防雷用過電壓保護(hù)器與壓敏電阻器的性能及應(yīng)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(dǎo)電特性在電力、電子技術(shù)領(lǐng)域被普遍用作線路、設(shè)備及元器件的過電壓保護(hù)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(yīng)用,應(yīng)歸功于其獨(dú)特的晶界結(jié)構(gòu)和性能。隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展,低壓供電系統(tǒng)及設(shè)備耐受過電壓沖擊的能力越來越被人們關(guān)注，作為過電壓防護(hù)的主要元件――氧化鋅壓敏電阻器也得到越來越廣泛的應(yīng)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(yīng)過電壓和操作過電壓的限壓型保護(hù)元件,同時作為線路系統(tǒng)和設(shè)備的元件,還必須承受低壓供電線路和設(shè)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(yīng)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(hù)器的性能、特點(diǎn)和應(yīng)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(dǎo)體陶瓷元件。由于其獨(dú)特的晶界結(jié)構(gòu)，在一定電場下，晶界導(dǎo)電由熱電子發(fā)射傳導(dǎo)瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮铀淼纻鲗?dǎo)，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(dāng)存在過電壓時，晶界電子隧道效應(yīng)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(shè)備的防護(hù)作用。但是，不論壓敏電阻器應(yīng)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(hù)電氣設(shè)備及元器件,這勢必會導(dǎo)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(dǎo)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(jìn)行分級防雷保護(hù)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(xiǎn)絲，避免電路短路引起事故。

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

3氧化鋅壓敏電阻器與過電壓保護(hù)器的應(yīng)用

雷電是一種強(qiáng)電磁波，它會在載流導(dǎo)體中產(chǎn)生瞬間感應(yīng)過電壓。除防護(hù)直擊雷電之外，更重要的是防護(hù)雷電感應(yīng)過電壓。實(shí)際上，雷電對電氣設(shè)備的破壞主要來自感應(yīng)過電壓。因此，對感應(yīng)過電壓的防護(hù)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(shè)備內(nèi)部防雷即感應(yīng)過電壓防護(hù)的國家標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)。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(yīng)到線路和電氣設(shè)備中，對線路和電氣設(shè)備的保護(hù)應(yīng)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(jìn)行。