压敏电阻在什么情况下容易引起爆炸及避免爆炸的解决方案


问:压敏电阻在什么情况下容易引起爆炸?

    华巨电子:在以往的应用中,跨接在电源线上的压敏电阻器出现过起火燃烧,危机临近其它元器件的事故。对此,制造者和使用者共同进行了大量研究和分析工作,采取了相应的对策,极大地降低了这类事故的概率,但尚未杜绝,因此,压敏电阻的使用安全性仍是个值得重视、需要继续研究解决的课题。    压敏电阻起火燃烧的表观现象,大体上可分为老化失效和暂态过电压破坏两种类型。  

 ①老化失效,这是指电阻体的低阻线性化逐步加剧,漏电流恶性增加且集中流入薄弱点,薄弱点材料融化,形成1kΩ左右的短路孔后,电源继续推动一个较大的电流灌入短路点,形成高热而起火。这种事故通常可以通过一个与压敏电阻串联的热熔接点来避免。热熔接点应与电阻体有良好的热耦合,当最大冲击电流流过时不会断开,但当温度超过电阻体上限工作温度时即断开。研究结果表明, 若压敏电阻存在着制造缺陷,易发生早期失效, 强度不大的电冲击的多次作用,也会加速老化过程,使老化失效提早出现。   

②暂态过电压破坏,这是指较强的暂态过电压使电阻体穿孔,导致更大的电流而高热起火。整个过程在较短时间内发生,以至电阻体上设置的热熔接点来不及熔断。在三相电源保护中,N-PE线之间的压敏电阻器烧坏起火的事故概率较高,多数是属于这一种情况。相应的对策集中在压敏电阻损坏后不起火。一些压敏电阻的应用技术资料中,推荐与压敏电阻串联电流熔丝(保险丝)进行保护。  


   为了解决压敏电阻燃烧爆炸一般采取以下方式

鉴于传统常用的过压保护设备

阻容吸收装置、硒堆保护及普通压敏电阻,阻容吸收浪涌能量的能力较差、损耗大、响应速度慢、发热量大、易损坏、且电容器易漏油;硒堆吸收浪涌能量的能力较强、非线性系数较低、损耗大及易发生老化失效;普通压敏电阻通流容量虽大,但能量容量却不大,另外普通压敏电阻冲击电流最大脉冲宽度远远小于大中功率半导体系统实际脉冲电流宽度,所以普通压敏电阻常发生短路或爆炸。

 

  

SPD

吸能型过压保护器及吸收箱是传统的过压保护设备的新型更新换代产品,采用以纳米材料添加研制的高能氧化锌压敏阀片作为主功能件,其结构由氧化锌微结晶及高阻晶界层组成,其电压大小由高阻晶界层串联来决定,而通流量则由它有面积来决定.高阻晶界层是发热体,而氧化锌晶粒具有很大的热容量,是吸热体,它决定能量承受能力. 氧化锌微结晶电阻系数很低(1~10Ωcm);而晶界层的电阻系数很高(1012~13Ωcm);若升高加在电阻上之电压其电阻系数会降到10Ωcm以下.因此高能氧化锌压敏阀片在一定电压下是为绝缘体,但超过电压又成良导体.也就是说当其在线路的正常工作电压下,其电阻值很高,可认为是开路状态,伏安特性是线性的;当过电压出现时,伏安特性为非线性,其阻值急剧下降,成为过电压的通路, 使电阻两端保持一恒定电压.当电压消失后,其本身电阻值又恢复常态呈高阻值.其具有通流容量大,能量密度大(300~500J/cm3),非线性系数高,残压低,漏电流小,伏安曲线对称无正负极之分,无续流,响应时间快(ns级)等特点. 

 

  

  

压敏电阻过热保护技术介绍

  

压敏电阻过热保护技术主要有以下几种:

(1)热熔保险丝技术。该技术是将用蜡保护的低熔点金属通过一定的工艺装在压敏电阻上,在压敏电阻漏电流过大,温度升高到一定程度时,低熔点金属熔断,从而将压敏电阻从电路中切除,可以有效地防止压敏电阻起火燃烧。但热熔保险丝存在可靠性问题,而且在加强热循环的环境里约只有5年可靠寿命。在热循环的环境中,热熔保险丝需定期更换以维持正常运行。

(2)利用弹簧拉住低熔点焊锡技术。这种技术是目前绝大多数防雷器厂家的限压型SPD采用的技术,在压敏电阻的引脚处增加一个低熔点焊锡焊接点,然后用一根弹簧将这个焊接点拉住,在压敏电阻漏电流过大,温度升高到一定程度时,焊接点的焊锡熔断,在弹簧的拉力作用下焊接点迅速分离,从而将压敏电阻从电路中切除,同时联动告警触点,发出告警信号。因为低熔点金属在受力点会流动和产生裂缝,处于弹簧拉力中的低熔点焊锡接点的焊锡同样会流动和产生裂缝,因此这种装置的最大问题是焊锡会老化,从而导致装置会无故断开。

 

(3)温度保险丝技术。该技术将压敏电阻和温度保险丝串联封装在一起,利用热传导将漏电流在压敏电阻上产生的热量传导温度保险丝上,在温度升高至温度保险丝的设定温度时,温度保险丝熔断,将压敏电阻从电路中切除。温度保险丝除了有同样有寿命和可靠性的问题外,利用温度保险丝对压敏电阻进行过热保护还存在以下问题:热传导路径长,响应速度过慢,热量是通过一定的热传导介质(填充材料)、温度保险丝壳体,温度保险丝的内部填充材料,然后才传到温度保险的熔体上,因此决定了温度保险丝的响应速度教慢。

(4)隔离技术。该技术将压敏电阻装在一个密闭的盒体内,与其它电路相隔离,防止压敏电阻烟雾和火焰的蔓延。在各种后备保护都失灵的情况下,隔离技术也不失为一种简单而行之有效的方法,但需要占用教大的设备空间,同时也要防止烟雾和火焰从盒体引线开孔的地方冒出来。

(5)灌封技术。为防止压敏电阻在失效时会冒烟、起火和爆炸,一些厂商采用该技术将压敏电阻灌封起来,但由于压敏电阻在失效时内部会出现拉弧,导致密封材料失效,并产生碳,碳的产生又会使电弧得以维持,这样往往会导致设备内部短路及熏黑,甚至导致整个设备机房严重熏黑。

实验表明:压敏电阻套热缩套管后,由于压敏电阻的散热受到影响,其最大耗散功率降低,从而影响了压敏电阻的工频电压耐受能力,从另一个角度来说,散热受到影响也会加速压敏电阻的老化,影响压敏电阻的使用寿命。

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