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湧吸收元件，創造瞭劃時代意義的科技成就。它之所以有如此廣泛的應用,應歸功於其獨特的晶界結構和性能。隨著信息技術的迅速發展,低壓供電系統及設備耐受過電壓沖擊的能力越來越被人們關註，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註意的問題。本文系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。
　　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、經典型的電子陶瓷工藝制成的多晶半導體陶瓷元件。由於其獨特的晶界結構，在一定電場下，晶界導電由熱電子發射傳導瞬間轉變為電子隧道傳導，其電阻值隨著電壓的增大而急劇減小，具有優異的非線性伏安特性。那麼，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,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,超過瞭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，它除瞭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   
　　[$page]　　雷電是一種強電磁波，它會在載流導體中產生瞬間感應過電壓。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。如已發佈瞭建築物和電氣設備內部防雷即感應過電壓防護的國傢標準和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的防雷、信號系統的防雷和空間屏蔽3方麵進行。
　　3.1電源系統的過電壓防護   
　　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。其對應保護級別如表1所示。
　　在220V/380V線路中的每一區域，都應該在其前麵並聯氧化鋅壓敏電阻器或過電壓保護器，雷電感應過電壓能量將通過逐級的防雷器件吸收和釋放到大地中，達到保護線路和設備免受雷電破壞的目的；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。因此，必須研制開發各類過電壓保護器和氧化鋅壓敏電阻器，西安無線電二廠已具有該類產品的開發和制造能力。   
　　防雷保護元件的設置，必須遵循線路絕緣配合原則。根據IEC664-1標準，各防雷保護元件在其保護區域的額定脈沖電流條件下的峰值電壓應遠小於被保護設備的脈沖絕緣試驗電壓，西安無線電二廠開發生產的過電壓保護器和壓敏電阻器在其額定脈沖電流條件下的峰值電壓如表1所示，經過與國外同型號產品的對比試驗，其產品在額定脈沖電流條件下的峰值電壓具有優勢，其它性能指標處於同等水平。
　　3.2信號線的過電壓防護   
　　隨著信息技術的高速發展，通信網絡、數據網絡和計算機網絡系統中的重要設備更易被雷電感應過電壓破壞，因此數據信號線路的過電壓防護迫在眉睫，隨之產生瞭由線路結構決定的計算機串口、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，額定脈沖電流大於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。西安無線電二廠的該類產品已經批量生產，其性能完全可以滿足被保護線路的技術指標。
　　3.3設備的電磁屏蔽   
　　空間電磁場會對其附近一定空間內的電源設備和信號數據線路及其元器件產生破壞，目前隻能通過對設備和線路按各自的防雷區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生。但是，感應過電壓防護效果與設計方案、施工質量及成本費用有極大關系，很難達到理想的屏蔽效果。因此對雷電感應過電壓的防護主要集中在電源線和信號線系統，特別是在信號數據線路中使用的過電壓保護器應該具有電磁屏蔽功能。

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