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氧化锌避雷器压敏电阻性能

氧化锌避雷器压敏电阻性能
氧化锌避雷器压敏电阻自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——氧化锌避雷器也得到越来越广泛的应用。众所周知,氧化锌避雷器压敏电阻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避雷器压敏、过电压保护器的性能、特点和应用。
 
 
氧化锌避雷器压敏电阻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10KV氧化锌避雷器压敏电阻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,这势必会导致氧化锌避雷器压敏电阻的性能劣化乃至失效。
 
 
氧化锌避雷器具有非线性伏安特性并有抑制瞬态过电压作用的固态电压敏感元件。当端电压低于某一阈值时,氧化锌避雷器压敏电阻的电流几乎等于零;超过此阈值时,电流值随端电压的增大而急剧增加。氧化锌避雷器压敏电阻的非线性伏安特性是由压敏体(或称压敏结)电压降的变化而引起的,所以又称为非线性电阻。U=cI^a在电力工业中,常使用压敏材料制成氧化锌避雷器阀片。反向特性的硒整流片和雪崩二极管等也具有压敏特性,但习惯上仍沿用各自的原名。1929~1930年,美国和德国几乎同时用碳化硅压敏材料制成氧化锌避雷器。40年代末,苏联制成低压碳化硅压敏电阻器。1968年日本研制出氧化锌压敏材料。这种材料具有比其他材料更为优异的电气性能,至今仍获得广泛应用。其他金属氧化物(Fe2O3、TiO等)压敏电阻器也得到发展。氧化锌避雷器压敏电阻主要用于限制有害的大气过电压和操作过电压,能有效地保护系统或设备。用氧化锌压敏材料制成高压绝缘子,既有绝缘作用,又能实现瞬态过电压保护。此外,压敏电阻器在电子电路中可用于消火花、消噪音、稳压和函数变换等。氧化锌避雷器压敏电阻的端电压超过某一阈值后,其伏安特性可用下式表示: 式中I为通过氧化锌避雷器压敏电阻的电流峰值,U为端电压峰值,C或A为材料常数,β为电流非线性指数,γ=1/β为电压非线性指数。其他参数还有标称工作电压、压敏电压、漏电流、通流容量、单片承受能量和使用寿命等。非线性指数是通过实际测量,测得温度变化是阻值的变化率,也就是说,以横坐标表示温度,纵坐标表示阻值,变化曲线的斜率大致就是非线性指数。
制作工艺
氧化锌压敏电力领域避雷过电压具有优良的V-I非线性和浪涌吸收能力,在电力领域用于氧化锌避雷器保护有着广阔的应用前景。但传统技术制造的ZnO压敏电阻氧化锌避雷器是由多达20-40支ZnO压敏电阻避雷器阀片串联而成,保护电压越高阀片越多。对每只阀片的要求是,除电性能外,在外观上不仅两端面要求平整和上电极,而且阀片四周必须用聚脂改性有机硅树脂漆或聚脂型聚氨脂漆,以免沿脉冲闪络电压。组装氧化锌避雷器时,阀片和阀片之间都采用导电性能好的金属垫片,用绝缘支架固定,因此制造成本较高。另一方面,由于阀片都采用干压成型,存在压力梯度损失,阀片越厚,压力梯度损失越大,其结果是阀片微观结构不均匀,对电性能尤其是可靠性和寿命带来不利的影响。
 
 
(1)冷等静压成型全方位加压,不存在压力梯度损失,材料微观结构均匀致密,电性能优良。
(2)突破传统干压成型胚片*大厚度无法大于20mm的极限, 冷等静压成形胚片厚度可以在1~1000mm范围任意选择。
(3)整体成形,烧结,节省电极面材料80%以上,可省却金属垫片,树脂漆,从而大大降低材料和器件的成本。
(4)10KV氧化锌避雷器工序大为简化,提高产品质量,降低生产成本。为国内独创技术。
将添加剂制成溶液后加入 ZnO 粉料,以期改善 ZnO 阀片的均匀性和宏观电特性。实验结果表明,溶液法工艺能够有效地提高阀片的宏观电特性,并且能够降低添加剂原料成本,具有较好的实用价值。
氧化锌(ZnO)阀片小电流特性的改善溶液法工艺对小电流特性的改善主要表现在阀片非线性系数α的提高和电位梯度的提高。
 
直流氧化锌避雷器阀片与交流阀片虽然有许多共同之处,但二者在配方和工艺上却存在很大的差别。笔者在一定的配方设计基础上,从改进添加剂的制作工艺以改善添加剂的性能入手,研究了烧成工艺对阀片性能的影响。并特别对直流阀片的特殊工艺-涂布工艺和扩散工艺进行了深入研究。*终通过工艺技术,获得了满足要求的直流阀片。
 
氧化锌避雷器电阻片电流
在进行工频参考电压试验时,只要清洁表面的部分外套,就可消除瓷套外表面电流的影响,而在进行直流参考电压时,一定要采用缠屏蔽环的方式屏蔽掉瓷套外表电流,因为参考电压的泄漏电流为微安级.
运行时的解决方法是采用缠屏蔽环的办法把它与内部电流分开,目前采用避雷环的形式很多,但总的要求是缠屏蔽环必须缠紧,引下线采用带绝缘层的引线或引线有一定刚度,以避免接触氧化锌避雷器绝缘底座,分流内部电流.
瓷套内壁,绝缘支架电流正常情况下瓷套内壁电流,绝缘支架为微安级,如果受潮或绝缘支架有缺陷时,泄漏电流会明显增加,当由于密封不良,进水受潮时,会导致电阻片泄漏电流增大,绝缘电阻降低,收于受潮而引发的事故大都是沿受潮的内壁闪或沿氧化锌避雷器电阻片轴向闪络而导致对地短路.
氧化锌避雷器型号电阻片电流
氧化锌避雷器电阻片电流为毫安级,氧化锌避雷器电阻片电流IZ由容量性分量IC和阻性分量IT组成,在运行电压下,容量分量占的比例很大,而阻性分量占的比较很小,外施电压为正弦波时,容性电流也为正弦波.
阻性电流与外施电压同相,波形为非线性,为含有基波和高次谐波的畸变波,阻性电流是一个非正弦波物理量,在每个半波中,左右两个半波对称于经半波尖顶垂直于时间轴的直线,由基波和奇数高次谐波组成,由于阻性电流的谐波所占比例很小,谐波电流计算可以忽略不计.
均压电容电流
当施加电压为正弦波时,容性分量和阻性分量均为正弦波,符合氧化锌避雷器电容性设备的特征,均压电容器总电流由电容性分量和阻性分量组成.

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