高能正温敏特性(ptc)电阻应用探讨

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1、高能正温敏特性（PTC）电阻应用探讨陈国庆朱必良胡先洪（葛洲坝电厂，湖北宜昌443002）摘要：本文根据高能正温敏特性（PTC）电阻元件的原理和电气特性，结合电力系统的现状，分析提出了PTC电阻元件应用于电力系统的几种典型方案，对于元器件开发者和电力生产企业的技术改造都具有一定的前瞻性和参考价值。关键词：正温敏特性电阻应用一．问题的提出随着电力系统的扩大，快速切除故障线路，是确保系统稳定运行的必要条件；同步发机机单机容量的扩大，转子回路的灭磁是摆在我们面前的一道难题；在工业自动化生产线上，快速切除故障的馈线，是确保未故障线路上产品质量的关键。针对上述三

2、个领域，常用的方法是提高保护装置和开关的动作速度，增大空气开关的容量；但这种提高和增大都是有一定限度的。如何更好地解决这些问题，一直是广大技术人员摸索和研究的课题。高耐压正温敏特性（PTC）电阻元件的出现，为从根本上解决这一难题开辟了一个新的技术方向。充分利用大容量、高耐压正温敏特性（PTC）电阻元件所具有的导通和阻断两种特性，使其配合和部分代替空气开关，服务于电力生产，可大大提高电力系统供电的稳定性和可靠性。目前，PTC电阻在国内外都还处于研究试验阶段，本文所涉及的内容仅限于应用和试验分析。二．PTC元件的特性曲线和应用原理随着半导体技术的发展，PT

3、C电阻的容量和耐压水平都有了大幅度的提高，其应用领域已不仅局限小型电器设备，高容量、高耐压（单片容量10KJ、耐压100—200V/毫米）PTC电阻在现代电力系统有着广泛的应用前景，其阻值变化范围0.001~1000000欧姆，居里温度根据需要可设计在摄氏80~120度，且其阻值R是温度T的函数，即：R=f（T），其特性曲线如图（1）所示。图（1）PTC元件的温敏特性曲线从以上特性曲线分析，同时结合我们的试验，可以得出其有下列特点：1．PTC的电阻值R是温度T的单调增加函数（具有正温度系数）。2．PTC单个器件本身具有自动均流的负反馈效应，为了适应于各

4、种电流大小的需要，可采用并联方式增加元件的总容量。3．当温度恢复正常后，PTC元件的阻值30秒内自行恢复到低阻状态。根据上述特点，PTC电阻可以采用串联和并联两种典型的接线方式应用在电力系统中。当采用串联方式时，PTC电阻是一个无触电的电子开关；当采用并联方式时，PTC电阻可以分流断路器的断口电流，使断路器实现无弧或少弧分断，从而提高断路器的遮断容量。应用接线如图（2）所示。图（2）PTC元件的典型应用接线一．PTC元件的技术应用领域分析1．PTC元件在6KV、35KV电压等级中的应用该电压等级是不接地或小接地系统，大多应用于馈电线路，且正常时线路的负

5、荷电流都小于200A，线路中的断路器的遮断容量不存在问题，要解决的主要矛盾是切除故障的时间问题。将PTC电阻串联在线路中，只有当线路发生相间短路时，短路电流使PTC元件发热，致使其电阻值在0.1~10毫秒内迅速增大，使得该线路成高阻状态，把短路电流切除。与继电保护装置动作予开关相比大大缩短切除故障的时间，这样维持了母线电压的水平，确保了未故障线路的正常运行。对于工业生产自动流水线尤为重要。2．PTC元件在同步发电机转子灭磁中的应用目前，国内外大型同步发电机的灭磁都是采用灭磁开关配合高能非线性电阻的移能方式进行灭磁，成败的关键在于灭磁开关能否建立起足够高

6、的断口弧压，满足能量转移的条件，要解决的主要问题是提高FMK的遮断容量。我们经过大量的调查，尚未找到理想的开关型号，现国内运行的无论是进口，还是国产的灭磁开关都有烧毁的案例。如果合理的利用PTC电阻元件，将可能使这个问题迎忍而解，使FMK开关不再是影响灭磁成败的关键因数。其应用接线如图（3）。图（3）PTC元件在发电机灭磁时应用中的原理接线图图（3）中PTC元件的作用就是使FMK开关实现无弧分断，间接提高FMK开关的遮断容量，确保FMK开关断口建立起足够高的弧压。在此，对灭磁时能量转移的过程不作分析，着重结合我厂实际分析两种接线方式的优缺点：采用图A接

7、线，当机组发生空载误强励时，要实现成功的能量转移，FMK断口电压必须达到3120V，有PTC电阻的作用，电压的建立是没有问题的，由于电压是在0.1~10毫秒的时间内建立，上升速率太快，FMK断口内介质处于游离态，还不能承受这么高的电压，可能导致电弧的重燃，而使灭磁失败。当采用B图接线时，ZnO非线性电阻类似于灭磁开关的吸能电阻，在机组正常运行时，因其两端没有电压，所以它不受荷电率的限制。一方面ZnO非线性电阻的压敏电压可以尽可能的低，为能量的转移提供有利的条件；另一方面可以提高ZnO非线性电阻的使用寿命。所以其优于图A方式，其试验录波图如图（4）所示。

8、图（4）PTC元件在电感回路中参与灭磁时的试验录波图（IPTCPTC元件电流，IZnORf电流