壓敏電阻、過電壓保護器的性能及應(yīng)用

壓敏電阻、過電壓保護器的性能及應(yīng)用
 
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。

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*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，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(dǎo)致電路短路的功能。氧化鋅壓敏電阻器與過電壓保護器的應(yīng)用雷電是一種強電磁波，它會在載流導(dǎo)體中產(chǎn)生瞬間感應(yīng)過電壓。除防護直擊雷電之外，更重要的是防護雷電感應(yīng)過電壓。實際上，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(yīng)到線路和電氣設(shè)備中，對線路和電氣設(shè)備的保護應(yīng)從電源系統(tǒng)的防雷、信號系統(tǒng)的防雷和空間屏蔽3方面進行。電源系統(tǒng)的過電壓防護依據(jù)線路絕緣結(jié)構(gòu)理論及IEC61312、IEC664-1、IEC61643、GB50097-1994（2000年版）等標準，對建筑物和電氣設(shè)備（如第三類防雷建筑物）進行感應(yīng)過電壓防護的絕緣結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

 圖1感應(yīng)過電壓防護
 從圖1可以看出，在220V/380V線路中的每一區(qū)域，都應(yīng)該在其前面并聯(lián)氧化鋅壓敏電阻器或過電壓保護器，雷電感應(yīng)過電壓能量將通過逐級的防雷器件吸收和釋放到大地中，達到保護線路和設(shè)備免受雷電破壞的目的；雖然應(yīng)用于Ⅳ、Ⅲ區(qū)域的過電壓保護器具有自身劣化斷開電源的功能，但考慮到不同的接地狀況，還應(yīng)與過電壓保護器串聯(lián)合適的熔斷器或空氣開關(guān).信號線的過電壓防護隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的重要設(shè)備更易被雷電感應(yīng)過電壓破壞，因此數(shù)據(jù)信號線路的過電壓防護迫在眉睫，隨之產(chǎn)生了由線路結(jié)構(gòu)決定的計算機串口、數(shù)據(jù)線和同軸電纜的過電壓保護器。這些防護元件一般由三極放電管與快速嵌位二極管相結(jié)合的兩級保護組成，額定脈沖電流大于5kA（8μs/20μs），響應(yīng)時間小于1ns，具有很低的工作電壓、很高的使用頻率和傳速頻率、很低的插入損耗。設(shè)備的電磁屏蔽空間電磁場會對其附近一定空間內(nèi)的電源設(shè)備和信號數(shù)據(jù)線路及其元器件產(chǎn)生破壞，目前只能通過對設(shè)備和線路按各自的防雷區(qū)施行多級屏蔽及屏蔽層良好接地的方法來避免此類問題的發(fā)生。但是，感應(yīng)過電壓防護效果與設(shè)計方案、施工質(zhì)量及成本費用有極大關(guān)系，很難達到理想的屏蔽效果。因此對雷電感應(yīng)過電壓的防護主要集中在電源線和信號線系統(tǒng)，特別是在信號數(shù)據(jù)線路中使用的過電壓保護器應(yīng)該具有電磁屏蔽功能。