防雷用過電壓保護器與壓敏電阻器的性能及應用
發布時間：2011-06-21
中心議題：
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,同時作為線路係統和設備的元件,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衝擊,在此條件下它的性能和使用將是人們倍加注意的問題。本文係統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。
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jing典dian型xing的de電dian子zi陶tao瓷ci工gong藝yi製zhi成cheng的de多duo晶jing半ban導dao體ti陶tao瓷ci元yuan件jian。由you於yu其qi獨du特te的de晶jing界jie結jie構gou，在zai一yi定ding電dian場chang下xia，晶jing界jie導dao電dian由you熱re電dian子zi發fa射she傳chuan導dao瞬shun間jian轉zhuan變bian為wei電dian子zi隧sui道dao傳chuan導dao，其qi電dian阻zu值zhi隨sui著zhe電dian壓ya的de增zeng大da而er急ji劇ju減jian小xiao，具ju有you優you異yi的de非fei線xian性xing伏fu安an特te性xing。那na麼me，當dang存cun在zai過guo電dian壓ya時shi，晶jing界jie電dian子zi隧sui道dao效xiao應ying抑yi製zhi過guo電dian壓ya峰feng值zhi增zeng長chang，吸xi收shou部bu分fen過guo電dian壓ya能neng量liang，從cong而er起qi到dao對dui線xian路lu或huo設she備bei的de防fang護hu作zuo用yong。但dan是shi，不bu論lun壓ya敏min電dian阻zu器qi應ying用yong在zai電dian力li線xian路lu或huo電dian子zi線xian路lu,若各種類型的過電壓頻繁出現,則壓敏電阻器就會頻繁動作以抑製過電壓幅值和吸收釋放浪湧能量，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，若過電壓引起的浪湧能量太大,超過了所選用的壓敏電阻器極限承受能力,則壓敏電阻器在抑製過電壓時將會發生陶瓷炸裂現象;
（3）穿孔，若過電壓峰值特別高,導致壓敏電阻器陶瓷瞬間發生電擊穿,表現為穿孔。
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。
氧化鋅壓敏電阻器與過電壓保護器的應用
雷(lei)電(dian)是(shi)一(yi)種(zhong)強(qiang)電(dian)磁(ci)波(bo)，它(ta)會(hui)在(zai)載(zai)流(liu)導(dao)體(ti)中(zhong)產(chan)生(sheng)瞬(shun)間(jian)感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)。除(chu)防(fang)護(hu)直(zhi)擊(ji)雷(lei)電(dian)之(zhi)外(wai)，更(geng)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)防(fang)護(hu)雷(lei)電(dian)感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)。實(shi)際(ji)上(shang)，雷(lei)電(dian)對(dui)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)的(de)破(po)壞(huai)主(zhu)要(yao)來(lai)自(zi)感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)。因(yin)此(ci)，對(dui)感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)的(de)防(fang)護(hu)已(yi)成(cheng)為(wei)人(ren)們(men)著(zhe)重(zhong)研(yan)究(jiu)的(de)課(ke)題(ti)。如(ru)已(yi)發(fa)布(bu)了(le)建(jian)築(zhu)物(wu)和(he)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)內(nei)部(bu)防(fang)雷(lei)即(ji)感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)防(fang)護(hu)的(de)國(guo)家(jia)標(biao)準(zhun)和(he)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係統的防雷、信號係統的防雷和空間屏蔽3方麵進行。
電源係統的過電壓防護
依據線路絕緣結構理論及IEC61312、IEC664-1、IEC61643、GB50097-1994（2000年版）等標準，對建築物和電氣設備（如第三類防雷建築物）進行感應過電壓防護的絕緣結構，如圖1所示。
圖1感應過電壓防護
- 氧化鋅壓敏電阻器的性能
- 氧化鋅壓敏電阻器與過電壓保護器的應用
- 電源係統的過電壓防護
- 信號線的過電壓防護
- 設備的電磁屏蔽
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,同時作為線路係統和設備的元件,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衝擊,在此條件下它的性能和使用將是人們倍加注意的問題。本文係統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。
