菲尼克斯電氣集團

1、三、德國菲尼克斯電氣集團公司對應(yīng)用于鐵路各系統(tǒng)的電源及信號（通道）防雷保安器的幾點問題的探討和建議1、 國內(nèi)鐵路信號系統(tǒng)所用防雷保安器現(xiàn)狀我國目前鐵路站點信號系統(tǒng)主要采用以分離式元件（即由壓敏電阻和氣體放電管）集成防雷保護單元進行保護，但是由于技術(shù)和質(zhì)量的種種原因，其不能對信號線路和設(shè)備進行有效地保護。根據(jù)鐵路“跨越式發(fā)展”的要求，從2002年開始在路內(nèi)引入國外先進技術(shù)生產(chǎn)的模塊化防雷產(chǎn)品，特別是在ZPW2000A系統(tǒng)上道時，大量使用了以壓敏電阻為核心元器件的模塊化防雷產(chǎn)品。經(jīng)過3年多的實踐應(yīng)用，起到了很好的防護效果，得到了路內(nèi)實用單位的一致好評。目前路內(nèi)越來越多的系統(tǒng)和設(shè)備開始使用此種模塊化

2、的防雷產(chǎn)品進行防雷保護。今年年初，鐵道部頒布了鐵運200626號文-關(guān)于印發(fā)鐵路信號設(shè)備雷電及電磁兼容綜合防護實施指導(dǎo)意見的通知，提出了對路內(nèi)站點的綜合防雷要求，為規(guī)范路內(nèi)防雷器的使用和更好地提高防護效果起到了積極的指導(dǎo)作用。26文針對防雷保安器提出具體要求，其中：“防雷保安器并聯(lián)使用時，在任何情況下不得成為短路狀態(tài)；串聯(lián)應(yīng)用時，在任何情況下不得成為開路狀態(tài)?！保鲇趯π盘栂到y(tǒng)運行的安全的考慮，從理論上講此項要求確實合理。為實現(xiàn)此項要求，有兩種方法可以實現(xiàn)，一、在模塊化防雷保安器中必須實現(xiàn)壓敏電阻與氣體放電管的串聯(lián)結(jié)構(gòu)；二、使用失效保護技術(shù)的采用單一壓敏電阻為元器件的結(jié)構(gòu)。根據(jù)我國鐵路信號系統(tǒng)

3、的現(xiàn)狀及菲尼克斯多年研發(fā)和制造防雷產(chǎn)品的專業(yè)經(jīng)驗，我們對針對兩種結(jié)構(gòu)防雷保安器的合理性進行一個全面的分析。2、采用不同核心元器件和結(jié)構(gòu)的防雷保安器性能的比較1） 壓敏電阻特性分析壓敏電阻是一種非線性可變的電壓敏器件。它們具有非線性的、相對平滑的響應(yīng)特性，其響應(yīng)時間通常小于25ns。壓敏電阻對脈沖電流的最大放電能力可達(dá)到幾個10kA(8/20µs)。 當(dāng)前全球范圍內(nèi)最好的壓敏電阻制造商為EPCOS，其生產(chǎn)的壓敏電阻在全球占近1/3份額，處于相對市場領(lǐng)先和技術(shù)領(lǐng)先地位。其制造的用于防雷擊浪涌保護的壓敏電阻有很多規(guī)格和電壓等級，外形也有方形和圓形多種。其中方片主要為大能量防雷應(yīng)用，標(biāo)稱放電

4、能力能達(dá)到20kA(8/20µs)；圓片主要為電路板防浪涌等電磁兼容保護用，標(biāo)稱放電能力能達(dá)到200-300A(8/20µs)。優(yōu)點：· 快速響應(yīng)特性（一般響應(yīng)時間：125ns ）· 殘余電壓值低尤其當(dāng)沖擊電流低于kA范圍時· 適用于直流（DC）和交流電（AC）· 響應(yīng)曲線平滑缺點：· 在高電流范圍內(nèi)，剩余電壓值隨電涌電流而增加（見圖示）。· 具有相對較高的容量一般不適用于頻率超過1020kHz 的情況（見EPCOS數(shù)據(jù)表）。· 由于長期使用會產(chǎn)生老化和一定程度的升溫可能產(chǎn)生電流泄漏。· 為保證

