壓敏電阻常見的技術問題分析
一、壓敏電阻的安全性問題:
在以往的應用中,跨接在電源線上的壓敏電阻器出現(xiàn)過起火燃燒,危機臨近其它元器件的事故。對此,制造者和使用者共同進行了大量研究和分析工作,采取了相應的對策,極大地降低了這類事故的概率,但尚未杜絕,因此,壓敏電阻的使用安全性仍是個值得重視、需要繼續(xù)研究解決的課題。
壓敏電阻起火燃燒的表觀現(xiàn)象,大體上可分為老化失效和暫態(tài)過電壓破壞兩種類型。
①老化失效,這是指電阻體的低阻線性化逐步加劇,漏電流惡性增加且集中流入薄弱點,薄弱點材料融化,形成1kΩ左右的短路孔后,電源繼續(xù)推動一個較大的電流灌入短路點,形成高熱而起火。這種事故通常可以通過一個與壓敏電阻串聯(lián)的熱熔接點來避免。熱熔接點應與電阻體有良好的熱耦合,當最大沖擊電流流過時不會斷開,但當溫度超過電阻體上限工作溫度時即斷開。研究結果表明, 若壓敏電阻存在著制造缺陷,易發(fā)生早期失效, 強度不大的電沖擊的多次作用,也會加速老化過程,使老化失效提早出現(xiàn)。
?、跁簯B(tài)過電壓破壞,這是指較強的暫態(tài)過電壓使電阻體穿孔,導致更大的電流而高熱起火。整個過程在較短時間內(nèi)發(fā)生,以至電阻體上設置的熱熔接點來不及熔斷。在三相電源保護中,N-PE線之間的壓敏電阻器燒壞起火的事故概率較高,多數(shù)是屬于這一種情況。相應的對策集中在壓敏電阻損壞后不起火。一些壓敏電阻的應用技術資料中,推薦與壓敏電阻串聯(lián)電流熔絲(保險絲)進行保護。
二、壓敏電阻的連接線問題
將壓敏電阻接入電路的連接線要足夠粗,推薦的連接線的尺寸注:接地線為5.5 mm2以上連接線要盡可能短,且走直線,因為沖擊電流會在連接線電感上產(chǎn)生附加電壓,使被保護設備兩端的限制電壓升高。
壓敏電阻通流量 ≤600A (600~2500)A ( 2500~4000)A (4000~20K)A
導線截面積 ≥ 0.3 mm2 ≥ 0.5 mm2 ≥ 0.8 mm2 ≥ 2 mm2
例如:若壓敏電阻MY兩端各有3 cm長的接線,它的電感量L大體為18 nH,若有10 KA的8/20沖擊電流流入壓敏電阻,把電流的升速看作10KA / 8Μs,則引線電感上的附加電壓UL1、UL2大體為UL1= UL2=L(di/dt)=18×10-9( 10×103 / 8×10-6 )=22.5 V這就使限制電壓增高了45V。
三、壓敏電阻的串聯(lián)和配對
壓敏電阻可以很簡單地串聯(lián)使用。將兩只電阻體直徑相同(通流量相同)的壓敏電阻串聯(lián)后,漆壓敏電壓、持續(xù)工作電壓和限制電壓相加,而通流量指標不變。例如在高壓電力避雷器中,要求持續(xù)工作電壓高達數(shù)千伏,數(shù)萬伏,就是將多個ZnO壓敏電阻閥片迭和起來(串聯(lián))而得到的。
壓敏電阻可以并聯(lián),目的是獲得更大的通流量,或者在沖擊電流峰值一定的條件下減小電阻體中的電流密度,以降低限制電壓。
當要求獲得極大的通流量[ 例如8/20,(50~200)KA ],且壓敏電壓又比較低(例如低于200V)時,電阻體的直徑 / 厚度比太大,在制造技術上有困難,且隨著電阻體直徑的加大,電阻體的微觀均勻性變差,因此通流量不可能隨電阻體面積成比例地增大。這是用較小直徑的電阻片并聯(lián)可能是個更合理的方法。
由于高非線性,壓敏電阻片的并聯(lián)需要特別小心謹慎,只有經(jīng)過仔細配對,參數(shù)相同的電阻片相并聯(lián),才能保證電流在各電阻片之間均勻分配。針對這種需求,本公司專門為用戶提供配對的電阻片。
此外,縱向連結的幾個壓敏電阻器,使用經(jīng)過配對的參數(shù)一致的壓敏電阻器后,當沖擊侵入時,出現(xiàn)在橫向的電壓差可以很小。在這種情況下,配對也是有意義的。
四、壓敏電阻與氣體放電器件的串聯(lián)和并聯(lián)
壓敏電阻可以與氣體放電管、空氣隙、微放電間隙等氣體放電器件相串聯(lián)(圖10.5a),這個串聯(lián)組合的正常工作要滿足兩個基本條件:①、系統(tǒng)電壓上限值應低于氣體放電器件G的直流擊穿電壓;②、G點火后在系統(tǒng)電壓上限值下,壓敏電阻MY中的電流應小于G的電弧維持電流,以保證G的熄弧。
這種串聯(lián)組合具有電容量小,工作頻率高;漏電流極小安全性好;以及不存在壓敏電阻MY在系統(tǒng)電壓下老化的問題,因而可靠性高等優(yōu)點,但同時也有氣體放電器件相應慢所引起的"讓通電壓"問題。
壓敏電阻也可與氣體放電管并聯(lián),以降低氣體放電管的沖擊點火電壓。