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jing典dian型xing的de電dian子zi陶tao瓷ci工gong藝yi製zhi成cheng的de多duo晶jing半ban導dao體ti陶tao瓷ci元yuan件jian。由you於yu其qi獨du特te的de晶jing界jie結jie構gou，在zai一yi定ding電dian場chang下xia，晶jing界jie導dao電dian由you熱re電dian子zi發fa射she傳chuan導dao瞬shun間jian轉zhuan變bian為wei電dian子zi隧sui道dao傳chuan導dao，其qi電dian阻zu值zhi隨sui著zhe電dian壓ya的de增zeng大da而er急ji劇ju減jian小xiao，具ju有you優you異yi的de非fei線xian性xing伏fu安an特te性xing。那na麼me，當dang存cun在zai過guo電dian壓ya時shi，晶jing界jie電dian子zi隧sui道dao效xiao應ying抑yi製zhi過guo電dian壓ya峰feng值zhi增zeng長chang，吸xi收shou部bu分fen過guo電dian壓ya能neng量liang，從cong而er起qi到dao對dui線xian路lu或huo設she備bei的de防fang護hu作zuo用yong。但dan是shi，不bu論lun壓ya敏min電dian阻zu器qi應ying用yong在zai電dian力li線xian路lu或huo電dian子zi線xian路lu,若各種類型的過電壓頻繁出現,則壓敏電阻器就會頻繁動作以抑製過電壓幅值和吸收釋放浪湧能量，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，若過電壓引起的浪湧能量太大,超過了所選用的壓敏電阻器極限承受能力,則壓敏電阻器在抑製過電壓時將會發生陶瓷炸裂現象;
（3）穿孔，若過電壓峰值特別高,導致壓敏電阻器陶瓷瞬間發生電擊穿,表現為穿孔。
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。
氧化鋅壓敏電阻器與過電壓保護器的應用
雷(lei)電(dian)是(shi)一(yi)種(zhong)強(qiang)電(dian)磁(ci)波(bo)，它(ta)會(hui)在(zai)載(zai)流(liu)導(dao)體(ti)中(zhong)產(chan)生(sheng)瞬(shun)間(jian)感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)。除(chu)防(fang)護(hu)直(zhi)擊(ji)雷(lei)電(dian)之(zhi)外(wai)，更(geng)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)防(fang)護(hu)雷(lei)電(dian)感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)。實(shi)際(ji)上(shang)，雷(lei)電(dian)對(dui)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)的(de)破(po)壞(huai)主(zhu)要(yao)來(lai)自(zi)感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)。因(yin)此(ci)，對(dui)感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)的(de)防(fang)護(hu)已(yi)成(cheng)為(wei)人(ren)們(men)著(zhe)重(zhong)研(yan)究(jiu)的(de)課(ke)題(ti)。如(ru)已(yi)發(fa)布(bu)了(le)建(jian)築(zhu)物(wu)和(he)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)內(nei)部(bu)防(fang)雷(lei)即(ji)感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)防(fang)護(hu)的(de)國(guo)家(jia)標(biao)準(zhun)和(he)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係統的防雷、信號係統的防雷和空間屏蔽3方麵進行。
電源係統的過電壓防護
依據線路絕緣結構理論及IEC61312、IEC664-1、IEC61643、GB50097-1994（2000年版）等標準，對建築物和電氣設備（如第三類防雷建築物）進行感應過電壓防護的絕緣結構，如圖1所示。
圖1感應過電壓防護
從圖1可以看出，在220V/380Vxianluzhongdemeiyiquyu，douyinggaizaiqiqianmianbinglianyanghuaxinyamindianzuqihuoguodianyabaohuqi，leidianganyingguodianyanengliangjiangtongguozhujidefangleiqijianxishouheshifangdaodadizhong，dadaobaohuxianluheshebeimianshouleidianpohuaidemude；雖然應用於Ⅳ、Ⅲ區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，還應與過電壓保護器串聯合適的熔斷器或空氣開關.
