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SPD的安全性对MOV的性能要求及相关检验方法探讨【摘要】 随着GB18802. 1-2002, GB50057等标准的普及，人们对 SPD安全性的重视度越来越高本文通过对限压型SPD的常见故障原因进 行分析，尤其是对低压配电系统中SPD在单相接地故障等几种故障情况下 时的破坏原理进行分析通过上述分析后，从安全检测角度分析了在试验 时做好安全检测的方法关键词】SPD故障原因安全检测方法1引言随着 GB18802. 1-2002、GB50057、YD/T1235、GA173 等系列标准的颁 布及实施推广，各地防雷法规的日益健全完善，电涌保护器(SPD)的应 用越来越普及然而同时因SPD着火引发火灾的事例时有所闻，由于SPD 常用于较重要的场合或设备的防雷安全保护，事故所造成的损失巨大，不 少的生产厂商及用户均为此付出了昂贵的代价，在个别地区甚至造成用户 拒用或行业禁用SPD的恶劣后果在为用户提供防雷安全保护的同时，若 不切实解决好防雷产品自身的安全问题，再低的残压、再大的通流、再小 的漏流等均毫无意义以下就应用最为普及的限压型SPD的自身安全及其 使用的核心功能元件一MOV的性能要求与相关检测方法进行分析。

2限压型SPD起火原因分析符合规范的限压型SPD大体上由MOV芯片、热脱离保护机构、连接铜 件、阻燃封装外壳组成显然，SPD起火与MOV芯片紧密相关，要弄清楚SPD起火原因，就必须了解MOV的工作及失效原理2. 1 MOV的工作及失效原理电网系统正常运行时，防雷芯片（MOV）呈高阻态，不影响电网正常 工作；当线路中因雷击或操作引起浪涌过电压时，MOV将以纳秒级速度导 通响应，迅速将过电流对地泻放，把浪涌过电压幅值限制在被保护设备允 许承受的电平以下，使用电设备免受其害浪涌过电压泻放后，MOV又恢 复高阻态正常工作若短波浪涌能量太大，超过防雷芯片能承受的极限，容易导致MOV碎 裂若系统中出现持续性供电故障过电压，超过防雷芯片能承受的极限， 则会导致MOV持续发热，此时若仍不能有效切断电路，会进一步导致MOV 被热熔击穿；而一旦MOV被热熔击穿，其电路等同于一个带限流电阻的电 弧放电回路[1],极易起弧造成封装材料燃烧起火等还有一种情况：强烈雷电浪涌与正常工频电压的联合作用持续强烈 的雷电浪涌能量造成MOV急剧发热（或者环境温度太高，例如密封于铁箱 内在日光下暴晒），若MOV动作电压为负温度特性且温度系数大，有可能 造成动作电压（UlmA）大幅下降，此时正常的工频电压也相当于对MOV施 加了一个极高的持续过电压，造成MOV击穿引发火灾。

2. 2国内低压供电系统易出现的几种过电压及其对MOV的影响2.2. 1单相接地过电压[1]国内供电系统最常见当供电系统中的某一相对地短路时，其他两相 的对地电压（220V）即上升为线电压（380V）这将导致Uc选值偏低的共 模SPD在较短时间内失效只要过电压持续时间不长、MOV的质量较好且 UlmA^510V,这种过电压通常均能承受或只造成SPD脱扣动作，不会酿成 其他严重后果2.2.2高低压共地耦合转移过电压由于配电变压器高压和低压共用一地，当高压侧发生通过PE的故障 接地时，会出现一个幅值很高的过电压，通过共用地耦合转移到低压系统, 使得低压供电系统出现幅值很高的转移过电压，此种过电压幅值很高且持 续时间长，易在数秒内在SPD的热脱离机构尚未及动作前就已将MOV热击 穿失效，易造成起弧、起火等2. 2.3失零过电压低压供电系统的中性线由于各种原因断线后，即产生失零过电压此 时相电压输出变为线电压输出，各相电压皆由不同的负载分布决定此种 情况下的过电压有时达700V或更高，如此即使将SPD的最大允许工作电 压Uc选为420V (UlmA=680V±),采用差模连接SPD中的MOV也将在数秒 内被直接击穿，热脱离机构来不及动作，易造成起弧、起火等。

