菲尼克斯电气集团

1、三、德国菲尼克斯电气集团公司对应用于铁路各系统的电源及信号（通道）防雷保安器的几点问题的探讨和建议1、 国内铁路信号系统所用防雷保安器现状我国目前铁路站点信号系统主要采用以分离式元件（即由压敏电阻和气体放电管）集成防雷保护单元进行保护，但是由于技术和质量的种种原因，其不能对信号线路和设备进行有效地保护。根据铁路“跨越式发展”的要求，从2002年开始在路内引入国外先进技术生产的模块化防雷产品，特别是在ZPW2000A系统上道时，大量使用了以压敏电阻为核心元器件的模块化防雷产品。经过3年多的实践应用，起到了很好的防护效果，得到了路内实用单位的一致好评。目前路内越来越多的系统和设备开始使用此种模块化

2、的防雷产品进行防雷保护。今年年初，铁道部颁布了铁运200626号文-关于印发铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见的通知，提出了对路内站点的综合防雷要求，为规范路内防雷器的使用和更好地提高防护效果起到了积极的指导作用。26文针对防雷保安器提出具体要求，其中：“防雷保安器并联使用时，在任何情况下不得成为短路状态；串联应用时，在任何情况下不得成为开路状态。”，出于对信号系统运行的安全的考虑，从理论上讲此项要求确实合理。为实现此项要求，有两种方法可以实现，一、在模块化防雷保安器中必须实现压敏电阻与气体放电管的串联结构；二、使用失效保护技术的采用单一压敏电阻为元器件的结构。根据我国铁路信号系统

3、的现状及菲尼克斯多年研发和制造防雷产品的专业经验，我们对针对两种结构防雷保安器的合理性进行一个全面的分析。2、采用不同核心元器件和结构的防雷保安器性能的比较1） 压敏电阻特性分析压敏电阻是一种非线性可变的电压敏器件。它们具有非线性的、相对平滑的响应特性，其响应时间通常小于25ns。压敏电阻对脉冲电流的最大放电能力可达到几个10kA(8/20µs)。 当前全球范围内最好的压敏电阻制造商为EPCOS，其生产的压敏电阻在全球占近1/3份额，处于相对市场领先和技术领先地位。其制造的用于防雷击浪涌保护的压敏电阻有很多规格和电压等级，外形也有方形和圆形多种。其中方片主要为大能量防雷应用，标称放电

4、能力能达到20kA(8/20µs)；圆片主要为电路板防浪涌等电磁兼容保护用，标称放电能力能达到200-300A(8/20µs)。优点：· 快速响应特性（一般响应时间：125ns ）· 残余电压值低尤其当冲击电流低于kA范围时· 适用于直流（DC）和交流电（AC）· 响应曲线平滑缺点：· 在高电流范围内，剩余电压值随电涌电流而增加（见图示）。· 具有相对较高的容量一般不适用于频率超过1020kHz 的情况（见EPCOS数据表）。· 由于长期使用会产生老化和一定程度的升温可能产生电流泄漏。· 为保证

5、系统安全，需要为压敏电阻加装失效保护装置。老化：术语“老化”是用作描述压敏电阻内部PN接点的损坏状况（或熔断）的。PN接点常常由于压敏电阻超负荷而被破坏，当PN接点被损坏后，将成为电导体，从而导致压敏电阻中的电流产生泄漏，不断增加的电流泄漏会导致电力供应电路中压敏电阻内部热量的不断聚集。这就是为什么安装有压敏电阻的防雷保安器需要配备热敏断路器进行保护的原因，当压敏电阻的温度超过设定温度值时，热敏断路器就会断开压敏电阻与供应电压的连接。2） 气体放电管特性分析气体放电管是一种具有开、关状态截然不同的保护器件。在大多数应用中，可以抵抗高达10kA(8/20µs)或2.5kA (10/35

6、0µs)的瞬态电流，因为它们的“硬”响应特性，这种设备有时候称为“短路”型器件。优点：· 尺寸小巧· 漏电流小· 高电流限制容量缺点：· 点火特性曲线与时间有关。· 快速响应时间为100ns左右· 保护级别无法精确定义。· 如果过压保护器中的工作电压高于电弧下降电压，将会出现持续电流。持续电流可能会导致元件过热而受损。老化：老化和超负荷会使气体放电管的点火动作发生改变（例如：其点火特性曲线），将发生以下状况：· 点火电压持续增高当充气式浪涌电压放电器连续多次发生点火现象。· 点火电压在达到额定点

