【導(dǎo)讀】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,它的性能和使用也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。
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。
電源系統(tǒng)的過(guò)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。