信號線的過電壓防護
隨著信息技術的高速發展，通信網絡、數shu據ju網wang絡luo和he計ji算suan機ji網wang絡luo係xi統tong中zhong的de重zhong要yao設she備bei更geng易yi被bei雷lei電dian感gan應ying過guo電dian壓ya破po壞huai，因yin此ci數shu據ju信xin號hao線xian路lu的de過guo電dian壓ya防fang護hu迫po在zai眉mei睫jie，隨sui之zhi產chan生sheng了le由you線xian路lu結jie構gou決jue定ding的de計ji算suan機ji串chuan口kou、數據線和同軸電纜專用的過電壓保護器。這些防護元件一般由三極放電管與快速嵌位二極管相結合的兩級保護組成，額定脈衝電流大於5kA（8μs/20μs），響應時間小於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。
設備的電磁屏蔽
空(kong)間(jian)電(dian)磁(ci)場(chang)會(hui)對(dui)其(qi)附(fu)近(jin)一(yi)定(ding)空(kong)間(jian)內(nei)的(de)電(dian)源(yuan)設(she)備(bei)和(he)信(xin)號(hao)數(shu)據(ju)線(xian)路(lu)及(ji)其(qi)元(yuan)器(qi)件(jian)產(chan)生(sheng)破(po)壞(huai)，目(mu)前(qian)隻(zhi)能(neng)通(tong)過(guo)對(dui)設(she)備(bei)和(he)線(xian)路(lu)按(an)各(ge)自(zi)的(de)防(fang)雷(lei)區(qu)施(shi)行(xing)多(duo)級(ji)屏(ping)蔽(bi)及(ji)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)良(liang)好(hao)接(jie)地(di)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)避(bi)免(mian)此(ci)類(lei)問(wen)題(ti)的(de)發(fa)生(sheng)。但(dan)是(shi)，感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)防(fang)護(hu)效(xiao)果(guo)與(yu)設(she)計(ji)方(fang)案(an)、施(shi)工(gong)質(zhi)量(liang)及(ji)成(cheng)本(ben)費(fei)用(yong)有(you)極(ji)大(da)關(guan)係(xi)，很(hen)難(nan)達(da)到(dao)理(li)想(xiang)的(de)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)。因(yin)此(ci)對(dui)雷(lei)電(dian)感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)的(de)防(fang)護(hu)主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)在(zai)電(dian)源(yuan)線(xian)和(he)信(xin)號(hao)線(xian)係(xi)統(tong)，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)信(xin)號(hao)數(shu)據(ju)線(xian)路(lu)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)器(qi)應(ying)該(gai)具(ju)有(you)電(dian)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)功(gong)能(neng)。
信號線的過電壓防護
隨著信息技術的高速發展，通信網絡、數shu據ju網wang絡luo和he計ji算suan機ji網wang絡luo係xi統tong中zhong的de重zhong要yao設she備bei更geng易yi被bei雷lei電dian感gan應ying過guo電dian壓ya破po壞huai，因yin此ci數shu據ju信xin號hao線xian路lu的de過guo電dian壓ya防fang護hu迫po在zai眉mei睫jie，隨sui之zhi產chan生sheng了le由you線xian路lu結jie構gou決jue定ding的de計ji算suan機ji串chuan口kou、數據線和同軸電纜專用的過電壓保護器。這些防護元件一般由三極放電管與快速嵌位二極管相結合的兩級保護組成，額定脈衝電流大於5kA（8μs/20μs），響應時間小於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。
設備的電磁屏蔽
空(kong)間(jian)電(dian)磁(ci)場(chang)會(hui)對(dui)其(qi)附(fu)近(jin)一(yi)定(ding)空(kong)間(jian)內(nei)的(de)電(dian)源(yuan)設(she)備(bei)和(he)信(xin)號(hao)數(shu)據(ju)線(xian)路(lu)及(ji)其(qi)元(yuan)器(qi)件(jian)產(chan)生(sheng)破(po)壞(huai)，目(mu)前(qian)隻(zhi)能(neng)通(tong)過(guo)對(dui)設(she)備(bei)和(he)線(xian)路(lu)按(an)各(ge)自(zi)的(de)防(fang)雷(lei)區(qu)施(shi)行(xing)多(duo)級(ji)屏(ping)蔽(bi)及(ji)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)良(liang)好(hao)接(jie)地(di)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)避(bi)免(mian)此(ci)類(lei)問(wen)題(ti)的(de)發(fa)生(sheng)。但(dan)是(shi)，感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)防(fang)護(hu)效(xiao)果(guo)與(yu)設(she)計(ji)方(fang)案(an)、施(shi)工(gong)質(zhi)量(liang)及(ji)成(cheng)本(ben)費(fei)用(yong)有(you)極(ji)大(da)關(guan)係(xi)，很(hen)難(nan)達(da)到(dao)理(li)想(xiang)的(de)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)。因(yin)此(ci)對(dui)雷(lei)電(dian)感(gan)應(ying)過(guo)電(dian)壓(ya)的(de)防(fang)護(hu)主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)在(zai)電(dian)源(yuan)線(xian)和(he)信(xin)號(hao)線(xian)係(xi)統(tong)，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)信(xin)號(hao)數(shu)據(ju)線(xian)路(lu)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)器(qi)應(ying)該(gai)具(ju)有(you)電(dian)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)功(gong)能(neng)。
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