ZnO避雷器交流电压测试研究

摘要：探讨了ZnO避雷器的交流电压测试方法，包括加速老化测试、绝缘耐受测试、持续电流测试和局部放电测试等，对每种测试环节的测试原理进行了说明，测试中需搭建合适的测试电路，并保持环境参数恒定。

关键词：ZnO避雷器;交流电压测试;加速老化;绝缘耐受;持续电流;局部放电

0 引言

ZnO（氧化锌）压敏电阻是重要的电路保护元件，以其为核心元件的ZnO避雷器更是电力电子系统中不可或缺的组成部分[1]。在电力电子系统中，ZnO避雷器可以有效吸收各种有害的脉冲和过电压，防止电力电子设备遭到损坏。

ZnO压敏电阻的制备工艺十分复杂[2]，其性能通常存在不稳定性，因此避雷器在出厂前必须经过严格的测试。电力电子设备主要在工频环境下工作，因此对于ZnO避雷器的测试也是以工频为主，即进行交流电压测试。此测试方法主要包括加速老化测试、绝缘耐受测试、持续电流测试和局部放电测试等环节。

1 加速老化测试

各种器件都要进行老化测试，老化测试可以反映器件的使用寿命，加速老化测试更是ZnO避雷器非常重要的测试环节。所谓加速老化，即通过改变环境条件缩短老化测试的周期。在测试时，需要先通过抽样选择测试对象，让测试对象在最大持续电压（Vmax）下工作1 000 h，观察避雷器的工作参数变化情况，Vmax的具体数值可通过式（1）确定。

为了达到加速老化的目的，在测试过程中需要改变ZnO压敏电阻的温度，通过升高温度来缩减老化测试时间，通常需要控制电阻的温度高于373 K，测试中需要保持其他环境因素恒定。

2 绝缘耐受测试

绝缘耐受测试是在工频交流电压的作用下，测试ZnO避雷器中绝缘材料的绝缘性能，包括作为外壳的电瓷材料和作为内衬的局部绝缘材料。测试时，避雷器需要在一定的交流电压作用下进行，有时还需在淋雨环境下进行。需要注意的是，测试过程中必须拆除避雷器内部的压敏电阻，防止测试电压对压敏电阻的性能产生影响，且拆除过程中不能改变避雷器中的绝缘结构。

3 持续电流测试

持续电流测试是ZnO避雷器测试中最重要的一个环节。通过避雷器的电流主要包括容性电流（IVC）和阻性电流（IVR）两部分，其中IVR决定了避雷器的使用功耗，因此在测试中主要测试IVR的值。测试电路如图1所示，其中SP为被测试的抽样避雷器，H为变压器，R1和R2为测试修正电阻，R为保护电阻。在測试过程中还使用到了放大器M1、M2、M3和示波器。IVR可通过下面的过程计算得到。

其中电压VC表示IVC在SP上产生的压降，将其在OSC通道1上显示，同时将V在通道2上显示，通过叠加可以得到IVR在R2上产生的压降，进而测试出阻性电流（IVR）。

4 局部放电测试

局部放电测试是大多数电力电子器件都必须经过的测试环节，ZnO避雷器的局部放电测试主要用于测试避雷器中的各种缺陷，例如漏电、短路、开路等。图2是局部放电测试的原理图，该测试环节主要包括两个部分：测试电路检验环节和正式测试环节。

通过脉冲发生器U0和耦合电容C0向避雷器中注入电荷Q：

通过调整电路，当测试单元N检测到的电荷量也为Q时，则电路的密合性符合要求，可以进行下一步测试。将脉冲发生器和耦合电容部分替换为测试电压，即可进行局部放电测试。通过观察测试结果和调整避雷器，可以排除和改进局部放电部分。

5 结语

ZnO避雷器是重要的电力电子系统保护器件，可以实时吸收系统中的过电压。ZnO避雷器的制备工艺十分复杂，因此可能存在很多缺陷，在出厂前需要进行各项测试。本文主要探讨了ZnO避雷器交流电压测试中的几个环节，并对其原理进行了说明。

[参考文献]

[1] 陈永佳.高吸收抗脉冲ZnO-Bi2O3-Pr6O11系压敏电阻性能的研究及应用[D].西安：陕西科技大学，2016.

[2] 陈永佳，刘建科.SiO2掺杂浓度对ZnO压敏陶瓷结构与性能的影响[J].材料导报，2019，33（S1）：161-164.