工频过电压耐受下氧化锌压敏电阻冲击老化性能研究

针对氧化锌压敏电阻芯片在8/20μs电流冲击初期,芯片压敏电压变化较小,老化程度无法通过静态参数判别的问题,本文设计了工频过电压耐受下的ZnO压敏电阻冲击老化试验,研究了ZnO压敏电阻芯片不同冲击老化情况,耐受工频恒定不同幅值过电压过程和耐受阶段流经芯片内部电流Iin随时间的变化关系;结合双肖特基势垒理论和ZnO压敏电阻芯片Voronoi网格微观结构模型,分析试验结论。结果表明:耐受工频恒定相同幅值过电压,ZnO压敏电阻芯片经8/20μs电流冲击后老化程度越深其流过芯片内部电流Iin的初始值越大;且lin值随时间上升速率与初始冲击老化程度呈正比;相同老化程度ZnO压敏电阻芯片耐受过电压幅值越大,耐受时间越短,Iin的初始值越大。这些可为ZnO压敏电阻冲击老化劣化初期判别提供依据。     

ZnO压敏电阻老化机理的研究进展

ZnO压敏电阻作为避雷器的关键元件在限制电力系统过电压方面具有极为重要的作用,直接决定电力系统的过电压水平和设备的绝缘水平。然而其在承受长期工作电压或短时冲击电流作用时不可避免地会产生老化现象。本文总结了国内外学者对于ZnO压敏电阻老化机理的不同观点及最新研究进展,分析了其老化机理,并讨论了提高ZnO压敏电阻稳定性的方法。     

压敏电阻对冲击电流回路输出特性影响的仿真

为研究压敏电阻的非线性特性及其性能评估,建立了非线性压敏电阻冲击电流特性的仿真模型,并研究了压敏电阻对不同特征阻抗8/20μs冲击电流回路输出电流波形参数的影响规律。研究结果表明:①压敏电阻的动态电阻r对冲击电流波参数有较大影响,随着r的降低,冲击电流波前时间tf增加,逐渐趋于8μs,冲击电流波半峰值时间tt减小,逐渐趋于20μs,tt与tf之比tt/tf减小,逐渐趋于2.5;②冲击电流回路的特征阻抗Z越小,r对回路输出电流波形参数的影响越大,对压敏电压为471V的压敏电阻负载,当Z为0.35Ω且电流幅值从4A到10kA变化时,tf的变化幅度为4.75μs,tt的变化幅度为19.537μs,tt/tf的变化幅度为9.75;而当Z为1Ω时,tf的变化幅度为2.8μs,tt的变化幅度为3.54μs,tt/tf变化幅度为2.093;③得出了压敏电阻动态电阻和输出满足IEC和国家试验标准要求的8/20μs冲击电流要求的最小电流幅值的关系规律,由此得出在实际应用中,对于电流幅值范围较宽的压敏电阻冲击电流回路,为了提高冲击电流回路输出的效率,应采用分段设计冲击电流回路。     

多脉冲雷电冲击下ZnO压敏电阻的劣化性能

针对ZnO压敏电阻的单脉冲雷电冲击实验无法真实有效模拟自然界雷击,且对其劣化性能研究不够精确完善的问题,利用新型多脉冲雷电发生器对ZnO压敏电阻进行冲击,通过改变脉冲数量、时间间隔和脉冲幅值等参数,分别从ZnO压敏电阻的耐受性能、电气参数、温度分布和能量吸收等方面定量研究其劣化特性。实验结果表明:ZnO压敏电阻在经过多次多重雷电冲击后,泄漏电流会产生跃变;不同于多次单脉冲冲击下的下降趋势,压敏电压数值表现为先上升后下降;不同于多次单脉冲冲击下的上升现象,电容值在小范围内波动起伏;ZnO压敏电阻的表面温度分布并不均匀,与冲击次数和位置有关;脉冲间隔的长短对样片能量吸收的影响很小。实验结论可为制定多脉冲雷电冲击下电涌保护器的性能指标和劣化监测预警提供参考。     

交直流老化后ZnO压敏电阻宏观电容量随时间变化的特性分析

针对ZnO压敏电阻在交、直流老化作用后,其宏观电容量随时间变化特性的问题,基于砖块模型（block model）对影响ZnO压敏电阻宏观电容量的相关参数进行了理论分析,通过对ZnO压敏电阻样品分别施加不同时长的交流以及直流老化试验时,发现ZnO压敏电阻的宏观电容量在接受交、直流老化后随着时间的延长呈现先降低后增长的趋势;当交、直流老化时间较短时,宏观电容量相较初始值存在小幅降低,而当交、直流老化时间较长时,宏观电容量相较初始值存在大幅的增长,得出宏观电容量随时间的变化是由界面态俘获电子的释放过程以及晶界层热破坏过程共同作用所导致的结论,这对研究ZnO压敏电阻的老化特性具有一定的参考价值。     

