摘要：近年来，随着科学技术的不断发展，我国在防雷元件的研发领域与实际应用过程中，为提高雷电防护系统的适用性、性价比以及高灵敏性，因此在防雷元件的设计研发领域中，小型化防雷元件的设计理念逐渐被普及推广，且小型化已成为防雷元件的未来主要发展趋势。因此为进一步推进防雷元件小型化研究进程，以及提高小型化防雷元件的推广普及力度以及拓宽新的应用范围，因此笔者对防雷元件小型化的设计开展以下研究。
关键词：防雷元件；小型化；设计；研究
随着科学技术的不断发展，当前社会生产运行过程中主要应用的各类电气设备的运行效率与性能有着显著提升，但与此同时雷电、静电等对于电气设备的损害程度与影响系数也有着相应提升，因此电气设备的运行于配置都对雷电防护系统较为依赖。然而现阶段防雷元件的规格型号都较为庞大，时常出现所配置防雷元件性能过剩的问题。此外，旧有的防雷元件对于信息系统数据线的防护覆盖范围有所不足，且旧有防雷元件在配置与维修保养层面上都需要大量的经济成本，其性价比过低。因此在这一总体时代背景下，防雷元件的小型化设计理念被广泛普及。
一、不同功能型号小型化防雷元件的具体设计理念与特点分析
（一）小型化金属氧化物压敏电阻器的设计分析
在金属氧化物压敏电阻器的小型化设计领域中，较为常见的设计思路为设计小型化的氧化锌压敏电阻器。在传统的氧化锌压敏电阻器设计过程中，是将较高比例的氧化锌颗粒与其他少量的氧化金属物颗粒、或氧化锌颗粒与聚合物加以间隔而构成的陶瓷片，夹在两个金属片中间，从而实现在氧化锌压面电阻器中流通或遇到高压电流时，氧化锌压敏电阻器所形成的二极管产生隧道反应，与大电流进行流通，而在遇到低压电流时提高电阻。
但是小型化氧化锌压敏电阻器的主要设计原理为：将小型化氧化锌压敏电阻器分为两个部分构成，分别为一个压敏电阻避雷器以及一个防爆的塑料外壳装置，而压敏电阻避雷器则为传统设计形式，中间含有一个芯片，压敏电阻避雷器芯片下方分支两个元件支脚，而防爆的塑料外壳装置内部则含有温度感应装置，能实时感应到周边环境的温度变化程度。而在小型化氧化锌压敏电阻器的具体结构为，压敏电阻避雷器芯片其中一个元件支脚与防爆塑料外壳装置内含温度感应装置的一端进行连接，而在防爆塑料外壳装置中也配置了一个弹簧接片，一端的弹簧接片与另一端的温度感应装置连接，而另一端的弹簧接片则与防爆塑料外壳中含有的一个元件支脚进行连接。
最后，小型化氧化锌压敏电阻器相较于传统的氧化锌压敏电阻器而言，具有压敏电阻器体积缩小、电压温度系数降低、对于电压温度的变化感应测量准确性有明显提升、压敏电阻器反应速度提升、可智能调节变化等诸多应用优势。例如在压敏电阻器运行过程中，在压敏电阻器持续运行时间过长、温度持续升高已临界温度最高值的情况下，小型化氧化锌压敏电阻器中所配置的感应装置会将压敏电阻器中的热量与温度进行传导，并实现智能化的热熔断保险丝，从而实现小范围的切断电力系统，避免受到压敏电阻器运行时间过长、温度过高而导致的各类安全问题的出现。
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（二）小型化PCB板浪涌防雷元件的设计分析
首先，传统的浪涌保护器的设计原理与主要构成部分为：第一，传统浪涌保护器的设计原理为，将流入电力线、传输线中过高电压的电流限制在电力线与传输线对电流电压的最高负荷上限范围内，或是通过将流入电力线与传输线中的过高电压电流泄露出去，接入引下线中，从而确保过高电压的电流不会对相关的电气设备造成危害影响；第二，传统的浪涌保护器的主要设计构成部分为，由两根相隔一定间距的金属棒所构成的放电间隙（一根金属棒与电力线路中的零线进行连接，而另一根金属棒则与雷电防护系统中的引下线相连接），而在电力系统中引入过高电压的电流量时，电流会基础金属棒所构成的放电间隙，从而实现将部分过高电压的电流通过其中一根金属棒接入引下线中，降低了过高电压电流对相关电气设备的损害程度。而气体放电管则由冷阴板与陶瓷罐组成，此外还含有压敏电阻器与抑制二极管。
