ZnO避雷器交流電壓測試研究

摘要：探討了ZnO避雷器的交流電壓測試方法，包括加速老化測試、絕緣耐受測試、持續(xù)電流測試和局部放電測試等，對每種測試環(huán)節(jié)的測試原理進行了說明，測試中需搭建合適的測試電路，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)過嚴(yán)格的測試。電力電子設(shè)備主要在工頻環(huán)境下工作，因此對于ZnO避雷器的測試也是以工頻為主，即進行交流電壓測試。此測試方法主要包括加速老化測試、絕緣耐受測試、持續(xù)電流測試和局部放電測試等環(huán)節(jié)。

1 加速老化測試

各種器件都要進行老化測試，老化測試可以反映器件的使用壽命，加速老化測試更是ZnO避雷器非常重要的測試環(huán)節(jié)。所謂加速老化，即通過改變環(huán)境條件縮短老化測試的周期。在測試時，需要先通過抽樣選擇測試對象，讓測試對象在最大持續(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)值可通過式（1）確定。

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

2 絕緣耐受測試

絕緣耐受測試是在工頻交流電壓的作用下，測試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。測試時，避雷器需要在一定的交流電壓作用下進行，有時還需在淋雨環(huán)境下進行。需要注意的是，測試過程中必須拆除避雷器內(nèi)部的壓敏電阻，防止測試電壓對壓敏電阻的性能產(chǎn)生影響，且拆除過程中不能改變避雷器中的絕緣結(jié)構(gòu)。

3 持續(xù)電流測試

持續(xù)電流測試是ZnO避雷器測試中最重要的一個環(huán)節(jié)。通過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，因此在測試中主要測試IVR的值。測試電路如圖1所示，其中SP為被測試的抽樣避雷器，H為變壓器，R1和R2為測試修正電阻，R為保護電阻。在測試過程中還使用到了放大器M1、M2、M3和示波器。IVR可通過下面的過程計算得到。

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，同時將V在通道2上顯示，通過疊加可以得到IVR在R2上產(chǎn)生的壓降，進而測試出阻性電流（IVR）。

4 局部放電測試

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

通過脈沖發(fā)生器U0和耦合電容C0向避雷器中注入電荷Q：

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

5 結(jié)語

ZnO避雷器是重要的電力電子系統(tǒng)保護器件，可以實時吸收系統(tǒng)中的過電壓。ZnO避雷器的制備工藝十分復(fù)雜，因此可能存在很多缺陷，在出廠前需要進行各項測試。本文主要探討了ZnO避雷器交流電壓測試中的幾個環(huán)節(jié)，并對其原理進行了說明。

[參考文獻]

[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ZnO壓敏陶瓷結(jié)構(gòu)與性能的影響[J].材料導(dǎo)報，2019，33（S1）：161-164.