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硕凯电子:防雷过压元件陶瓷气体放电管的电气性能

已有 141 次阅读2016-5-23 14:39

将一个或一个以上的放电间隙封装在玻璃、陶瓷管或其它介质内,管内再充以一定压力的惰性气体(如氩气等),就构成了一支气体放电管(下称放电管)。常用的有二极管和三极管。气体放电管的工作原理可以简单地总结为气体放电。当两级间产生足够大的电量,则会造成极间间隙被放电击穿,这时其便由绝缘状态转变成为导电状态,这种现象与短路较为相似。当处于导电状态下时,两极间的电压会较低,一般是在2050V之间,因此,其能够对后级电路起到很好的保护作用。

接触过电路保护器件的工程师基本都知道,放电管主要的电气指标有标称直流击穿电压、冲击击穿电压、耐工频电流能力和耐冲击电流能力等,以下是陶瓷气体放电管的具体电气特性。

标称直流击穿电压是在放电管击间施加缓慢上升的指示放电管发生了击穿时刻的直流电压。它反映了放电管可以使用的场合,而不导致电路工作不正常。放电管未击穿前相当于开路状态。

冲击击穿电压则指放电管在冲击电压作用下的击穿(动作)电压值。这个值非常重要,他代表其保护效果的好与坏,通常他甚至高于标称直流击穿电压值。如标称值为230V的放电管,其冲击击穿电压值(残压)约高达600~800v1Kv/μs)。

冲击击穿电压值与施加至极间冲击波性的波前(沿)陡度有明显的关系,即波前越陡,电压值越高,反之亦然。当陡度降得很缓慢时,即为标称直流击穿电压值。这一特性常以放电管冲击击穿电压和放电(动作)时间关系的“伏秒特性”曲线来描述。越靠近Vdc值,则其保护效果越好。

耐电流能力可以说是寿命指标,也可以说是能力指标。表明他承受工频点六和冲击电流的水平,也是一个重要的指标。耐冲击电流的数值与所加冲击电流波形直接相关,不同的波形,其值差别很大。放电管的耐冲击电流可达20kA(8/20μs)以上。

对于气体放电管的指标要求,国标GB9043I-TU-T(CCITT)K.12建议都有明确规定。应特别提出的是“横向电压”指标,以其3个(以上)间隙的击穿时间差来衡量,也是三级以上的放电管所独有的。三级放电管最大的优点是将3个以上的间隙密封于一个空间内,当其中任一间隙击穿放电时,由于气体的电离和光的作用等,提前引发其余间隙迅速放电,令各电极间的电位差很小,即横向电压很低。这对平衡电路的横向保护有很好的效果。

1个三级放电管其保护效果优于使用3个二级放电管更优于仅使用两个纵向保护二级放电管。通常在ab线上所感应的雷电压Uae(Uae)Ube(Ube),当线路结构、绝缘等条件相同,放电管尚未击穿前,Uae(Uae)Ube(Ube),则Uab(Uab)0。但当放电管一旦击穿,可能出现下列两种情况。

由于气体介质中的击穿放电是随机现象,故对他的击穿电压(包括直流和冲击)值不能简单的一个别样品的个别数据来判定。多年来,我们通过对大量实测击穿电压值 进行研究,观察其实际分布情况,并利用亨利直线法进行检验。结果表明,放电管的击穿电压基本上符合正态分布。所以,用统计评定方法是可行的,这已在GB9043中使用,ITU-T也以此为基础修改了K.12建议。

其实,保护性能的优劣,主要比较保护元件在冲击电压(电流)作用下放电时,极间残压的高低,当然是越低越好。以往对残压这个概念有些人产生误解,认为击穿(放电)后的极间电压为残压,其实不然。因为比VC高得多的VA等早已进入设备内部,甚至损坏设备(电路)。所以,对残压的更准确理解为包括为使保护元件动作的过电压,保护元件动作前的瞬态、保护元件动作后的端电压和保护动作引起的电路保护元件动作后的端电压和保护动作引起的电路瞬态等。因而在进行保护设计时必须考虑上述各种过电压值,否则,该保护设计是不成功的。


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