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1MOV特性参数对电源SPD安全性的影响TheinfluenceofMetalOxideVaristorsparametertotheSurgeProtectiveDevicesecurityinpowersupply陈泽同关键词：SPD、MOV、安全性、大电流冲击寿命、TOV试验摘要：本文用大量试验，分析了MOV基片影响限压型SPD安全性的几项关键参数。介绍了具体指标的要求。对SPD和MOV制造商提出了明确的安全要求。尽管这些要求目前只有极个别厂商能达到(其综合指标己不亚于世界先进水平)，至少我们看到了制造高可靠、高安全的SPD已成为现实。Abstract:thisarticleanalysisseveralparametersintheinfluenceoftheMOVtothelimitedvoltageSPDsecurity.Itintroducestherequirementsofconcreteindex,andgivesaclearsecuritydemandstotheMOVandSPDproducers.Althoughonlyafewproducerscanfulfilltheserequirements(theirsyntheticalindexisonbetterthanthebestoftheworld),atleastwecanseethefactthathighlytrustinessandsafetySPDcanbeproduced.引言：在低压配电系统的防雷中，由于限压型SPD(SurgeProtectiveDevice—简称SPD)具有通流容量大，响应时间快，无续流、任意组合等优良特点，在众多的防雷组件中制造量最大，应用面最广。由于SPD是防护各类建筑、设备、网线免遭雷电及电磁幅射的安全防护产品，所以它自身的可靠性、安全性应比被保防对象更重要。如何制造高可靠、高安全的限压型SPD呢？除了结构、材料、工艺外，其中MOV的选择至关重要，它的优劣直接决定了SPD的品质。MOV的英文为MetalOxideVaristors，译为金属氧化物压敏电阻器，简称压敏电阻。它的常规参数有：压敏电压（V1mA）、泄漏电流（IR）、小电流非线性系数α（通常以电压比描述V1mA/V0.1mA）。非常规参数有：8/20us大电流冲击（分为额定通流和极限通流）、大电流冲击寿命、限制电压、2ms方波能量耐受、高低温度特性、TOV(伏秒)特性等等。一、常规参数：随着SPD制造商的成熟，对常规参数的追求已不象前几年那样苛求了，但仍有少数在追求小电流α和小的泄漏电流。下面以34×34/621的方片为例，谈谈笔者的看法。我们认为：在常规参数中，最主要是合理的压敏电压(V1mA)和泄漏电流(Ir)的稳定性。在SPD行业里V1mA值住往与最大持继工作电压Uc联系在一起。压敏电压(V1mA)值与最大持续工作电压的关系见下式：V1mA=1.64～2×Uc下表推荐的是常用电源SPD的压敏电压。最高持续工作电压Uc420385320275230180150110压敏电压V1mA(V)680－750620—680510—560470—510390—430300—330240—270180—220表中数据说明对不同电源规格，所取的V1mA电压值是标准规格的＋10%，而不是压敏电阻制造的±10%。这是分析了大量的国外产品和大量的试验证明的。而泄漏电流(Ir)笔者则进行了上百次的试验，证明了Ir在静态时若允许在20－30uA范围，2则经过大电流冲击试验后，其变化率可以做到小于150%。当Ir小于4－5uA时，经过大电流冲击试验，很难保证变化率不超过200%。二、非常规参数：1、TOV参数：在SPD中往往是MOV的非常规参数决定着它的质量与可靠性。GB18802、IEC16143、YD1235、QX10.1-2002等标准对SPD的热稳定性作了严格的要求。