第14章電涌保護(hù)器(SPD)

1、第14章 電涌保護(hù)器（SPD）1 電涌保護(hù)器概述1.1 信息化催生的新電器-電涌保護(hù)器(SPD) 電涌保護(hù)器是低壓電器中的一個(gè)新成員，以前一般把它稱(chēng)為低壓避雷器，盡管“低壓避雷器”的歷史已經(jīng)不短了，但主要作為電子信息產(chǎn)品安全保護(hù)用的“電涌保護(hù)器”，從一般保護(hù)電器中分離出來(lái)，形成一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)品分支,，還只有10多年的歷史.。電涌保護(hù)器的第一份國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEC61643-1發(fā)表于1998年。 從技術(shù)的角度講，電涌保護(hù)器是一種以伏安特性為非線性的元件作為主要功能元件，用來(lái)抑制瞬時(shí)過(guò)電壓，泄放電涌電流，從而保護(hù)電器和電子設(shè)備的低壓保護(hù)電器。它的英文名稱(chēng)叫Surge Protective Device

2、，簡(jiǎn)稱(chēng)SPD。 瞬時(shí)過(guò)電壓，或者稱(chēng)為浪涌過(guò)電壓，主要來(lái)自三個(gè)方面：雷電，電氣系統(tǒng)操作和靜電，其中雷電是最主要的。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上平均每秒鐘發(fā)生100次左右的雷擊放電。這種放電將在以雷擊點(diǎn)為中心的大約2Km范圍內(nèi)的電力線和通信信號(hào)線上，產(chǎn)生足夠高的浪涌電壓，它侵入到連接在這些線路上的計(jì)算機(jī)等信息技術(shù)設(shè)備和各種電氣電子設(shè)備上，造成以下三種破壞效果:：第一，干擾設(shè)備的正常工作，造成數(shù)據(jù)丟失或發(fā)生工作差錯(cuò)，或使設(shè)備暫時(shí)喪失正常功能；第二，使某些元器件性能劣化壽命減低；第三，造成某些元器件永久性破壞。嚴(yán)重時(shí)，這類(lèi)干擾和損壞可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)工作癱瘓，由此帶來(lái)的間接損失和連帶損失，常常是十分巨大的.。例如，

3、1972年8月，山東境內(nèi)一次雷擊，京滬鐵路線十多個(gè)車(chē)站信號(hào)設(shè)備受損，造成京滬全線癱瘓1。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)1998-2001年的56次重大雷電災(zāi)害(單次直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)100萬(wàn)元者) 共計(jì)直接經(jīng)濟(jì)損失14409.8萬(wàn)元,平均每次257.3萬(wàn)元2。有人統(tǒng)計(jì)了美國(guó)排名前1000名的企業(yè)因雷擊造成的損失，高達(dá)一年2億美元，平均每個(gè)企業(yè)20萬(wàn)美元。 德國(guó)一家重要的電子保險(xiǎn)公司報(bào)道說(shuō)，因雷電和操作過(guò)電壓造成的損失理賠，在1984年占理賠總數(shù)的8.5%，到1994年上升到35.5%，也就是說(shuō)十年中翻了二番3。這些統(tǒng)計(jì)數(shù)字的背后反映了這樣一些現(xiàn)實(shí)： 1. 現(xiàn)代信息技術(shù)產(chǎn)品的基礎(chǔ)是集成電路芯片，在芯片集成度越來(lái)越高

4、，功能越來(lái)越強(qiáng)大的同時(shí)，微電子元件的尺寸越來(lái)越細(xì)微，結(jié)果導(dǎo)致它耐受浪涌電流/電壓的能力越來(lái)越低，對(duì)電沖擊更加敏感。 2. 隨著人類(lèi)社會(huì)的日趨信息化，信息技術(shù)產(chǎn)品快速滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)，國(guó)防安全，和人民生活的各個(gè)方面，產(chǎn)品的數(shù)量快速增加，因此浪涌電流/電壓導(dǎo)致的損壞事件也呈快速上升的趨勢(shì)。 3. 信息和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品是現(xiàn)代社會(huì)的大腦和神經(jīng)，它們的故障所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)的，政治的，或軍事的損失往往是很大的。 中國(guó)是世界上雷電災(zāi)害嚴(yán)重的國(guó)家，正因?yàn)檫@樣，政府對(duì)防雷減災(zāi)高度重視，許多省府已強(qiáng)制規(guī)定在一些場(chǎng)所或設(shè)施 “必須”安裝防雷裝置，因此中國(guó)也是世界上防雷產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的國(guó)家之一。1.2 電涌保護(hù)器的基本功能SPD是

5、利用了電壓/電流特性(V/I特性)為“電壓限制特性”的元件來(lái)完成抑制瞬時(shí)過(guò)電壓，泄放浪涌電流這樣的保護(hù)功能的.。所謂電壓限制特性是這樣一種特性：當(dāng)該元件兩端電壓低于它的閾值時(shí)，它的阻抗極高(幾兆歐或更高)，只有很小的漏電流流過(guò)它，實(shí)際上處于截止?fàn)顟B(tài)；但當(dāng)電壓超過(guò)它的閾值時(shí)，它的阻抗迅速下降，可小到歐姆級(jí)或更小，處于充分導(dǎo)通狀態(tài)，從而泄放浪涌電流；導(dǎo)通后只要外加電壓低于其閾值，或流過(guò)它的電流小于某個(gè)“維持電流”，元件便快速恢復(fù)到高阻截止?fàn)顟B(tài)。這種阻抗變化有“單調(diào)變化”和“突跳變化”兩種不同的形式(圖2.14-1)，因此電壓限制特性元件可進(jìn)一步區(qū)分為 “鉗位型”和 “開(kāi)關(guān)型”兩種不同類(lèi)型.LogU

6、Log ILogULog ILogULog IA B CMN(a) 鉗位型電壓限制特性 (b) 開(kāi)關(guān)型電壓限制特性 圖2.14-1電壓限制特性元件的V/I特性用非線性元件構(gòu)成的SPD的保護(hù)功能，可用圖2.14-2的例子來(lái)說(shuō)明。這里假定它用的是具有鉗位特性的SPD。該圖表示了用SPD抑制雷電過(guò)電壓，分流雷擊產(chǎn)生的浪涌電流，保護(hù)計(jì)算機(jī)PC的一個(gè)例子。圖中220V供電線Lo在A點(diǎn)進(jìn)入室內(nèi)，經(jīng)過(guò)一段Ls線后在B點(diǎn)送到計(jì)算機(jī)PC。在B點(diǎn)，兩根電源線的每一根上都對(duì)地接了一只用壓敏電阻構(gòu)成的SPD。它們?cè)?20V交流峰值電壓（220×1.41=310V）下的漏電流，例如為2A。也就是說(shuō)它們的對(duì)地阻

