氣體放電管

氣體放電管的寫法

氣體放電管介紹

氣體放電管包括二極管和三極管，電壓范圍從75V—3500V，超過一百種規(guī)格，嚴(yán)格按照CITEL標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)、監(jiān)控和管理。放電管常用于多級保護(hù)電路中的級或前兩級，起泄放雷電暫態(tài)過電流和限制過電壓作用。

結(jié)構(gòu)簡介

放電管的工作原理是氣體放電。

當(dāng)外加電壓增大到超過氣體的絕緣強(qiáng)度時，兩極間的間隙將放電擊穿，由原來的絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電狀態(tài)，導(dǎo)通后放電管兩極之間的電壓維持在放電弧道所決定的殘壓水平。

五極放電管的主要部件和兩極、三極放電管基本相同，有較好的放電對稱性，可適用于多線路的保護(hù)。（常用于通信線路的保護(hù)）

響應(yīng)時間

從暫態(tài)過電壓開始作用于放電管兩端的時刻到管子實際放電時刻之間有一個延遲時間，該時間就稱為響應(yīng)時間。

響應(yīng)時間的組成：一是管子中隨機(jī)產(chǎn)生初始電子-離子對帶電粒子所需要的時間，即統(tǒng)計時延；二是初始帶電粒子形成電子崩所需要的時間，即形成時延。

為了測得放電管的響應(yīng)時間，需要用固定波頭上升陡度du/dt的電壓源加到放電管兩端測取響應(yīng)時間，取多次測量的平均值作為該管子的響應(yīng)時間。

限壓電路

二極和三極放電管保護(hù)性能的比較

如果A-G極間先放電，在管子內(nèi)部由氣體游離所產(chǎn)生的自由電子會迅速在B-G極間引起碰撞游離，使B-G很快放電，當(dāng)B-G間截止放電后，由于大量帶電粒子（電子和離子）的復(fù)合作用，使管內(nèi)的電子數(shù)量大為減小，從而迅速抑制另一對電極A-G間的碰撞游離，使該對極間的放電過程很快截止下來。

在差模暫態(tài)過電壓的保護(hù)場合，無論是兩極放電管還是三極放電管，都存在著一定的問題，因為電子設(shè)備要承受兩對電極之間的殘壓之和，對于一些脆弱的電子設(shè)備來說，這樣的殘壓之和有時候難以承受。需要采取另外的措施，如在A、B間再接一只放電管，專門用于抑制差模過電壓。

接地連接線的長短對限壓效果有一定的影響。如果接地連接線比較長，則連線本身的電阻和電感也比較大，暫態(tài)大電流流過連線時，將產(chǎn)生比較大的電阻電壓降和電感電壓降。

工作原理

放電管的工作原理是氣體放電。氣體放電管包括二極管和三極管，電壓范圍從75V—3500V，超過一百種規(guī)格，嚴(yán)格按照CITEL標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)、監(jiān)控和管理。放電管常用于多級保護(hù)電路中的級或前兩級，起泄放雷電暫態(tài)過電流和限制過電壓作用。

當(dāng)外加電壓增大到超過氣體的絕緣強(qiáng)度時，兩極間的間隙將放電擊穿，由原來的絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電狀態(tài)，導(dǎo)通后放電管兩極之間的電壓維持在放電弧道所決定的殘壓水平。

氣體放電管（如下圖即為氣體放電管BA534圖示）的優(yōu)缺點：優(yōu)點：絕緣電阻很大，寄生電容很小。缺點：在于放電時延(即響應(yīng)時間)較大，動作靈敏度不夠理想，對于波頭上升陡度較大的雷電波難以有效地抑制。（從暫態(tài)過電壓開始作用于放電管兩端的時刻到管子實際放電時刻之間有一個延遲時間，該時間就稱為響應(yīng)時間。響應(yīng)時間的組成：一是管子中隨機(jī)產(chǎn)生初始電子-離子對帶電粒子所需要的時間，即統(tǒng)計時延；二是初始帶電粒子形成電子崩所需要的時間，即形成時延。）為了測得放電管的響應(yīng)時間，需要用固定波頭上升陡度du/dt的電壓源加到放電管兩端測取響應(yīng)時間，取多次測量的平均值作為該管子的響應(yīng)時間。

