ZnO避雷器交流電壓測(cè)試研究

摘要：探討了ZnO避雷器的交流電壓測(cè)試方法，包括加速老化測(cè)試、絕緣耐受測(cè)試、持續(xù)電流測(cè)試和局部放電測(cè)試等，對(duì)每種測(cè)試環(huán)節(jié)的測(cè)試原理進(jìn)行了說(shuō)明，測(cè)試中需搭建合適的測(cè)試電路，并保持環(huán)境參數(shù)恒定。

關(guān)鍵詞：ZnO避雷器;交流電壓測(cè)試;加速老化;絕緣耐受;持續(xù)電流;局部放電

0 引言

ZnO（氧化鋅）壓敏電阻是重要的電路保護(hù)元件，以其為核心元件的ZnO避雷器更是電力電子系統(tǒng)中不可或缺的組成部分[1]。在電力電子系統(tǒng)中，ZnO避雷器可以有效吸收各種有害的脈沖和過(guò)電壓，防止電力電子設(shè)備遭到損壞。

ZnO壓敏電阻的制備工藝十分復(fù)雜[2]，其性能通常存在不穩(wěn)定性，因此避雷器在出廠前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試。電力電子設(shè)備主要在工頻環(huán)境下工作，因此對(duì)于ZnO避雷器的測(cè)試也是以工頻為主，即進(jìn)行交流電壓測(cè)試。此測(cè)試方法主要包括加速老化測(cè)試、絕緣耐受測(cè)試、持續(xù)電流測(cè)試和局部放電測(cè)試等環(huán)節(jié)。

1 加速老化測(cè)試

各種器件都要進(jìn)行老化測(cè)試，老化測(cè)試可以反映器件的使用壽命，加速老化測(cè)試更是ZnO避雷器非常重要的測(cè)試環(huán)節(jié)。所謂加速老化，即通過(guò)改變環(huán)境條件縮短老化測(cè)試的周期。在測(cè)試時(shí)，需要先通過(guò)抽樣選擇測(cè)試對(duì)象，讓測(cè)試對(duì)象在最大持續(xù)電壓（Vmax）下工作1 000 h，觀察避雷器的工作參數(shù)變化情況，Vmax的具體數(shù)值可通過(guò)式（1）確定。

為了達(dá)到加速老化的目的，在測(cè)試過(guò)程中需要改變ZnO壓敏電阻的溫度，通過(guò)升高溫度來(lái)縮減老化測(cè)試時(shí)間，通常需要控制電阻的溫度高于373 K，測(cè)試中需要保持其他環(huán)境因素恒定。

2 絕緣耐受測(cè)試

絕緣耐受測(cè)試是在工頻交流電壓的作用下，測(cè)試ZnO避雷器中絕緣材料的絕緣性能，包括作為外殼的電瓷材料和作為內(nèi)襯的局部絕緣材料。測(cè)試時(shí)，避雷器需要在一定的交流電壓作用下進(jìn)行，有時(shí)還需在淋雨環(huán)境下進(jìn)行。需要注意的是，測(cè)試過(guò)程中必須拆除避雷器內(nèi)部的壓敏電阻，防止測(cè)試電壓對(duì)壓敏電阻的性能產(chǎn)生影響，且拆除過(guò)程中不能改變避雷器中的絕緣結(jié)構(gòu)。

3 持續(xù)電流測(cè)試

持續(xù)電流測(cè)試是ZnO避雷器測(cè)試中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)避雷器的電流主要包括容性電流（IVC）和阻性電流（IVR）兩部分，其中IVR決定了避雷器的使用功耗，因此在測(cè)試中主要測(cè)試IVR的值。測(cè)試電路如圖1所示，其中SP為被測(cè)試的抽樣避雷器，H為變壓器，R1和R2為測(cè)試修正電阻，R為保護(hù)電阻。在測(cè)試過(guò)程中還使用到了放大器M1、M2、M3和示波器。IVR可通過(guò)下面的過(guò)程計(jì)算得到。

其中電壓VC表示IVC在SP上產(chǎn)生的壓降，將其在OSC通道1上顯示，同時(shí)將V在通道2上顯示，通過(guò)疊加可以得到IVR在R2上產(chǎn)生的壓降，進(jìn)而測(cè)試出阻性電流（IVR）。

4 局部放電測(cè)試

局部放電測(cè)試是大多數(shù)電力電子器件都必須經(jīng)過(guò)的測(cè)試環(huán)節(jié)，ZnO避雷器的局部放電測(cè)試主要用于測(cè)試避雷器中的各種缺陷，例如漏電、短路、開(kāi)路等。圖2是局部放電測(cè)試的原理圖，該測(cè)試環(huán)節(jié)主要包括兩個(gè)部分：測(cè)試電路檢驗(yàn)環(huán)節(jié)和正式測(cè)試環(huán)節(jié)。

通過(guò)脈沖發(fā)生器U0和耦合電容C0向避雷器中注入電荷Q：

通過(guò)調(diào)整電路，當(dāng)測(cè)試單元N檢測(cè)到的電荷量也為Q時(shí)，則電路的密合性符合要求，可以進(jìn)行下一步測(cè)試。將脈沖發(fā)生器和耦合電容部分替換為測(cè)試電壓，即可進(jìn)行局部放電測(cè)試。通過(guò)觀察測(cè)試結(jié)果和調(diào)整避雷器，可以排除和改進(jìn)局部放電部分。

5 結(jié)語(yǔ)

ZnO避雷器是重要的電力電子系統(tǒng)保護(hù)器件，可以實(shí)時(shí)吸收系統(tǒng)中的過(guò)電壓。ZnO避雷器的制備工藝十分復(fù)雜，因此可能存在很多缺陷，在出廠前需要進(jìn)行各項(xiàng)測(cè)試。本文主要探討了ZnO避雷器交流電壓測(cè)試中的幾個(gè)環(huán)節(jié)，并對(duì)其原理進(jìn)行了說(shuō)明。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 陳永佳.高吸收抗脈沖ZnO-Bi2O3-Pr6O11系壓敏電阻性能的研究及應(yīng)用[D].西安：陜西科技大學(xué)，2016.

[2] 陳永佳，劉建科.SiO2摻雜濃度對(duì)ZnO壓敏陶瓷結(jié)構(gòu)與性能的影響[J].材料導(dǎo)報(bào)，2019，33（S1）：161-164.