7、抗相當(dāng)于310V/2A=155M，這時(shí)SPD呈“關(guān)斷”狀態(tài)。如果附近發(fā)生雷擊放電時(shí)，在電源線的入口點(diǎn)A，對(duì)地有6000V的瞬時(shí)過(guò)電壓。室內(nèi)線路Ls對(duì)這種瞬時(shí)沖擊的阻抗Zs假定為3.5，由于壓敏電阻在大電流下的阻抗比3.5小得多，因此A點(diǎn)對(duì)地會(huì)有大約6000V/3.5=1714A的電流，這個(gè)電流通過(guò)SPD入地，B點(diǎn)的對(duì)地電壓由壓敏電阻的特性所決定，例如大體為900V.。只要PC機(jī)的沖擊耐壓水平高于900V，就不會(huì)因這樣的雷擊而損壞（圖2.14-2僅用作原理說(shuō)明，而不是實(shí)用電路）。ZsBSPDLoA900VPCLs6000V 圖2.14-2 SPD的保護(hù)功能這個(gè)例子告訴我們，一個(gè)采用SPD的過(guò)電壓

8、保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)際上包含了三個(gè)基本環(huán)節(jié)(圖2.14-3)：過(guò)電壓源，保護(hù)器件，和被保護(hù)對(duì)象。保護(hù)器件SPD是這個(gè)系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，它的上游是過(guò)電壓源，下游是被保護(hù)對(duì)象。表征過(guò)電壓源的基本參數(shù)是瞬時(shí)過(guò)電壓（或浪涌電流）的峰值，波形，出現(xiàn)頻度，以及對(duì)SPD呈現(xiàn)的源阻抗等。表征被保護(hù)對(duì)象的基本參數(shù)是沖擊耐電壓或沖擊抗擾度。SPD的任務(wù)是在規(guī)定的安裝現(xiàn)場(chǎng)和規(guī)定的工作壽命期內(nèi)，保證出現(xiàn)在被保護(hù)對(duì)象上的沖擊都小于被保護(hù)對(duì)象允許的沖擊耐電壓或沖擊抗擾度，且SPD本身能耐受住過(guò)電壓/電流的應(yīng)力而不損壞。當(dāng)我們考察SPD時(shí)，都應(yīng)把它放在這樣一個(gè)系統(tǒng)中來(lái)討論。被保護(hù)對(duì)象(允許沖擊耐壓)保護(hù)器件SPD過(guò)電壓源(電壓峰值,

9、波形,源阻抗) 圖2.14-3 采用SPD的過(guò)電壓保護(hù)系統(tǒng)的三個(gè)基本環(huán)節(jié) 外部浪涌過(guò)電壓侵入一臺(tái)電氣/電子設(shè)備的途徑主要有四個(gè)：（1）從該設(shè)備的電源線進(jìn)入；（2）從該設(shè)備的信號(hào)和數(shù)據(jù)線侵入；（3）從設(shè)備的接地線進(jìn)入；（4）空間電磁場(chǎng)通過(guò)設(shè)備外殼侵入設(shè)備內(nèi)部，在設(shè)備中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。 SPD通常設(shè)置在電源線入口和信號(hào)數(shù)據(jù)線入口，因此可將SPD區(qū)分為電源保護(hù)用SPD，和通信信號(hào)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)用SPD（為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，下面分別稱(chēng)為“電源用SPD”和“信號(hào)用SPD”）。1.3 SPD的產(chǎn)品特點(diǎn) SPD有以下幾個(gè)特點(diǎn)是值得注意的： 1. 與電力避雷器相比，SPD有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)：一是在運(yùn)行中SPD的導(dǎo)通頻度遠(yuǎn)高于避

10、雷器，其原因是電力線和通信線上的浪涌電壓Up出現(xiàn)的概率P有如下的規(guī)律： (2.14-1)式中c是個(gè)常數(shù)，指數(shù)n的值大體在1-4之間，隨著具體系統(tǒng)和地點(diǎn)的不同而不同4。也就是說(shuō),浪涌電壓的發(fā)生概率，隨著電壓值的降低而激增，因此低電壓的SPD在運(yùn)行中的導(dǎo)通頻度遠(yuǎn)高于高電壓的避雷器.；二是SPD的保護(hù)對(duì)象大多是對(duì)浪涌很敏感的電子電氣產(chǎn)品，而避雷器的保護(hù)對(duì)象是電力線路和變壓器，電機(jī)等電工設(shè)備，它們耐浪涌過(guò)電壓的能力要強(qiáng)得多。 2. SPD只是綜合防雷措施中的一個(gè)環(huán)節(jié)，也就是說(shuō)SPD的防雷保護(hù)效果,不僅僅取決于它本身，而在很大的程度上受著其他措施正確與否的影響.。防雷措施是包括 “D-B-S-E”四個(gè)方

11、面的綜合技術(shù)措施，這四個(gè)方面是分流(Dividing),均壓(Bonding)，接地(Earthing),和屏蔽(Shielding)。SPD只是綜合技術(shù)措施中的一項(xiàng)。 3. SPD技術(shù)是多學(xué)科的邊緣技術(shù)，從圖2.14-3可以看出，它既要與沖擊源(雷電過(guò)電壓,操作過(guò)電壓)配合，又要與被保護(hù)對(duì)象配合，因此SPD技術(shù)工作者要盡可能地掌握與SPD的接入點(diǎn)相關(guān)的知識(shí)。 4. SPD產(chǎn)品正處在迅速發(fā)展，日趨成熟的成長(zhǎng)期，一方面產(chǎn)品的品種和社會(huì)需求量快速增長(zhǎng)，另一方面還有許多課題在業(yè)界存在著較大爭(zhēng)議，有待解決.，隨著這些問(wèn)題的解決和技術(shù)和性能的提高，產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范也在不斷更新。2 SPD的主要功能元件SPD

12、的功能元件，按其功能可區(qū)分為電壓限制元件和電流限制元件兩大類(lèi)。電壓限制元件與被保護(hù)對(duì)象并聯(lián)，用來(lái)抑制出現(xiàn)在被保護(hù)對(duì)象上的過(guò)電壓；電流限制元件與被保護(hù)對(duì)象串聯(lián)/并聯(lián)，用來(lái)切斷，限制或分流涌入被保護(hù)對(duì)象的電流。每一個(gè)SPD中至少有一只電壓限制元件，而電流限制元件只在一部分SPD中才用到，大多數(shù)電源用SPD內(nèi)部沒(méi)有電流限制元件。這兩種功能元件都包含有幾個(gè)不同的品種，它們的工作原理不同，特性不同，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。懂得這些元件，用好這些元件，是SPD的技術(shù)基礎(chǔ)。這一節(jié)討論它們的基本工作原理，結(jié)構(gòu)和主要性能參數(shù)。下面首先論電壓限制元件。圖2.14-1已經(jīng)表明，電壓限制元件按其工作特性可區(qū)分為鉗位（clamp

13、ing）特性和開(kāi)關(guān)（switching）特性?xún)纱箢?lèi)。 圖2.14-4表示了具有這兩類(lèi)特性的具體元器件的種類(lèi)。鉗位特性 ,圖2.14-4, SPD用電壓限制元件的種類(lèi)圖2.14-4 SPD用電壓限制元件的種類(lèi) 圖2.14-4 電壓限制元器件的種類(lèi)。 圖2.14-4列出的各種元件不只是用于SPD，在其他方面也有廣泛的應(yīng)用， 當(dāng)它們被用于SPD時(shí)，需要對(duì)它們的SPD所要求的性能參數(shù)作特別要求，而對(duì)于與SPD應(yīng)用無(wú)關(guān)的項(xiàng)目則可不作要求?，F(xiàn)在IEC61643標(biāo)準(zhǔn)系列已對(duì)SPD中使用較多的四種元件MOV（氧化鋅壓敏電阻器）， GDT（氣體放電管）,ABD（雪崩擊穿二極管）和TSS（晶閘管浪涌抑制器）制定了

