淺析浪涌保護器的多元件矩陣

在雷電防護過程中，目前通常使用電涌保護器（SPD）來實現對電器設備進行保護。一般認為：開關型SPD具有大通流容量（標稱通流電流和最大通流電流）的特點，用氧化鋅壓敏電阻（MOV）制作的限壓型SPD通流容量相對要小一些。

國際上電涌保護器采用的金屬氧化鋅閥片主要采取兩種連接方法：一個是以北美為主的采取多片金屬氧化鋅并聯使用的方法，使用的標準為UL1449第二版；另一個是以法、德為主的采取單片金屬氧化鋅技術的方法，使用的標準為IEC61643-1-2。

在保證高速響應的前提下，要提高SPD的通流容量，MOV閥片一般采取多片并聯使用，防止單片金屬氧化鋅閥片擊穿后冒煙和爆炸。歐洲及國內一些專家認為多片MOV閥片并聯使用，由于閥片性能不一致，可能產生雷電能量分配不均勻，造成MOV閥片的溫度升高，性能下降，導致熱崩潰，或提早老化、失效，因此不主張采取多片氧化鋅閥片并聯使用。但目前國際上使用在低壓電源配電系統上的單片MOV閥片的最大通流容量只能達到60-70KA（8/20μs）滿足不了實際工程的需要，所以對于MOV閥片并聯使用有不同的看法。

美國JOSLYN公司是雷電浪涌防護的專業公司，從1950年就開始專門研究雷電和瞬間過電壓保護。JOSLYN公司從1979年以來一直生產并聯MOV的SPD、產品遍布世界130多個國家的通信、電力、交通、航空、金融、計算機網絡等。美國總統座機空軍一號就采用了該公司的產品。JOSLYN公司采取多片金屬氧化鋅并聯時，使用了多元件矩陣。

1、為什么要采用多元件陣列？

這是由電涌抑制元件本身的工作方式所決定的。

采用多元件陣列的工作方式：均流并分流。電涌保護器中的抑制元件（壓敏電阻MOV）是采用損耗自身的方式對沖擊電流進行消解(發熱,融化)，對于大電流的沖擊，單個抑制元件很可能被擊穿，但如果采用匯流排將沖擊電流平均分配到并聯在某個特定模式上的元件陣列，那么，分攤到每個抑制元件的沖擊電流幅度就大幅度降低了。比如：如果在某個模式上并聯了由10個抑制元件組成的陣列，對于一個由雷擊造成的50千安的沖擊電流將被平均分攤到這10個元件，因此，每個抑制元件上只承受5千安的電流沖擊，這將使抑制元件因沖擊電流發生的自身損耗很小，甚至不損耗。見下圖10kA10kA2.采用多元件陣列技術難點：如何使分流達到均衡。

采用多元件陣列結構對制造工藝有著嚴格的要求：

制作材料方面――采用高耐受性抑制元件，對于一定額度之下的電流沖擊，抑制元件不發生損耗。――MOV元件物理屬性要盡可能接近；

――匯流排及連線的物理屬性要盡可能接近；

制作環境方面――元件的工藝要求高，制作環境要求高；

成品篩選方面――需要篩選出物理屬性在誤差范圍以內的元件，廢品元件的數量大大增多；元件涂層和元件測試方面也會增加相應的工作量。

防雷中心的專家對簡單并聯的MOV閥片做了試驗，得出了如下結論：

由于MOV閥片性能不一致，每個閥片吸能量也不一致。在10kA連續沖擊測試時，MOV閥片相繼失效。因此，多元件并聯保護對于MOV的制作工藝有較高的要求

。3.同時采用多元件矩陣和高耐受性抑制元件的效果：

理想效果：10根筷子折不斷

最差效果：10根筷子被一根一根折斷(筷子=抑制元件)

結論：高品質電涌保護器的使用壽命可長達數十年

4.采用多元件陣列新的問題：

1）元件數量的增加，制作成本增加。

2）工藝要求高，淘汰廢品多。

結語目前我國防雷產品中，成本相對較低的單元件保護器占有相當大的比例，客戶群體也相對較大。但對于一些對要求低故障率的場合、設備及維修費用昂貴的場合、停工維修損失大的場合，還是應該使用品質較高，性能穩定，長期有效工作的雷電浪涌保護器。文／岳朗