金属氧化物避雷器

金属氧化物避雷器（MOA）它是保护输变电设备绝缘免受过电压危害的重要保护电器，具有快速响应的特点、伏安特性平坦、性能稳定、通流容量大、残压低、寿命长、结构简单等优点，广泛应用于发电领域、输电、变电、配电等系统中。复合外套金属氧化物避雷器由硅橡胶复合材料制成，比传统的瓷套避雷器体积小、重量轻、结构坚固、耐污性强、防爆性能好等优点。

金属氧化物避雷器非线性电阻阀片的主要成分是氧化锌，氧化锌电阻片具有优良的非线性特性。在正常工作电压下，它的电阻值很高，实际上相当于一个绝缘体过压时，电阻的阻值很小，残压很低。但在正常工作电压下，阀板因长期工频电压而劣化，导致电阻特性发生变化，流过阀板的泄漏电流增大。电流中阻性分量的迅速增加会引起阀片上的温度升高而引起热崩溃，严重时甚至会引起避雷器爆炸事故。

根据《金属氧化物避雷器通用技术规范》的规定，金属氧化物避雷器的检测项目有6项，即（1）绝缘电阻；2）直流U1mA和0.75U1mA时的泄漏电流；3）工作电压下的交流漏电流；4）工频参考电流下的工频参考电压；5）底座绝缘电阻；6）检查卸料计数器的动作。

金属氧化物避雷器的基本结构是阀片，阀片由氧化锌制成（ZnO）它是主料，掺杂少量其他金属氧化物添加剂，高温烘烤而成它具有良好的非线性压敏特性，所以也叫压敏电阻。

该烧结体的基本结构是具有高导电性的氧化锌颗粒，电阻率为1ωcm。边缘由高电阻材料制成（主要是金属氧化物添加剂）被晶界层包围，在低电场强度下电阻率约为1010 ~ 1014ωcm。在较高电压的作用下，金属氧化物附属物晶界层中的价电子被拉出来，或者电子因碰撞电离而坍缩，使载流子大量增加。当电场强度达到104 ~ 105伏时/Cm，其电阻率降低到1ωcm；当外加电压降低时，由于复合，载流子减少，电阻增加，因此具有良好的非线性。其非线性伏安特性为正、反极性是对称的。

在正常工作电压下，通过金属氧化物阀片的阻性电流很小，一般在10~15μA左右，接近绝缘状态。当作用在阀板上的电压增加时，电流增加。当通过阀板的阻性电流为1mA时，作用在避雷器上的电压mA U1作为初始运行电压。由于氧化锌阀片良好的非线性特性，通过10kA冲击电流时，残压与mA U1的比值一般不大于1.9压比越小，其防护性能越好。mA U1的值约为最大允许工作电压峰值的1.05～1.15倍。

金属氧化物避雷器，又称金属氧化锌避雷器，是20世纪70年代初出现的一种新型避雷器到目前为止，它已在中国广泛使用美国电网。它与普通阀式避雷器的主要区别是阀板材质不同普通阀式避雷器的阀板材料是碳化硅（金刚砂）金属氧化物避雷器的阀片材料由半导体氧化锌和其他金属氧化物制成（如氧化钻、氧化锰等）在高温（1000℃以上）下烧结而成。

氧化锌阀片又称压敏电阻，具有比碳化硅更好更理想的非线性电阻特性。在系统的工作电压下，它的电阻很大，而通过的电流很小，阻性分量只有10~15uA左右，这样小的电流不会烧坏阀板，所以可以隔离工频工作电压而不产生串联间隙；当电压升高时，它的电阻变得很小，可以通过很大的电流，残压也很低，使设备得到保护过压消失后，恢复到原来的状态。

一种只有变阻器的新型避雷器，它是由氧化锌等金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷元件，具有理想的阀特性。同时具有较小的非线性系数、保护特性好、能量吸收能力强、通流能力大、结构简单稳定性好等优点。

非线性系数α非常小。1 mA ~ 10 kA范围内的电流通过金属氧化物阀时，α值一般为0.02～0.06之间。在额定电压下，通过的电流极小，因此可以制成无间隙避雷器。保护性能好。它不需要间隙动作，一旦电压升高，能迅速吸收过电压能量，抑制过电压发展；它具有良好的陡度响应特性；无间隙氧化物避雷器的性能几乎与温度无关、湿度、气压、污染等环境条件，所以性能稳定。

金属氧化物避雷器基本无续流，工作负载轻，抗重复动作能力强。伏安特性对称，不存在极性问题，可以做成直流避雷器。

通流容量大。避雷器容易吸收能量，不受串联间隙限制，只与阀片本身强度有关。与碳化硅阀板相比，氧化物阀板的单位面积通流能力大4 ~ 4倍.5倍。因此，用这种阀片制成的避雷器不仅可以限制大气过电压，还可以用来限制操作过电压，甚至可以耐受一定持续时间的短时间（工频）过电压。

结构简单，体积小，易于批量生产，成本低。

适合各种特殊需求。金属氧化物避雷器具有良好的耐污染性能，带电清洗时避雷器的性能不会受到污染或改变护套表面电位分布的影响。同时，由于阀板不受大气环境的影响，能适应各种绝缘介质，因此也适用于高海拔地区和6SF全封闭组合电器等特殊需要。

金属氧化物避雷器具有一系列优点和巨大的发展潜力，是国际上避雷器的主要发展方向，将逐步取代传统的间隙式避雷器，也将是未来UHV系统中的关键过电压保护设备。

密封问题

金属氧化物避雷器密封老化问题主要是由于生产厂家采用的密封技术不完善，或者采用的密封材料抗老化性能不稳定当温差变化较大或运行时间接近产品寿命末期时，密封不良后水分会渗入，导致内部绝缘水平下降，加速电阻器的劣化，引起爆炸。

抗老化性能差

在金属氧化物避雷器运行寿命的后期，电阻器的劣化导致泄漏电流增大，甚至导致瓷套内部放电放电严重时，避雷器内部气体压力和温度急剧升高，导致金属氧化物避雷器爆炸，内部放电不严重时，可引起系统单相接地。

瓷套污染

金属氧化物避雷器在户外工作，瓷套容易受到环境粉尘的污染，尤其是在冶金厂区的变电站由于粉尘中金属粉尘的比例较大，对瓷套造成严重污染，造成污闪或因污染导致电流沿瓷套表面分布不均匀，必然导致电阻片中电流IMOA分布不均匀(或者沿着电阻器的电压分布不均匀)流过电阻器的电流比正常情况下大1 ~ 2个数量级，导致额外的温升，大大降低了吸收过电压的能力，加速了电阻器的劣化。

高次谐波

随着冶金企业大吨位电弧炉的发展电力网、大型整流、变频设备的应用和轧钢生产的冲击负荷已经严重超过了电网上的高次谐波值。由于电阻的非线性，正弦电压作用时存在一系列奇次谐波，高次谐波作用时电阻的退化速度加快。

抗冲击能力差

金属氧化物避雷器在操作过电压或雷电条件下经常发生事故原因是在电阻器的制造过程中，由于各工序质量控制点控制不严，电阻器的阻值不强，在频繁吸收过电压能量的过程中，加速了电阻器的劣化和损坏，丧失了自身的技术性能。