SPD的安全性對(duì)MOV的性能要求

SPD的安全性對(duì)MOV的性能要求更新時(shí)間：2009-11-1617:09:48作者-費(fèi)自豪朱英夫來源-貴州飛舸電子有限公司前言隨著GB18802.1-2002GB50057、YD/T1235、GA173等系列標(biāo)準(zhǔn)的頒布及實(shí)施推廣，各地防雷法規(guī)的日益健全完善，電涌保護(hù)器(SPD)的應(yīng)用越來越普及，各地生產(chǎn)廠如雨后春筍紛紛破土而出，一時(shí)熙熙攘攘，防雷產(chǎn)業(yè)好不熱鬧，前景似乎一派光明。然而同時(shí)因SPD著火引發(fā)火災(zāi)的事例時(shí)有所聞，由于SPD常用于較重要的場(chǎng)合或設(shè)備的防雷安全保護(hù)，事故所造成的損失巨大，不少的生產(chǎn)廠商及用戶均為此付出了昂貴的代價(jià)，在個(gè)別地區(qū)甚至造成用戶拒用或行業(yè)禁用SPD的惡劣后果。在為用戶提供防雷安全保護(hù)的同時(shí)，若不切實(shí)解決好防雷產(chǎn)品自身的安全問題，再低的殘壓、再大的通流、再小的漏流等均毫無意義。以下就應(yīng)用最為普及的限壓型SPD的自身安全及其使用的核心功能元件-MOV的性能要求與相關(guān)檢測(cè)方法談一些作者自己的分析及看法，謬誤之處還望同行先進(jìn)不吝指正。限壓型SPD起火原因分析符合規(guī)范的限壓型SPD大體上由MOV芯片、熱脫離保護(hù)機(jī)構(gòu)、連接銅件、阻燃封裝外殼組成。顯然，SPD起火與MOV芯片緊密相關(guān)，要弄清楚SPD起火原因，就必須了解MOV的工作及失效原理。2.1MOV的工作及失效原理：電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，防雷芯k(MOV)呈高阻態(tài)，不影響電網(wǎng)正常工作；當(dāng)線路中因雷擊或操作引起浪涌過電壓時(shí)，MOV將以納秒級(jí)速度導(dǎo)通響應(yīng)，迅速將過電流對(duì)地瀉放，把浪涌過電壓幅值限制在被保護(hù)設(shè)備允許承受的電平以下，使用電設(shè)備免受其害。浪涌過電壓瀉放后，MOV又恢復(fù)高阻態(tài)正常工作。若短波浪涌能量太大，超過防雷芯片能承受的極限，容易導(dǎo)致MOV碎裂。若系統(tǒng)中出現(xiàn)持續(xù)性供電故障過電壓，超過防雷芯片能承受的極限，則會(huì)導(dǎo)致MOV持續(xù)發(fā)熱，此時(shí)若仍不能有效切斷電路，會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致MOV被熱熔擊穿；而一旦MOV被熱熔擊穿，其電路等同于一個(gè)帶限流電阻的電弧放電回路［1，極易起弧造成封裝材料燃燒起火等。絕大部分的SPD起火均是由此引發(fā)。還有一種情〉兄：強(qiáng)烈雷電浪涌與正常工頻電壓的聯(lián)合作用：持續(xù)強(qiáng)烈的雷電浪涌能量造成MOV急劇發(fā)熱(或者環(huán)境溫度太高，例如密封于鐵箱內(nèi)在日光下暴曬)，若MOV動(dòng)作電壓為負(fù)溫度特性且溫度系數(shù)大，有可能造成動(dòng)作電壓(U1mA)大幅下降，此時(shí)正常的工頻電壓也相當(dāng)于對(duì)MOV施加了一個(gè)極高的持續(xù)過電壓，造成MOV擊穿引發(fā)火災(zāi)。2.2國內(nèi)低壓供電系統(tǒng)易出現(xiàn)的幾種過電壓［1及其對(duì)MOV的影響單相接地過電壓國內(nèi)供電系統(tǒng)最常見。當(dāng)供電系統(tǒng)中的某一相對(duì)地短路時(shí)，其他兩相的對(duì)地電壓(220V)即上升為線電壓(380V)。這將導(dǎo)致Uc選值偏低的共模SPD在較短時(shí)間內(nèi)失效。只要過電壓持續(xù)時(shí)間不長、MOV的質(zhì)量較好且U1mA〉510V，這種過電壓通常均能承受或只造成SPD脫扣動(dòng)作，不會(huì)釀成其他嚴(yán)重后果。高低壓共地耦合轉(zhuǎn)移過電壓由于配電變壓器高壓和低壓共用一地，當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生通過PE的故障接地時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)幅值很高的過電壓，通過共用地耦合轉(zhuǎn)移到低壓系統(tǒng)，使得低壓供電系統(tǒng)出現(xiàn)幅值很高的轉(zhuǎn)移過電壓，此種過電壓幅值很高且持續(xù)時(shí)間長，易在數(shù)秒內(nèi)在SPD的熱脫離機(jī)構(gòu)尚未及動(dòng)作前就已將MOV熱擊穿失效，易造成起弧、起火等。失零過電壓低壓供電系統(tǒng)的中性線由于各種原因斷線后，即產(chǎn)生失零過電壓。此時(shí)相電壓輸出變?yōu)榫€電壓輸出，各相電壓皆由不同的負(fù)載分布決定。此種情況下的過電壓有時(shí)達(dá)700V或更高，如此即使將SPD的最大允許工作電壓Uc選為420V(U1mA=680V土)，采用差模連接SPD中的MOV也將在數(shù)秒內(nèi)被直接擊穿，熱脫離機(jī)構(gòu)來不及動(dòng)作，易造成起弧、起火等。