14、專(zhuān)門(mén)的“SPD用元件技術(shù)規(guī)范”。這里我們只對(duì)使用最多的鉗位特性的壓敏電阻器，和開(kāi)關(guān)特性的氣體放電管進(jìn)行討論。2.1 壓敏電阻器（MOV）壓敏電阻器 ，顧名思義是指在一定電流電壓范圍內(nèi)，電阻值隨電壓而變，或者是說(shuō)電阻值對(duì)電壓敏感的電阻器。在技術(shù)文件里，它的英文名稱(chēng)有三個(gè)：“Varistor”（variable resistor的合成詞），“Voltage Dependent Resistor”（簡(jiǎn)寫(xiě)為“VDR”），和“Voltage Sensitive Resistor”。現(xiàn)行壓敏電阻器的主導(dǎo)品種是以氧化鋅為主體材料的“氧化鋅壓敏電阻器”，因?yàn)檠趸\是一種金屬氧化物，故也稱(chēng)為金屬氧化物壓敏電阻器

15、（英文名稱(chēng)Metal Oxide Varistor）,簡(jiǎn)寫(xiě)為 “MOV”。用作SPD元件的MOV的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是IEC61643-331.2.1.1 MOV的結(jié)構(gòu)和工作原理 壓敏電阻器是一種用陶瓷工藝生產(chǎn)的化合物半導(dǎo)體元件，它的基本結(jié)構(gòu)如圖2.14-5所示。生產(chǎn)企業(yè)對(duì)外供貨的產(chǎn)品形式主要有這樣四種：帶銀電極裸片，焊接了金屬引出端的電阻片，帶絕緣封裝層(環(huán)氧樹(shù)酯,有機(jī)硅漆等)的壓敏電阻器， 和裝入塑料外殼中的壓敏電阻器。壓敏電阻器的鉗位型伏安特性，是由它的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的。這種元件是以氧化鋅（ZnO）為基料，加入氧化鉍等多種（一般5-10種）微量添加劑，制成陶瓷體，然后在陶瓷體的兩面燒滲銀漿電極

16、，再在銀電極上焊接引出線(片)，最后進(jìn)行絕緣封裝而成。 陶瓷體 銀電極層 引出端絕緣封裝層 晶間絕緣化合物 ZnO晶粒 圖2.14-5， MOV的基本結(jié)構(gòu) 圖2.14-6 MOV陶瓷體內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型 陶瓷體是由許多粒徑為幾微米到幾十微米的ZnO晶粒構(gòu)成的集合體，多個(gè)晶粒的交匯處有在高溫?zé)芍行纬傻亩喾N絕緣化合物。這種結(jié)構(gòu)可用圖2.14-6的模型來(lái)表示。 ZnO晶粒是低電阻率（1-cm左右）的導(dǎo)體，相鄰兩個(gè)緊密接觸的ZnO晶粒間有一個(gè)厚度大體為(30-50)nm的過(guò)渡層，它的電阻率極高，且與兩側(cè)的ZnO晶粒之間形成對(duì)自由電子運(yùn)動(dòng)起阻擋作用的肖脫基勢(shì)壘。實(shí)際測(cè)量得到的勢(shì)壘電壓大體在(2-3.5)V左

17、右。所以一對(duì)互相接觸的晶粒就相當(dāng)于一對(duì) “背對(duì)背”串聯(lián)的電壓為(2-3.5)V的齊納二極管，就是一個(gè)壓敏電阻器單元。一只壓敏電阻器陶瓷體，實(shí)際上是許多串/并聯(lián)的壓敏電阻器單元所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。從上面的說(shuō)明可以很自然地推論出MOV的以下特性，記住這些特性有助于正確選用MOV。 1. MOV兩電極之間串聯(lián)的單元數(shù)，以及總勢(shì)壘電壓，大體上與陶瓷體厚度成正比，而與晶粒尺寸成反比。 2. MOV兩電極的相對(duì)面積越大，并聯(lián)單元數(shù)就越多，承受沖擊電流的能力就越大。 3. 既然MOV的電壓大體上與厚度成正比，承受沖擊電流的能力大體上與面積成正比，那么它承受功率和能量的能力就大體上與電阻體的體積成正比了。 4. Z

18、nO晶粒尺寸越大，每個(gè)單元的熱容量就越大，承受功率和能量的能力就越大。 5. MOV的制造水平，體現(xiàn)在內(nèi)部晶粒 的“勻質(zhì)化”程度上，每個(gè)晶粒的幾何尺寸，形狀，化學(xué)成分和物理特性的一致性好，“健全的”單元數(shù)多，則電流在電阻體內(nèi)的分布就均勻, 承受電流，功率和能量的能力就大。 6. 在硅單晶半導(dǎo)體器件中，電壓和電功率集中在PN結(jié)區(qū)，而在MOV中，勢(shì)壘層散布在整個(gè)電阻體中，這就是壓敏電阻器能承受比硅單晶器件大得多的沖擊電流和能量的內(nèi)在原因。2.1.2 MOV的伏安特性和等效電路MOV的伏安特性可以劃分為A，B，C三個(gè)不同的特征區(qū)段（圖2.14-1.a）。電流很小的A區(qū)和電流很大的C區(qū)的共同點(diǎn)是，電壓

19、與電流的變化接近線性關(guān)系，而B(niǎo)區(qū)的特點(diǎn)是電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，相應(yīng)的電壓變化很小，這就是所謂“ 高非線性”。.通常把A，B，C三個(gè)區(qū)段分別稱(chēng)為 “漏電流區(qū)”， “高非線性區(qū)”，和 “上升區(qū)”。三個(gè)區(qū)段的分界點(diǎn)M和N不是很明確的，為方便起見(jiàn)，通常把M點(diǎn)的電流規(guī)定為1mA，也就是說(shuō)把1mA點(diǎn)視為壓敏電阻器 “截止”與 “導(dǎo)通”兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換點(diǎn)，而把這一點(diǎn)的電壓則稱(chēng)作 “直流參考電壓”或 “壓敏電壓”。N點(diǎn)的物理意義是MOV的電阻值已不能隨電流的增大而進(jìn)一步減小了，而趨近于一個(gè)最小值（圖2.14-7的電阻體電阻rb），這一點(diǎn)大體在電流密度為(3-4)kA/cm²的部位。MOV在電路中

