高电位梯度ZnO压敏电阻片的研究进展

从材料组成、显微结构控制和制备工艺等方面综述了国内外高电位梯度ZnO压敏电阻片的研究进展,并展望了提高ZnO压敏电阻片电位梯度和通流容量的途径。采用三价过渡金属离子掺杂、减小添加剂粉料颗粒粒度以及控制合理的烧成制度,能明显减小晶粒尺寸,降低气孔率,增加晶界数目,提高晶界势垒,从而有效提高ZnO压敏电阻片的电位梯度。

高电位梯度氧化锌阀片的开发和应用

介绍了高电位梯度氧化锌阀片的制备原理和产品开发 。

500 kV高电位梯度GIS罐式金属氧化物避雷器研制

为了满足500 kV GIS设备抵御过电压风险的需求,研制了高电位梯度GIS罐式金属氧化物避雷器,介绍了避雷器的结构及关键技术参数,设计计算了均压屏蔽罩及电阻片表面电场强度、罐体内部电位分布及外壳受力性能,开发了高梯度氧化锌电阻片,并开展了加速老化、内绝缘耐受、残压及工频电压耐受时间特性试验验证工作。研究结果表明:避雷器罐体内部电场强度最大值为18.97 kV/mm,电位分布不均匀系数为1.059,罐体外壳在正常使用和故障条件下的安全系数分别为13.6和1.53;研制的氧化锌电阻片在95%荷电率下的老化系数为0.8,并通过了工频电压耐受时间特性试验;避雷器通过了工频743 kV、雷电冲击1676 kV和操作冲击1175 kV的内绝缘耐受试验,雷电冲击残压为978 kV、操作冲击残压为830 kV和陡波冲击残压为1100 kV,完全满足技术要求,具备挂网运行条件。

微波烧结制备高电位梯度ZnO压敏电阻的研究

利用微波烧结技术制备高电位梯度ZnO压敏电阻。将ZnO和PbO、B2O3、Co2O3、MnO2粉体按照化学计量比混合,将所得的粉体经干燥、650℃预烧、700～900℃烧结、成型;对比了不同温度下常规烧结和微波烧结对ZnO压敏电阻电性能的影响,同时研究了烧结温度对ZnO压敏电阻电性能的影响;并采用SEM和XRD对烧结试样结构进行表征。结果表明,微波烧结所制备样品内部的晶粒生长均匀,平均粒径为200～500 nm,试样压敏电压为800～1000 V/mm,试样漏电流为80～120μA。

高电位梯度ZnO避雷器与GIS

日本使用输电线路避雷器的数量为世界之最。因此,日本也就特别关心避雷器的研发。日本于上世纪90年代中期推出高电位梯度ZnO避雷器。高电位梯度ZnO避雷器的电位梯度为400V／mm,是普通的三倍。普通电阻元件的晶粒平均直径约为20μm,而高电位梯度ZnO电阻元件的晶粒平均直径约为10μm。

解决高压无感电阻小电感和高电位梯度矛盾的新方法

提出了一种在圆柱形绝缘支架上开槽的特殊绝缘结构来解决高压无感电阻中存在的小尺寸、小电感要求的小匝间距和高电位梯度矛盾的新方法，介绍了利用这种方法实际制作的几种高压无感电阻，并将这些电阻应用于高压大电流快速放电回路中分别作为波头、吸能、高压测量电阻，实际应用结果表明：在以空气为绝缘介质及波形为2．5/μs冲击电压作用下，这些电阻的电位梯度最高已达10．5kv/cm，高压测量系统的响应时间小于0.1μs.

超高电位梯度ZnO避雷器的开发

目前，日本国内高电位梯度ZnO避雷器的开发盛行。日本国内众多厂家已开发出400V／mm高电位梯度ZnO电阻片。但对高电位梯度ZnO电阻片的研发工作从未停止。最新又研发出600V／mm超高电位梯度ZnO电阻片。这里以日本东芝公司为例。

