防雷用過(guò)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(wèn)世以來(lái),以其優(yōu)越的非線(xiàn)性導(dǎo)電特性在電力、電子技術(shù)領(lǐng)域被普遍用作線(xiàn)路、設(shè)備及元器件的過(guò)電壓保護(hù)和浪涌吸收元件，創(chuàng)造了劃時(shí)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(guò)電壓沖擊的能力越來(lái)越被人們關(guān)注，作為過(guò)電壓防護(hù)的主要元件――氧化鋅壓敏電阻器也得到越來(lái)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(xiàn)路中存在的雷電感應(yīng)過(guò)電壓和操作過(guò)電壓的限壓型保護(hù)元件,同時(shí)作為線(xiàn)路系統(tǒng)和設(shè)備的元件,還必須承受低壓供電線(xiàn)路和設(shè)備均要承受的暫時(shí)過(guò)電壓，因此氧化鋅壓敏電阻器在線(xiàn)路中應(yīng)用時(shí)必須承受雷電過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和暫時(shí)工頻過(guò)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(wèn)題。本文系統(tǒng)論述防雷用氧化鋅壓敏電阻器、過(guò)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(chǎng)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(xiàn)性伏安特性。那么，當(dāng)存在過(guò)電壓時(shí)，晶界電子隧道效應(yīng)抑制過(guò)電壓峰值增長(zhǎng)，吸收部分過(guò)電壓能量，從而起到對(duì)線(xiàn)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(xiàn)路或電子線(xiàn)路,若各種類(lèi)型的過(guò)電壓頻繁出現(xiàn), 則壓敏電阻器就會(huì)頻繁動(dòng)作以抑制過(guò)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(shì)必會(huì)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(guò)電壓引起的浪涌能量太大,超過(guò)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(guò)電壓時(shí)將會(huì)發(fā)生陶瓷炸裂現(xiàn)象;

（3）穿孔，若過(guò)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(jí)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(shí)，必須與之串聯(lián)一個(gè)合適的斷路器或保險(xiǎn)絲，避免電路短路引起事故。

目前，國(guó)際上流行的過(guò)電壓保護(hù)器就是將壓敏電阻器與限流、過(guò)流和劣化告警裝置有機(jī)地組合在一起，它除了具有過(guò)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(guò)電壓保護(hù)器的應(yīng)用

雷電是一種強(qiáng)電磁波，它會(huì)在載流導(dǎo)體中產(chǎn)生瞬間感應(yīng)過(guò)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(guò)電壓。實(shí)際上，雷電對(duì)電氣設(shè)備的破壞主要來(lái)自感應(yīng)過(guò)電壓。因此，對(duì)感應(yīng)過(guò)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(guò)電壓防護(hù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)。通常，雷電波是通過(guò)電源線(xiàn)、信號(hào)傳輸線(xiàn)和空間交變電磁場(chǎng)感應(yīng)到線(xiàn)路和電氣設(shè)備中，對(duì)線(xiàn)路和電氣設(shè)備的保護(hù)應(yīng)從電源系統(tǒng)的防雷、信號(hào)系統(tǒng)的防雷和空間屏蔽3方面進(jìn)行。