其次，小型化PCB板浪涌防雷元件的设计理念与构成部分为：小型化PCB板浪涌防雷元件由三个压敏电阻芯片共同构成中，且小型化PCB板浪涌防雷元件具有整体性，是一个完整的外罩，罩内则含有两个独立运行的芯片，以及一个连体运行的芯片。其中，三个芯片的安装设计位置为，连体运行的芯片位于PCB板浪涌防雷元件的中心区域中，而独立运行的芯片则位于连体运行芯片的两端区域，也就是小型化PCB板浪涌防雷元件的两端位置。此外，两个独立运行的芯片也需要与居中位置连体运行的芯片相连接，连体运行的芯片会在两侧的支脚低端处各安装一个金属导电的弹簧装置，并将支脚低端的弹簧装置与安装于两端独立运行芯片的温度感应装置进行连接（值得注意的是，弹簧装置与独立运行芯片温度感应装置的连接方式应为低温情况下的焊接方式）。
最后，小型化PCB板浪涌防雷元件相较于传统浪涌保护器的主要应用优势为，小型化PCB板浪涌防雷元件具有装置反应速度快、便捷适用程度高、残压值明显降低等。此外，相较于小型化氧化锌压敏电阻器而言，其他部分小型化防雷元件的功能过于单一，在部分应用情况下需要配置多个小型化防雷元件，这也与防雷元件小型化的设计初衷相违背。针对这一问题，以小型化PCB板浪涌防雷元件为代表的防雷元件具有较高程度的功能兼容性，可以完善笔者所提问题。
（三）零功耗型的小型化浪涌防雷元件设计分析
零功耗型的小型化PCB板浪涌防雷元件的主要设计结构与设计理念：相较于笔者上述提及的兼容性的小型化PCB板浪涌防雷元件而言，领功耗性小型化浪涌防雷原件的主要设计区别在于，一方面，零功耗型的小型化PCB板浪涌防雷元件的主要构成部分转变为连个压敏电阻芯片，以及一个三级气体放电管装置。其中，两个压敏电阻芯片的安装位置不变，仍旧是小型化PCB板浪涌防雷元件的两端区域，而三级气体放电管装置则取代连接运行芯片，安装于浪涌防雷元件的中心区域。而值得注意的是，这一类小型化PCB板浪涌防雷元件两端区域中的压敏电阻芯片需要与电力系统进行连接，其主要连接方式为将芯片两端的支脚插入插座，而三级气体放电管装置也仍旧通过弹簧装置与两端的压敏电阻芯片温度感应装置进行连接，其连接方式也与笔者上述提及的连接方式一致。而这一小型化防雷元件的主要应用优势为零功耗，反应速度大幅提升等应用优势。
二、总结
随着科学技术的不断发展，旧有防雷元件的规格型号、应用范围据各项应用特征已经逐渐不适宜当下社会的发展进程，防雷元件的小型化已经成为主流发展与研发趋势。因此，笔者为深入研究防雷元件的小型化设计思路，选以小型化氧化锌压敏电阻器、小型化PCB浪涌防雷元件的设计思路、具体设计方案与内部构成部分为本文切入点，并从单一性、兼容性以及零功耗三个设计方向加以着手，开展上述探讨。此外，唯有明确防雷元件小型化设计思路、规范化统一化设计工作，以提高小型化防雷元件的应用范围、便捷性、性价比，并缩减防雷元件的体积，才是当前我国防雷元件小型化发展过程中需要注重的设计要点。
参考文献：
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论文作者:郭延霞
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：防雷论文; 元件论文; 压敏电阻论文; 浪涌论文; 氧化锌论文; 芯片论文; 装置论文; 《电力设备》2019年第6期论文;