5、系統(tǒng)安全，需要為壓敏電阻加裝失效保護裝置。老化：術(shù)語“老化”是用作描述壓敏電阻內(nèi)部PN接點的損壞狀況（或熔斷）的。PN接點常常由于壓敏電阻超負(fù)荷而被破壞，當(dāng)PN接點被損壞后，將成為電導(dǎo)體，從而導(dǎo)致壓敏電阻中的電流產(chǎn)生泄漏，不斷增加的電流泄漏會導(dǎo)致電力供應(yīng)電路中壓敏電阻內(nèi)部熱量的不斷聚集。這就是為什么安裝有壓敏電阻的防雷保安器需要配備熱敏斷路器進行保護的原因，當(dāng)壓敏電阻的溫度超過設(shè)定溫度值時，熱敏斷路器就會斷開壓敏電阻與供應(yīng)電壓的連接。2） 氣體放電管特性分析氣體放電管是一種具有開、關(guān)狀態(tài)截然不同的保護器件。在大多數(shù)應(yīng)用中，可以抵抗高達(dá)10kA(8/20µs)或2.5kA (10/35

6、0µs)的瞬態(tài)電流，因為它們的“硬”響應(yīng)特性，這種設(shè)備有時候稱為“短路”型器件。優(yōu)點：· 尺寸小巧· 漏電流小· 高電流限制容量缺點：· 點火特性曲線與時間有關(guān)。· 快速響應(yīng)時間為100ns左右· 保護級別無法精確定義。· 如果過壓保護器中的工作電壓高于電弧下降電壓，將會出現(xiàn)持續(xù)電流。持續(xù)電流可能會導(dǎo)致元件過熱而受損。老化：老化和超負(fù)荷會使氣體放電管的點火動作發(fā)生改變（例如：其點火特性曲線），將發(fā)生以下狀況：· 點火電壓持續(xù)增高當(dāng)充氣式浪涌電壓放電器連續(xù)多次發(fā)生點火現(xiàn)象。· 點火電壓在達(dá)到額定點

7、火電壓值時出現(xiàn)波動當(dāng)充氣式浪涌電壓放電器連續(xù)多次發(fā)生點火現(xiàn)象。·3）壓敏電阻串聯(lián)氣體放電管結(jié)構(gòu)的特性壓敏電阻串聯(lián)氣體放電管構(gòu)成的SPD稱之為混合型防雷保護器。其具有如下特點：· 整體呈現(xiàn)氣體放電管的開關(guān)型特性· 泄露電流幾乎為零· 放電能力和次數(shù)由最小的那個元件決定· 保護電平比單個元器件提高· 響應(yīng)時間為氣體放電管的時間（100ns）· 整體啟動電壓增加(如下圖)· 啟動后呈現(xiàn)壓敏電阻特性· 響應(yīng)電壓受浪涌電壓的時間特性影響（浪涌電壓的陡度）如圖：串接氣體放電管壓敏電阻保護器和其響應(yīng)特性曲線難點：

8、83; 氣體放電管與壓敏電阻串接引線長度尺寸一致· 氣體放電管與壓敏電阻焊接可靠性· 焊接氣體放電管時溫度對壓敏電阻的影響· 氣體放電管和壓敏電阻在雷擊時產(chǎn)生發(fā)熱的相互影響缺點：· 保護電平（殘壓高，據(jù)上海防雷測試中心專家透露達(dá)到15-20%）· 增加了故障點（兩個元件的連接點、元件個體數(shù)量）· 延長了對浪涌的響應(yīng)時間（從25ns增加到100ns）· 抬高了模塊的啟動電壓（據(jù)上海防雷測試中心專家透露達(dá)到15-20%）· 浪涌電壓的陡度將影響啟動電壓，越快（陡）的浪涌防雷器響應(yīng)越“遲鈍”（動作電壓高）由以上分析可以看

