防雷用過(guò)電壓保護(hù)器與壓敏電阻器的性能及應(yīng)用 鋅壓敏電阻器自 1968年問(wèn)世以來(lái) ,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(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(shí)過(guò)電壓，因此氧化鋅壓敏電阻器在線路中應(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(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、信號(hào)傳輸線和空間交變電磁場(chǎng)感應(yīng)到線路和電氣設(shè)備中，對(duì)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(hào)系統(tǒng)的防雷和空間屏蔽 3 方面進(jìn)行。 3.1 電源系統(tǒng)的過(guò)電壓防護(hù) 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(biāo)準(zhǔn)，對(duì)建筑物和電氣設(shè)備（如第三類防雷建筑物）進(jìn)行感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)的絕緣結(jié)構(gòu)，如圖 1 所示。其對(duì)應(yīng)保護(hù)級(jí)別如表 1 所示。表 1 過(guò)電壓保護(hù)的級(jí)別 類別劃分 IV 電源水平級(jí)初級(jí)保護(hù) 配電控制水平級(jí) 線路負(fù)載級(jí)：控制電器 小功率設(shè)備 220V/380V線路設(shè)備承受的脈沖電壓 (1.2s/50s)/kV 6 4 2 5 1 5 雷區(qū)劃分 OB 1 1 2 2 3 3 4 額定脈沖電流 (8s /20s) 估計(jì) /kA 75 10 5 3 過(guò)電壓保護(hù)器選擇及其額定脈沖電流 (8s/20s) 估計(jì)/kA MYS9, FD3MYL10100 MYS8,MYS4MYS5, MYS6MYL1B, MYL8,FD240 MYS4,MYS5,MYS6, MYL1MYL2,MYL3 MYL1B,FD120 MYL1,MYL2MYL1B, MYD5 10 額定脈沖電流 (8s/20s) 下峰值電壓 /kV 4 2.5 1.5 0.9 圖 1感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù) 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(guò)電壓保護(hù)器，雷電感應(yīng)過(guò)電壓能量將通過(guò)逐級(jí)的防雷器件吸收和釋放到大地中，達(dá)到保護(hù)線路和設(shè)備免受雷電破壞的目的；雖然應(yīng)用于 、 區(qū)域的過(guò)電壓保護(hù)器具有自身劣化斷開(kāi)電源的功能，但考慮到不同的接地狀況，還應(yīng)與過(guò)電壓保護(hù)器串聯(lián)合適的熔斷器或空氣開(kāi)關(guān)。因 此，必須研制開(kāi)發(fā)各類過(guò)電壓保護(hù)器和氧化鋅壓敏電阻器，西安無(wú)線電二廠已具有該類產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和制造能力。 防雷保護(hù)元件的設(shè)置，必須遵循線路絕緣配合原則。根據(jù) IEC664-1 標(biāo)準(zhǔn)，各防雷保護(hù)元件在其保護(hù)區(qū)域的額定脈沖電流條件下的峰值電壓應(yīng)遠(yuǎn)小于被保護(hù)設(shè)備的脈沖絕緣試驗(yàn)電壓，西安無(wú)線電二廠開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的過(guò)電壓保護(hù)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(jīng)過(guò)與國(guó)外同型號(hào)產(chǎn)品的對(duì)比試驗(yàn)，其產(chǎn)品在額定脈沖電流條件下的峰值電壓具有優(yōu)勢(shì)，其它性能指標(biāo)處于同等水平。 3.2 信號(hào)線的過(guò)電壓防護(hù) 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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的重要設(shè)備更易被雷電感應(yīng)過(guò)電壓破壞，因此數(shù)據(jù)信號(hào)線路的過(guò)電壓防護(hù)迫在眉睫，隨之產(chǎn)生了由線路結(jié)構(gòu)決定的計(jì)算機(jī)串口、數(shù)據(jù)線和同軸電纜專用的過(guò)電壓保護(hù)器。這些防護(hù)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(jí)保護(hù)組成，額定脈沖電流大于 5kA（ 8s/20s ）， 響應(yīng)時(shí)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。西安無(wú)線電二廠的該類產(chǎn)品已經(jīng)批量生產(chǎn)，其性能完全可以滿足被保護(hù)線路的技術(shù)指標(biāo)。 3.3 設(shè)備的電磁屏蔽 空間電磁場(chǎng)會(huì)對(duì)其附近一定空間內(nèi)的電源設(shè)備和信號(hào)數(shù)據(jù)線路及其元器件產(chǎn)生破壞，目前只能通過(guò)對(duì)設(shè)備和線路按各自的防雷區(qū)施行多級(jí)屏蔽及屏蔽層良好接地的方法來(lái)避免此類問(wèn)題的發(fā)生。但是，感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)效果與設(shè)計(jì)方案、施工質(zhì)量及成本費(fèi)用有極大關(guān)系，很難達(dá)到理想的屏蔽效果。因此對(duì)雷電感應(yīng)過(guò)電壓的防護(hù)主要集中在電源線和信號(hào)線系統(tǒng)，特別是在信號(hào)數(shù)據(jù)線路中使用的過(guò)電壓保護(hù)器應(yīng)該具有電磁屏蔽功能。 