规定SPD的TOV试验在流过2、5、10、20、40、80、160、320、1000、2500、5000mA十一个工频电流等级时，要达到热平衡或者是热脱离器脫离。这些标准考核的是MOV基片的热容量指标，也就是在上述电流等级中，基片和它所产生的热量能否使热脱扣机构动作，而不至于引起电源短路或跳闸。这是SPD安全性非常重要的一个指标在2003年前除了个别欧洲厂商外，没有一个MOV生产商能满足上述技术要求的，大家都在追求低残压和大电流冲击。所以前几年SPD在使用中不断出现爆炸、起火等事故。除了当时材料、结构、选用欠合理外，MOV综合性能达不到是个致命的缺陷。下表是当时TOV试验的综合对比表，可看出在这个项目上国内与欧洲差距较大。施加85%V1mA交流电压（有效值）回路电流有效值（A）Min-Max施加90%V1mA交流电压坚持时间回路电流有效值（A）Min-Max施加95%V1mA交流电压坚持时间回路电流有效值（A）Min-Max国内29s（平均）0.08-0.446s（平均）0.38-1.16合闸便击穿1.5-3.36欧州35s0.1-0.157s0.4-0.62s1.15-1.5经过2004年MOV厂的努力，目前此项指标己有了极大改进。下表是几个代表性厂商近期的试验结果。(A为台资企业、B、D为大陆企业、C为欧洲企业)序号V1mA(V)施加电压(V)V1mA/Ac倍率(v)电流(A)脱焊时间(S)基片状况备注A1666/6655320.853′14″没感觉5980.90.0525″完好6651.00.275″完好7311.10.663″完好7981.21.141″完好8641.31.671″完好9311.42.241″完好9971.52.581″完好10641.6合闸脱焊击穿同时发生.序号V1mA/Ir施加电压1X600V下电流(A)1.1X660V下电流(A)1.2X720V下电流(A)1.3X780V下电流(A)1.4X820V下电流(A)B1602/400.17～1.10.6～1.20.8～1.30.9～1.4合闸击穿基片状态Ir偏大基片完好,安全脱焊基片完好,安全脱焊基片完好,安全脱焊基片完好,安全脱焊基片击穿设备跳闸焊锡未熔厂商3序号V1mA/Ir施加电压0.85X559V下电流(A)0.9X592V下电流(A)1X658V下电流(A)1.1X780V下电流(A)1.2X820V下电流(A)C658/180.05～0.110.4～0.60.5～0.90.7～1.1合闸击穿基片状态Ir偏大基片完好,安全脱焊基片完好,安全脱焊基片完好,安全脱焊基片完好,安全脱焊基片击穿焊锡延时2s脱落序号V1mA/Ir施加压敏电压0.9X电压下电流(A)0.95X电压下电流(A)1X电压下电流(A)1.134X电压下电流(A)1.2X电压下电流(A)D4651/4.20.61.22.33.3合闸击穿基片状态基片完好,安全脱焊基片完好,安全脱焊基片完好,安全脱焊基片完好,安全脱焊基片击穿焊锡延时2s脱落D5596/2.30.81.72.8.3.6合闸击穿基片完好,安全脱焊基片完好,安全脱焊基片完好,安全脱焊基片完好,安全脱焊合闸击穿上述数据中A表现最好，B、C、D相差不大。但同倍数电压下，电流区别较大，这是不同配方所致，笔者认为：A类片好在随电压上升，电流也上升，但其间的跳跃性不是太大。凡跳跃性太大的基片，大电流TOV试验很难通过。为了进一步证实MOV热稳定性，取七片A类片制作成SPD，直接做2安培TOV等级试验，结果见下表：编号压敏电压(V)工频电流(A)施加电压(V)告警状置备注16172.25790脱扣20S击穿39S脱扣、击穿电流10A26232.06760脱扣18S击穿、脱扣、击穿电流10A36102.05780脱扣20S击穿29S脱扣、击穿电流10A46211.96760脱扣20S击穿、脱扣、击穿电流10A56191.96760脱扣19S击穿、脱扣、击穿电流10A66201.86750脱扣22S击穿27S脱扣、击穿电流10A76082.29780脱扣19S击穿、脱扣、击穿电流10A注：回路串联限流电阻，阻值为60Ω上述结果证明：A类片热容量指标完全达到标准要求，剩下的是SPD如何在工艺上、结构上保证使其更易脱扣。