9、出，壓敏電阻是較為理想的防護器件，只要能克服其因老化或大能量沖擊而造成的壓敏電阻損壞導(dǎo)致短路的問題，即可安全地使用在系統(tǒng)中。而氣體放電管由于其本身“硬”特性等問題，一般不將其單獨使用在保護電路中，而需與壓敏電阻等配合使用才能更好地發(fā)揮其作用。而壓敏電阻與氣體放電管串聯(lián)結(jié)構(gòu)雖然從單純安全的角度來看相對可靠，但由于在啟動電壓、保護水平和應(yīng)用壽命等方面具有較大的劣勢。3、 菲尼克斯純壓敏型防雷保安器優(yōu)點分析由上分析可知，純壓敏結(jié)構(gòu)防雷保安器能否安全可靠地應(yīng)用于鐵路信號系統(tǒng)中，與其配備的熱敏斷路器能否可靠地工作有直接地關(guān)系。來自德國的菲尼克斯防雷產(chǎn)品，采用先進的生產(chǎn)工藝，很好地解決了熱敏分?jǐn)嗫煽啃缘碾y

10、題，現(xiàn)介紹如下：1）特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計保障了正確脫扣的功能上圖為在歐洲較為成熟的故障分離、指示結(jié)構(gòu)。該技術(shù)使人們使用SPD減少了很多麻煩，近30年運行經(jīng)驗證明其效果相當(dāng)不錯。菲尼克斯的專利結(jié)構(gòu)則更加是這種技術(shù)中的技術(shù)先進，在ERICSSON全球的應(yīng)用中，有使用超過10年之久的菲尼克斯防雷單元至今仍在安全工作，說明了該技術(shù)的可靠。2）SPD內(nèi)壓敏電阻不加注環(huán)氧樹脂，有利于散熱和延長壓敏使用老化壽命。· 在壓敏型SPD的生產(chǎn)過程中，為了節(jié)省成本，很多的SPD生產(chǎn)商僅MOV元件，大多不含環(huán)氧封裝和電極，采購商需要自加工加焊引腳，再加注環(huán)氧樹脂。因工藝要求嚴(yán)格，大多數(shù)廠家無法做到象EPCOS一樣

11、的封裝。· 為了嚴(yán)格保證壓敏的物理參數(shù)一致性，使之不受加焊引腳的影響，PHOENIX采取直接向EPCOS采購封裝好的MOV閥片，即L系列的MOV閥片。盡管增加了成本，但卻保證了MOV參數(shù)的一致性和高要求。· 環(huán)氧樹脂為不良熱導(dǎo)體，具有隔熱的特點，過多的加注環(huán)氧樹脂會使MOV單元不易散熱和加速老化。 3）最高阻燃等級外殼，防止了過載失效時大能量熱能引起的火災(zāi)擴散。至今，菲尼克斯的壓敏型VAL-MS系列防雷產(chǎn)品已經(jīng)在我國鐵路信號系統(tǒng)使用了1萬片以上，沒有發(fā)現(xiàn)過任何安全問題。綜上所述，在現(xiàn)在技術(shù)條件下，菲尼克斯電氣認(rèn)為針對鐵路信號系統(tǒng)的防雷保護，采用先進生產(chǎn)工藝制造成的壓敏型防雷保安器是安全可靠并且有效的。4、 關(guān)于鐵道部CRCC認(rèn)證與國際認(rèn)證接軌的建議我國鐵路正在進行“跨越式”發(fā)展，越來越多的直接引進并消化吸收國外的先進設(shè)備和技術(shù)，同時對欲為中國鐵路提供設(shè)備和服務(wù)的企業(yè)提出更高的要求-必須通過CRCC認(rèn)證。