4 新產(chǎn)品介紹 下面簡(jiǎn)單介紹一下西安無(wú)線電二廠的幾種新產(chǎn)品。 4.1 工頻電源和直流電源的過(guò)電壓保護(hù)元件 4.1.1MYS 報(bào)警指示 型過(guò)電壓保護(hù)器（ MYS1 MYS9） 氣象、通訊、郵電、金融、公安、民航等系統(tǒng)的 220V/380V交流電源或直流電源可采用 MYS4、 MYS5、 MYS6、 MYS8、 MYS9 型過(guò)電壓保護(hù)器及防雷箱，其性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表 2 和表 3。這些產(chǎn)品的特點(diǎn)如下：表 2 過(guò)電壓保護(hù)器的性能 型號(hào) 額定通流容量(8s/20s)/kA 電流熔斷器熔斷電流（額定） /A 報(bào)警方式 安裝方式 MYS4 20 50 組件報(bào)警，聲光、遠(yuǎn)程監(jiān)控 35mm 標(biāo)準(zhǔn)軌道 MYS5 20 63 單件報(bào)警遠(yuǎn)程監(jiān)控 35mm 標(biāo)準(zhǔn)軌道 MYS6 20 63 單件報(bào)警遠(yuǎn)程監(jiān)控 平板安裝 MYS8 40 100 單件報(bào)警遠(yuǎn)程監(jiān)控 35mm 標(biāo)準(zhǔn)軌道 MYS9 100 250 單件報(bào)警，聲光、遠(yuǎn)程監(jiān)控 平板安裝 表 3 壓 比 特 性 對(duì) 比 樣品來(lái)源 V1kA/V1mA V3kA/V1mA V5kA/V1mA V10kA/V1mA V15kA/V1mA V20kA/V1mA 西無(wú)二 1.67 1.85 2.01 2.48 2.80 3.16 DHEN 1.72 1.98 2.15 2.66 3.00 3.45 注：德國(guó) OBO公司、德利和 DEHN公司、法國(guó)索爾公司 的產(chǎn)品均采用西門子公司的瓷片。 （ 1）產(chǎn)品的通流能力達(dá) 20kA 100kA，殘壓很低； （ 2）響應(yīng)速度快（ 25ns ）； （ 3）外殼材料采用美國(guó)杜邦公司的阻燃性能良好的尼龍材料 ,阻燃等級(jí)為 UL94V-0 級(jí)； （ 4）采用最先進(jìn)的模塊化設(shè)計(jì)，無(wú)需切斷電源和松開(kāi)接線端子便可進(jìn)行產(chǎn)品更換，采用國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)軌道，安裝簡(jiǎn)捷； （ 5） 該類產(chǎn)品可與斷路器、熔斷器、聲光報(bào)警器或遠(yuǎn)程集中報(bào)警器組合成 FLX型電源過(guò)電壓保護(hù)箱，具有劣化指示、聲光報(bào)警功能和遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警端子； （ 6）采用系列化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)線路縱橫向不同保護(hù)方式的需要。 4.1.2FD3 型過(guò)電壓保護(hù)器 這種產(chǎn)品的特點(diǎn)如下： （ 1）可用于 220V/380V 低壓線路的初級(jí)過(guò)電壓防護(hù)（相線、零線對(duì)地線），即 OB 1 防雷區(qū)； （ 2）通流容量達(dá) 60kA（ 10s/350s ），保護(hù)水平為4kV，響應(yīng)時(shí)間為 100ns； （ 3）標(biāo)準(zhǔn)軌道安裝，方便快捷。 4.1.3FD1、 FD2 型過(guò)電壓保護(hù)器 這些產(chǎn)品的特點(diǎn)如下： （ 1）用于 220V/380V 低壓線路 TN(TNS,TNC)、 TT系統(tǒng)中的 N PE等電位防護(hù)； （ 2）與 MYS4、 MYS5、 MYS6、 MYS8 配合進(jìn)行工頻電源的過(guò)電壓保護(hù)； （ 3） FD1、 FD2 的通流容量分別為 20kA、40kA(8s/20s) ； （ 4）可以隔離不同接地，避免其相互影響； （ 5）標(biāo)準(zhǔn)軌道安裝，方便快捷。 4.1.4MYL1 MYL10 型壓敏電阻器 該產(chǎn)品的特點(diǎn)是 : （ 1）通流能量為 3kA 100kA； （ 2） 殘壓遠(yuǎn)低于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求 ,如對(duì) 32瓷片 V1mA120V 時(shí) ,V2.5kA/V1mA=3.55(標(biāo)準(zhǔn)為 4.46) V1mA150V 時(shí) ,V5kA/V1mA=2.0(標(biāo)準(zhǔn)為 3.08)； （ 3）已取得 UL認(rèn)證 ,并批量遠(yuǎn)銷美國(guó) GE公司 ,如MYL1B/40,MYL1B/65。 4.1.5 通用型 MYD壓敏電阻器 5 20 該產(chǎn)品的特點(diǎn)是 : （ 1）通流能力 (8s/20s) 為 50A 6500A； （ 2）每種型號(hào)的性能水平達(dá)到日本松下公司 1996/1997 樣品的水平 ,尤其是最大峰值電流 (8s/20s) 是國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10348 10349-1993 指標(biāo)的兩倍。 4.2 信號(hào)線的過(guò)電壓保護(hù)元件 4.2.1BYC1-09、 BYC1-25/S-P(P-S)型串口保護(hù)器 用于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和設(shè)備的精細(xì)級(jí)過(guò)電壓保護(hù)器，廣泛應(yīng)用于郵電、通訊、證券、氣象、學(xué)校、企業(yè)等領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的 RS-232CD 微型 9 針， 25針串行接口的保護(hù)。 4.2.2 程控交換機(jī)配線架防雷模塊 BYF201、 BYF204 該產(chǎn)品采用限壓型和開(kāi)關(guān)型防雷元件組合的三端防雷模塊 ,其通流容量為 5kA，保護(hù)水平為 400V，響應(yīng)時(shí)間