ZnO压敏电阻残压比的影响因素分析

ZnO压敏电阻作为避雷器的核心元件,已经被广泛地应用于电力系统雷电防护设备之中.残压比是ZnO压敏电阻避雷器的重要参数,它决定了电力系统的过电压保护水平和电力设备绝缘要求.为此,分析了ZnO压敏电阻残压比的宏观影响因素,利用维诺网格模型和晶界导电模型研究了微结构参数和晶界参数对ZnO压敏电阻残压比的影响规律.晶粒尺寸、...     

包覆形成的核壳结构对ZnO压敏电阻的改性机制

ZnO压敏电阻的性能,直接决定了避雷器的保护水平和电力系统的绝缘水平。为实现ZnO压敏电阻综合性能的优化,通过溶胶凝胶法将SiO₂均匀包覆在ZnO颗粒表面,获得了具备明显核壳结构的粉体颗粒。当Si⁴⁺/Zn²⁺包覆摩尔比为0.075时,在1050℃下所烧结制备的ZnO压敏电阻,电位梯度可达651.37 V/mm,相较于未包覆样品提升115.6%;非线性系数可达73.02,提升104.5%;泄漏电流密度为0.73μA/cm²,降低77.5%。基于不同样品晶相测试结果中的区别,结合宏观电学性能、微观晶界势垒特性、介电响应特性等方面的差异,研究了包覆所形成的ZnO@SiO₂核壳结构对ZnO压敏电阻性能改善的晶粒生长控制机制、固溶反应机制和氧输运机制。     

限压型电涌保护器在不同条件下劣化性能的分析

针对限压型电涌保护器（SPD）的老化、劣化问题,通过对SPD内部器件ZnO压敏电阻老化、劣化的理论分析,得出其原因是由于内部的离子迁移导致肖特基势垒畸变而引起．对ZnO压敏电阻进行直流、交流及冲击老化试验,发现老化、劣化后ZnO压敏电阻的压敏电压发生变化,漏电流有增大的趋．直流老化存在一定的逆老化过程,直流老化后伏安特性曲线发生不对称改变,而交流老化与之相反;冲击老化后伏安特性曲线存在漂移现象;整个老化过程,ZnO压敏电阻的内阻变化不大;在直流和交流老化过程中,温度升高与加热时间、施加电流以及老化程度有．这对分析SPD的老化、劣化性能具有实际指导意．     

雷电阻尼振荡波冲击下ZnO压敏电阻性能的分析

针对雷电阻尼振荡波冲击下ZnO压敏电阻性能的问题,通过对ZnO压敏电阻的理论分析,利用理论与试验相结合的方法,采用雷电阻尼振荡波对ZnO压敏电阻进行冲击试验,分析其吸收的能量、残压、内阻随雷电阻尼振荡波输出的冲击电压的变化规律.这为ZnO压敏电阻在实际防雷的应用提供一定的参考.     

Bi_2O_3含量对ZnO压敏电阻热刺激电流特性的影响EI北大核心CSCD

ZnO压敏电阻的性能优劣直接关系到ZnO避雷器性能的好坏进而影响电力系统的安全稳定运行,而ZnO的烧结配方是决定其性能优劣的一个主要因素。为了研究Bi_2O_3含量对ZnO压敏电阻片电气特性的影响规律,对不同Bi_2O_3含量的ZnO压敏电阻片试样进行热刺激电流特性测试、电子显微镜扫描测试、伏安特性测试。研究结果表明:随着Bi_2O_3含量的增加,ZnO晶粒尺寸增大,ZnO压敏电阻片的电压梯度降低。随着Bi_2O_3含量的增加,ZnO压敏电阻片的非线性系数、陷阱电荷量先增大后减小。添加剂Bi_2O_3可以促进液相烧结,形成陷阱和表面态,在界面上形成势垒,使材料具有优异的非线性特性,从而改善ZnO压敏电阻片的电气特性。     

8/20μs冲击电流发生器源阻抗对压敏电阻器性能表征的影响研究

文中研究了不同源阻抗8/20μs冲击电流对压敏电阻冲击能量的影响规律。建立了8/20μs冲击电流发生器电路模型,进行了电路仿真研究;搭建了8/20μs冲击电流实验平台,对不同规格的压敏电阻进行冲击电流实验。研究结果表明:随着8/20μs冲击电流源阻抗减小,相同冲击电流幅值下通过压敏电阻的冲击能量增加;随着压敏电阻直流参考电压增加,冲击电流源阻抗对压敏电阻冲击能量的影响作用增强,但随着冲击电流幅值的提高,冲击电流源阻抗对通过压敏电阻冲击能量的影响作用减弱。因此,在一定冲击电流幅值以下的8/20μs冲击电流试验中,冲击电流发生回路的源阻抗不能选择的太小。研究结果对压敏电阻冲击电流测试的规范化具有一定的理论与工程应用价值。     