對(duì)MOV的性能要求及相關(guān)檢測(cè)方法3.1對(duì)MOV的性能要求顯然，作為瞬態(tài)浪涌過電壓保護(hù)器，我們必須要重視SPD的保護(hù)效果，選用殘壓低、通流量大的MOV芯片；但是同時(shí)我們更要注意SPD產(chǎn)品自身的安全性，防止在無雷擊情況下出現(xiàn)SPD的起火自燃及由此而引發(fā)火災(zāi)，否則無法對(duì)用戶交待，對(duì)行業(yè)的發(fā)展必然產(chǎn)生負(fù)面影響。作為SPD的核心功能元件，對(duì)MOV如下四個(gè)方面都進(jìn)行考核是必要的：8/20〃S通流能力及殘壓：包含標(biāo)稱放電電流和最大放電電流考核。對(duì)SPD中常用的34S型MOV，只要達(dá)到20kAx2吹+40kAx2次、U20kA/U1mA^2.5就可以了，不宜在單項(xiàng)指標(biāo)上過多追求。高溫穩(wěn)定性：包含動(dòng)作電壓U1mA在一定范圍內(nèi)的溫度特性及其系數(shù)、泄漏電流的高溫穩(wěn)定性。暫時(shí)過電壓的耐受特性：此項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況，考核在暫時(shí)過電壓下MOV發(fā)熱熔脫焊點(diǎn)以切斷電路的能力。潮濕環(huán)境耐受能力：對(duì)此國家標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)已有明確規(guī)定，就不再贅述。3.2高溫穩(wěn)定性檢測(cè)方法探討高溫穩(wěn)定性主要考核芯片在較高溫度下的動(dòng)作電壓及泄漏電流穩(wěn)定，性。MOV的老化失效與其負(fù)載荷電率緊密相關(guān)，荷電率的計(jì)算公式為q二；顯然，對(duì)負(fù)溫度特性的MOV而言，高溫下U1mA降低，荷電率增大，將導(dǎo)致泄漏電流增大；而泄漏電流的增大又將導(dǎo)致MOV的進(jìn)一步發(fā)熱，構(gòu)成一個(gè)惡性循環(huán)，使得MOV很快失效，故必須考核高溫加負(fù)載情況下U1mA和IL的穩(wěn)定性。根據(jù)實(shí)際情況，考核120C—160C下U1mA和IL的穩(wěn)定性是必要的。以如下三個(gè)指標(biāo)來考核高溫穩(wěn)定性：a電壓溫度系數(shù)t=二—0.0廠+0.0既/C;推薦為0一0.0必/C。U1mA(130C)以130C下施加75%U1mA直流負(fù)荷、保溫120min時(shí)的值為準(zhǔn)。漏電流IL變化趨勢(shì)：130C下恒定施加75%U1mA(25C)的直流電壓，流過壓敏電阻的電流穩(wěn)定或呈減小趨勢(shì)。130C下恒定施加1.1倍UC(交流有效值)，持續(xù)7h，冷卻恢復(fù)1h后測(cè)量，泄漏電流IL保持穩(wěn)定且變化率＜100%，限制電壓Ur、壓敏電壓U1mA變化率＜5%。一般而言，正溫度系數(shù)MOV的高溫穩(wěn)定性更好。高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)表溫度：130C室溫初始值lOminlh2hThUlinAILUlmAILUlmAILUlmAILUlmAIL16422.365527.366026.866526.366823.226231.962819.863118.263317.663515.0130C?度卜施加A.C.430V電壓、持續(xù)日寸間歐復(fù)lh測(cè)量室溫初始值130C、430V（A.C.）、7倨恢復(fù)lh測(cè)量UlmAILUr（300A）UlmAILUr（300A）備注36561.1900676/6801.1/1.591046521.3900676/6791.5/1.591056502.0900675/6781.4/1.5910必須指出，在承受8/20MS沖擊后的高溫穩(wěn)定性更加重要。3.3暫時(shí)過電壓耐受特性的檢測(cè)方法探討暫時(shí)過電壓是由于供電故障而引起的持續(xù)性過電壓，作為瞬態(tài)浪涌過電壓保護(hù)器件的SPD對(duì)此是無能為力的。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)暫時(shí)過電壓時(shí)對(duì)SPD的要求要么是不動(dòng)作，能夠承受（幅值較小時(shí)）；要么是迅速脫離，切斷流經(jīng)SPD的電路（幅值較高時(shí)），不得起火燃燒?？傊_保自身安全，不能因?yàn)镾PD的原因而引發(fā)火災(zāi)等。考慮到各SPD生產(chǎn)廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)差異大、技術(shù)水平良莠不齊，我們認(rèn)為采用如下方法對(duì)MOV在暫時(shí)過電壓下的脫離能力進(jìn)行考核較為合適：將兩引出電極片用63A焊錫（183C）與芯片銀面焊接好后連接導(dǎo)線，導(dǎo)線與芯片間施加200g外張力，施加1.1倍U1mA的交流電壓（有效值），錫焊接處熔化、導(dǎo)線或電極片與芯片脫離接觸切斷電路。以芯片不出現(xiàn)擊穿或其它目視可見的