MOV壓敏電阻電氣參數與沖擊劣化關系初探

謝碧鳳+謝碧棟+鐘博宏

摘 要：對MOV壓敏電阻模塊在實驗室進行多組沖擊直至失效，每組沖擊完后測量其殘壓、壓敏電壓和泄漏電流等電氣參數，分析電氣參數變化與MOV模塊性能劣化、失效的關系，并對電涌保護器的選擇、安裝和日常維護管理提出建議。

關鍵詞：MOV壓敏電阻；電氣參數；劣化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.171

0 引言

MOV壓敏電阻遭受電涌電流沖擊后，其性能會逐漸劣化直至最后失效，在失效前甚至失效后其外觀可能沒有顯著變化，因而很難從外觀判斷MOV壓敏電阻的性能情況。MOV壓敏電阻電氣參數的變化與其性能劣化和失效間應有某種聯系，如果能找出這個關系，尤其找出能進行工程測量的電氣參數的變化與MOV壓敏電阻性能劣化和失效的關系，這對于SPD的日常維護管理來說具有重要意義[1-4]。

1 MOV壓敏電阻的電氣參數

壓敏電壓U1mA和泄漏電流Iie是MOV最主要的兩個靜態參數，當外部環境因素或者外施電壓的作用而出現老化劣化時，MOV本身的靜態參數也將隨之出現變化，通過變化值的大小可以判斷MOV的好壞程度[5]。

1.1 壓敏電壓U1mA

所謂壓敏電壓，即擊穿電壓或閾值電壓，指在規定電流下的電壓值，大多數情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值，MOV壓敏電阻的電壓值選擇是至關重要的，它關系到保護效果與使用壽命，可以通過壓敏電壓和最大持續工作電壓有對應表進行查詢，《建筑物防雷裝置檢測技術規范》GB/T21431-2015對壓敏電壓的合格判定有具體要求[6]。

1.2 泄漏電流Iie

泄漏電流Iie，即除放電間隙外，SPD在并聯接入線路后所通過的微安級電流，在測試中常用0.75倍的直流參考電壓進行，是MOV壓敏電阻劣化程度的重要參數指標，《建筑物防雷裝置檢測技術規范》GB/T21431-2015對泄漏電流的合格判定有具體要求[6]。

2 沖擊試驗

2.1 試驗方案

選擇5個品牌共9個MOV壓敏電阻模塊，其中In為20kA的MOV模塊 5個，In為40kA的MOV模塊 4個，所有MOV模塊的參數均符合相關技術標準的要求。利用實驗室的沖擊設備對9組MOV模塊進行沖擊試驗，施加1.2/50μs沖擊電壓和8/20μs沖擊電流，記錄殘壓Ures，5次沖擊為1組，冷卻后測量壓敏電壓U1mA和泄漏電流Iie。

2.2 試驗結果

2.2.1 耐沖擊情況

按照試驗方案對9個MOV模塊共進行了308次沖擊，全部MOV模塊沖擊到損壞或者脫扣。不同MOV模塊對沖擊的耐受能力差異很大，2個模塊沖擊了4次Imax才脫扣，而另2個模塊則未沖擊完In就已損壞。

2.2.2 殘壓Ures與沖擊的關系

（1）MOV模塊的殘壓大小與沖擊電流大小呈正相關，MOV模塊損壞或脫扣前殘壓沒有異常。

（2）當沖擊電流為In時，2個模塊的殘壓大于標稱的電壓保護水平，7個模塊的殘壓小于或接近標稱的電壓保護水平。

2.2.3 壓敏電壓U1mA與沖擊的關系

測量數據表明，MOV壓敏電壓與極性有關，沖擊前正負極性的壓敏電壓基本相當；正沖擊后正極性的壓敏電壓比負極性大，負沖擊后正極性的壓敏電壓比負極性小，但總體相差不是很大。為了便于比較，將正負極性的平均值作為此時的壓敏電壓值。

不同MOV模塊的壓敏電壓與沖擊的關系差異很大（圖1、圖2），但MOV模塊的壓敏電壓總體隨著沖擊次數的增加而呈先上升后下降的趨勢，其中上升的幅度較小 而下降的幅度較大。其中3個模塊的壓敏電壓穩定性較好，直至模塊失效前其壓敏電壓變化率不超過4%，2個模塊的壓敏電壓變化率未超過10%，1個模塊的壓敏電壓下降了12%，1個模塊的壓敏電壓甚至下降了25%；2個模塊在損壞前其壓敏電壓顯著增加，1個模塊從640V升到大于1400V，另1個模塊從600V左右升到1200V左右。

2.2.4 泄漏電流Iie與沖擊的關系

（1）泄漏電流隨著沖擊總體呈變大趨勢，損壞前與沖擊前的泄漏電流之比，最大的為276倍，最小的為5.58倍。但有2個模塊前面隨著沖擊泄漏電流增大，在損壞前突然變小，1個模塊從8.5μA左右降到4μA左右，下一次沖擊即損壞；另1個模塊4從30μA左右降到5μA左右，隨后經過5個In沖擊后損壞。

（2）全部模塊經過2組預沖擊后，泄漏電流就已經超過沖擊前的2倍了。

（3）MOV模塊泄漏電流與其溫度呈顯著正相關關系。經過多次沖擊后，MOV模塊的溫度上升，冷卻3分鐘測量的泄漏電流值是冷卻10分鐘測量值的1.5-2.5倍。

3 結論

通過實驗室沖擊試驗，未發現MOV模塊的殘壓、壓敏電壓和泄漏電流的變化與其性能劣化或者失效的明確關系，得出以下結論：

（1）MOV模塊的殘壓大小與沖擊電流大小呈正相關，MOV模塊性能劣化時殘壓沒有明顯變化。

（2）MOV模塊的壓敏電壓總體隨著沖擊次數的增加而呈先上升后下降的趨勢，MOV模塊損壞前壓敏電壓不一定有異常現象，然而如果壓敏電壓異常升高，則說明MOV模塊內部結構已經發生較大變化，MOV模塊的性能已經不可靠，可能在下一次沖擊時就會損壞[7-9]。因此，若發現壓敏電壓異常升高時，應及時更換MOV模塊。

（3）MOV模塊的溫度對泄漏電流的影響很大[7-9]，呈正相關。泄漏電流過大會引起MOV模塊溫度升高，加速MOV模塊老化，為了提高可靠性，應及時更換泄漏電流較大且持續增大的MOV模塊。

（4）同一品牌MOV模塊的性能有一致性，如某一品牌耐的受沖擊能力強或者泄漏電流偏大；不同品牌MOV模塊參數穩定性相差很大。

（5）由于沖擊電流為In時，殘壓可能大于標稱電壓保護水平Up，因此選擇SPD電壓保護水平Up時應預有充足余量，并考慮接地線電壓和耦合電壓的影響，盡可能縮短接地線的長度，SPD靠近設備處安裝。

（6）《建筑物防雷裝置檢測技術規范》GB/T21431-2015關于壓敏電壓和泄漏電流合格判定的標準十分嚴苛，尤其對泄漏電流的要求，大部分MOV模塊受沖擊后不能滿足要求。

參考文獻：

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