防雷用过电压保护器与压敏电阻器的性能及应用

1引言

氧化锌压敏电阻器自1968年问世以来,以其优越的非线性导电特性在电力、电子技术领域被普遍用作线路、设备及元器件的过电压保护和浪涌吸收元件，创造了划时代意义的科技成就。它之所以有如此广泛的应用,应归功于其独特的晶界结构和性能。随着信息技术的迅速发展,低压供电系统及设备耐受过电压冲击的能力越来越被人们关注，作为过电压防护的主要元件――氧化锌压敏电阻器也得到越来越广泛的应用。众所周知,氧化锌压敏电阻器是吸收或释放线路中存在的雷电感应过电压和操作过电压的限压型保护元件,同时作为线路系统和设备的元件,还必须承受低压供电线路和设备均要承受的暂时过电压，因此氧化锌压敏电阻器在线路中应用时必须承受雷电过电压、操作过电压和暂时工频过电压的冲击,在此条件下它的性能和使用将是人们倍加注意的问题。本文系统论述防雷用氧化锌压敏电阻器、过电压保护器的性能、特点和应用。

2氧化锌压敏电阻器的性能

氧化锌压敏电阻器是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧化物、经典型的电子陶瓷工艺制成的多晶半导体陶瓷元件。由于其独特的晶界结构，在一定电场下，晶界导电由热电子发射传导瞬间转变为电子隧道传导，其电阻值随着电压的增大而急剧减小，具有优异的非线性伏安特性。那么，当存在过电压时，晶界电子隧道效应抑制过电压峰值增长，吸收部分过电压能量，从而起到对线路或设备的防护作用。但是，不论压敏电阻器应用在电力线路或电子线路,若各种类型的过电压频繁出现, 则压敏电阻器就会频繁动作以抑制过电压幅值和吸收释放浪涌能量，保护电气设备及元器件,这势必会导致压敏电阻器的性能劣化乃至失效。

压敏电阻器的失效方式有3种:

（1）劣化，表现为漏电流增大,压敏电压显著下降,直至为零;

（2）炸裂，若过电压引起的浪涌能量太大,超过了所选用的压敏电阻器极限承受能力,则压敏电阻器在抑制过电压时将会发生陶瓷炸裂现象;

（3）穿孔，若过电压峰值特别高,导致压敏电阻器陶瓷瞬间发生电击穿,表现为穿孔。

其中，在进行分级防雷保护前提下，压敏电阻器的失效模式绝大部分表现为劣化和穿孔（即短路），因此，在使用压敏电阻器时，必须与之串联一个合适的断路器或保险丝，避免电路短路引起事故。

目前，国际上流行的过电压保护器就是将压敏电阻器与限流、过流和劣化告警装置有机地组合在一起，它除了具有过电压保护功能外，还具有防止自身劣化、导致电路短路的功能。

3氧化锌压敏电阻器与过电压保护器的应用

雷电是一种强电磁波，它会在载流导体中产生瞬间感应过电压。除防护直击雷电之外，更重要的是防护雷电感应过电压。实际上，雷电对电气设备的破坏主要来自感应过电压。因此，对感应过电压的防护已成为人们着重研究的课题。如已发布了建筑物和电气设备内部防雷即感应过电压防护的国家标准和IEC标准。通常，雷电波是通过电源线、信号传输线和空间交变电磁场感应到线路和电气设备中，对线路和电气设备的保护应从电源系统的防雷、信号系统的防雷和空间屏蔽3方面进行。