2、大电流冲击寿命曲线：在上述标准中还对SPD的通流能力作出了严格规定(见GB18802、QX10.1—2002Ⅰ级Ⅱ级的预处理试验)在试验前分别用0.1、0.2、0.5、1、2In的正负各一次脉冲电流測得试品的限制电压，然后在试品上施加最大持续工作电压Uc，再施加额定通流脉冲In15次，每5次为一组，组与组之间间隔为25～30min，次与次之间间隔为50～60s，冷却后，还要施加0.1、0.2、0.5、1、2In正负各一次的脉冲电流来測试限制电压的变化。总冲击次数：In为19次，2In为4次。作为SPD生产商来说希望满足各种标准外，寿命曲线越平缓越好。这里有二重意义，一是在使用中遇到异常情况，它只会形成高阻击穿，有利于SPD安全退出，不易酿成事故。＝是表示有较长的寿命。4下图是不同厂商产品的冲击寿命曲线图。从上表可看出，不同厂商的产品其寿命也不一样。好的产品不是单一指标高而是综合水平优秀，笔者用A、B同批基片作了寿命曲线试验，结果见下表。試验目的：寿命摸底試验方案：In20KA/10次一组±电流轮流冲击，间隔≦2min次组/组间隔≯5min序号组号V1mA(V)Ir(uA)20KA/10次一组Un(V)A21630/6331.2/1.1651/6451660/16402653/6583664/6624666/6725672/6736672/6767672/6738666/6679664/66810648/64811645/65412601/59613581/59314第8次边缘击穿闪络序号组号V1mA(V)Ir(uA)20KA/10次一组Un(V)B21664/66221/20.5666/66316402658/6633648/65116404478/4735第3次边缘击穿闪络不同产品的冲击曲线-120-100-80-60-40-2002040123456789101112冲击次数电压变化（V）5020040060080012345678910111213上面数据说明A类片冲击寿命也很不错，在In为20KA连续冲击情况下，能承受138次。而B类片仅能承受近40次(这与欧洲基片水平相差不大)。而且寿命曲线变化相当平缓，即使在电压下降区域，能有这样的表现已是比较满意了。在几百次的试验中，笔者发现╴个规律：在寿命试验中，Imax40KA的一次冲击寿命等于In20KA的20次左右寿命。按此推算要满足上述标准中试验次数，In20KA需要有100次左右的通流裕度，或者Imax40KA需有5次的裕度。3、MOV材料的温度特性：上述指标满足后，还需要注重MOV本体材料的温度特性。在40～1800C范围内，应是零或是正温度系数。因这一段是正常工作和出故障时退出的温度范围。没有正温度系数的特性很难保证不形成低阻击穿。这方面欧洲基片和上表的A类片都还不错。以上仅以34×34/621基片为例。近年来出现了不少用小片并联制作的SPD，其中小片的技术要求、使用原理应与上述相同。只有充分了解MOV基片参数后，才能制作出高可靠、高安全的SPD三、思考：目前在SPD各种标准中，都是将大电流冲击与TOV试验作为＝个类别试验，分别用＝组样品。在现场使用中SPD要同时承受＝种试验模式的可能，这就是在线冲击模式。往往在做完大电流冲击后，样品并无损坏(因损坏将被判不合格)。此时是否可续继做TOV试验？建议在TOV试验中至少做＝个电流级别；一个小电流级别，定为80mA，另一个为大电流级别，定为2500mA，分别模拟SPD脱扣时的高阻和低阻状态。特别是大电流级别(低阻状态)，判别其是否合格，建议以击穿与脱扣是否同时发生，或者允许脱扣延时２～3S为准。笔者做过这样的试验，好的SPD完全可以承受上述的试验条件。参考文献：《关