高性能非线性氧化锌电阻片的生产工艺

高性能非线性氧化锌电阻片的生产工艺

氧化锌非线性电阻片是以氧化锌为主要成分，添加微亮的三氧化二铋、三氧化二钴、二氧化锰、三氧化二锑等金属氧化物，经过成型、烧结、表面处理等工艺过程而制成。由于氧化锌电阻片具有非常优异的非线性伏安特性，它在过电压下，电阻很小，残压很低；而在正常工作电压下，其电阻很高，相当于一个绝缘体，故可以取消火花间隙，实现避雷器无间隙、无续流(实际上续流很小，为微安级)，而且体积小，造价低，在越来越广的过电压防护中取代有间隙的碳化硅避雷器。氧化锌元件的伏安特性可用右式表达为：a UCI =式中，非线性系数a 与电流密度有关，一般为0.01～0.04，在大的雷电流下（10千安），a也不大于0.1，它比金刚砂阀片的a值小的多，C为常数。图3-3示出了氧化锌阀片与金刚砂阀片的伏安特性。从两者对比可知，当410I=A下的残压两者相同。而在系统相电压作用下金刚砂阀片流过幅值为200～400A的电流，氧化锌阀片流过的电流却是在10～50uA。所以氧化锌避雷器可以不用串连火花间隙，直接并联在电网上，在冲击电压过后工频电压作用下无续流。

将碳化硅（SiC）电阻片加串联火花间隙组成的传统避雷器与新型的氧化锌避雷器比较，后者具有以下优点。

（1）不用串连火花间隙，可使结构简单，体积减小；也不存在因外磁套污秽，火花间隙放电电压不稳的问题，故抗污性强。

(2) 没有火花间隙放电时延问题，其陡波响应特性优与碳化硅避雷器，

提高了对设备保护的可靠性。

(3) 在雷电过电压下动作后无续流（只有微安级电流），所以引入的能量大大减少，具有耐受多重雷击和重复操作冲击过电压的能力，工作寿命长，氧化锌非线性电阻在雷电或操作冲击作用下需吸收对绝缘有害的过电压能量，与碳化硅避雷器相比，无须吸收工频续流的能量，因而流过金属氧化物避雷器的电流小于同一过电压等级下流过碳化硅避雷器的电流;另一方面，在工作中，由于无间隙避雷器的氧化锌非线性电阻长期承受工作电压的作用，因此提出了研究氧化锌电阻片的小电流特性，特别是在长期工作电压下的稳定性能等重要课题。为此，对于线路上用的避雷器提出采用带间隙的结构。

（4）通流容量大，吸收过电压能力强用作限制过电压的非线性电阻片要求有很大的通流容量，110kV以上的限压装置要求可以承受l00kA的大电流冲击，并且可以承受400A的2ms方波的多次作用。氧化锌电阻片具有很大的通流能力，与碳化硅相比，其单位面积的通流能力达4-4.5倍，而其单位体积吸收过电压能力则可达4倍左右。（5）陡波响应特性好金属氧化物避雷器不存在碳化硅避雷器中的放电时延问题，因而金属氧化物避雷器的陡波响应特性(伏秒特性)要比碳化硅避雷器平坦得多。例如:金属氧化物避雷器的冲击放电电压升高不大于1.1倍，而碳化硅避雷器则在1.15倍以上。金属氧化物避雷器的这一特性大大提高了对陡波头过电压的保护效果，而且有利于和被保护设备实现合理的绝缘配合。非线性氧化锌电阻片的制造工艺如下：

非线性氧化锌电阻片的关键生产工艺在于添加料研磨、喷雾造粒、成型、烧结等。近年来随着氧化锌电阻片日益向大型化发展，为了成型均一，一方面要流动性好的造粒粉料，更重要的是合适的颗粒大小、分布、形状以及均一的水分。有些国产造粒设备，在喷雾造粒工艺上,由于造粒料水分含量分散性很大，成型烧结后内部缺陷多，特别是对大直径电阻片的生产尤为突出，要想制造出性能优异的氧化锌电阻片就比较困难。日本产的喷雾造粒机，可制出流动性好。颗粒规则，大小均匀，水分均一的造粒料。由此制造出的电阻片，内部缺陷率大幅度下降．电流冲击性能大大提高。再者，坯体的成型密度对电阻片的致密化也有很大的影响。氧化锌电阻片成型工艺，对电阻片的性能参数有很大的影响，是决定电阻片质量的关键工序。日本产的全自动干粉油压机，采用强制浮动、双向加压技术，保证了压制坯件密度均匀，尺寸重量一致；采用可调力和行程的上凸模预加载结构，避免了毛坯脱模时产生内应力而存在的内膨胀；压制坯体密度均匀，这样能加快致密化过程，促进晶粒生长，提高了氧化锌晶粒增长速率，从而提高了电阻片的通流容量。由日本压机压制的电阻片(成品)最大厚度可达42mm，最大直径为138mm。烧成对电阻片的电气性能有至关重要的影响。因此，考虑氧化锌压敏陶瓷烧结属于有液相参与的固相烧结这一特点，调整配方中晶粒生产抑制剂的含量，制订合理的烧结曲线，从而减少电阻片瓷体中的气孔及大颗粒的形成，使电阻片瓷体的晶粒大小均匀分布，提高氧化锌电阻片的电气性能。

提高氧化锌电阻片的大电流冲击能力，应从工艺和配方上增加电阻片

的微观结构和成分的均匀性。提高烧结温度和添加适量的晶粒生长抑制元素．在一定程度上增加了晶粒粒径及均匀性，降低了电位梯度，因此提高了电阻片的大电流冲击能力。在氧化锌电阻片侧面涂覆无机侧面釉和有机防潮绝缘溱，改善了电阻片的抗潮能力和侧面绝缘强度，使电阻片沿径向的电位梯度分布均匀，从而提高了氧化锌电阻片的大电流冲击能。