放電管保護(hù)應(yīng)用中存在的問題

（一）時延脈沖及續(xù)流：從暫態(tài)過電壓達(dá)到放電管的ufdc（直流放電電壓）到其實際動作放電之間，存在一段時延，的大小取決于過電壓波的波頭上升陡度du/dt。一般不單獨(dú)使用放電管來保護(hù)電子設(shè)備，而在放電管后面再增加一些保護(hù)元件，以抑制這種時延脈沖。續(xù)流：放電管泄放過電流結(jié)束以后，被保護(hù)系統(tǒng)的工作電壓能維持放電管電弧通道的存在，這種情況稱為續(xù)流。續(xù)流的存在對放電管本身和被保護(hù)系統(tǒng)具有很大的危害性。熔斷器的額定電流高于被保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行電流，其熔斷電流小于放電管在電弧區(qū)的續(xù)流。這種方法會造成供電和信號傳輸?shù)亩虝r中斷，對于要求不高的電子設(shè)備可以接受。

（二）狀態(tài)翻轉(zhuǎn)及短路反射：放電管在開始放電時，由開路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，翻轉(zhuǎn)過程中，暫態(tài)電流的變化率di/dt很大，這種迅速變化的暫態(tài)電流在空間產(chǎn)生暫態(tài)電磁場向四周輻射能量，在附近的電源線和信號線上產(chǎn)生干擾，或在周圍的電氣回路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。通常采取的抑制方法有屏蔽、減小耦合和濾波等。放電管導(dǎo)通后，入射波被反射回去，使得后面的電子設(shè)備得到保護(hù)，但反射波電流產(chǎn)生的空間電磁場也會向周圍輻射能量，需要加以抑制。

與壓敏電阻比較

氣體放電管和壓敏電阻是防雷器主要組成元器件。氣體放電管用于開關(guān)型防雷器，壓敏電阻用于限壓型防雷器。

一、氣體放電管的工作原理及特性

氣體放電管一般采用陶瓷作為封裝外殼，放電管內(nèi)充滿電氣性能穩(wěn)定的惰性氣體，放電管的電極一般有兩個電極、三個電極和五個電極三種結(jié)構(gòu)。當(dāng)在放電管的極間施加一定的電壓時，便在極間產(chǎn)生不均勻的電場，在電場的作用下，氣體開始游離，當(dāng)外加電壓達(dá)到極間場強(qiáng)并超過惰性氣體的絕緣強(qiáng)度時，兩極間就會產(chǎn)生電弧，電離氣體，產(chǎn)生“負(fù)阻特性”，從而馬上由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)電狀態(tài)。即電場強(qiáng)度超過氣體的擊穿強(qiáng)度時，就引起間隙放電，從而限制了極間電壓。也就是說在無浪涌時，處于開路狀態(tài)，浪涌到來時，放電管內(nèi)的電極板關(guān)合導(dǎo)通。浪涌消失時，極板恢復(fù)到原來的狀態(tài)。

氣體放電管是一種開關(guān)型的防雷保護(hù)器件，一般用于防雷工程的級或第二級的保護(hù)上；由于它的極間絕緣電阻大，因而寄生電容很小，所以用于對高頻電子線路的保護(hù)有著明顯的優(yōu)勢。然而氣體放電管由于其本身在放電時的時延性較大和動作靈敏性不夠理想，因此它對于上升陡度較大的雷電波頭也難以進(jìn)行有效的抑制，所以氣體放電管一般在防雷工程的應(yīng)用上大多與限壓型防雷器進(jìn)行綜合應(yīng)用。

