MOV压敏电阻电气参数与冲击劣化关系初探

谢碧凤+谢碧栋+钟博宏

摘 要：对MOV压敏电阻模块在实验室进行多组冲击直至失效，每组冲击完后测量其残压、压敏电压和泄漏电流等电气参数，分析电气参数变化与MOV模块性能劣化、失效的关系，并对电涌保护器的选择、安装和日常维护管理提出建议。

关键词：MOV压敏电阻；电气参数；劣化

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

0 引言

MOV压敏电阻遭受电涌电流冲击后，其性能会逐渐劣化直至最后失效，在失效前甚至失效后其外观可能没有显著变化，因而很难从外观判断MOV压敏电阻的性能情况。MOV压敏电阻电气参数的变化与其性能劣化和失效间应有某种联系，如果能找出这个关系，尤其找出能进行工程测量的电气参数的变化与MOV压敏电阻性能劣化和失效的关系，这对于SPD的日常维护管理来说具有重要意义[1-4]。

1 MOV压敏电阻的电气参数

压敏电压U1mA和泄漏电流Iie是MOV最主要的两个静态参数，当外部环境因素或者外施电压的作用而出现老化劣化时，MOV本身的静态参数也将随之出现变化，通过变化值的大小可以判断MOV的好坏程度[5]。

1.1 压敏电压U1mA

所谓压敏电压，即击穿电压或阈值电压，指在规定电流下的电压值，大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值，MOV压敏电阻的电压值选择是至关重要的，它关系到保护效果与使用寿命，可以通过压敏电压和最大持续工作电压有对应表进行查询，《建筑物防雷装置检测技术规范》GB/T21431-2015对压敏电压的合格判定有具体要求[6]。

1.2 泄漏电流Iie

泄漏电流Iie，即除放电间隙外，SPD在并联接入线路后所通过的微安级电流，在测试中常用0.75倍的直流参考电压进行，是MOV压敏电阻劣化程度的重要参数指标，《建筑物防雷装置检测技术规范》GB/T21431-2015对泄漏电流的合格判定有具体要求[6]。

2 冲击试验

2.1 试验方案

选择5个品牌共9个MOV压敏电阻模块，其中In为20kA的MOV模块 5个，In为40kA的MOV模块 4个，所有MOV模块的参数均符合相关技术标准的要求。利用实验室的冲击设备对9组MOV模块进行冲击试验，施加1.2/50μs冲击电压和8/20μs冲击电流，记录残压Ures，5次冲击为1组，冷却后测量压敏电压U1mA和泄漏电流Iie。

2.2 试验结果

2.2.1 耐冲击情况

按照试验方案对9个MOV模块共进行了308次冲击，全部MOV模块冲击到损坏或者脱扣。不同MOV模块对冲击的耐受能力差异很大，2个模块冲击了4次Imax才脱扣，而另2个模块则未冲击完In就已损坏。

2.2.2 残压Ures与冲击的关系

（1）MOV模块的残压大小与冲击电流大小呈正相关，MOV模块损坏或脱扣前残压没有异常。

（2）当冲击电流为In时，2个模块的残压大于标称的电压保护水平，7个模块的残压小于或接近标称的电压保护水平。

2.2.3 压敏电压U1mA与冲击的关系

测量数据表明，MOV压敏电压与极性有关，冲击前正负极性的压敏电压基本相当；正冲击后正极性的压敏电压比负极性大，负冲击后正极性的压敏电压比负极性小，但总体相差不是很大。为了便于比较，将正负极性的平均值作为此时的压敏电压值。

不同MOV模块的压敏电压与冲击的关系差异很大（图1、图2），但MOV模块的压敏电压总体随着冲击次数的增加而呈先上升后下降的趋势，其中上升的幅度较小 而下降的幅度较大。其中3个模块的压敏电压稳定性较好，直至模块失效前其压敏电压变化率不超过4%，2个模块的压敏电压变化率未超过10%，1个模块的压敏电压下降了12%，1个模块的压敏电压甚至下降了25%；2个模块在损坏前其压敏电压显著增加，1个模块从640V升到大于1400V，另1个模块从600V左右升到1200V左右。

