1引言
　　鋅壓敏電阻器自1968年問世以來,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)備及元器件的過電壓保護(hù)和浪涌吸收元件，創(chuàng)造了劃時代意義的科技成就。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)備耐受過電壓沖擊的能力越來越被人們關(guān)注，作為過電壓防護(hù)的主要元件——氧化鋅壓敏電阻器也得到越來越廣泛的應(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)過電壓和操作過電壓的限壓型保護(hù)元件,同時作為線路系統(tǒng)和設(shè)備的元件,還必須承受低壓供電線路和設(shè)備均要承受的暫時過電壓，因此氧化鋅壓敏電阻器在線路中應(yīng)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注意的問題。本文系統(tǒng)論述防雷用氧化鋅壓敏電阻器、過電壓保護(hù)器的性能、特點和應(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。由于其獨特的晶界結(jié)構(gòu)，在一定電場下，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)存在過電壓時，晶界電子隧道效應(yīng)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(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,若各種類型的過電壓頻繁出現(xiàn),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涌能量，保護(hù)電氣設(shè)備及元器件,這勢必會導(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:
　?。?）劣化，表現(xiàn)為漏電流增大,壓敏電壓顯著下降,直至為零;
　?。?）炸裂，若過電壓引起的浪涌能量太大,超過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電壓時將會發(fā)生陶瓷炸裂現(xiàn)象;
　?。?）穿孔，若過電壓峰值特別高,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，必須與之串聯(lián)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(hù)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，它除了具有過電壓保護(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電壓保護(hù)器的應(yīng)用
　　雷電是一種強電磁波，它會在載流導(dǎo)體中產(chǎn)生瞬間感應(yīng)過電壓。除防護(hù)直擊雷電之外，更重要的是防護(hù)雷電感應(yīng)過電壓。實際上，雷電對電氣設(shè)備的破壞主要來自感應(yīng)過電壓。因此，對感應(yīng)過電壓的防護(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)過電壓防護(hù)的國家標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)。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(yīng)到線路和電氣設(shè)備中，對線路和電氣設(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)過電壓防護(hù)的絕緣結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其對應(yīng)保護(hù)級別如表1所示。

表1過電壓保護(hù)的級別

類別劃分	IV 電源水平級初級保護(hù)	Ⅲ 配電控制水平級	Ⅱ 線路負(fù)載級：控制電器	Ⅰ 小功率設(shè)備
220V/380V線路設(shè)備承受的脈沖電壓(1.2μs/50μs)/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(8μs/20μs)估計/kA	75	10	5	3
過電壓保護(hù)器選擇及其額定脈沖電流(8μs/20μs)估計/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(8μs/20μs)下峰值電壓/kV	≤4	≤2.5	≤1.5	≤0.9

 

圖1感應(yīng)過電壓防護(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電壓保護(hù)器，雷電感應(yīng)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(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)域的過電壓保護(hù)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(yīng)與過電壓保護(hù)器串聯(lián)合適的熔斷器或空氣開關(guān)。因此，必須研制開發(fā)各類過電壓保護(hù)器和氧化鋅壓敏電阻器，西安無線電二廠已具有該類產(chǎn)品的開發(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)備的脈沖絕緣試驗電壓，西安無線電二廠開發(fā)生產(chǎn)的過電壓保護(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)過與國外同型號產(chǎn)品的對比試驗，其產(chǎn)品在額定脈沖電流條件下的峰值電壓具有優(yōu)勢，其它性能指標(biāo)處于同等水平。
3.2信號線的過電壓防護(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)和計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的重要設(shè)備更易被雷電感應(yīng)過電壓破壞，因此數(shù)據(jù)信號線路的過電壓防護(hù)迫在眉睫，隨之產(chǎn)生了由線路結(jié)構(gòu)決定的計算機串口、數(shù)據(jù)線和同軸電纜專用的過電壓保護(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)合的兩級保護(hù)組成，額定脈沖電流大于5kA（8μs/20μs），響應(yīng)時間小于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
　　空間電磁場會對其附近一定空間內(nèi)的電源設(shè)備和信號數(shù)據(jù)線路及其元器件產(chǎn)生破壞，目前只能通過對設(shè)備和線路按各自的防雷區(qū)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(fā)生。但是，感應(yīng)過電壓防護(hù)效果與設(shè)計方案、施工質(zhì)量及成本費用有極大關(guān)系，很難達(dá)到理想的屏蔽效果。因此對雷電感應(yīng)過電壓的防護(hù)主要集中在電源線和信號線系統(tǒng)，特別是在信號數(shù)據(jù)線路中使用的過電壓保護(hù)器應(yīng)該具有電磁屏蔽功能。
4新產(chǎn)品介紹
　　下面簡單介紹一下西安無線電二廠的幾種新產(chǎn)品。
4.1工頻電源和直流電源的過電壓保護(hù)元件
4.1.1MYS報警指示型過電壓保護(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型過電壓保護(hù)器及防雷箱，其性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2和表3。這些產(chǎn)品的特點如下：

