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执行GB18802.1-2002国家标准 国内SPD生产厂家应注意几个问题

蔡振新 ( 上海市防雷中心,教授级高工,上海 200030)

摘要:
   最近有关低压配电系统的电涌保护器( SPD )第一部分:性能要求和试验方法,国家标准 GB18802.1-2002 已颁布,并且规定于 2003 年 4 月 1 日起执行。围绕着新规范的出台,国内一些专家, SPD 的生产厂家,国内外经销商纷纷发表文章,提出自己的看法,有的赞成,有的反对。以作者之见,最大的问题还是国内目前还没有一家实验室,能够完全按 GB18802.1-2002 规范中式试验要求做一遍验标的试验。由于本人正在受中国气象局委托,在上海筹建国家级低压避雷器测试中心,现将本人学习新规范及这二年对国外先进国家 SPD 生产线考察的情况,结合 GB18802.1-2002 规范中几项重要的测试提醒国内 SPD 生产厂家应注意的几个问题。
关键词:执行、 SPD 生产厂、规范、注意几个问题

1、前言

  国家标准 GB18802.1-2002 “低压配电系统的电涌保护器( SPD )第一部分:性能要求和试验方法”是完全等同采用 IEC61643-1 : 1998 IDT 国际标准 ,因此对国内各测试实验室,各生产厂家,经销商及防雷减灾的管理工作者都存在学习和消化的过程。

  随着我国进入 WTO ,国外几十个 SPD 生产厂商进入我国市场,国内也有一百多个生产厂家生产 SPD 。由于过去测试标准不统一,测试方法不一致,生产工艺的先进和落后,因此目前市场上 SPD 良莠不齐,鱼目混珠,严重影响防雷工程的质量。新的国家标准采用了国际 IEC 先进的标准,学习、贯彻执行新标准是我们的当务之急。现将本人学习的一点体会供同行参考。

2、提高氧化锌( ZnO )阀片的加工工艺水平保证产品性能的一致性

  新标准对产品的测试提出更严酷的条件,特别是实测限制电压、动作负载试验、热脱钩装置等,均在加载(交流 220V 或 380V )的情况下,反复测试画出连续曲线,测得 SPD 的热稳定度、保护水平( Vp )等重要参数。因此特别是对 SPD 中的氧化锌阀片( MOV )的晶格和晶界层的稳定度,一致性要求比较高。 ZnO 压敏电阻的平均寿命时间( Ml )是符合阿仑尼斯( Arrhenivs )反应速率模型的,即平均寿命 aMl (小时数)可表示成Ml=e R/T · C

  式中: R ――常数,与材料和制造水平有关
       C ――常数 ,与加压比有关 Rap
       T ――绝对温度 K
图 ⑴ 平均寿命( Ml )的阿仑尼斯模型

氧化锌( ZnO )压敏电阻是由大量压敏单元串、并构成的集合体。压敏单元是一对互相直接接触的 ZnO 晶粒及其间的一对肖脱基势垒相当于两只背靠背连接的稳压二极管,因此压敏电阻的宏观性能是许多压敏单元性能的统计表现。
   ZnO 压敏电阻总势垒电压 Un = n 1 × Vz = H / d 0 · V z
   式中 n 1 : 压敏电阻沿厚度方向有 n 1 个压敏单元串联
   Vz : 每一压敏单元的势垒电压
   H : 压敏电阻的厚度
   d0 : 压敏单元晶粒立方体的边长
   ZnO 压敏电阻能承受的冲击电流
   Ip = n2 × ip = S / d0² · ip
   式中: n2 : 在电极面积 S 下有 n2 个压敏单元相并联
    ip: 每一压敏单元能承受的冲击电流
    S : ZnO 压敏单元的电极面积
   由此可见, ZnO 压敏电阻性能优劣与 ZnO 粉末的纯度、晶粒的大小、添加剂的配方、烧结的温度、老化水平、压模技术等都有非常密切的关系。如果我们还是像过去一样,仅仅测试几个静态参数,反映不了 ZnO 阀片的真实性能,因此新的国家标准提出了在更加严酷的条件下测试 SPD 的实测限制电压,动作负载试验及热脱钩装置等重要参数。这对提高我国 SPD 生产质量具有十分重要意义。国内生产厂商因通过新标准规定的这些测试,发现自己生产的产品与国外同类产品之间的不足之处,努力改进生产工艺,尽快达到国际先进水平,参与国内外的市场竞争。

3、 提高氧化锌阀片的焊接技术

  氧化锌阀片严格意义上也是一种新型的半导体器件,它对温度的敏感性非常强。美国、欧洲一些先进国家 SPD 的生产线、 ZnO 阀片的上锡、焊接完全在真空、恒温下进行的,因此能很好得保证 ZnO 阀片内部的晶格和晶界层免受破坏,从而保证 ZnO 阀片性能参数的一致性。压敏电阻技术规范中规定了 85 ° C 施加最大持续交流电压,试验 1000h 中没有劣化现象。
 
图 ⑵ 中曲线 ⑴表示, IR 随时间单调上升。一开始慢一点,当试验到一定时间后上升速度明显加快。这种压敏电阻是不稳定的。曲线⑵表示,在开始阶段 IR 随时间上升,越过一个最高点后便稳定下降。曲线⑶表示,在 1000h的全过程中 IR 随试验时间 t都是上升的。如图⑶所示,在高温下在试验大约20小时后, IR 时间 t按下式规律上升
           I R= I R 0 +Ktn
   式中: I R 0 和 K 是两个常数, n 值大体在 0.3-0.5之间。

 

  

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