20、的行為可以用圖2.14-7的等效電路來(lái)描述。 L-等效串聯(lián)電感（主要是引線電感） C-固有電容量（大體在幾個(gè)到幾千pF之間） Rp-漏電阻 （一般在幾百M(fèi)以上） Rv-非線性電阻（隨著電流的增大Rv從無(wú)限大減小到零） rb-電阻體的線性電阻（大體在幾十到幾百毫歐圖2.14-7 MOV的等效電路和電路符號(hào)2.1.3 MOV的電性能和參數(shù)與其它元器件一樣，MOV的性能參數(shù)可區(qū)分為 “特性值”和“額定值”兩種類(lèi)型.。特性值是可以直接測(cè)量得到的參數(shù)值，額定值是指MOV的極限能力，或極限條件，超出這些極限，就可能引起損壞，額定值的符合性要通過(guò)一定的試驗(yàn)程序來(lái)驗(yàn)證。為敘述方便，這里把MOV的電性能參數(shù)劃分

21、為四個(gè)方面：常規(guī)性能，保護(hù)性能，系統(tǒng)電壓耐受性，和沖擊電流耐受性，下面分別敘述。 1. 常規(guī)性能常規(guī)性能是指在生產(chǎn)和檢驗(yàn)中經(jīng)常測(cè)量的直流和交流參數(shù)，主要有壓敏電壓Un，非線性指數(shù)，漏電流和電容量Co等四項(xiàng)。 (1) 壓敏電壓(直流參考電壓)Un壓敏電壓Un是以規(guī)定測(cè)試電流(dc,1mA)測(cè)得的電壓值，也稱(chēng)為 “直流參考電壓”。它是MOV的重要參數(shù)，MOV的許多試驗(yàn)都是以Un的變化率作為是否合格的判據(jù)的，MOV的其他電壓參數(shù)也往往以相對(duì)于Un的比例來(lái)表示。例如，以 “加壓比”Rap來(lái)衡量MOV 上電壓應(yīng)力的大小，Rap 也稱(chēng)為“荷電率”，它等于施加在MOV上的交流電壓峰值或直流電壓值對(duì)于Un的比

22、值；以“限壓比”Rcla來(lái)衡量MOV抑制浪涌過(guò)電壓的性能，Rcla.等于MOV的限制電壓對(duì)于Un的比值。 (2) 非線性指數(shù)在高非線性區(qū)，MOV的電流(I)/電壓(U)關(guān)系通常用下面的實(shí)驗(yàn)方程來(lái)近似地描述I =K （1） （2.14-2）由式(2.14-2)式可寫(xiě)出 = (2.14-3)式中的稱(chēng)為壓敏電阻的“非線性指數(shù)”，它的物理意義是伏安特性上某一點(diǎn)的靜態(tài)電阻（U/I）是動(dòng)態(tài)電阻（微變電阻dU/dI）的多少倍.常規(guī)MOV大體在（0.1-100）ma 范圍內(nèi)的最大，為20-80左右。 一般來(lái)說(shuō)大的MOV耐受工頻暫時(shí)過(guò)電壓（TOV）的能力差，原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)樵谕瑯蛹訅罕葪l件下，越大，工頻電流就越

23、大。因此，在SPD中采用較小的MOV。 (3) 漏電流漏電流是判斷和控制MOV質(zhì)量的重要參數(shù)，根據(jù)測(cè)試目的的不同，采用不同的測(cè)試電壓，得到不同的漏電流值。在MOV的生產(chǎn)中，一般用 (0.75Un)的直流電壓來(lái)測(cè)量漏電流，這就避免了同一批產(chǎn)品中由于每只產(chǎn)品實(shí)際壓敏電壓值的不同對(duì)漏電流測(cè)試結(jié)果的影響。大多工業(yè)生產(chǎn)的MOV的這個(gè)漏電流在20A以下。連接在工頻交流電源的相線和地之間的MOV應(yīng)控制其交流漏電流，因?yàn)檫@個(gè)漏電流太大將引起連接在上游線路的漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作。在MOV的交流電壓老化試驗(yàn)中，則測(cè)量最大持續(xù)交流電壓Uc下漏電流的電阻性分量Ir，因?yàn)樵贛OV的使用壽命期內(nèi)，漏電流的電容性分量Ic基本

24、不變，但I(xiàn)r則隨著MOV陶瓷體的老化而增大。剛投入使用的MOV，主要是電容性電流，而接近壽終時(shí)，電阻性漏電流成為主要成分。所以，在MOV的使用過(guò)程中，通過(guò)鑒測(cè)其漏電流的電阻性分量(或功率損耗)，可判斷其老化程度，決定是否要予以更換。MOV的漏電流是個(gè)對(duì)溫度敏感的量。溫度越高漏電流越大，而且漏電流越小對(duì)溫度越敏感。 就MOV的質(zhì)量而言，并非漏電流越小越好，漏電流的穩(wěn)定性比它的初始絕對(duì)值更重要。 (4) 電容量Co從圖2.14-5所表示的 MOV的基本結(jié)構(gòu)來(lái)看，它相當(dāng)于一只電容器，其電容量隨著規(guī)格的不同，大體為幾個(gè)pF到數(shù)千pF。在這里要注意，與普通電容器不同，MOV的Co并不隨其厚度的增大而減小

25、，而是與壓敏電壓Un成反比，即 (2.14-4)式中: S電極面積, k由瓷料配方和生產(chǎn)工藝決定的常數(shù).可見(jiàn)，在電極面積，瓷料配方，和生產(chǎn)工藝一定的條件下，壓敏電壓越高，電容量Co就越小。所以，兩只Un一樣，但厚度不同的MOV，它們的Co是基本上一樣的。 2. 保護(hù)性能-限制電壓和限壓比MOV的保護(hù)性能,即它抑制浪涌過(guò)電壓的能力，是MOV最重要的使用性能，限制電壓或限壓比是表示這一性能的主要參數(shù)。 是在規(guī)定的測(cè)試條件下，當(dāng)規(guī)定波形和峰值的測(cè)試電流Ix流入MOV時(shí)，它兩端電壓的最大峰值。等于限制電壓與壓敏電壓之比(=/)。在規(guī)定電流下MOV的值主要取決于以下三個(gè)因數(shù)： 限壓比隨著測(cè)試電流波上升速

26、率(di/dt)的增大而增大；隨著流過(guò)MOV的電流密度(A/cm²)的增大而增大； MOV的瓷料配方和制造工藝對(duì)限壓比有重要影響。在MOV的生產(chǎn)和驗(yàn)收時(shí)，一般只測(cè)量某個(gè)規(guī)定電流值下的限制電壓，常用的規(guī)定有以下三種： (1) 以波形為8/20，電流密度大體為6A/ cm（當(dāng)UN68V時(shí)）或30A/cm（當(dāng)UN68V）的測(cè)試電流進(jìn)行測(cè)量 (標(biāo)準(zhǔn)IEC1051)。 (2) 以波形為8/20的標(biāo)稱(chēng)放電電流(電流密度大體為2000A/ cm)進(jìn)行測(cè)量（標(biāo)準(zhǔn)IEC61643-1）。 (3) 以規(guī)定大小的1.2/50-8/20組合波，疊加在最大持續(xù)交流電壓Uc的峰點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量（標(biāo)準(zhǔn)UL1449)。

