菲尼克斯電氣集團(tuán)概要

1、三、德國菲尼克斯電氣集團(tuán)公司對應(yīng)用于鐵路各系統(tǒng)的電源及信 號（通道）防雷保安器的幾點(diǎn)問題的探討和建議1、國內(nèi)鐵路信號系統(tǒng)所用防雷保安器現(xiàn)狀 我國目前鐵路站點(diǎn)信號系統(tǒng)主要采用以分離式元件 （即由壓 敏電阻和氣體放電管） 集成防雷保護(hù)單元進(jìn)行保護(hù)， 但是由于技 術(shù)和質(zhì)量的種種原因，其不能對信號線路和設(shè)備進(jìn)行有效地保 護(hù)。根據(jù)鐵路“跨越式發(fā)展”的要求，從 2002 年開始在路內(nèi)引入 國外先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的模塊化防雷產(chǎn)品，特別是在 ZPW2000A 系 統(tǒng)上道時(shí)，大量使用了以壓敏電阻為核心元器件的模塊化防雷產(chǎn) 品。經(jīng)過 3 年多的實(shí)踐應(yīng)用， 起到了很好的防護(hù)效果， 得到了路 內(nèi)實(shí)用單位的一致好評。 目前路

2、內(nèi)越來越多的系統(tǒng)和設(shè)備開始使 用此種模塊化的防雷產(chǎn)品進(jìn)行防雷保護(hù)。今年年初，鐵道部頒布了鐵運(yùn) 2006 26 號文-關(guān)于印發(fā)鐵 路信號設(shè)備雷電及電磁兼容綜合防護(hù)實(shí)施指導(dǎo)意見 的通知， 提 出了對路內(nèi)站點(diǎn)的綜合防雷要求， 為規(guī)范路內(nèi)防雷器的使用和更 好地提高防護(hù)效果起到了積極的指導(dǎo)作用。 26 文針對防雷保安 器提出具體要求，其中： “防雷保安器并聯(lián)使用時(shí)，在任何情況下 不得成為短路狀態(tài)； 串聯(lián)應(yīng)用時(shí)， 在任何情況下不得成為開路狀 態(tài)。”，出于對信號系統(tǒng)運(yùn)行的安全的考慮，從理論上講此項(xiàng)要求 確實(shí)合理。為實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)要求，有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)，一、在模塊 化防雷保安器中必須實(shí)現(xiàn)壓敏電阻與氣體放電管的串聯(lián)

3、結(jié)構(gòu)； 二、使用失效保護(hù)技術(shù)的采用單一壓敏電阻為元器件的結(jié)構(gòu)。據(jù)我國鐵路信號系統(tǒng)的現(xiàn)狀及菲尼克斯多年研發(fā)和制造防雷產(chǎn) 品的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，我們對針對兩種結(jié)構(gòu)防雷保安器的合理性進(jìn)行一 個(gè)全面的分析。2、采用不同核心元器件和結(jié)構(gòu)的防雷保安器性能的比較1）壓敏電阻特性分析壓敏電阻是一種非線性可變的電壓敏器件。它們具有非線性 的、相對平滑的響應(yīng)特性，其響應(yīng)時(shí)間通常小于25ns。壓敏電阻 對脈沖電流的最大放電能力可達(dá)到幾個(gè) 10kA（8/20血）。當(dāng)前全 球范圍內(nèi)最好的壓敏電阻制造商為EPCOS，其生產(chǎn)的壓敏電阻在全球占近1/3份額，處于相對市場領(lǐng)先和技術(shù)領(lǐng)先地位。其制 造的用于防雷擊浪涌保護(hù)的壓敏電阻有很多

4、規(guī)格和電壓等級，外形也有方形和圓形多種。其中方片主要為大能量防雷應(yīng)用，標(biāo)稱放電能力能達(dá)到20kA（8/20血）；圓片主要為電路板防浪涌等電磁 兼容保護(hù)用，標(biāo)稱放電能力能達(dá)到200-300A（8/20 g）。優(yōu)點(diǎn)： 快速響應(yīng)特性（一般響應(yīng)時(shí)間：125ns ）-殘余電壓值低一一尤其當(dāng)沖擊電流低于kA范圍時(shí) 適用于直流（DC）和交流電（AC ） 響應(yīng)曲線平滑缺點(diǎn)：* 在高電流范圍內(nèi)，剩余電壓值隨電涌電流而增加 （見圖示）- 具有相對較高的容量一般不適用于頻率超過1020kHz的情況(見EPCOS數(shù)據(jù)表)。- 由于長期使用會(huì)產(chǎn)生老化和一定程度的升溫一一可能產(chǎn)生電流泄漏。- 為保證系統(tǒng)安全，需要為壓敏電

