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气体放电管

[编辑日期:2014/12/15 13:07:16]

气体放电管气体放电管包括二极管和三极管,电压范围从75V—3500V,超过一百种规格,严格按照CITEL标准进行生产、监控和管理。 放电管常用于多级保护电路中的第一级或前两级,起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。

  放电管的工作原理是气体放电。

  当外加电压增大到超过气体的绝缘强度时,两极间的间隙将放电击穿,由原来的绝缘状态转化为导电状态,导通后放电管两极之间的电压维持在放电弧道所决定的残压水平 。

  五极放电管的主要部件和两极、三极放电管基本相同,有较好的放电对称性,可适用于多线路的保护。(常用于通信线路的保护)

  从暂态过电压开始作用于放电管两端的时刻到管子实际放电时刻之间有一个延迟时间,该时间就称为响应时间。

  响应时间的组成:一是管子中随机产生初始电子-离子对带电粒子所需要的时间,即统计时延;二是初始带电粒子形成电子崩所需要的时间,即形成时延。

  为了测得放电管的响应时间,需要用固定波头上升陡度du/dt的电压源加到放电管两端测取响应时间,取多次测量的平均值作为该管子的响应时间。

  二极和三极放电管保护性能的比较

  如果A-G极间先放电,在管子内部由气体游离所产生的自由电子会迅速在B-G极间引起碰撞游离,使B-G很快放电

  当B-G间截止放电后,由于大量带电粒子(电子和离子)的复合作用,使管内的电子数量大为减小,从而迅速抑制另一对电极A-G间的碰撞游离,使该对极间的放电过程很快截止下来。

  在差模暂态过电压的保护场合,无论是两极放电管还是三极放电管,都存在着一定的问题,因为电子设备要承受两对电极之间的残压之和,对于一些脆弱的电子设备来说,这样的残压之和有时候难以承受。需要采取另外的措施,如在A、B间再接一只放电管,专门用于抑制差模过电压。

  接地连接线的长短对限压效果有一定的影响。如果接地连接线比较长,则连线本身的电阻和电感也比较大,暂态大电流流过连线时,将产生比较大的电阻电压降和电感电压降。

  结论:

  接地连线应当具有尽量短的长度;

  接地连线应具有足够的截面,以泄放暂态大电流。

  放电管的失效模式

  放电管受到机械碰撞,超耐受的暂态过电压多次冲击以及内部出现老化后,将发生故障。

  故障的模式(即失效模式)有两种:

  种是呈现低放电电压和低绝缘电阻状态;第二种是呈现高放电电压状态。

  开路故障模式比短路故障模式具有更大的危害性:

  开路故障模式令人难以及时察觉,从而不能采取补救措施。

  现在的电源SPD产品中,带有失效报警装置,如声,光报警,颜色变化提示等,这些措施的采取对于及时发现和更换已经失效的SPD是有利的。

  一、时延脉冲及续流

  从暂态过电压达到放电管的ufdc(直流放电电压)到其实际动作放电之间,存在一段时延 , 的大小取决于过电压波的波头上升陡度du/dt。

  一般不单独使用放电管来保护电子设备,而在放电管后面再增加一些保护元件,以抑制这种时延脉冲。

  续流:放电管泄放过电流结束以后,被保护系统的工作电压能维持放电管电弧通道的存在,这种情况称为续流。

  续流的存在对放电管本身和被保护系统具有很大的危害性。

  熔断器的额定电流高于被保护系统的正常运行电流,其熔断电流小于放电管在电弧区的续流。

  这种方法会造成供电和信号传输的短时中断,对于要求不高的电子设备可以接受。

  二、状态翻转及短路反射

  放电管在开始放电时,由开路状态翻转为导通状态,翻转过程中,暂态电流的变化率di/dt很大,这种迅速变化的暂态电流在空间产生暂态电磁场向四周辐射能量,在附近的电源线和信号线上产生干扰,或在周围的电气回路中产生感应电压。通常采取的抑制方法有屏蔽、减小耦合和滤波等。

  放电管导通后,入射波被反射回去,使得后面的电子设备得到保护,但反射波电流产生的空间电磁场也会向周围辐射能量,需要加以抑制。

一、常用技术参数

  1、直流放电电压

  在上升陡度低于100V/s的电压作用下,放电管开始放电的平均电压值称为其直流放电电压。由于放电的分散性,所以,直流放电电压是一个数值范围。

  2、冲击放电电压

  在具有规定上升陡度的暂态电压脉冲作用下,放电管开始放电的电压值称为其冲击放电电压。

  放电管的响应时间或动作时延与电压脉冲的上升陡度有关,对于不同的上升陡度,放电管的冲击放电电压是不同的 。

  3、工频耐受电流

  放电管通过工频电流5次,使管子的直流放电电压及绝缘电阻无明显变化的大电流称为其工频耐受电流。

  4、冲击耐受电流

  将放电管通过规定波形和规定次数的脉冲电流,使其直流放电电压和绝缘电阻不会发生明显变化的大值电流峰值称为管子的冲击耐受电流。

  这一参数是在一定波形和一定通流次数下给出的,制造厂通常给出在8/20us波形下通流10次的冲击耐受电流,也有给出在10/1000us波形下通流300次的冲击耐受电流。

