浅谈防雷用压敏电阻的电容特性

热电阻论文物理学论文

摘要：压敏电阻对电压变化的敏感特性在防感应雷电、防浪涌方面起到了很好的泄流和限压作用。不过，由于压敏电阻的材料和结构等原因，限制了压敏电阻在通讯类spd中的应用。

关键词：低压配电系统；电涌保护器；防雷器；压敏电阻；电容；膨胀

目前，在低压配电系统中采用电涌保护器来防浪涌、防间接雷电的冲击，已成为必不可少的设计内容。电涌保护器（surgeprotectivedevices）简称spd,又称浪涌保护器，通常为有别于户外防直接雷的避雷针、避雷网等设施，又将电涌保护器称为防雷器。

根据gb50343-2021《建筑物电子信息系统防火技术规范》第3章，用作lpz1及其后级维护区域内的电源防雷器，通常使用减半压型spd，其中的主要元件就是“压敏电阻”。为什么压敏电阻存有“电容”特性呢？因为从物理角度来看，所有导体（包含良导体和不良导体）除了具备电阻特性外，还存有电容特性及电感特性，只不过压敏电阻主要就是整体表现电阻对电压的敏感性能够，在防雷器设计中并不利用它的电容特性，我们必须高度关注的就是这种电容对被维护设备与否存有有利的影响。1导体的电容

在电学中有描述和推演孤立导体在真空中的电容定义及公式：如果一个孤立金属球壳的半径为r,则其电容c=4πε0r,其中真空介电常数ε0=8.85×10-12法拉/米（f/m），而法拉（f）就是电容（c）的 单位。

如果我们把半径为6370km的地球作为在真空中的导体来研究，它的电容量为：c地球=7.08×10-4（f），只有万分之七法拉。如果要求得电容c=1法拉所对应的真空球面的半径，则：r=c/4πε0=1×8.99×109m，将近千万公里，是一个相当大的物理单位。在现实生活中，我们所能接触到的孤立导体的电容量太小，真正能实际应用的电容元件是由两块靠得很近的导体板中间夹绝缘层而组成，这种结构可使电容量增大，并且能隔绝周围其它导体的影响，两导体板可作为引出电极，绝缘层的介质可采用真空、云母、电解质、涤纶、陶瓷等等，用于不同需要的场合。2压敏电阻的电容

在减半压型防雷器中使用的压敏电阻，主要使用氧化锌材料，以最小振动电流20ka、40ka、65ka芯片为基准，通常就是直径32mm的圆片形和34mm边长的方片形芯片，还有的是两个方片并联的组合体，从每个单片来看，中间都就是厚度为4-5mm的氧化锌材料，两侧就是比周边略微增大的铜质电极片，因为氧化锌材料平时就是呈圆形高阻的对数绝缘体，所以压敏电阻就是一个相当标准的电容器结构。

以下是某压敏电阻生产厂元件样本中的参数，如表1所示，除了有压敏电压、放电电流等主要参数外，还有参考电容（referencecapacitance）值（几千微微法）。3压敏电阻电容的测试

根据美国国家标准学会（americannationalstandardsinstitute）和美国电气和电子工程师协会（instituteofelectricalandelectronicsengineers）的ansi/ieeec62.33-1982标准，在《关于浪涌保护器压敏电阻ieee标准测试规范》的4.11条“电容测试”中，存有这样的叙述：“在选定的频率和偏置电压下测试电容。特别注意没有关应用领域的特殊要求，这个测试建议用1.0mhz的频率和偏置电压为0。信号电平必须就是这样的，加倍幅值变化不要多于5%”。然而，在许多压敏电阻生产厂家提供更多的手册中，关于压敏电阻的电容参数都就是在1khz频率下测试的，但用压敏电阻形成的spd却实际多数又就是工作在50hz工频电源配线中的。

为何对压敏电阻电容量测试不采用实际使用的低频率，而采用较高的频率呢？笔者认为：用于防雷器中的压敏电阻是按电阻型式设计的，主要是用其对电压敏感的电阻特性，而其形成的电容只不过是很小的副产品，且容量很小，只有pf（微微法）级。根据电容的特性，大电容对低频信号敏感，小电容对高频信号敏感。也就是说，电容元件在高频时的电容特性表现得非常明显，而在低频时电容特性则响应程度很差，在纯直流的线路中，电容就是一个高阻隔直流元件。所以在较高频率条件下，测试压敏电阻的电容，有利于压敏电阻电容特性的“充分表演”，便可更精确地测试到电容参数值。4电容对保护线路的影响

具备电容的防雷器与否对被维护线路产生影响呢？笔者企图的