春雷防雷器解读压敏电阻相关知识
异常过电压的破坏作用及种类
异常过电压的破坏作用通常是把超过设计规定的正常工作电压上限值的电压，称为“异常过电压”或简称“过电压”。它是压敏电阻器的工作对象，如果没有过电压，也就没有压敏电阻器的生存空间了，因此要了解压敏电阻器，就必须对过电压有个基本了解。过电压将对电气或电子装置，其中的电路，元器件，造成直接破坏，这种破坏，依据其严重程度，大体可分为以下四种情况： ①使设备、装置短时间工作错乱。 ②造成潜故障，即使得电路和器件的性能下降，寿命缩短，提前失效。 ③造成电路或器件的永久性损坏。 ④导致起火，触电等安全事故。异常过电压可能是外来的，也可能是设备，装置内部自生的。外侵过电压的侵入途径，可以通过导线、电路传导进入，也可以通过静电感应，电磁感应侵入。过电压的出现可能是有规律的周期性的，但更多则是随机的。因此在大多数情况下，很难准确的把握它。异常过电压，依据其成因的不同，可以分为雷击过电压、操作过电压、静电和暂态过电压等。
3.2 雷电过电压雷云直接对设备、装置放电时，设备装置所承受的是“直击雷过电压”，这种情况，毕竟是很少的，而通常所说的雷击过电压是指“感应雷电压”。当雷击对地面某一点放电时，通常是在它周围方圆1.5km范围内的导线，导体中，都会有一定幅度值的瞬态电压产生，产生这种冲击电压的主要机理如下： ①雷云对附近地面的物体放电，或在附近云层中放电，产生的电磁场，会在供电系统的线路导体中产生感应电压。 ② 附近云-地之间放电产生的入地电流，耦合到接地网的公共接地阻抗上，在接地网的长度和宽度方向上产生电压差。 ③ 若雷击时，变压器一次侧的间隙性避雷器动作，一次侧电压快速跌落，这种快速跌落通过变压器的电容耦合，传送到二次侧，迭加在通过正常变压器耦合的电压上，形成二次侧冲击电压。 ④雷电直接击中高压一次侧线路，向一次侧线路注入极大的电源。这种大电流流过接地电阻或一次侧导体的冲击阻抗，都会产生高电压。一次侧的这种高电压又可通过电容耦合，和正常的变压器耦合，在低压交流电源线路中出现。 ⑤雷电直击中二次侧线路，这意味着极大的电流和这种电流所产生的极高电压，他们远远超过设备本身和接在二次侧线路中的保护器件的承受能力。为模拟雷电冲击，国际上规定“1.2/50”电压波为标准雷电压波（1.2/50的含义是指一个单极性的指数波，其波前时间为1.2μS，波尾下降到半峰值的时间为50μS）。“10/350”电流波为未经传导衰减的电流波，“8/20”电流波为经传导衰减的感应雷电流波。雷电冲击波的特点是持续时短，但峰值很高。
3.3操作过电压操作过电压是指电路中的断路器、隔离开关、继电器、可控硅开关等通断转接时，在系统电路中、电路对地以及开关两端所产生的过电压。产生操作过电压的原因是由于线路及其中的元器件都带有电感和电容，储存在电感中磁能和储存在电容中的静电场能量，在电路状态突变时产生能量转换，过度的振荡过程，由振荡而出现过电压。操作过电压的持续时间比雷击过电压长，比暂态过电压短，在数百微妙到100mS之间，并且衰减很快。 GB/T16927.1-1997（ICE60-1.1989）规定用250/2500冲击电压波来模拟操作冲击电压。在压敏电阻测试中规定用10/1000电流波，2ms电流波进行能量的测试。
3.4 静电放电 100％ 1ns t 图2.2 静电放电波形 i 30ns 60ns 众所周知，在天气干燥的冬天，人体与衣服间的摩擦会使人体带电，当带电的人与电子产品接触时，就会对电子产品（如手机）放电，这是一种典型的静电放电，静电放电的特点是电压很高，但时间很短，为纳秒极。 IEC61000-4-2规定的模拟静电放电的电压，等级为2kv-8kv，相应的电流峰值为（7.5-30）A，波形如图2.2所示。 3.5 暂态过电压暂态过电压是指当电力系统发生接地故障，切断负荷或谐振时产生的相-地，或相-相间的电压升高，它的特点是持续时间比较长（0.1S-60S，与系统的保护方式有关）。暂态过电压的幅值随供电系统的接地方式而异，接地电阻大的系统，暂态过电压倍数就大。