27、 在實(shí)際使中往往要知道某個(gè)電流范圍內(nèi)的或，因此MOV的制造商通常給出最大放電電流以下的全部電流范圍內(nèi)的-Ip曲線，或-Ip曲線。圖2.14-9 是這種曲線的一個(gè)例子。 3. 系統(tǒng)電壓耐受性能MOV的基本應(yīng)用方式是與被保護(hù)對(duì)象并聯(lián)，因此它承受著與保護(hù)對(duì)象同樣的工作電壓(下面稱(chēng)它為 “系統(tǒng)電壓”)。對(duì)系統(tǒng)電壓應(yīng)當(dāng)考慮三個(gè)數(shù)值：名義值，電源電壓正偏差，和故障條件下的暫時(shí)過(guò)電壓(TOV)。MOV的與系統(tǒng)電壓的這三個(gè)數(shù)值相關(guān)的性能參數(shù)有：最大持續(xù)工作電壓MCOV(交流或直流)，電壓壽命，伏-秒特性和TOV耐受性。 (1) 最大持續(xù)工作電壓(MCOV)MCOV是可以長(zhǎng)期連續(xù)施加在MOV上的最大工頻電壓有效

28、值(Uc),或直流電壓值。它是通過(guò)電壓壽命試驗(yàn)和動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證的。 (2) 電壓壽命 壓敏電阻器在規(guī)定的上限環(huán)境溫度和最大持續(xù)工作電壓下，應(yīng)具有所要求的期望壽命，例如10年,20年等。一批產(chǎn)品是否具有期望的壽命年限，可用加速壽命試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。 (3) 伏秒特性伏秒特性（Ur-t,或Rr-t）是在規(guī)定環(huán)境溫度下，加在MOV上的高于Uc值的電壓Ur（有效值）,與MOV能保持熱穩(wěn)定的加電壓時(shí)間t的關(guān)系曲線。也可把電壓Ur表示成電壓比Rr=Ur/Uc。該特性對(duì)于在應(yīng)用中判斷MOV在過(guò)電壓條件下的工作穩(wěn)定性是十分重要的。(4) 暫時(shí)過(guò)電壓(TOV)耐受性當(dāng)TOV峰值高于壓敏電壓的1.2倍左右時(shí)，MOV

29、將很快熱擊穿。TOV耐受性表示了TOV電壓值與MOV發(fā)生熱擊穿以前的耐受時(shí)間之間的關(guān)系。它是SPD“熱脫離” 裝置的設(shè)計(jì)依據(jù)。 4. 沖擊電流耐受性。經(jīng)沖擊電流作用后，MOV的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和宏觀性能會(huì)發(fā)生一定的變化，這種變化隨著沖擊強(qiáng)度由小到大表現(xiàn)為性能參數(shù)的可恢復(fù)性變化，性能參數(shù)的劣化（不可恢復(fù)性變化）和結(jié)構(gòu)性破壞三種形式。用于考核SPD用MOV沖擊電流耐受性的沖擊電流主要有：8/20電流波，SPD的級(jí)試驗(yàn)電流，1.2/50-8/20組合波和2ms方波。有的使用場(chǎng)合還要求用100kHz振鈴波，5kHz振鈴波,工頻半波進(jìn)行試驗(yàn)。表征沖擊電流耐受性的性能參數(shù)主要有：?jiǎn)未螞_擊最大電流，重復(fù)沖擊電流減額

30、特性，單次沖擊最大能量，最大平均功率和通流容量（安秒資源）。至于電源用SPD所要求的級(jí)試驗(yàn)電流，級(jí)試驗(yàn)最大放電電流，標(biāo)稱(chēng)放電電流，和級(jí)試驗(yàn)組合波，將在SPD中進(jìn)行討論。 （1）單次沖擊最大電流MOV能承受的8/20電流沖擊一次的最大電流峰值?！澳艹惺堋钡呐袚?jù)是沖擊后Un的變化10%。 （2）單次沖擊最大能量MOV能承受的2ms方波電流沖擊一次的最大能量值?！澳艹惺堋钡呐袚?jù)是沖擊后Un的變化10%。（3）最大平均功率當(dāng)MOV遭受連續(xù)脈沖作用時(shí)，它的平均功率的允許最大值。 （4）重復(fù)沖擊電流減額特性電流峰值減額特性表示了MOV能夠承受的沖擊電流峰值，與“獨(dú)立”沖擊次數(shù)(n)和沖擊電流的等效方波時(shí)間

31、寬度()三者之間的關(guān)系。這里“能承受”的判據(jù)也是沖擊后Un的變化10%?！蔼?dú)立”沖擊是指相鄰沖擊的間隔時(shí)間足夠長(zhǎng)，各次沖擊之間無(wú)熱累積效應(yīng)。,即相鄰沖擊的間隔時(shí)間足夠長(zhǎng)，各次沖擊之間無(wú)熱累積效應(yīng)。有了這個(gè)關(guān)系，只要知道了其中的兩個(gè)參數(shù)，就可以確定第三個(gè)參數(shù)了。圖2.14-8是這種特性的一個(gè)例子，圖中縱座標(biāo)是電流峰值的對(duì)數(shù)，橫座標(biāo)是脈沖時(shí)間寬度的對(duì)數(shù)，曲線參數(shù)是沖擊次數(shù)(n)。也可以把這個(gè)特性的縱座標(biāo)(電流峰值)表示成相對(duì)值“電流減額系數(shù)”，即以最大峰值(20S,1次的)為 “1”，其余峰值表示成它的分?jǐn)?shù)。 圖2.14-8重復(fù)沖擊電流減額特性一例 5. 通流容量(安秒資源)圖2.14-8所表示的

32、特性，可以用下面的方程式來(lái)表達(dá)5 （2.14-5）式中a，b，和C是三個(gè)常數(shù)。(2.14-5)的兩個(gè)式子是同一方程式的兩種不同的寫(xiě)法。從這個(gè)方程可以看出，常數(shù)C的量綱是電流()和時(shí)間寬度()的乘積，即 “安秒”值，實(shí)際上它表示了在規(guī)定的壽終判據(jù)條件下(例如壓敏電壓下降10%)，MOV在其整個(gè)壽命期內(nèi)所具有的通流容量的安秒數(shù)(As)，或者說(shuō)“安秒資源”，其值為:As= (C值由2.1.5式確定) (2.14-6) 式(2.14-6)中的C值由式(2.14-5)決定。知道了一批MOV的安秒資源As值，就可以估算出MOV的沖擊電流壽命了?？梢哉J(rèn)為，在MOV的工作過(guò)程中，這個(gè)安秒數(shù)消耗完后，它的壽命就

33、終止了6。但要注意，這個(gè)安秒數(shù)并不等于浪涌電流的實(shí)際安秒數(shù)的累加，因?yàn)橥魅萘糠匠讨械闹笖?shù)a和b都不等于1。為得出一批MOV的實(shí)際安秒資源As值，可以從該批產(chǎn)品中抽出三組樣品進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和式(2.14-5)求出a，b和C三個(gè)常數(shù)，然后利用式（2.14-6）計(jì)算出As值。利用式（2.14-6），還可進(jìn)行不同波形電流之間的等效變換。 2.1.4 MOV的失效模式 MOV的失效模式可歸結(jié)為以下五種： 1. 劣化失效模式：MOV的壓敏電壓相對(duì)于初始值的下降，超過(guò)了規(guī)定百分?jǐn)?shù)(一般規(guī)定10%)。 2. 短路失效模式：MOV在故障過(guò)程中呈短路狀態(tài)，故障后在系統(tǒng)電壓下的電阻值小于100。 3.

