高能正溫敏特性(ptc)電阻應(yīng)用探討

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1、高能正溫敏特性（PTC）電阻應(yīng)用探討陳國(guó)慶朱必良胡先洪（葛洲壩電廠，湖北宜昌443002）摘要：本文根據(jù)高能正溫敏特性（PTC）電阻元件的原理和電氣特性，結(jié)合電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀，分析提出了PTC電阻元件應(yīng)用于電力系統(tǒng)的幾種典型方案，對(duì)于元器件開發(fā)者和電力生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)改造都具有一定的前瞻性和參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：正溫敏特性電阻應(yīng)用一．問題的提出隨著電力系統(tǒng)的擴(kuò)大，快速切除故障線路，是確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件；同步發(fā)機(jī)機(jī)單機(jī)容量的擴(kuò)大，轉(zhuǎn)子回路的滅磁是擺在我們面前的一道難題；在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上，快速切除故障的饋線，是確保未故障線路上產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。針對(duì)上述三

2、個(gè)領(lǐng)域，常用的方法是提高保護(hù)裝置和開關(guān)的動(dòng)作速度，增大空氣開關(guān)的容量；但這種提高和增大都是有一定限度的。如何更好地解決這些問題，一直是廣大技術(shù)人員摸索和研究的課題。高耐壓正溫敏特性（PTC）電阻元件的出現(xiàn)，為從根本上解決這一難題開辟了一個(gè)新的技術(shù)方向。充分利用大容量、高耐壓正溫敏特性（PTC）電阻元件所具有的導(dǎo)通和阻斷兩種特性，使其配合和部分代替空氣開關(guān)，服務(wù)于電力生產(chǎn)，可大大提高電力系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性。目前，PTC電阻在國(guó)內(nèi)外都還處于研究試驗(yàn)階段，本文所涉及的內(nèi)容僅限于應(yīng)用和試驗(yàn)分析。二．PTC元件的特性曲線和應(yīng)用原理隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，PT

3、C電阻的容量和耐壓水平都有了大幅度的提高，其應(yīng)用領(lǐng)域已不僅局限小型電器設(shè)備，高容量、高耐壓（單片容量10KJ、耐壓100—200V/毫米）PTC電阻在現(xiàn)代電力系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景，其阻值變化范圍0.001~1000000歐姆，居里溫度根據(jù)需要可設(shè)計(jì)在攝氏80~120度，且其阻值R是溫度T的函數(shù)，即：R=f（T），其特性曲線如圖（1）所示。圖（1）PTC元件的溫敏特性曲線從以上特性曲線分析，同時(shí)結(jié)合我們的試驗(yàn)，可以得出其有下列特點(diǎn)：1．PTC的電阻值R是溫度T的單調(diào)增加函數(shù)（具有正溫度系數(shù)）。2．PTC單個(gè)器件本身具有自動(dòng)均流的負(fù)反饋效應(yīng)，為了適應(yīng)于各

4、種電流大小的需要，可采用并聯(lián)方式增加元件的總?cè)萘俊?．當(dāng)溫度恢復(fù)正常后，PTC元件的阻值30秒內(nèi)自行恢復(fù)到低阻狀態(tài)。根據(jù)上述特點(diǎn)，PTC電阻可以采用串聯(lián)和并聯(lián)兩種典型的接線方式應(yīng)用在電力系統(tǒng)中。當(dāng)采用串聯(lián)方式時(shí)，PTC電阻是一個(gè)無(wú)觸電的電子開關(guān)；當(dāng)采用并聯(lián)方式時(shí)，PTC電阻可以分流斷路器的斷口電流，使斷路器實(shí)現(xiàn)無(wú)弧或少弧分?jǐn)啵瑥亩岣邤嗦菲鞯恼跀嗳萘?。?yīng)用接線如圖（2）所示。圖（2）PTC元件的典型應(yīng)用接線一．PTC元件的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域分析1．PTC元件在6KV、35KV電壓等級(jí)中的應(yīng)用該電壓等級(jí)是不接地或小接地系統(tǒng)，大多應(yīng)用于饋電線路，且正常時(shí)線路的負(fù)

5、荷電流都小于200A，線路中的斷路器的遮斷容量不存在問題，要解決的主要矛盾是切除故障的時(shí)間問題。將PTC電阻串聯(lián)在線路中，只有當(dāng)線路發(fā)生相間短路時(shí)，短路電流使PTC元件發(fā)熱，致使其電阻值在0.1~10毫秒內(nèi)迅速增大，使得該線路成高阻狀態(tài)，把短路電流切除。與繼電保護(hù)裝置動(dòng)作予開關(guān)相比大大縮短切除故障的時(shí)間，這樣維持了母線電壓的水平，確保了未故障線路的正常運(yùn)行。對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)流水線尤為重要。2．PTC元件在同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁中的應(yīng)用目前，國(guó)內(nèi)外大型同步發(fā)電機(jī)的滅磁都是采用滅磁開關(guān)配合高能非線性電阻的移能方式進(jìn)行滅磁，成敗的關(guān)鍵在于滅磁開關(guān)能否建立起足夠高

6、的斷口弧壓，滿足能量轉(zhuǎn)移的條件，要解決的主要問題是提高FMK的遮斷容量。我們經(jīng)過大量的調(diào)查，尚未找到理想的開關(guān)型號(hào)，現(xiàn)國(guó)內(nèi)運(yùn)行的無(wú)論是進(jìn)口，還是國(guó)產(chǎn)的滅磁開關(guān)都有燒毀的案例。如果合理的利用PTC電阻元件，將可能使這個(gè)問題迎忍而解，使FMK開關(guān)不再是影響滅磁成敗的關(guān)鍵因數(shù)。其應(yīng)用接線如圖（3）。圖（3）PTC元件在發(fā)電機(jī)滅磁時(shí)應(yīng)用中的原理接線圖圖（3）中PTC元件的作用就是使FMK開關(guān)實(shí)現(xiàn)無(wú)弧分?jǐn)啵g接提高FMK開關(guān)的遮斷容量，確保FMK開關(guān)斷口建立起足夠高的弧壓。在此，對(duì)滅磁時(shí)能量轉(zhuǎn)移的過程不作分析，著重結(jié)合我廠實(shí)際分析兩種接線方式的優(yōu)缺點(diǎn)：采用圖A接

7、線，當(dāng)機(jī)組發(fā)生空載誤強(qiáng)勵(lì)時(shí)，要實(shí)現(xiàn)成功的能量轉(zhuǎn)移，F(xiàn)MK斷口電壓必須達(dá)到3120V，有PTC電阻的作用，電壓的建立是沒有問題的，由于電壓是在0.1~10毫秒的時(shí)間內(nèi)建立，上升速率太快，F(xiàn)MK斷口內(nèi)介質(zhì)處于游離態(tài)，還不能承受這么高的電壓，可能導(dǎo)致電弧的重燃，而使滅磁失敗。當(dāng)采用B圖接線時(shí)，ZnO非線性電阻類似于滅磁開關(guān)的吸能電阻，在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，因其兩端沒有電壓，所以它不受荷電率的限制。一方面ZnO非線性電阻的壓敏電壓可以盡可能的低，為能量的轉(zhuǎn)移提供有利的條件；另一方面可以提高ZnO非線性電阻的使用壽命。所以其優(yōu)于圖A方式，其試驗(yàn)錄波圖如圖（4）所示。

8、圖（4）PTC元件在電感回路中參與滅磁時(shí)的試驗(yàn)錄波圖（IPTCPTC元件電流，IZnORf電流