《電子技術(shù)應(yīng)用》
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防雷用過(guò)電壓保護(hù)器與壓敏電阻器的性能及應(yīng)用
摘要: 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。
Abstract:
Key words :

中心議題:

解決方案:

  • 電源系統(tǒng)的過(guò)電壓防護(hù)
  • 信號(hào)線的過(guò)電壓防護(hù)
  • 設(shè)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(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。

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,。

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,。

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,。


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Ⅳ,、Ⅲ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).

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(8μs/20μs),,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。

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,。
 
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