  5、绝缘电阻和极间电容

  放电管的绝缘电阻值很大,厂家一般给出的是绝缘电阻的初始值,约为数千兆欧。绝缘电阻值的降低会导致漏流的增大,有可能产生噪音干扰。

  放电管的寄生电容很小,极间电容一般在1pF~5pF范围,极间电容在很宽的频率范围内保持近似不变,同型号放电管的极间电容值分散性很小。

放电管是一种使用于设备输入端的高压保护元件。?若其两端的电压高过其保?护规格值时,其内部会出现短路现象,并吸收掉输入的过高压。

?气体放电管的结构及特性?

开放型

气体放电管放电通路的电气特性主要取决于环境参数,?因而工作?的稳定性得不到保证?。为了提高气体放电管的工作稳定性,目前的气体放电管大都采用金属化陶?瓷绝缘体与电极进行焊接技术,从而保证了封接的外壳与放电间隙的气密?性,这就为优化选择放电管中的气体种类和压力创造了条件,气体放电管内?一般充电极有氖或氢气体。?气体放电管的各种电气特性,如直流击穿电压、冲击击穿电压、耐冲击?电流、?耐工频电流能力和使用寿命等,?能根据使用系统的要求进行调整优化。?这种调整往往是通过改变放电管内的气体种类、压力、电极涂敷材料成分及?电极间的距离来实现的。?气体放电管有二极放电管及三极放电管两种类型。?有的气体放电管带有?电极引线,有的则没有电极引线。

?开关?

从结构上讲,可将气体放电管看成一个具有很小电容的对称开关,在正?常工作条件下它是关断的,其极间电阻达兆欧级以上。当浪涌电压超过电路?系统的耐压强度时,气体放电管被击穿而发生弧光放电现象,由于弧光电压?低,仅为几十伏,从而可在短时间内限制了浪涌电压的进一步上升。

气体放?

电管就是利用上述原理来限制浪涌电压,对电路起过压保护作用的。?随着过电压的降低,通过气体放电管的电流也相应减少。当电流降到维?持弧光状态所需的小电流值以下时,弧光放电停止,放电管的辉光熄灭。?气体放电管主要用来保护通信系统、交通信号系统、计算机数据系统以?及各种电子设备的外部电缆、电子仪器的安全运行。气体放电管也是电路防?雷击及瞬时过压的保护元件。?气体放电管具有载流能力大、响应时间快、电容小、体积小、成本低、?性能稳定及寿命长等特点;缺点是点燃电压高,在直流电压下不能恢复截止?状态,不能用于保护低压电路,每次经瞬变?电压作用后,性能还会下降。?

  气体放电管一般采用陶瓷作为封装外壳,,放电管内充满电气性能稳定的惰性气体,放电管的电极一般有两个电极、三个电极和五个电极三种结构。当在放电管的极间施加一定的电压时,便在极间产生不均匀的电场,在电场的作用下,气体开始游离,当外加电压达到极间场强并超过惰性气体的绝缘强度时,两极间就会产生电弧,电离气体,产生“负阻特性”,从而马上由绝缘状态转为导电状态。即电场强度超过气体强度时,就引起间隙放电,从而限制了级间电压。也就是说在无浪涌时,处于开路状态,浪涌来时,放电管内的电极板关合导通。浪涌消失时,极板恢复到原来状态。

  气体放电管是一种开关型的防雷保护器件,一般用于防雷工程的级或第二级的保护上;由于它的极间绝缘电阻大,因而寄生电容很小,所以用于对高频电子线路的保护有着明显的优势。然而气体放电管由于其本身在放电时的时延较大和动作灵敏性不够理想,因此他对于上升陡度较大的雷电波头也难以进行有效地抑制,所以气体放电管一般在防雷工程的应用上大多与限压型防雷器进行综合应用。

  综上所述:

  气体放电管的优点是电流通容量大;寄生电容小;残压较低,一般900伏左右;

  气体放电管的缺点是:

  1、??放电时延性较大,动作灵敏度不够,响应时间较慢,为80ns左右。

  2、??有续流,不利于对交流或20伏以上的线路进行保护,因而与火花间隙一样,存在续流的遮断问题。

  3、??无法进行劣化指示和实现故障遥信功能,安全系数不高。

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