ZnO非线性电阻的特性及ZnO均能/均流技术的机理

正广电隔直设备的核心技术——氧化锌阀片，有许多客户还不太了解，今天，小编就来给大家讲一讲，关于ZnO非线性电阻的特性及ZnO均能/均流技术的机理。

氧化锌阀片作为电力系统过电压过电流防治领域的常见元件，其具有良好的非线性伏安特性。目前市面上有高压片和高能片之分。高压片主要应用于过电压保护器、避雷器等过电压治理的产品中，高能片一般采用均能技术可以应用于灭磁柜、隔直等过电流治理产品中。下面小编将为大家系统介绍氧化锌材料特性和均能/均流技术的机理：

1、 ZnO非线性电阻的特性

通过对三种电阻的伏安特性曲线分析（见图1），可见电阻具有优良的的伏安特性：即在低电压时,泄漏电流极小(μA级)。当电压升高到其“ 导通点”（即保护电压） 以上时, ZnO非线性立即导通,此时随着通过电流在不断增大其电压反被“钳制 ”住不上升，伏安特性十分平坦。ZnO这种优良的非线性伏安特性给过电压保护带来一系列优点.

l) 吸能元件可以直接跨接在被保护设备两端, 其泄漏电流很小（微安级）不产生很大功耗；对被保护设备无影响。

2) 消耗（短路、灭磁等）能量速度最快（微秒级）；

3) 过压保护装置可以自动复位（电压一旦下降到保护定值以下，ZnO立刻恢复高阻状态）,而不需要任何附加措施( 如熔丝,逆变甚至停机)；

ZnO非线性电阻优良的伏安特性在国内得到广泛的应用。但是目前用于过电压保护的单片ZnO压敏电阻片( 阀片),其单片“标称”吸能容量为15~30 kJ,而过系统电压保护所需要吸能元件的能容量一般均为几百kJ到几个MJ,因此必须多个阀片串并联组合才能达到消耗能量的目的。

由上述可见，ZnO非线性电阻的伏安特性虽然呈现出一系列优点, 但它却给组合时的均能(特别是均流)配片带来极大困难。由于其导通区的伏安特性过于“平坦”,极小的电压差距就会带来极大的电流差距。如图2所示,2个阀片的伏安特性电压有小量差距△U,并联工作时, 在共同电压U1作用下的电流差距△I就非常大。微小的电压差异将会导致严重的电流分配不平均,从而导致能量分配的严重不均衡，严重时会造成部分阀片因承受不了巨大的能量而发生爆炸。所以必须采用均能/均流技术配置ZnO非线性电阻来平衡各组的能量分配。

2、ZnO组件均能/均流技术的概念

均流是指无论何种工况下同一套设备采用的ZnO并联支路的电流偏离平均电流的大小。均能则是指无论何种工况下，同一套设备所有的ZnO阀片单位体积吸收能量偏离平均吸收能量的大小，也就是各阀片温升偏离平均温升的大小。

它们可以分别用均流系数和均能系数来表示，均流效果好的回路，可以使电流平均分配到各个阀片组上，确保各支路阀片组的使用寿命和良好的分流效果。均能效果好的回路,可以保证串并联阀片间不会为温升的差异导致少数阀片提前老化甚至失效。

3、如何实现ZnO组件的均能/均流

为了保证并联ZnO 支路的均流和均能,选择伏安特性完全相同的ZnO支路并联是最理想的办法。

目前比较常用的选择串并联阀片（均能）的方法是“全线均能法”：即根据串联阀片的参数, 把它们的特性相加后拟合为一个等效的非线性特性,最终选择串联后有非常相近特性的多个并联组阀片作为一套限压耗能阀片达到均能效果。

在选择伏安特性尽可能相近的ZnO 阀片后, 为了达到均流和均能的目的, 通常还需要采用一定的均流措施。这里的均流通常是指在每个ZnO 支路串联一个特殊计算设计的快速熔断器;利用熔断器上的压降实现均流,同时靠快速熔断器实现支路的过流保护。所有支路的快速熔断器一方面起着过流保护作用,另一方面相当于一个电阻, 起均流作用。