34、 高限制電壓失效模式：MOV的限制電壓，高于試驗(yàn)前的110%。 4. 漏電流爬升(熱不穩(wěn)定)失效模式：MOV的直流漏電流，或在最大持續(xù)交流電壓Uc下的阻性電流，或功耗值,持續(xù)增大，向熱不穩(wěn)定方向發(fā)展。 5. 突然毀壞失效模式（Catastrophic failure）：在這一模式中MOV突發(fā)性地完全失效。“突發(fā)性”是指無(wú)法通過(guò)事先檢查或監(jiān)測(cè)來(lái)預(yù)測(cè)，“完全失效”是指器件徹底喪失所有基本的功能。突然毀壞失效通常是過(guò)強(qiáng)的電壓/電流應(yīng)力，和/或器件有缺陷而造成的結(jié)構(gòu)性破壞，導(dǎo)致突然失去所有基本的功能。2.1.5 SPD用MOV的典型參數(shù) 表2.14-1 CJV型MOV的典型參數(shù)電阻體名義直徑 mm14

35、20253234x3440506080最大平均功率Pm W0.61.01.21.21.41.41.51.62.0標(biāo)稱(chēng)放電電流In kA361012.52020324050最大放電電流Imax kA712.5253050506580100級(jí)試驗(yàn)沖擊電流 kA 0.851.533.5669 12515組合波5000次Uoc kV1,2244,588121620注: 1,標(biāo)稱(chēng)放電電流In,最大放電電流Imax的波形為8/20, 2，壓敏電壓 =200V-1200V，最大持續(xù)交流電壓（取整數(shù)值）；最大持續(xù)直流電壓（取整數(shù)值），限制電壓 （見(jiàn)圖2.14-9）。圖2.14-9 CJV系列MOV的限壓比-電

36、流密度曲線2.1.6 SPD用MOV的選用 SPD用MOV的選用，就是依據(jù)SPD的要求確定MOV電阻片的名義直徑，壓敏電壓下限和上限等三個(gè)主要參數(shù)。SPD的要求應(yīng)明確：最大放電電流，系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓交流，最大持續(xù)工作電壓MCOV，和TOV耐受能力，以及保護(hù)水平和衡量的測(cè)試電流。選用MOV的計(jì)算可按以下步驟進(jìn)行： 1. 依據(jù)，參照表2.14-1確定MOV電阻片的名義直徑（cm）和并聯(lián)數(shù)目。 2. 計(jì)算MOV電阻片總的通流面積(). 3. 計(jì)算測(cè)試限制電壓時(shí)的電流密度 (A/)。 4. 依據(jù)從圖2.14-9查出MOV相應(yīng)的限壓比。 5. 計(jì)算MOV的壓敏電壓上限值0.9/（系數(shù)0.9是為了確保MOV的

37、限制電壓不會(huì)大于保護(hù)水平）。 6. 計(jì)算MOV的壓敏電壓下限值 7. 依據(jù)計(jì)算得到的和，在綜合考慮限制電壓，電壓壽命和TOV耐受性，以及生產(chǎn)的可能性等因素的基礎(chǔ)上最后確定MOV壓敏電壓的范圍。 2.2,氣體放電管(GDT)氣體放電管，英文名Gas Discharge Tube (GDT) ，是一種伏安特性為正反向?qū)ΨQ(chēng)的開(kāi)關(guān)特性器件。用作SPD元件的GDT的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是IEC61643-311。2.2.1 GDT的結(jié)構(gòu)和工作原理GDT有二極管和三極管兩個(gè)品種，每個(gè)品種又有帶引線和無(wú)引線兩種形式。圖2.14-14表示了它們的外形，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)。從圖2.14-10可以看出，GDT的基本結(jié)構(gòu)是在圓

38、筒形的陶瓷外殼兩端固定金屬電極，方法是先將陶瓷外殼的端面金屬化，然后與電極焊接，形成一個(gè)密封的圓筒，其中充有氖/氬氣體，兩電極之間保持一定間距，形成一個(gè)間隙。GDT就是利用充氣(非空氣)間隙的電壓擊穿特性來(lái)工作的。圖2.14-10 GDT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)圖2.14-11 珀邢(F.Paschen)曲線.氣體介質(zhì)的電壓擊穿特性是服從如圖2.14-11所示的珀邢(F.Paschen)曲線的，圖中，縱座標(biāo)是擊穿電壓(kV)，橫座標(biāo)是氣體壓力(mmHg)和電極間距(cm)的乘積。電極間距一般是小于1mm的,通過(guò)改變這個(gè)間距，改變充入的氣體的種類(lèi)和壓力，以及電極的尺寸等，可以做成不同規(guī)格的GDT。此

39、外，在GDT電極的相對(duì)端面上還涂有激活化合物，以促使擊穿導(dǎo)通時(shí)的電子發(fā)射，在陶瓷圓筒的內(nèi)表面上涂復(fù)有導(dǎo)電帶，用來(lái)改變電場(chǎng)分布，加快氣體放電和提高放電參數(shù)的重復(fù)性。圖2.14-12表示了GDT的伏安特性，以及它對(duì)正弦交流電壓的響應(yīng).。GDT具有正/反向?qū)ΨQ(chēng)的伏安特性，圖中只畫(huà)出了它的正向的伏安特性。下面對(duì)它作簡(jiǎn)要說(shuō)明：當(dāng)GDT上的電壓從零上升到U1以前，電流為零。當(dāng)電壓達(dá)到擊穿電壓U1時(shí)，氣體擊穿導(dǎo)電，外電路阻抗上有電壓降，GDT上的電壓由a點(diǎn)跌落到b點(diǎn)，GDT進(jìn)入輝光放電區(qū)(圖中的bc段)。在輝光放電區(qū)，隨著電流的增大，GDT上的電壓略有上升。當(dāng)上升到c點(diǎn)即電流增大到時(shí)，GDT中的氣體由輝光放

40、電區(qū)突跳到弧光放電區(qū)(由c點(diǎn)跳變到d點(diǎn))。輝光放電的最高點(diǎn)電壓（c點(diǎn)的電壓）隨著產(chǎn)品型號(hào)規(guī)格的不同大體在70V-150V?；」夥烹妳^(qū)(圖中的de段)的電壓值很低(10V-35V左右)，而電流相當(dāng)大，其等效電阻一般在毫歐級(jí)。因此弧光放電區(qū)的電流實(shí)際上取決于電源電壓和源阻抗。進(jìn)入弧光放電狀態(tài)后，若外電壓降低，流過(guò)GDT的電流減小(e點(diǎn)到f點(diǎn))。當(dāng)減小到維持弧光放電所需的最小電流(其值隨著具體型號(hào)規(guī)格的不同,大體在10mA到100mA)時(shí)，弧光放電轉(zhuǎn)變到輝光放電，電壓突升(由f點(diǎn)突升到g點(diǎn))。隨著輝光放電的進(jìn)一步減弱，當(dāng)達(dá)到熄弧電壓U4時(shí)熄滅，GDT恢復(fù)為高電阻狀態(tài)。圖2.14-12 GDT的伏安特