5、阻加裝失效保護(hù)裝置。老化：術(shù)語“老化”是用作描述壓敏電阻內(nèi)部PN接點(diǎn)的損壞狀況(或 熔斷)的。PN接點(diǎn)常常由于壓敏電阻超負(fù)荷而被破壞，當(dāng)PN接點(diǎn)被損壞后，將成為電導(dǎo)體，從而導(dǎo)致壓敏電阻中的電流產(chǎn)生泄 漏，不斷增加的電流泄漏會(huì)導(dǎo)致電力供應(yīng)電路中壓敏電阻內(nèi)部熱 量的不斷聚集。這就是為什么安裝有壓敏電阻的防雷保安器需要 配備熱敏斷路器進(jìn)行保護(hù)的原因， 當(dāng)壓敏電阻的溫度超過設(shè)定溫 度值時(shí)，熱敏斷路器就會(huì)斷開壓敏電阻與供應(yīng)電壓的連接。2) 氣體放電管特性分析氣體放電管是一種具有開、關(guān)狀態(tài)截然不同的保護(hù)器件。在大多數(shù)應(yīng)用中，可以抵抗高達(dá)10kA(8/20或2.5kA (10/350 g)的瞬態(tài)電流，因?yàn)樗?/p>

6、們的“硬”響應(yīng)特性，這種設(shè)備有 時(shí)候稱為“短路”型器件。優(yōu)點(diǎn)：* 尺寸小巧* 漏電流小* 高電流限制容量缺點(diǎn):* 點(diǎn)火特性曲線與時(shí)間有關(guān)。* 快速響應(yīng)時(shí)間為100ns左右- 保護(hù)級別無法精確定義。- 如果過壓保護(hù)器中的工作電壓高于電弧下降電壓，將會(huì)出現(xiàn)持續(xù)電流。持續(xù)電流可能會(huì)導(dǎo)致元件過熱而受損。老化：老化和超負(fù)荷會(huì)使氣體放電管的點(diǎn)火動(dòng)作發(fā)生改變（例如： 其點(diǎn)火特性曲線），將發(fā)生以下狀況：* 點(diǎn)火電壓持續(xù)增高當(dāng)充氣式浪涌電壓放電器連續(xù)多次發(fā)生點(diǎn)火現(xiàn)象。- 點(diǎn)火電壓在達(dá)到額定點(diǎn)火電壓值時(shí)出現(xiàn)波動(dòng)一一當(dāng)充氣式浪涌電壓放電器連續(xù)多次發(fā)生點(diǎn)火現(xiàn)象。3）壓敏電阻串聯(lián)氣體放電管結(jié)構(gòu)的特性壓敏電阻串聯(lián)氣體放電

7、管構(gòu)成的SPD稱之為混合型防雷保護(hù)器。其具有如下特點(diǎn)：-整體呈現(xiàn)氣體放電管的開關(guān)型特性-泄露電流幾乎為零*放電能力和次數(shù)由最小的那個(gè)元件決定-保護(hù)電平比單個(gè)元器件提高響應(yīng)時(shí)間為氣體放電管的時(shí)間（100ns ）整體啟動(dòng)電壓增加（如下圖）啟動(dòng)后呈現(xiàn)壓敏電阻特性響應(yīng)電壓受浪涌電壓的時(shí)間特性影響（浪涌電壓的陡度）如圖：串接氣體放電管壓敏電阻保護(hù)器和其響應(yīng)特性曲線 ©i b難點(diǎn)：氣體放電管與壓敏電阻串接引線長度尺寸一致*氣體放電管與壓敏電阻焊接可靠性-焊接氣體放電管時(shí)溫度對壓敏電阻的影響*氣體放電管和壓敏電阻在雷擊時(shí)產(chǎn)生發(fā)熱的相互影響 缺點(diǎn)：.保護(hù)電平（殘壓高，據(jù)上海防雷測試中心專家透露達(dá)到1

8、5-20%）-增加了故障點(diǎn)（兩個(gè)元件的連接點(diǎn)、元件個(gè)體數(shù)量）*延長了對浪涌的響應(yīng)時(shí)間（從 25ns增加到100ns）-抬高了模塊的啟動(dòng)電壓（據(jù)上海防雷測試中心專家透露達(dá)到15-20%）浪涌電壓的陡度將影響啟動(dòng)電壓，越快（陡）的浪涌防雷器響應(yīng)越“遲鈍（”動(dòng)作電壓高）由以上分析可以看出， 壓敏電阻是較為理想的防護(hù)器件， 只 要能克服其因老化或大能量沖擊而造成的壓敏電阻損壞導(dǎo)致短 路的問題， 即可安全地使用在系統(tǒng)中。 而氣體放電管由于其本身 “硬”特性等問題，一般不將其單獨(dú)使用在保護(hù)電路中，而需與壓 敏電阻等配合使用才能更好地發(fā)揮其作用。 而壓敏電阻與氣體放 電管串聯(lián)結(jié)構(gòu)雖然從單純安全的角度來看相對