表2過電壓保護(hù)器的性能

型號	額定通流容量(8μs/20μs)/kA	電流熔斷器熔斷電流（額定）/A	報警方式	安裝方式
MYS4	20	50	組件報警，聲光、遠(yuǎn)程監(jiān)控	35mm標(biāo)準(zhǔn)軌道
MYS5	20	63	單件報警遠(yuǎn)程監(jiān)控	35mm標(biāo)準(zhǔn)軌道
MYS6	20	63	單件報警遠(yuǎn)程監(jiān)控	平板安裝
MYS8	40	100	單件報警遠(yuǎn)程監(jiān)控	35mm標(biāo)準(zhǔn)軌道
MYS9	100	250	單件報警，聲光、遠(yuǎn)程監(jiān)控	平板安裝

表 3 壓 比 特 性 對 比

樣品來源	V1kA/V1mA	V3kA/V1mA	V5kA/V1mA	V10kA/V1mA	V15kA/V1mA	V20kA/V1mA
西無二	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OBO公司、德利和DEHN公司、法國索爾公司的產(chǎn)品均采用西門子公司的瓷片。

　?。?）產(chǎn)品的通流能力達(dá)20kA～100kA，殘壓很低；
　　（2）響應(yīng)速度快（≤25ns）；
　?。?）外殼材料采用美國杜邦公司的阻燃性能良好的尼龍材料,阻燃等級為UL94V-0級；
　?。?）采用的模塊化設(shè)計，無需切斷電源和松開接線端子便可進(jìn)行產(chǎn)品更換，采用國際通用標(biāo)準(zhǔn)軌道，安裝簡捷；
　?。?）該類產(chǎn)品可與斷路器、熔斷器、聲光報警器或遠(yuǎn)程集中報警器組合成FLX型電源過電壓保護(hù)箱，具有劣化指示、聲光報警功能和遠(yuǎn)程監(jiān)控報警端子；
　?。?）采用系列化設(shè)計，可實現(xiàn)線路縱橫向不同保護(hù)方式的需要。
4.1.2FD3型過電壓保護(hù)器
　　這種產(chǎn)品的特點如下：
　　（1）可用于220V/380V低壓線路的初級過電壓防護(hù)（相線、零線對地線），即OB～1防雷區(qū)；
　?。?）通流容量達(dá)60kA（10μs/350μs），保護(hù)水平為4kV，響應(yīng)時間為100ns；
　　（3）標(biāo)準(zhǔn)軌道安裝，方便快捷。
4.1.3FD1、FD2型過電壓保護(hù)器
　　這些產(chǎn)品的特點如下：
　　（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)行工頻電源的過電壓保護(hù)；
　?。?）FD1、FD2的通流容量分別為20kA、40kA(8μs/20μs)；
　?。?）可以隔離不同接地，避免其相互影響；
　?。?）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)品的特點是:
　?。?）通流能量為3kA～100kA;
　?。?）殘壓遠(yuǎn)低于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求,如對32瓷片
　　 V1mA≤120V時,V2.5kA/V1mA=3.55(標(biāo)準(zhǔn)為4.46)
　　 V1mA≥150V時,V5kA/V1mA=2.0(標(biāo)準(zhǔn)為3.08);
　　（3）已取得UL,并批量遠(yuǎn)銷美國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)品的特點是:
    （1）通流能力(8μs/20μs)為50A～6500A；
    （2）每種型號的性能水平達(dá)到日本松下公司1996/1997樣品的水平,尤其是峰值電流(8μs/20μs)是國家標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10348～10349-1993指標(biāo)的兩倍。
4.2信號線的過電壓保護(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)級過電壓保護(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)域的計算機及其網(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程控交換機配線架防雷模塊BYF201、BYF204
　　該產(chǎn)品采用限壓型和開關(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)時間為25ns。
4.2.3電話線路的過電壓保護(hù)器BYF202
　　該產(chǎn)品用于音頻電話線路的過電壓防護(hù)，通流容量為5kA，保護(hù)水平為350V。
4.2.4信號避雷器BYF205、BYF203、KXB-01、KXB-02
　　BYF205用于信號線的防護(hù)。BYF203用于有線電視傳輸線的防護(hù)。KXB-01、KXB-02用于同軸饋線的過電壓防護(hù)。產(chǎn)品接口均符合國際和我國國家標(biāo)準(zhǔn)或特殊要求，使用頻率為0～2.5GHz,特性阻抗分別為50Ω和75Ω。
4.3正在開發(fā)和完善的產(chǎn)品
　　西安無線電二廠的產(chǎn)品品種已覆蓋直流和工頻電源系統(tǒng)的Ⅳ，Ⅲ,Ⅱ,Ⅰ區(qū)域和部分信號區(qū)域。目前正在開發(fā)的項目有對模擬信號、數(shù)字信號電路的過電壓保護(hù)器進(jìn)行模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計研究；對同軸饋線、計算機串口、電話線、數(shù)據(jù)線和程控交換機配線架防雷模塊等用過電壓保護(hù)器進(jìn)行品種和性能的進(jìn)一步完善。（賈廣平）