41、性和對(duì)正弦電壓的響應(yīng)最后要說(shuō)明的一點(diǎn)是以前生產(chǎn)的GDT中放有微量的放射性物質(zhì)，目的是使GDT中的氣體予電離?，F(xiàn)在的產(chǎn)品中大多沒(méi)有了，對(duì)于含有放射性物質(zhì)的產(chǎn)品，它的存放，使用和廢舊處理應(yīng)符合專(zhuān)門(mén)的規(guī)定。2.2.2 GDT的電性能參數(shù) 1. 直流擊穿電壓Usdc以上升速率為100V/S±10%的斜升電壓測(cè)得的GDT的擊穿電壓。直流擊穿電壓的名義值Usdcn一般在70V-1000V之間，特殊定貨的可做到4000V或更高。GDT擊穿電壓的實(shí)測(cè)值，由于受多種因素的影響，測(cè)試結(jié)果的離散性較大，因此它的容差一般為±20%。 2. 沖擊擊穿電壓Vsi GDT的擊穿電壓是隨著測(cè)試電壓上升速率

42、的增大 而增大的。圖2.14-13表示了Usdcn=230V的GDT，以不同上升速率dv/dt的測(cè)試電壓所測(cè)得的擊穿電壓。從這個(gè)圖可以看出，測(cè)試電壓dv/dt=100V/S時(shí)的擊穿電壓大體是直流擊穿電壓的1.5倍，dv/dt=1000V/S時(shí)約2.2倍。 通常把上升速率為1000V/S±20%的斜升電壓測(cè)得 圖2.14.-13 GDT的擊穿電壓與測(cè)試電壓dv/dt的關(guān)系(樣品的Usdcn=230V)的擊穿電壓稱(chēng)為GDT的沖擊擊穿電壓Vsi，它不應(yīng)大于規(guī)定值。 3. 絕緣電阻GDT的每個(gè)引出端對(duì)其他各引出端的絕緣電阻 ，不應(yīng)低于100M。測(cè)試電壓為50Vdc(標(biāo)稱(chēng)直流擊穿電壓90V-1

43、50V的GDT)，或100Vdc(標(biāo)稱(chēng)直流擊穿電壓高于150V的GDT)。 4. 電容量GDT的每個(gè)引出端對(duì)其他各引出端的電容量不應(yīng)大于20pF(實(shí)際上一般在1pF-5pF)。測(cè)試信號(hào)頻率1MHz。GDT低電容量使得它在工作頻率高的信號(hào)SPD中得到了廣泛的應(yīng)用。 5. 放電電流能力表征GDT放電電流能力的參數(shù)主要有以下幾項(xiàng)(見(jiàn)表2.14-3)：* 標(biāo)稱(chēng)沖擊放電電流-GDT能夠承受的10次8/20放電電流的峰值。* 最大單次沖擊放電電流- GDT能夠承受的1次8/20放電電流的峰值。它大體是10次8/20放電電流峰值的2倍。* 最大單次10/350放電電流- GDT能夠承受的1次10/350放電

44、電流的峰值。* 標(biāo)稱(chēng)工頻放電電流-GDT能夠承受的10次50-62Hz工頻放電電流的有效值，每次放電持續(xù)1S。* 沖擊放電壽命-表2.14-2.規(guī)定了壽命試驗(yàn)的電流波形，峰值和次數(shù)，必要時(shí)合同可以規(guī)定更嚴(yán)格的試驗(yàn)要求。表2.14-2 GDT的放電電流等級(jí)(IEC61643-311,表4)等級(jí)工頻放電電流1S,10次(A)沖擊放電電流N次脈沖電流的壽命試驗(yàn)8/20波,10次(kA)10/350波.1次(kA)電流峰值(A)電流波形10/10006/310 *10.050.51n=300-20.11.o5-32.52.5150n=5004552.55051010410062010410072020

45、4200830104100940204200 * 開(kāi)路電壓波形10/700,見(jiàn)IEC61000-4-5 和ITU-T K20。 6. 橫向電壓將上升速率為1000V/S的斜升電壓同時(shí)加在三極GDT的兩個(gè)放電間隙上時(shí)，兩間隙擊穿放電的時(shí)間差不應(yīng)大于200nS。 7. 直流過(guò)保持電壓(DC holdover voltage)GDT在直流工作電壓下承受沖擊而擊穿導(dǎo)通后，從沖擊消失到GDT截止的時(shí)間，應(yīng)小于規(guī)定值(例如150mS)。這個(gè)時(shí)間與試驗(yàn)條件關(guān)系很大，合同應(yīng)給予明確規(guī)定。2.2.3 GDT的失效模式.GDT的失效模式可歸結(jié)為以下四種: 1. 短路失效模式：在這一模式中，GDT永久性地短路了。

46、2. 低擊穿電壓失效模式：GDT的直流擊穿電壓低于該批產(chǎn)品初始平均值的50%。 3. 高擊穿電壓失效模式：GDT的直流或沖擊擊穿電壓高于該批產(chǎn)品初始平均值的150%。 4. 低絕緣電阻失效模式：GDT的絕緣電阻低于1M。3 低壓配電系統(tǒng)用SPD 粗略的統(tǒng)計(jì)表明，在過(guò)電壓引起的電氣/電子設(shè)備損壞中，從電源渠道侵入的浪涌所造成的損壞大體占80%，因此現(xiàn)階段電源用SPD的用量最多。 電源用SPD.的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有：GB 18802.1/ IEC61643-1低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器-第1部分:性能要求和試驗(yàn)方法,GB 18802. 2/ IEC61643-12 低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器-第12部分:

47、選擇和使用原則, 美國(guó)保險(xiǎn)商試驗(yàn)室(UL)的標(biāo)準(zhǔn)UL1449，也是SPD行業(yè)經(jīng)常使用的標(biāo)準(zhǔn)。此外，我國(guó)通信，鐵道等產(chǎn)業(yè)部門(mén)還依據(jù)本行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)制定了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)是我們討論的依據(jù)。3.1 電源用SPD的類(lèi)型SPD中至少應(yīng)有一只電壓限制元件，根據(jù)該元件特性的不同，可把SPD分為三類(lèi)： 1. 鉗位特性SPD僅由鉗位特性元件構(gòu)成的SPD； 2. 開(kāi)關(guān)特性SPD僅由開(kāi)關(guān)特性元件構(gòu)成的SPD； 3. 混合特性SPD既有鉗位特性元件，又有開(kāi)關(guān)特性元件構(gòu)成的SPD。不同特性的SPD，它們的測(cè)試方法，應(yīng)用技術(shù)是有差別的。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) GB 18802.1依據(jù)電源用SPD安裝地點(diǎn)的電磁環(huán)境的不同，將它劃

