一、壓敏電阻的安全性問(wèn)題:
在以往的應(yīng)用中,跨接在電源線上的壓敏電阻器出現(xiàn)過(guò)起火燃燒,危機(jī)臨近其它元器件的事故。對(duì)此,制造者和使用者共同進(jìn)行了大量研究和分析工作,采取了相應(yīng)的對(duì)策,極大地降低了這類事故的概率,但尚未杜絕,因此,壓敏電阻的使用安全性仍是個(gè)值得重視、需要繼續(xù)研究解決的課題。
壓敏電阻起火燃燒的表觀現(xiàn)象,大體上可分為老化失效和暫態(tài)過(guò)電壓破壞兩種類型。
?、倮匣?,這是指電阻體的低阻線性化逐步加劇,漏電流惡性增加且集中流入薄弱點(diǎn),薄弱點(diǎn)材料融化,形成1kΩ左右的短路孔后,電源繼續(xù)推動(dòng)一個(gè)較大的電流灌入短路點(diǎn),形成高熱而起火。這種事故通??梢酝ㄟ^(guò)一個(gè)與壓敏電阻串聯(lián)的熱熔接點(diǎn)來(lái)避免。熱熔接點(diǎn)應(yīng)與電阻體有良好的熱耦合,當(dāng)最大沖擊電流流過(guò)時(shí)不會(huì)斷開(kāi),但當(dāng)溫度超過(guò)電阻體上限工作溫度時(shí)即斷開(kāi)。研究結(jié)果表明, 若壓敏電阻存在著制造缺陷,易發(fā)生早期失效, 強(qiáng)度不大的電沖擊的多次作用,也會(huì)加速老化過(guò)程,使老化失效提早出現(xiàn)。
?、跁簯B(tài)過(guò)電壓破壞,這是指較強(qiáng)的暫態(tài)過(guò)電壓使電阻體穿孔,導(dǎo)致更大的電流而高熱起火。整個(gè)過(guò)程在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生,以至電阻體上設(shè)置的熱熔接點(diǎn)來(lái)不及熔斷。在三相電源保護(hù)中,N-PE線之間的壓敏電阻器燒壞起火的事故概率較高,多數(shù)是屬于這一種情況。相應(yīng)的對(duì)策集中在壓敏電阻損壞后不起火。一些壓敏電阻的應(yīng)用技術(shù)資料中,推薦與壓敏電阻串聯(lián)電流熔絲(保險(xiǎn)絲)進(jìn)行保護(hù)。
二、壓敏電阻的連接線問(wèn)題
將壓敏電阻接入電路的連接線要足夠粗,推薦的連接線的尺寸注:接地線為5.5 mm2以上連接線要盡可能短,且走直線,因?yàn)闆_擊電流會(huì)在連接線電感上產(chǎn)生附加電壓,使被保護(hù)設(shè)備兩端的限制電壓升高。
壓敏電阻通流量 ≤600A (600~2500)A ( 2500~4000)A (4000~20K)A
導(dǎo)線截面積 ≥ 0.3 mm2 ≥ 0.5 mm2 ≥ 0.8 mm2 ≥ 2 mm2
例如:若壓敏電阻MY兩端各有3 cm長(zhǎng)的接線,它的電感量L大體為18 nH,若有10 KA的8/20沖擊電流流入壓敏電阻,把電流的升速看作10KA / 8Μs,則引線電感上的附加電壓UL1、UL2大體為
UL1= UL2=L(di/dt)=18×10-9( 10×103 / 8×10-6 )=22.5 V
這就使限制電壓增高了45V。
三、壓敏電阻的串聯(lián)和配對(duì)
壓敏電阻可以很簡(jiǎn)單地串聯(lián)使用。將兩只電阻體直徑相同(通流量相同)的壓敏電阻串聯(lián)后,漆壓敏電壓、持續(xù)工作電壓和限制電壓相加,而通流量指標(biāo)不變。例如在高壓電力避雷器中,要求持續(xù)工作電壓高達(dá)數(shù)千伏,數(shù)萬(wàn)伏,就是將多個(gè)ZnO壓敏電阻閥片迭和起來(lái)(串聯(lián))而得到的。
壓敏電阻可以并聯(lián),目的是獲得更大的通流量,或者在沖擊電流峰值一定的條件下減小電阻體中的電流密度,以降低限制電壓。
當(dāng)要求獲得極大的通流量[ 例如8/20,(50~200)KA ],且壓敏電壓又比較低(例如低于200V)時(shí),電阻體的直徑 / 厚度比太大,在制造技術(shù)上有困難,且隨著電阻體直徑的加大,電阻體的微觀均勻性變差,因此通流量不可能隨電阻體面積成比例地增大。這是用較小直徑的電阻片并聯(lián)可能是個(gè)更合理的方法。
由于高非線性,壓敏電阻片的并聯(lián)需要特別小心謹(jǐn)慎,只有經(jīng)過(guò)仔細(xì)配對(duì),參數(shù)相同的電阻片相并聯(lián),才能保證電流在各電阻片之間均勻分配。針對(duì)這種需求,本公司專門為用戶提供配對(duì)的電阻片。
此外,縱向連結(jié)的幾個(gè)壓敏電阻器,使用經(jīng)過(guò)配對(duì)的參數(shù)一致的壓敏電阻器后,當(dāng)沖擊侵入時(shí),出現(xiàn)在橫向的電壓差可以很小。在這種情況下,配對(duì)也是有意義的。
四、壓敏電阻與氣體放電器件的串聯(lián)和并聯(lián)
壓敏電阻可以與氣體放電管、空氣隙、微放電間隙等氣體放電器件相串聯(lián)(圖10.5a),這個(gè)串聯(lián)組合的正常工作要滿足兩個(gè)基本條件:①、系統(tǒng)電壓上限值應(yīng)低于氣體放電器件G的直流擊穿電壓;②、G點(diǎn)火后在系統(tǒng)電壓上限值下,壓敏電阻MY中的電流應(yīng)小于G的電弧維持電流,以保證G的熄弧。
這種串聯(lián)組合具有電容量小,工作頻率高;漏電流極小安全性好;以及不存在壓敏電阻MY在系統(tǒng)電壓下老化的問(wèn)題,因而可靠性高等優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)也有氣體放電器件相應(yīng)慢所引起的"讓通電壓"問(wèn)題。
壓敏電阻也可與氣體放電管并聯(lián),以降低氣體放電管的沖擊點(diǎn)火電壓。