低场强高能ZnO压敏电阻的应用研究

介绍了用于电力电子装置过电压保护的低场强高能ZnO压敏电阻的组成结构,伏安特性及其等效电路,详细讨论了该保护元件的限压能力、在不同情况下的能量容量、承受脉冲负荷时的要求,最后给出了低场强高能ZnO压敏电阻在电力电子电路中的接线方法及参数选取方法。     

氧化锌压敏电阻老化机理再探索

本文在已有的压敏电阻老化机理的基础上,作了进一步的假设,提出另外两个老化因素。一个是在高电场下品界的逆压电效应和电致伸缩效应的不可逆音部分,另一个是大电流冲击下品界温度骤升骤降引起的热冲击。     

ZnO压敏电阻片的应用研究进展

本文针对1000kV交流系统和±800kV直流系统中各种避雷器对安全可靠性、重量轻、体积小型化的要求,总结了国内外竞相开展的提高ZnO压敏电阻片电位梯度和能量吸收能力的研究开发工作。综述分析了国内外用于交直流系统避雷器的高电位梯度、大能量吸收能力的新型ZnO压敏电阻片的研究开发和应用进展,总结了提高ZnO压敏电阻片电位梯度(达4.0kV/cm)和能量吸收能力(达300J/cm3)的主要途径。     

Al2O3掺杂ZnO压敏电阻在不同烧结温度下的电气特性研究

在不同烧结温度下制备了氧化铝(Al₂O₃)掺杂的氧化锌(ZnO)压敏电阻,并对其进行扫描电子显微镜、X射线衍射、电流-电压、电容-电压测试以研究ZnO压敏电阻的微观结构和电气特性。结果表明:随着烧结温度的升高,Al₂O₃掺杂的ZnO压敏电阻泄漏电流得到了明显的抑制,这是由于施主密度和界面态密度不断增大,提高了晶界的势垒高度。而Al³⁺随着烧结温度的升高会不断地固溶入ZnO晶粒中,降低了晶粒电阻率,从而降低ZnO压敏电阻在通过大电流时的残压比。当烧结温度为1 150℃时,ZnO压敏电阻的电气特性最佳,电压梯度为418.70 V/mm,泄漏电流为0.74,残压比为1.68,非线性系数为67.5,有助于提高ZnO避雷器的保护性能,实现深度限制电力系统,特别是特高压系统的过电压。     

包封材料的改进及其对压敏电阻大电流耐受性能的影响

为了满足IEC和国标对避雷器阀片大电流冲击耐受性能指标的要求，通过对环氧树脂配方及工艺的调整，研制了新型环氧包封材料，使环氧树脂与氧化锌瓷体的热膨胀系数更加匹配，大幅度提高氧化锌压敏电阻阀片大电流冲击耐受性能。     

用于压敏电阻的半波冲击电流自动测试系统

用正弦半波(正或负)为高压电源,利用微机和PLC、MPT为控制单元,研制了用于压敏电阻通流空量试验的半波冲击电流自动测试系统。该系统可对压敏电阻进行不同模式(下、负或正负交替)的冲击试验,测试试验中的电流、残压以及能量,并可存储试验数据及在线显示试验状态和试验波形,具有试品好坏判别功能,测试速度高达2~3片/s。     

ZnO压敏电阻在8/20μs脉冲电流作用下的动态伏安特性分析

测量及分析了ZnO压敏电阻在8/20μs脉冲电流作用下的动态伏安特性。ZnO压敏电阻的动态伏安特性曲线显示,电流上升曲线与电流下降曲线不重合,电流上升过程对应的电压高于电流下降过程对应的电压。分析认为,这种现象与ZnO压敏电阻在脉冲电压作用下的转移特性有关,并应用空穴诱导隧道击穿理论解释了这一现象产生的机制。     

直流输电系统中不同类型交流滤波器投切冲击电流研究

以某直流工程为例,选取A、B、C三种不同类型的交流滤波器,对其投入电网瞬间引起的交流电流冲击进行理论分析,得到C型滤波器冲击电流较大的结论,并通过PSCAD仿真和接入RTDS实际装置进行验证,结果表明结论的正确性,可为相关直流工程提供参考。