48、分為三個(gè)試驗(yàn)級(jí)別,符合各個(gè)試驗(yàn)級(jí)別要求的SPD分別稱(chēng)為，級(jí)試驗(yàn)SPD。級(jí)試驗(yàn)SPD安裝在防雷保護(hù)區(qū)LPZ0B/LPZ1的界面上，這里的SPD可能要傳導(dǎo)一部分直接雷電流。例如有直擊雷防護(hù)的建筑物供電系統(tǒng)的入口處，即從供電變壓器次級(jí)到供電設(shè)施的過(guò)電流斷路器之間的固定連接式SPD,包括瓦時(shí)表中的SPD。級(jí)試驗(yàn)SPD安裝在防雷保護(hù)區(qū)LPZ1/LPZ2的界面上，這里對(duì)雷電的暴露強(qiáng)度較級(jí)試驗(yàn)弱，在這些部位不會(huì)有直接雷電流，但雷電沖擊尚未得到足夠的抑制。例如在供電設(shè)施過(guò)電流斷路器負(fù)荷側(cè)的固定連接式SPD,包括安裝在分配電盤(pán)中的SPD。 級(jí)試驗(yàn)SPD安裝在對(duì)雷電的暴露強(qiáng)度較級(jí)試驗(yàn)SPD安裝部位更弱的地方，即L

49、PZ2后續(xù)部位。一般來(lái)說(shuō)這些部位的上游已經(jīng)將浪涌電壓限制到一定電平了，因此試驗(yàn)時(shí)不是規(guī)定電流值，而是規(guī)定電壓。例如在配電盤(pán)后至少10米遠(yuǎn)處的SPD，,帶電源線的插座型SPD，以及安裝在被保護(hù)用電設(shè)備中的SPD等都列入級(jí)試驗(yàn)SPD。、級(jí)試驗(yàn)的差別見(jiàn)表2.14-3，表中列出的幾種試驗(yàn)電流/電壓的意義如下：級(jí)試驗(yàn)的“沖擊電流”是個(gè)單極性電流波，電流從0上升到峰值的時(shí)間,在不超過(guò)10ms的時(shí)間內(nèi)所泄放的電荷量為Q,比能為W/R，參數(shù)，Q和W/R應(yīng)符合下面的關(guān)系: (2.14-7) (2.14-8)式中參數(shù)的單位是：電流峰值為kA；電荷量Q為As；比能W/R為J/。“標(biāo)稱(chēng)放電電流”In和級(jí)試驗(yàn)“最大放電

50、電流” Imax都是8/20電流波。In代表了在SPD的安裝地點(diǎn)預(yù)期出現(xiàn)頻度相當(dāng)高的浪涌電流峰值，而Imax的預(yù)期出現(xiàn)概率極小。現(xiàn)行的SPD技術(shù)規(guī)格書(shū)中，一般規(guī)定Imax=(2-3)In。In在,級(jí)試驗(yàn)SPD中用于測(cè)量限制電壓和動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)的予處理試驗(yàn)。Imax用于級(jí)試驗(yàn)SPD的動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)。 級(jí)試驗(yàn)SPD 的測(cè)試都用1.2/50-8/20組合波，即其開(kāi)路電壓為規(guī)定值Uoc的1.2/50電壓波，短路電流是峰值為Isc的8/20電流波，且沖擊發(fā)生器的輸出阻抗（Uoc/Isc）=2。表2.14-3 ，級(jí)試驗(yàn)的試驗(yàn)脈沖試驗(yàn)分級(jí)用作對(duì)SPD分級(jí)的參數(shù)予處理15次沖擊的脈沖動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)的脈沖測(cè)量限制電壓

51、的脈沖鉗位特性SPD開(kāi)關(guān)和混合特性SPD級(jí)試驗(yàn)沖擊電流Iimp標(biāo)稱(chēng)放電電流In沖擊電流Iimp標(biāo)稱(chēng)放電電流In標(biāo)稱(chēng)放電電流In和1.2/50電壓波級(jí)試驗(yàn)標(biāo)稱(chēng)放電電流In最大放電電流Imax級(jí)試驗(yàn)組合波Uoc組合波Uoc組合波Uoc組合波Uoc組合波Uoc3.2 模數(shù)化SPD模塊的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在使用數(shù)量最多的電源用SPD是模數(shù)化SPD模塊。它和大多數(shù)低壓終端電器一樣，器件的寬度制成9mm的整數(shù)倍，且采用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝。這種模塊又有 “可分式”和 “一體式”(整體式)兩種。可分式模塊的功能件與安裝基座之間通過(guò)插頭座連接，因而當(dāng)功能塊損壞后可以拔出更換。一體式的功能件與安裝基座是不可分的。圖 2.14-14

52、示意性地表示了模數(shù)化SPD模塊的一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)，整個(gè)結(jié)構(gòu)裝入一個(gè)塑料外殼中。， 接線螺絲端子 連接導(dǎo)體 連接導(dǎo)體與MOV引出端的焊接點(diǎn) MOV電阻片 低熔點(diǎn)的熱脫離焊接點(diǎn) 彈性金屬片 微動(dòng)開(kāi)關(guān) 指示燈 送出遙測(cè)信號(hào)的接線端子圖 2.14-14 模數(shù)化SPD模塊的一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)。SPD模塊中的構(gòu)件，除了上一節(jié)討論的電壓限制元件外，還有：外殼,接線端子，連接導(dǎo)體，脫離器,狀態(tài)指示器和遙測(cè)信號(hào)接線端子等。下面討論這些構(gòu)件，有關(guān)脫離器及其狀態(tài)指示的問(wèn)題將在“3.3，電源用SPD的安全性”中進(jìn)行討論。 1. 外殼SPD模塊的外殼大多用模壓塑料絕緣外殼，常用材料為PBT塑料或增強(qiáng)尼龍。SPD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)外殼提出

53、了多方面的要求，主要是機(jī)械強(qiáng)度(撞擊試驗(yàn))，耐熱性(提高溫度條件下的球壓試驗(yàn))，阻燃性(850的灼熱絲試驗(yàn))，耐漏電起痕，以及絕緣性(絕緣電阻和耐電壓試驗(yàn))等。外殼的防護(hù)等級(jí)(表征外殼防止外部固體異物進(jìn)入殼內(nèi)，防止人手觸及帶電部分或運(yùn)動(dòng)部件，和防止水進(jìn)入殼內(nèi)的防護(hù)程度的指標(biāo))一般要求達(dá)到IP20等級(jí)。 2. 接線端子確保SPD與外電路連接的接線端子的質(zhì)量，對(duì)于SPD的可靠工作有重要意義，但常被人們所忽視，故有必要予以強(qiáng)調(diào)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)確定流過(guò)每一個(gè)接線端子的最大放電電流，二端口SPD和輸入/輸出分開(kāi)的一端口SPD的接線端子，還應(yīng)確定最大負(fù)載電流。接線端子的接線能力應(yīng)與上述兩個(gè)電流的要求相吻合，例如標(biāo)稱(chēng)放電電流大于等于5kA時(shí)，接線端子至少要能夾緊截面積4mm²及以下的導(dǎo)線.。在SPD的生產(chǎn)和檢驗(yàn)中，還應(yīng)通過(guò)以下三項(xiàng)試驗(yàn)來(lái)保證接線端子的質(zhì)量：按規(guī)定將導(dǎo)線接入接線端子后，通過(guò)對(duì)導(dǎo)線的拉力試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)連接的可靠性；經(jīng)過(guò)接線試驗(yàn)后檢驗(yàn)導(dǎo)線