一、概述
避雷器是一種限制過電壓的保護(hù)裝置，通常由火花間隙和非線性電阻組成，其基本工作原理如圖8－4所示。它與被保護(hù)物并聯(lián)，當(dāng)出現(xiàn)的過電壓危及被保護(hù)物時(shí)，避雷器放電，使高壓沖擊電流泄入大地，爾后，它仍能恢復(fù)原工作狀態(tài)，截止伴隨而來的正常工頻電流，使電路與大地絕緣。過電壓越高，火花間隙擊穿越快，從而限制了加于被保護(hù)物上的過電壓。
圖8－4 避雷器的工作原理 圖8－5 避雷器的伏－秒特性
1－被保護(hù)變壓器；2－避雷器； 1－避雷器的伏秒特性；
3－非線性電阻；4－火花間隙； 2－被保護(hù)物絕緣的伏秒特性。
5－被限制的過電壓波；6－未被限制的過電壓波
擊穿電壓的幅值同擊穿時(shí)間的關(guān)系稱為伏一秒特性。為了使避雷器能可靠地保護(hù)被保護(hù)物，避雷器的伏一秒特性至少應(yīng)比被保護(hù)物絕緣的伏一秒特性低20％～25％，如圖8－5所示；另外，避雷器在放電時(shí)，應(yīng)能承受耐熱以及機(jī)械應(yīng)力等變化，而本身結(jié)構(gòu)不致?lián)p壞。
避雷器的主要類型有保護(hù)間隙、管形避雷器、閥形避雷器和氧化避雷器等。在SS1型、SS3型和SS4型電力機(jī)車采用保護(hù)火花間隙，SS3B型、SS4G型、SS7型、SS8型電力機(jī)車采用Y10W－42/105TD型氧化鋅避雷器(又稱無間隙金屬氧化物避雷器)，本節(jié)只介紹Y10W－42/105TD型氧化鋅避雷器。
二、氧化鋅避雷器
SS3B型、SS4G型、SS7型、SS8型電力機(jī)車采用的Y10W－42/105TD型氧化鋅避雷器安裝于機(jī)車頂部，是專用的過電壓防護(hù)裝置，主要用于機(jī)車一次側(cè)高壓電氣設(shè)備的絕緣，使之免受大氣過電壓和操作過電壓的損害。
1．工作原理
氧化鋅避雷器的主要元件是氧化鋅閥片，它以氧化鋅為主要成份，并附以多種精選過的、能產(chǎn)生非線性特性的金屬氧化物添加劑，用高溫?zé)Y(jié)而成。它具有相當(dāng)理想的伏一安特性(相當(dāng)于穩(wěn)壓二極管的反向特性)，其非線性系數(shù)約為0.025左右。
該避雷器優(yōu)異的伏一安特性可使其在正常工作電壓下呈現(xiàn)高電阻，流過的電流非常小，可視為絕緣體，從而實(shí)現(xiàn)無間隙。而當(dāng)系統(tǒng)上出現(xiàn)超過某一電壓動(dòng)作值的電壓時(shí)，則呈低電阻，電流急劇增加，使避雷器殘壓被限制在允許值下，并將沖擊電流迅速泄入大地，從而保護(hù)了與其并聯(lián)的電力機(jī)車電氣設(shè)備的絕緣。待電壓恢復(fù)到正常工作范圍時(shí)，電流又非常小，避雷器又呈絕緣狀態(tài)。因此該避雷器不存在工頻續(xù)流，也不影響系統(tǒng)的正常工作。無間隙、無續(xù)流正是其技術(shù)先進(jìn)性的體現(xiàn)。
2．產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
圖8－6 Y10W－42/105TD型氧化鋅避雷器結(jié)構(gòu)簡圖
1－蓋板組裝（包括密封件等）；2－彈簧體；
3－心體（包括ZnO等）；4－瓷套；5－底板組裝。
Y10W－42／150TD型氧化鋅避雷器結(jié)構(gòu)如圖 8－6所示，它主要由蓋板組裝、避雷器心體、瓷套及底板等組成，具有以下特點(diǎn)：
(1)是理想的全天候避雷器。與放電間隙相比，不存在間隙放電電壓隨氣候變化而變化的問題。
(2)防污性能好，適用范圍廣。因?yàn)樵O(shè)計(jì)了防污型瓷套，保證了足夠的爬電距離，故污穢不影響間隙電壓，所以，在重污穢地區(qū)比傳統(tǒng)避雷器有很大的優(yōu)越性。