7、火电压值时出现波动当充气式浪涌电压放电器连续多次发生点火现象。·3）压敏电阻串联气体放电管结构的特性压敏电阻串联气体放电管构成的SPD称之为混合型防雷保护器。其具有如下特点：· 整体呈现气体放电管的开关型特性· 泄露电流几乎为零· 放电能力和次数由最小的那个元件决定· 保护电平比单个元器件提高· 响应时间为气体放电管的时间（100ns）· 整体启动电压增加(如下图)· 启动后呈现压敏电阻特性· 响应电压受浪涌电压的时间特性影响（浪涌电压的陡度）如图：串接气体放电管压敏电阻保护器和其响应特性曲线难点：

8、83; 气体放电管与压敏电阻串接引线长度尺寸一致· 气体放电管与压敏电阻焊接可靠性· 焊接气体放电管时温度对压敏电阻的影响· 气体放电管和压敏电阻在雷击时产生发热的相互影响缺点：· 保护电平（残压高，据上海防雷测试中心专家透露达到15-20%）· 增加了故障点（两个元件的连接点、元件个体数量）· 延长了对浪涌的响应时间（从25ns增加到100ns）· 抬高了模块的启动电压（据上海防雷测试中心专家透露达到15-20%）· 浪涌电压的陡度将影响启动电压，越快（陡）的浪涌防雷器响应越“迟钝”（动作电压高）由以上分析可以看

9、出，压敏电阻是较为理想的防护器件，只要能克服其因老化或大能量冲击而造成的压敏电阻损坏导致短路的问题，即可安全地使用在系统中。而气体放电管由于其本身“硬”特性等问题，一般不将其单独使用在保护电路中，而需与压敏电阻等配合使用才能更好地发挥其作用。而压敏电阻与气体放电管串联结构虽然从单纯安全的角度来看相对可靠，但由于在启动电压、保护水平和应用寿命等方面具有较大的劣势。3、 菲尼克斯纯压敏型防雷保安器优点分析由上分析可知，纯压敏结构防雷保安器能否安全可靠地应用于铁路信号系统中，与其配备的热敏断路器能否可靠地工作有直接地关系。来自德国的菲尼克斯防雷产品，采用先进的生产工艺，很好地解决了热敏分断可靠性的难

10、题，现介绍如下：1）特殊的结构设计保障了正确脱扣的功能上图为在欧洲较为成熟的故障分离、指示结构。该技术使人们使用SPD减少了很多麻烦，近30年运行经验证明其效果相当不错。菲尼克斯的专利结构则更加是这种技术中的技术先进，在ERICSSON全球的应用中，有使用超过10年之久的菲尼克斯防雷单元至今仍在安全工作，说明了该技术的可靠。2）SPD内压敏电阻不加注环氧树脂，有利于散热和延长压敏使用老化寿命。· 在压敏型SPD的生产过程中，为了节省成本，很多的SPD生产商仅MOV元件，大多不含环氧封装和电极，采购商需要自加工加焊引脚，再加注环氧树脂。因工艺要求严格，大多数厂家无法做到象EPCOS一样

11、的封装。· 为了严格保证压敏的物理参数一致性，使之不受加焊引脚的影响，PHOENIX采取直接向EPCOS采购封装好的MOV阀片，即L系列的MOV阀片。尽管增加了成本，但却保证了MOV参数的一致性和高要求。· 环氧树脂为不良热导体，具有隔热的特点，过多的加注环氧树脂会使MOV单元不易散热和加速老化。 3）最高阻燃等级外壳，防止了过载失效时大能量热能引起的火灾扩散。至今，菲尼克斯的压敏型VAL-MS系列防雷产品已经在我国铁路信号系统使用了1万片以上，没有发现过任何安全问题。综上所述，在现在技术条件下，菲尼克斯电气认为针对铁路信号系统的防雷保护，采用先进生产工艺制造成的压敏型防雷保安器是安全可靠并且有效的。4、 关于铁道部CRCC认证与国际认证接轨的建议我国铁路正在进行“跨越式”发展，越来越多的直接引进并消化吸收国外的先进设备和技术，同时对欲为中国铁路提供设备和服务的企业提出更高的要求-必须通过CRCC认证。