9、可靠， 但由于在啟 動(dòng)電壓、保護(hù)水平和應(yīng)用壽命等方面具有較大的劣勢。3、菲尼克斯純壓敏型防雷保安器優(yōu)點(diǎn)分析 由上分析可知，純壓敏結(jié)構(gòu)防雷保安器能否安全可靠地應(yīng)用 于鐵路信號系統(tǒng)中， 與其配備的熱敏斷路器能否可靠地工作有直 接地關(guān)系。來自德國的菲尼克斯防雷產(chǎn)品， 采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝， 很好地解決了熱敏分?jǐn)嗫煽啃缘碾y題，現(xiàn)介紹如下：1）特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保障了正確脫扣的功能10電源第二級保護(hù)VALVETRAB特殊的戲彈簧脫扣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),避免單簧側(cè)拉易疲勞、損 壞的缺點(diǎn)，保 證正確脫扣功 能“38 / Name / Date1 »成熟的故障分?jǐn)嗪椭甘竟δ軆?nèi)部結(jié)構(gòu)圖上圖為在歐洲較為成熟的故障分離、

10、指示結(jié)構(gòu)。該技術(shù)使人 們使用SPD減少了很多麻煩，近30年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明其效果相當(dāng) 不錯(cuò)。菲尼克斯的專利結(jié)構(gòu)則更加是這種技術(shù)中的技術(shù)先進(jìn)，在ERICSSON全球的應(yīng)用中，有使用超過10年之久的菲尼克斯防 雷單元至今仍在安全工作，說明了該技術(shù)的可靠。2) SPD內(nèi)壓敏電阻不加注環(huán)氧樹脂，有利于散熱和延長壓 敏使用老化壽命。在壓敏型SPD的生產(chǎn)過程中，為了節(jié)省成本，很多的 SPD生產(chǎn)商僅MOV元件，大多不含環(huán)氧封裝和電極， 采購商需要自加工加焊引腳，再加注環(huán)氧樹脂。因工藝 要求嚴(yán)格，大多數(shù)廠家無法做到象 EPCOS 一樣的封裝。-為了嚴(yán)格保證壓敏的物理參數(shù)一致性，使之不受加焊引 腳的影響，PHOEN

11、IX采取直接向EPCOS采購封裝好 的MOV閥片，即L系列的MOV閥片。盡管增加了成 本，但卻保證了 MOV參數(shù)的一致性和高要求。*環(huán)氧樹脂為不良熱導(dǎo)體，具有隔熱的特點(diǎn)，過多的加注環(huán)氧樹脂會(huì)使MOV單元不易散熱和加速老化。結(jié)構(gòu)精巧的VALVETRAB基座老化脫扣保護(hù)插頭分?jǐn)?編碼環(huán)定位抉MOV7C 杵遠(yuǎn)程報(bào)警壓桿標(biāo)識位捕拔式遠(yuǎn)程報(bào)警接口風(fēng)接線端子3）最高阻燃等級外殼，防止了過載失效時(shí)大能量熱能引起的火災(zāi)擴(kuò)散。高阻燃等級外殼防止火焰擴(kuò)散黑色外殼，阻燃等級V0 （最高）級，防護(hù)等級IP20級。實(shí)現(xiàn)超薄（每模塊17, 5mm）設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省空間,安裝方便。外殼模具工藝精巧復(fù)雜.難以仿制°至今，菲尼克斯的壓敏型VAL-MS系列防雷產(chǎn)品已經(jīng)在我 國鐵路信號系統(tǒng)使用了 1萬片以上，沒有發(fā)現(xiàn)過任何安全問題。綜上所述，在現(xiàn)在技術(shù)條件下，菲尼克斯電氣認(rèn)為針對鐵路 信號系統(tǒng)的防雷保護(hù)， 采用先進(jìn)生產(chǎn)工藝制造成的壓敏型防雷保 安器是安全可靠并且有效的。4、關(guān)于鐵道部 CRCC 認(rèn)證與國際認(rèn)證接軌的建議 我國鐵路正在進(jìn)行“跨越式”發(fā)展，越來越多的直接引進(jìn)并消 化吸收國外的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)， 同時(shí)對欲為中國鐵路提供設(shè)備和 服務(wù)的企業(yè)提出更高的要求 必須通過 CRCC 認(rèn)證。這對提高