綜上所述：

氣體放電管的優(yōu)點是電流通容量大；寄生電容小；殘壓較低，一般900V左右；

氣體放電管的缺點是：

1、放電時延性較大，動作靈敏度不夠，響應(yīng)時間較慢，為80ns左右。

2、有續(xù)流，不利于對交流或20V以上的線路進(jìn)行保護(hù)，因而與火花間隙一樣，存在續(xù)流的遮斷問題。

3、無法進(jìn)行劣化指示和實現(xiàn)故障遙信功能，安全系數(shù)不高。

二、壓敏電阻的工作原理及特性

壓敏電阻是一種以氧化鋅為主要成份的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性的限壓型電阻。

壓敏電阻的伏安特性是連續(xù)和遞增的，因此它不存在續(xù)流的遮斷問題。

它的工作原理為壓敏電阻的氧化鋅和添加劑在一定的條件下“燒結(jié)”，電阻就會受電壓的強(qiáng)烈影響，其電流隨著電壓的升高而急劇上升，上升的曲線是一個非線性指數(shù)。當(dāng)在正常工作電壓時，壓敏電阻處于一種高阻值狀態(tài)。當(dāng)浪涌到來時，它處于通路狀態(tài)，強(qiáng)大的電流流過自身泄入大地。浪涌過后，它又馬上恢復(fù)到高阻值狀態(tài)。

壓敏電阻的幾個重要參數(shù)：

A：壓敏電壓：壓敏電壓一般認(rèn)為是在溫度為20度時在壓敏電阻上有1mA電流流過的時候，相應(yīng)加在該電阻兩端的電壓。

壓敏電壓在交流電網(wǎng)中，一般比電網(wǎng)的峰值電壓要高，為峰值電壓的0.7倍，而峰值電壓一般認(rèn)為是交流電網(wǎng)電壓的√2倍（直流時峰值電壓是額定電壓的1.2倍）。用公式表示為：

VN=VNH×√2÷0.7

式中的VN為壓敏電壓；VNH為電網(wǎng)額定電壓。

B：漏電流：漏電流是指在正常情況下通過壓敏電阻微安數(shù)量級的電流。漏電流越小越好。

對于漏電流特別應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是必須穩(wěn)定，不允許在工作中自動升高，一旦發(fā)現(xiàn)漏電流自動升高，就應(yīng)立即淘汰，因為漏電流的不穩(wěn)定是加速防雷器老化和防雷器爆炸的直接原因。因此在選擇漏電流這一參數(shù)時，不能一味地追求越小越好，只要是在電網(wǎng)允許值范圍內(nèi)，選擇漏電流值相對稍大一些的防雷器，反而較穩(wěn)定。

C：響應(yīng)時間：響應(yīng)時間是指加在防雷器兩端的電壓等于壓敏電壓所需的時間，達(dá)到這一時間后防雷器完全導(dǎo)通。壓敏電阻的響應(yīng)時間為25ns左右。

D：寄生電容：壓敏電阻一般都有較大的寄生電容，它的寄生電容一般在幾百微微法到幾千微微法之間，因而它不利于對高頻電子系統(tǒng)的保護(hù)。因為這種寄生電容對高頻信號的傳輸會產(chǎn)生畸變作用，從而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因而對頻率較高的系統(tǒng)的保護(hù)，應(yīng)選擇寄生電容低的壓敏電阻型防雷器。

它的優(yōu)點：

1、殘壓低。

2、響應(yīng)時間快，為25ns左右。

3、無續(xù)流。

4、可以實現(xiàn)劣化批示和故障遙信告示功能，因此，它的保護(hù)效果安全、可靠。它是目前供電系統(tǒng)中常用產(chǎn)品，特別是電力、電信供電領(lǐng)域，更是一枝獨(dú)秀。

它的缺點：有泄漏電流；寄生電容較大，不利于對高頻電子線路的保護(hù)。

注意事項

接地連線應(yīng)當(dāng)具有盡量短的長度；

接地連線應(yīng)具有足夠的截面，以泄放暫態(tài)大電流。

放電管的失效模式。

放電管受到機(jī)械碰撞，超耐受的暫態(tài)過電壓多次沖擊以及內(nèi)部出現(xiàn)老化后，將發(fā)生故障。

故障的模式（即失效模式）有兩種：

種是呈現(xiàn)低放電電壓和低絕緣電阻狀態(tài)；第二種是呈現(xiàn)高放電電壓狀態(tài)。

開路故障模式比短路故障模式具有更大的危害性：

開路故障模式令人難以及時察覺，從而不能采取補(bǔ)救措施。

現(xiàn)在的電源SPD產(chǎn)品中，帶有失效報警裝置，如聲，光報警，顏色變化提示等，這些措施的采取對于及時發(fā)現(xiàn)和更換已經(jīng)失效的SPD是有利的。