压敏电阻加压比Rap(荷电率)
加压比是指加在压敏电阻上的电压峰值与压敏电压UN之比，也称为“荷电率”，当考核压敏电阻在工频暂态电压下的稳定性时需要用到这一指标，例如给压敏电阻施加工频交流电压，使加压比Rap达到1.13，考核试样能否达到热稳定，好的压敏电阻可达到Rap=1.15~1.18。
压敏电阻的通流量（最大冲击电流）Im
压敏电阻能够承受的波形为8/20的最大冲击电流值，称为通流量Im。“能够承受”的含义是，冲击后压敏电压的变化率不大于10%。现行的技术规格中通常给出冲击1次和冲击2次的Im值。
最大持续工作电压Uac、Udc
这是指压敏电阻能够长期承受的最大交流电压有效值Uac，或最大直流电压值Udc。确定Uac的原则是：交流电压的峰值不大于压敏电压的公差下限值。常规ZnO压敏电阻的压敏电压为K级公差（±10%），同而Uac可表示为： （3）确定Udc的原则是：压敏电阻在Uac下的功耗与Udc下的功耗大体相等。常规ZnO压敏电阻的Udc可表示为： Udc≈0.83UN， Udc≈1.3 Uac 实际器件能否承受指标规定的Uac、Udc，是通过实验来验证的，方法是在85℃的环境下，加上Uac或Udc，实验1000小时，压敏电压和限制电压的变化不大于±10%。上面叙述了压敏电阻器的四个主要指标UN、Uac、Udc、Up
添加稀土氧化物的氧化锌压敏阀片的制备工艺及其参数优化
氧化锌压敏阀片的制造工艺和一般电子陶瓷的制造工艺大致相同，但也有它的特殊性。由于压敏电阻阀片具有高电阻非线性，微观结构的不均匀性，都将显著地影响其性能的不均匀，使其电阻非线性、通流容量和寿命特性降低。因此在压敏阀片的制造过程中，严格地控制工艺是提高其性能的关键。氧化锌压敏阀片的工艺过程主要包括混合、干燥、预烧、造粒、成型和烧成。胚体在高温下发生一系列物理化学变化，形成预期的化学组成和微观结构的烧结体，这一工艺过程称为烧结。为了得到性能良好难得烧结体，必须制定正确的烧结制度，因此烧成是工艺过程的重要环节。本章主要研究影响烧结质量的几个主要工艺参数并对其进行优化。分析烧结温度对氧化锌压敏阀片性能的影响，提高烧结温度，有利于液相的重结晶，会促进晶粒长大，晶粒越大压敏电位梯度越低，因此随着烧结温度的提高，电位梯度一直呈下降趋势。另外随烧结温度提高，氧化锌粒长大，晶粒分布更加均匀，晶粒线度趋于一致，气孔减少，内部结构更加致密，所以压比降低，非线性提高。如果继续提高烧结温度，由于Bi2O3和Sb2O3大量挥发，会破坏一部分合适的晶界结构（即耗尽层破坏），晶界越来越薄，使得电阻率下降，所以压比升高，非线性系数急剧下降，其他电性能也出现劣化。本章小结 (1) 综合考虑压敏阀片的主要电性能指标（压敏电位梯高度，压比低），对烧结温度工艺参数进行优化后得到结论：烧结温度为11500C时电位梯度较高，而压比最小，因此确定11500C作为最佳烧结温度。 (2) 综合考虑压敏阀片的主要电性能参数（电位梯高度，压比低），对保温时间工艺参数进行优化后得到结论：保温时间为2.5小时时电位梯度较高，压比最低，因此确定2.5小时为最佳保温时间。 (3) 对升温方式工艺参数进行优化后得到结论：随炉缓慢升温的试样的电位梯度高于到11500C后再加入试样的电位梯度，非线性系数和其他电性能也优于后者，因此确定随炉连续缓慢升温为最佳生物方式。 (4) 对冷却方式工艺参数进行优化后得到结论：炉冷试样的压敏电压、电位梯度、压比、非线性系数等各项电性能指标均优于空冷试样，因此确定随炉缓冷作为最佳冷却方式。