3对MOV的性能要求及相关检测方法3. 1对MOV的性能要求显然，作为瞬态浪涌过电压保护器，我们必须要重视SPD的保护效果, 选用残压低、通流量大的MOV芯片；但是同时我们更要注意SPD产品自身 的安全性，防止在无雷击情况下出现SPD的起火自燃及由此而引发火灾， 否则无法对用户交待，对行业的发展必然产生负面影响作为SPD的核心 功能元件，对MOV如下四个方面都进行考核是必要的：(1) 8/20 uS通流能力及残压：包含标称放电电流和最大放电电流考 核对SPD中常用的34S型MOV,只要达到20kAX20次+40kAX2次、 U20kA/UlmA^2. 5就可以了，不宜在单项指标上过多追求2）高温稳 定性：包含动作电压UlmA在一定范围内的温度特性及其系数、泄漏电流 的高温稳定性3）暂时过电压的耐受特性：此项指标应当根据实际情况, 考核在暂时过电压下MOV发热熔脱焊点以切断电路的能力3. 2高温稳定性检测方法探讨高温稳定性主要考核芯片在较高温度下的动作电压及泄漏电流稳定 性MOV的老化失效与其负载荷电率紧密相关，荷电率的计算公式为q=； 显然，对负温度特性的MOV而言，高温下UlmA降低，荷电率增大，将导 致泄漏电流增大；而泄漏电流的增大又将导致MOV的进一步发热，构成一 个恶性循环，使得MOV很快失效，故必须考核高温加负载情况下UlmA和 IL的稳定性。

根据实际情况，考核120°C〜160°C下UlmA和IL的稳定性 是必要的以如下三个指标来考核高温稳定性：（1）电压温度系数 t ==-0. 05〜+0. 05%/°C ；推荐为 0〜0. 05%/°CUlmA （130°C）以130°C下施加75%UlmA直流负荷、保温120min时的值为准 （2）漏电流IL变化趋势：130°C下恒定施加75%UlmA （25°C）的直流电压, 流过压敏电阻的电流稳定或呈减小趋势3） 130°C下恒定施加1.1倍UC （交流有效值），持续7h,冷却恢复lh后测量，泄漏电流IL保持稳定且 变化率＜100%,限制电压Ur、压敏电压UlmA变化率W5%一般而言，正温度系数MOV的高温稳定性更好（如表1）必须指出，在承受8/20 u s冲击后的高温稳定性更加重要3.3暂时过电压耐受特性的检测方法探讨暂时过电压是由于供电故障而引起的持续性过电压，作为瞬态浪涌过 电压保护器件的SPD对此是无能为力的当系统中出现暂时过电压时对SPD 的要求要么是不动作，能够承受（幅值较小时）；要么是迅速脱离，切断 流经SPD的电路（幅值较高时），不得起火燃烧考虑到各SPD生产厂产 品结构差异大、技术水平良莠不齐，我们认为采用如下方法对MOV在暂时 过电压下的脱离能力进行考核较为合适：将两引出电极片用63A焊锡 （183°C ）与芯片银面焊接好后连接导线，导线与芯片间施加200g外张力， 施加1. 1倍UlmA的交流电压（有效值），锡焊接处熔化、导线或电极片与 芯片脱离接触切断电路。

以芯片不出现击穿或其它目视可见的机械损伤为 合格过程中应在芯片下方垫软物以防止脱落时摔破损（如表2）同样，考核承受8/20 u S冲击后的暂时过电压耐受能力更加重要4结语作为瞬态浪涌过电压保护器件，SPD不仅要重视其保护效果（要求较 低的残压、较大的通流），更要重视其自身的安全性能在保护效果相差 不大的情况下，应当优先选择安全性能好的产品对MOV的性能要求要综 合考虑保护效果、安全性能、寿命特性等，不能牺牲其它方面来过多追求 某一方面参考文献：[□郭亚平等.氧化锌压敏电阻用于低压供电系统的起火原因及解决 对策[C].第十一届压敏学术年会暨海峡两岸首次技术研讨会专刊，P25.。