(3)防震性能好。對心體采取了防震及加固措施，減少了各部件之間的相對位移，使心體牢固地固定在瓷套內(nèi)，適應(yīng)了機(jī)車運(yùn)行中振動(dòng)頻繁的要求。
(4)防爆性能好。使用了壓力釋放裝置，在法蘭側(cè)面開一缺口，使氣體定向釋放。當(dāng)避雷器在超負(fù)載動(dòng)作或意外損壞時(shí)，瓷套內(nèi)部壓力劇增，使得壓力釋放裝置動(dòng)作，排出氣體，從而保護(hù)瓷套不致爆炸，確保即使出現(xiàn)意外情況，車頂設(shè)備仍然完好，并能可靠運(yùn)行。
(5)非線性系數(shù)好，閥片電荷率高，保護(hù)性能優(yōu)越，它不但能抑制雷電過電壓，而且對操作過電壓也有良好的抑制作用。
(6)無續(xù)流，不存在滅弧問題，使地面變電站因機(jī)車引起的不明跳閘故障大為減少。
(7)體積小，重量輕，通流容量大，抗老化能力強(qiáng)，運(yùn)行壽命長。
3．安裝
避雷器的安裝應(yīng)自下而上進(jìn)行，在安裝過程中，首先安裝連接過渡板，要確保氣體釋放方向朝向機(jī)車外側(cè)未安裝電氣設(shè)備的空曠區(qū)。高壓端用軟連接帶與車頂母線連接，地線接在接地連接片上。避雷器退出運(yùn)行時(shí)，其拆卸方向與安裝方向逆向進(jìn)行。
4．維護(hù)與保養(yǎng)
(1)在使用氧化鋅避雷器的過程中，要始終保持瓷套表面干燥、光潔、無裂紋。每次回庫定修時(shí)，需用干凈軟布擦拭瓷套，清除污垢。如瓷套表面污物無法清除干凈，則用集流環(huán)屏蔽。
(2)每次回庫定修時(shí)需檢查噴口，不允許有開裂或缺口。
(3)每次回庫定修時(shí)需檢查導(dǎo)線和編織線，導(dǎo)線需連接緊固，編織線折損面積不得超過原截面的10％。
(4)運(yùn)行過程中，原有刷漆部分每隔1～2年補(bǔ)漆一次。
5．預(yù)防性試驗(yàn)
因氧化鋅閥片在長期運(yùn)行電壓作用下存在老化問題，裝配時(shí)或運(yùn)行中因密封不良可能受潮，因此在運(yùn)行中需加強(qiáng)對避雷器的監(jiān)測，并應(yīng)定期對其進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)。另外，在每年的雷雨季節(jié)前，也應(yīng)有選擇性地進(jìn)行試驗(yàn)。
預(yù)防性試驗(yàn)一般分為測量直流參考電壓、測量直流泄漏電流、測量絕緣電阻、測量交流參考電壓和測量持續(xù)運(yùn)行電流等五類試驗(yàn)。直流參考電壓和直流泄漏電流的測量是必做的試驗(yàn)，對有條件的用戶，建議進(jìn)行絕緣電阻測量、交流參考電壓測量和持續(xù)運(yùn)行電流測量這三項(xiàng)試驗(yàn)。
6．主要技術(shù)參數(shù)
額定電壓……………………………………………………………………………42kV
標(biāo)稱放電電流………………………………………………………………………10kA
系統(tǒng)標(biāo)稱電壓……………………………………………………………………27.5kV
系統(tǒng)最大持續(xù)運(yùn)行電壓……………………………………………………………30kV
直流參考電壓(1mA下) …………………………………………………………≥58kV
工頻參考電壓(阻性1mA下)……………………………………………………≥56kV
持續(xù)運(yùn)行電流(阻性)…………………………………………………………≤300μA
殘壓(10 kA，8/20μs) ………………………………………………………≤105kV
總高 ………………………………………………………………………(550±10)mm
質(zhì)量…………………………………………………………………………………42kg