常用电子元器件基础知识

TVS管,放电管,压敏电阻,自恢复保险丝

防雷电路中的气体放电管

  气体放电管属于开关型保护器件的一种,工作原理为气体放电。当两极间电压足够大时,极间间隙将被击穿,由绝缘状态转化为导电状态,近似短路。导电状态下两极间维持的电压很低,一般在20~50V,可以起到保护后级电路的效果。气体放电管的主要指标有:直流击穿电压、通流容量、续流遮断时间、响应时间、绝缘电阻、冲击击穿电压、极间电容等。

  气体放电管的响应时间可以达到数百ns以至数ms,在保护器件中是最慢的。当线缆上的雷击过电压使防雷器中的气体放电管击穿短路时,初始的击穿电压基本为气体放电管的冲击击穿电压,放电管击穿导通后两极间维持电压下降到20~50V;另一方面,气体放电管的通流量比压敏电阻TVS管要大,气体放电管与TVS等保护器件合用时应使大部分的过电流通过气体放电管泄放,因此气体放电管一般用于防护电路的最前级,其后级的防护电路由压敏电阻或TVS管组成,这两种器件的响应时间很快,对后级电路的保护效果更好。气体放电管的绝缘电阻非常高,可以达到千兆欧姆的量级。极间电容的值非常小,一般在5pF以下,极间漏电流非常小,为nA级。因此气体放电管并接在线路上对线路基本不会构成什么影响。

  气体放电管的续流遮断是设计电路需要重点考虑的一个问题。如前所述,气体放电管在导电状态下续流维持电压一般在20~50V,在直流电源电路中应用时,如果两线间电压超过15V,不可以在两线间直接应用放电管。在50Hz交流电源电路中使用时,虽然交流电压有过零点,可以实现气体放电管的续流遮断,但气体放电管类的器件在经过多次导电击穿后,其续流遮断能力将大大降低,长期使用后在交流电路的过零点也不能实现续流的遮断;还存在一种情况就是如果电流和电压相位不一致,也可能导致续流不能遮断。因此在交流电源电路的相线对保护地线、相线对零线以及相线之间单独使用气体放电管都不合适,当用电设备采用单相供电且无法保证实际应用中相线和中线不存在接反的可能性时,中线对保护地线单独使用气体放电管也是不合适的,此时使用气体放电管需要和压敏电阻串联。在交流电源电路的相线对中线的保护中基本不使用气体放电管。

  防雷电路的设计中,应注重气体放电管的直流击穿电压、冲击击穿电压、通流容量等参数值的选取。设置在普通交流线路上的放电管,要求它在线路正常运行电压及其允许的波动范围内不能动作,则它的直流放电电压应满足:min(ufdc)≥1.8UP。式中ufdc直流击穿电压,min(ufdc)表示直流击穿电压的最小值。UP为线路正常运行电压的峰值。

  气体放电管主要可应用在交流电源口相线、中线的对地保护;直流RTN和保护地之间的保护;信号口线对地的保护;天馈口馈线芯线对屏蔽层的保护。

  气体放电管的失效模式一般情况下为开路,电路设计原因或其它因素导致放电管长时间处于短路状态而烧坏时,也可引起短路的失效模式。气体放电管使用寿命相对较短,多次冲击后性能也会下降,同时其他放电管在长时间使用会有漏气失效这种自然失效的情况,因此由陶瓷放电管构成的防雷器长时间使用后存在维护及更换的问题。

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