限制电压Up，限压比Rp
广义的限制电压是指冲击电流流入压敏电阻器时，它两端的峰值。作为压敏电压器考核指标的限制电压Up，则是指波形8/20，峰值Ix为表7.1规定值时的冲击电流流入时，压敏电阻两端电压的峰值。这里要注意，由于压敏电阻本身材料的特性，电流的峰值与电压的峰值，在出现的时间上可能不重合。 Ix的取值，是按电流密度大体为6A/ cm2（当UN≤68V时）或30A/ cm2（当UN＞68V时）来确定的。由于不同直径的电阻片，以大体相同的电流密度来测量，这样一来，压敏电阻UN相同而直径不同的压敏电阻器，它们的限制电压Up的指标值就可以是相同的了。压敏电阻的基本功能是抑制瞬态异常电压，所以限制电压是它的最重要的一个使用参数。器件的实际限制电压应低于规定的指标值。限制电压Up与压敏电阻UN之比称为限压比Rp。 Rp越小，越接近于1，表明器件的限压性越好，因此技术指标中规定Up的最大允许值。有的技术标准，如IE61643-1，将规定冲击电流下，器件两端测得的电压峰值称作“残压”，而把一组残压数据中的最大值称作该器件的限制电压。
压敏电阻的漏电流IL
漏电流是指压敏电阻吉击穿导通以前，即电压低于压敏电压UN时的电流。通常总希望漏电流IL尽可能小。并且要稳定。目前，测量漏电流所用的电压有多种规定，因此也就有多种不同的漏电流现总汇如下：定电压漏电流的测量电压，一般为最大持续直流工作电压，或用户规定的某个使用电压。这里要注意，由于在测量电压下，压敏电阻器有一定的非线性，同此，以同一电压值来测量UN处在公差上限的产品，和UN处在公差下限的产品，其漏电流的差别会很大，因此定电压漏电流虽然对于使用而言是个合适指标，但对于评判其内在质量并不合适，因此提出0.83或0.75倍UN条件下的漏电流，即实际压敏电压变化时，漏电流的测量电压也要相应地变化，但测量电压对UN的比例不变。当压敏电阻加上工频正弦电压u时，其中漏电流iz包括容性电流ic和阻性电流iR两部分，如图7.1所示。容性电流不会产生有功损耗，其量值一般也不大，在多数情况下不予特别关注。阻性漏电流会引起电阻体发热，并且随着电阻体的老化，其量值逐渐增大，因此应予重视。由于压敏电阻的高非线性，因此在50HZ工频正弦交流电压下，阻性漏电流大体为半幅值宽度为1.5-3ms的尖脉冲。张梅的研究报告指出，这种电流波的波峰系数Kf（电流峰值对于有效值的比例）大体为2.7左右。这样，只要测得电流峰值，就可以方便地估算出它的有效值了。
压敏电阻的额定能量Em
额定能量是指压敏电阻能够承受规定波形的冲击电流冲击一次的最大能量。“能够承受”的判据是冲击后压敏电压的变化率不大于10%。 Em值是与冲击电流的波形密切相关的，现行ZnO压敏电阻产品技术资料中给出了10/1000电流波和2ms方波电流条件下的Em值，同一器件承受10/1000电流的能量，大体承受2ms电流的能量的1.4倍。实际器件的能量耐受能力能否达到指标规定值，应通过冲击电流试验检验。即将10/1000或2ms电流波加在器件上，测量实际的电流峰值Ip和电压峰值Up，然后用下面的公式计算出能量。调整试验设备，使这个能量值等于指标规定值。试验后测量压敏电压的变化率不应大于10% 10/1000电流波 E=1.4UpIp×10-3 （5） 2ms电流波 E=2 UpIp×10-3 （6）
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