防雷用過電壓保護器與壓敏電阻器的性能及應用

1引言

氧化鋅壓敏電阻器自1968年問世以來,以其優(yōu)越的非線性導電特性在電力、電子技術領域被普遍用作線路、設備及元器件的過電壓保護和浪涌吸收元件，創(chuàng)造了劃時代意義的科技成就。它之所以有如此廣泛的應用,應歸功于其獨特的晶界結(jié)構(gòu)和性能。隨著信息技術的迅速發(fā)展,低壓供電系統(tǒng)及設備耐受過電壓沖擊的能力越來越被人們關注，作為過電壓防護的主要元件――氧化鋅壓敏電阻器也得到越來越廣泛的應用。眾所周知,氧化鋅壓敏電阻器是吸收或釋放線路中存在的雷電感應過電壓和操作過電壓的限壓型保護元件,同時作為線路系統(tǒng)和設備的元件,還必須承受低壓供電線路和設備均要承受的暫時過電壓，因此氧化鋅壓敏電阻器在線路中應用時必須承受雷電過電壓、操作過電壓和暫時工頻過電壓的沖擊,在此條件下它的性能和使用將是人們倍加注意的問題。本文系統(tǒng)論述防雷用氧化鋅壓敏電阻器、過電壓保護器的性能、特點和應用。

2氧化鋅壓敏電阻器的性能

氧化鋅壓敏電阻器是一種以氧化鋅為主體、添加多種金屬氧化物、經(jīng)典型的電子陶瓷工藝制成的多晶半導體陶瓷元件。由于其獨特的晶界結(jié)構(gòu)，在一定電場下，晶界導電由熱電子發(fā)射傳導瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮铀淼纻鲗?，其電阻值隨著電壓的增大而急劇減小，具有優(yōu)異的非線性伏安特性。那么，當存在過電壓時，晶界電子隧道效應抑制過電壓峰值增長，吸收部分過電壓能量，從而起到對線路或設備的防護作用。但是，不論壓敏電阻器應用在電力線路或電子線路,若各種類型的過電壓頻繁出現(xiàn), 則壓敏電阻器就會頻繁動作以抑制過電壓幅值和吸收釋放浪涌能量，保護電氣設備及元器件,這勢必會導致壓敏電阻器的性能劣化乃至失效。

壓敏電阻器的失效方式有3種:

（1）劣化，表現(xiàn)為漏電流增大,壓敏電壓顯著下降,直至為零;

（2）炸裂，若過電壓引起的浪涌能量太大,超過了所選用的壓敏電阻器極限承受能力,則壓敏電阻器在抑制過電壓時將會發(fā)生陶瓷炸裂現(xiàn)象;

（3）穿孔，若過電壓峰值特別高,導致壓敏電阻器陶瓷瞬間發(fā)生電擊穿,表現(xiàn)為穿孔。

其中，在進行分級防雷保護前提下，壓敏電阻器的失效模式絕大部分表現(xiàn)為劣化和穿孔（即短路），因此，在使用壓敏電阻器時，必須與之串聯(lián)一個合適的斷路器或保險絲，避免電路短路引起事故。

目前，國際上流行的過電壓保護器就是將壓敏電阻器與限流、過流和劣化告警裝置有機地組合在一起，它除了具有過電壓保護功能外，還具有防止自身劣化、導致電路短路的功能。

3氧化鋅壓敏電阻器與過電壓保護器的應用

雷電是一種強電磁波，它會在載流導體中產(chǎn)生瞬間感應過電壓。除防護直擊雷電之外，更重要的是防護雷電感應過電壓。實際上，雷電對電氣設備的破壞主要來自感應過電壓。因此，對感應過電壓的防護已成為人們著重研究的課題。如已發(fā)布了建筑物和電氣設備內(nèi)部防雷即感應過電壓防護的國家標準和IEC標準。通常，雷電波是通過電源線、信號傳輸線和空間交變電磁場感應到線路和電氣設備中，對線路和電氣設備的保護應從電源系統(tǒng)的防雷、信號系統(tǒng)的防雷和空間屏蔽3方面進行。