2.2.4 泄漏电流Iie与冲击的关系

（1）泄漏电流随着冲击总体呈变大趋势，损坏前与冲击前的泄漏电流之比，最大的为276倍，最小的为5.58倍。但有2个模块前面随着冲击泄漏电流增大，在损坏前突然变小，1个模块从8.5μA左右降到4μA左右，下一次冲击即损坏；另1个模块4从30μA左右降到5μA左右，随后经过5个In冲击后损坏。

（2）全部模块经过2组预冲击后，泄漏电流就已经超过冲击前的2倍了。

（3）MOV模块泄漏电流与其温度呈显著正相关关系。经过多次冲击后，MOV模块的温度上升，冷却3分钟测量的泄漏电流值是冷却10分钟测量值的1.5-2.5倍。

3 结论

通过实验室冲击试验，未发现MOV模块的残压、压敏电压和泄漏电流的变化与其性能劣化或者失效的明确关系，得出以下结论：

（1）MOV模块的残压大小与冲击电流大小呈正相关，MOV模块性能劣化时残压没有明显变化。

（2）MOV模块的压敏电压总体随着冲击次数的增加而呈先上升后下降的趋势，MOV模块损坏前压敏电压不一定有异常现象，然而如果压敏电压异常升高，则说明MOV模块内部结构已经发生较大变化，MOV模块的性能已经不可靠，可能在下一次冲击时就会损坏[7-9]。因此，若发现压敏电压异常升高时，应及时更换MOV模块。

（3）MOV模块的温度对泄漏电流的影响很大[7-9]，呈正相关。泄漏电流过大会引起MOV模块温度升高，加速MOV模块老化，为了提高可靠性，应及时更换泄漏电流较大且持续增大的MOV模块。

（4）同一品牌MOV模块的性能有一致性，如某一品牌耐的受冲击能力强或者泄漏电流偏大；不同品牌MOV模块参数稳定性相差很大。

（5）由于冲击电流为In时，残压可能大于标称电压保护水平Up，因此选择SPD电压保护水平Up时应预有充足余量，并考虑接地线电压和耦合电压的影响，尽可能缩短接地线的长度，SPD靠近设备处安装。

（6）《建筑物防雷装置检测技术规范》GB/T21431-2015关于压敏电压和泄漏电流合格判定的标准十分严苛，尤其对泄漏电流的要求，大部分MOV模块受冲击后不能满足要求。

参考文献：

[1]张枨.低压电源系统电涌保护器老化劣化研究[J].南京：南京信息工程大学，2013.

[2]余昌松，殷春生，王华卿，裘文君.限压型电涌保护器的性能分析及对策[J].智能建筑电气技术，2015（04）：34-37.

[3]王功勇，牛丽英.低压配电系统电涌保护器的选用解析[J].林业科技情报，2012（02）：96-97+102.

[4]叶蜚誉.电气、电子设备电源侧的电涌保护——电涌保护器主要参数[J].电气应用，2004（02）：14-18.

[5]师正，谭涌波，柴健，张枨.MOV压敏电阻静态参数变化的特征分析[J].电瓷避雷器，2012（05）：59-63.

[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.中国国家标准化委员会.GB∕T 21431-2015.建筑物防雷装置检测技术规范[S].北京：中国标准出版社，2015.

[7]李强.氧化锌压敏电阻热特性研究与分析[J].南京：南京信息工程大學，2014.

[8]曹洪亮，谭涌波，陈则煌，邢扬，李鹏.压敏电阻冲击老化过程中温度对静态参数影响分析[J].电瓷避雷器，2015（02）：159-162.

[9]沈云新.浪涌保护器热稳定试验研究[J].现代建筑电气，2011（09）：41-43+46.