高能球磨和低温烧结制备高电位梯度ZnO厚膜压敏电阻

通过高能球磨和低温烧结,制备出高电位梯度的ZnO厚膜压敏电阻,并研究了烧结温度对厚膜试样电学性能的影响。结果表明,高能球磨可显著细化粉体颗粒,球磨后颗粒的平均尺寸减小到0.420μm;颗粒的高度细化促使厚膜可在650～850℃的低温范围烧结成瓷,其中在700℃的烧结条件下,厚膜试样的综合性能最佳,电位梯度达到3175.6 V.mm-1,漏电流为30.7μA,非线性系数为13,微观势垒高度为0.79 eV,耗尽层宽度为14.4 nm,施主浓度为2.24×1018 cm-3,表面态密度为3.22×1012 cm-2。

提高氧化锌非线性电阻片通流容量的研究

高电位梯度氧化锌非线性电阻片上流过冲击电流时,吸收的冲击能量成比例增加,要求电阻片的通流容量也成比例提高,研制高电位梯度电阻片首先要提高氧化锌电阻片的通流容量。将传统的氧化锌电阻片生产工艺中的搅拌罐混合浆料方式改用搅拌球磨机混合,可提高浆料的流动性和各成分分散的均匀性,电阻片通流容量即得到很大程度的提高,电阻片的单位体积冲击能量吸收能力从100J/cm3提高到250J/cm3。

中温烧结改性ZnO压敏陶瓷材料研究

研制了一种添加锌硼玻璃料的新型中温烧结高非线性高电位梯度改性ZnO压敏陶瓷材料。实验发现,低熔物锌硼玻璃料是影响烧结的主要因素。除了能降低该材料的烧结温度外,还能起到掺杂改性作用。该材料具有中温烧结温度、高电位梯度、高非线性系数、低漏电流等优点。1050℃烧成时的主要参数为:电位梯度为566 V/mm;非线性系数为115;漏电流为2.6μΑ。该材料在制造高压或超高压电力系统的优质避雷器产品方面显示出良好的应用前景。

用于毛细管快放电装置中的新型高压无感电阻

为解决常用高压无感电阻中存在的小电感和高电位梯度难于同时满足的矛盾,提出和分析了一种在圆柱形绝缘支架上开槽的新型绝缘结构及其原理,介绍了所制作的高压无感电阻在高压大电流毛细管快放电装置中作高压测量、波头、吸能电阻的应用。新型绝缘结构能通过增加开槽深度来增加高压无感电阻相邻匝间的沿面放电距离,但不会增大相邻匝间的间距,故可有效提高高压无感电阻的电位梯度而不会增加电阻的残余电感,它特别适用于以空气作介质的高压无感电阻或纵向空间受限制的场所。

Y_2O_3和ln_2O_3复合掺杂对Zn-Bi系压敏陶瓷的影响

通过复合掺杂0.08mol%Y_2O_3和xmol%ln_2O_3,采用固相法制备Zn-Bi系压敏陶瓷,研究了烧结温度为1120℃保温3小时条件下,掺杂不同剂量ln_2O_3对ZnO陶瓷的晶粒大小、显微结构以及电性能的影响。研究表明随着复合掺杂ln_2O_3剂量的增大,ZnO压敏陶瓷样品的晶粒大小先减小后增大。少量复合掺杂Y_2O_3和ln_2O_3,晶粒的生长均匀细小,显微结构致密;晶界成分和结构得到了优化,改善了非线性特性。复合掺杂0.08mol%Y_2O_3和0.7mol%ln_2O_3的压敏陶瓷材料适合制作高电位梯度避雷器。其压敏电压梯度可达1080 V/mm,非线性系数为55,漏电流为0.60μΑ。

Al2O3掺杂对Zn-Bi系压敏陶瓷性能的影响

采用Al2O3掺杂,通过固相法制备Zn-Bi系压敏陶瓷,研究了不同比例Al2O3对ZnO陶瓷的晶粒大小、显微结构以及电性能的影响。研究表明ZBSCCMY配方中掺杂少量Al2O3制备得到ZnO压敏陶瓷样品的晶粒大小愈加均匀,显微结构更加致密;陶瓷物相主要由ZnO相、少量的Bi2O3相和微量的Zn7Sb2O7尖晶石物相构成;少量Al2O3的掺杂改进了晶粒和晶界结构和成分,活化了晶界,降低烧制压敏陶瓷的烧结温度,优化了压敏陶瓷的非线性特性。当掺杂浓度为0.05wt%、烧结温度为1100℃、保温2h得到性能良好的压敏陶瓷,其压敏电位梯度可达810V/mm,非线性系数为68,漏电流为2.4μA。