Read This Article in English压敏电阻的电压-电流 (伏安) 特性无疑是任何避雷器的最重要参数之一。 尽管如此, 大多数避雷器用户并没有看出以图形化形式表示的这一特性, 而 是仅把它作为放电和参考电压表。透过这类表格探究其更深层, 以及深入 了解实际上创建了避雷器规格参数的数据资料也是很有用的。因此, 我想 讨论我如何解读这个避雷器真正的 “心脏”, 即它的压敏电阻伏安曲线。
压敏电阻伏安特性展示了压敏电阻/避雷器的电导率或电阻。首先, 正如每个电力工程 师所知, 对于任何给定的电压或电流, 有一个相对应的电流或电压。压敏电阻的名称源 于这样一个事实, 即它是一个可变电阻, 其电阻值主要取决于所施加的电压, 也即电压 越高阻值越低。实际上, 正是这种特性使首先使用压敏电阻提供浪涌保护成为可能。
大多数物理学家和材料科学家将压敏电阻的工作区域划分为三个单独的区：预击穿区、击穿区和大电流区。
在预击穿区, 压敏电阻的导电状态并不剧烈, 流经半导体的电流仅有数微安。压敏电阻工程师通常把该区称为工作区或泄漏电流区。伏安曲线的这个区域占压敏电阻典型寿命的绝大部分, 并且因通常产生很少的热量, 压敏电阻在该区几乎可以无限期地工作。然而, 该区曲线范围内的压敏电阻的电阻值或电导率对温度高度敏感。如果因任一原因导致压敏电阻的本体温度升高, 压敏电阻的阻值将降低, 使伏安曲线右移而进入一个更高泄漏电流的区。
预击穿区也是唯一受大电流冲击影响的区。例如, 如果一个非常高的电流冲击通过压敏电阻, 正常工作区域中的阻值会降低, 从而导致更多的电流流过并在冲击通过很长时间之后可能失效。
伏安曲线的一个非常重要但区域最小的是 “拐点” 或V 1 m a 区, 也称为参考电压或特征电压区。其如此重要的原因是它对温度不敏感, 因此在1 – 1 0 毫安的电流水平下, 可以准确地预测伏安曲线的剩余部分。
在曲线的击穿区, 压敏电阻的阻值由压敏电阻晶界控制, 这些晶界存在于整个半导体材料中。正如任何避雷器设计工程师所理解的, 该区内的电导率通常由工频过电压引起, 这可导致电阻片的温度显著升高。只要温度保持在100~300°C, 对压敏电阻无长期影响。需要注意的是该区内的电导率不能持续超过几秒钟, 否则它会使温度升高到超出设备的承受能力。
在大电流区, 压敏电阻发挥其浪涌钳制功能。在这里, 压敏电阻的每平方厘米都传 输着很高水平的电流, 该区内的电导率周期为数毫秒并可低至数微秒。此外, 电流 越高, 冲击时间越短。而且, 在该区中氧化锌晶粒控制着压敏电阻的阻值。在大电 流区的下端可找到操作冲击区, 而在2000安培以上我们可找到雷电流。这个区给 我们提供了可在多数避雷器规范的图表中找到的避雷器放电电压或残压数据。
可以看出, 伏安曲线的每个区都很重要, 它们共同提供与浪涌保护 相关的压敏电阻的作用。当然, 压敏电阻的其它特性也很重要, 但 是这个特性对任何压敏电阻/ 避雷器设计者来说无疑几近是最重要 的。下一期我计划仔细研究这条曲线与避雷器的微观结构的关系。
Jonathan Woodworth
