋅電阻片會很快變回高電阻狀態(tài)，自動切斷工頻持續(xù)電流，之后就等著下次動作。
我們能把整個過程比作一個智能的、還能自動復(fù)位的高速穩(wěn)壓鉗位電路。
三、殘壓的技術(shù)特性與分類
殘壓不是固定的數(shù)值，它和通過避雷器的沖擊電流波形、電流大小都有直接關(guān)系。為了讓評價更統(tǒng)一，國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在特定沖擊電流下測得的殘壓值，這類數(shù)值主要分三種。
第一種是標(biāo)稱放電電流下的殘壓，這是避雷器最基本的保護(hù)能力。對電站用的避雷器來說，人們常用 8/20μs 波形、10kA 或 20kA 的標(biāo)稱放電電流來測它的殘壓，這個數(shù)值會用在絕緣配合的常規(guī)計算中。
第二種是操作沖擊電流下的殘壓。人們會用波形時間較長的沖擊電流來測，像 30/80μs 或 4/10μs 的大電流就是常用的，這種殘壓主要用來檢查避雷器在操作過電壓下的保護(hù)效果。
第三種是陡波沖擊電流下的殘壓。人們會用波頭很陡的沖擊電流來測，1/5μs 的電流就是典型例子，它用來檢查避雷器對波頭陡的雷電流的反應(yīng)情況，這個數(shù)值通常比前兩種稍高，是保護(hù)設(shè)備匝間絕緣的重要參考。
四、保護(hù)水平與絕緣配合
到了實際工程里，我們會用 “保護(hù)水平” 衡量避雷器的保護(hù)能力。避雷器的保護(hù)水平，通常就是它在不同測試條件下測出的殘壓值里最大的那個。
我們做系統(tǒng)絕緣配合工作時，必須保證一個要求：被保護(hù)設(shè)備的基準(zhǔn)絕緣水平（簡稱 BIL），得比避雷器的保護(hù)水平乘以安全系數(shù)更大。通過這樣嚴(yán)格的計算，我們能確保：只要出現(xiàn)預(yù)想中的過電壓，避雷器肯定會比被保護(hù)設(shè)備先啟動，并且能把過電壓控制在設(shè)備能安全承受的范圍里。
結(jié)論
總的來說，恩彼邁避雷器的殘壓原理，本質(zhì)上是利用它的核心零件 —— 拿氧化鋅電阻片來說 —— 高度非線性的電壓電流特性。在承受巨大沖擊電流時，它會把自身兩端的電壓（也就是加在被保護(hù)設(shè)備上的電壓）強(qiáng)制控制在一個預(yù)先設(shè)定的安全數(shù)值之下。
這種 “犧牲自己（吸收能量）來保護(hù)系統(tǒng)” 的機(jī)制，是現(xiàn)在電力系統(tǒng)過電壓保護(hù)的基礎(chǔ)。而不斷追求更低的殘壓、以及更好的電壓電流特性，是避雷器技術(shù)發(fā)展的永恒方向。
