气体放电管

气体放电管的写法

气体放电管介绍

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级或前两级，起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。

结构简介

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）

响应时间

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。

限压电路

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。

工作原理

放电管的工作原理是气体放电。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级或前两级，起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。

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。

气体放电管（如下图即为气体放电管BA534图示）的优缺点：优点：绝缘电阻很大，寄生电容很小。缺点：在于放电时延(即响应时间)较大，动作灵敏度不够理想，对于波头上升陡度较大的雷电波难以有效地抑制。（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。

放电管保护应用中存在的问题

（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。

与压敏电阻比较

气体放电管和压敏电阻是防雷器主要组成元器件。气体放电管用于开关型防雷器，压敏电阻用于限压型防雷器。

一、气体放电管的工作原理及特性

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的击穿强度时，就引起间隙放电，从而限制了极间电压。也就是说在无浪涌时，处于开路状态，浪涌到来时，放电管内的电极板关合导通。浪涌消失时，极板恢复到原来的状态。

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性较大和动作灵敏性不够理想，因此它对于上升陡度较大的雷电波头也难以进行有效的抑制，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900V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20V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。

二、压敏电阻的工作原理及特性

压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性的限压型电阻。

压敏电阻的伏安特性是连续和递增的，因此它不存在续流的遮断问题。

它的工作原理为压敏电阻的氧化锌和添加剂在一定的条件下“烧结”，电阻就会受电压的强烈影响，其电流随着电压的升高而急剧上升，上升的曲线是一个非线性指数。当在正常工作电压时，压敏电阻处于一种高阻值状态。当浪涌到来时，它处于通路状态，强大的电流流过自身泄入大地。浪涌过后，它又马上恢复到高阻值状态。

压敏电阻的几个重要参数：

A：压敏电压：压敏电压一般认为是在温度为20度时在压敏电阻上有1mA电流流过的时候，相应加在该电阻两端的电压。

压敏电压在交流电网中，一般比电网的峰值电压要高，为峰值电压的0.7倍，而峰值电压一般认为是交流电网电压的√2倍（直流时峰值电压是额定电压的1.2倍）。用公式表示为：

VN=VNH×√2÷0.7

式中的VN为压敏电压；VNH为电网额定电压。

B：漏电流：漏电流是指在正常情况下通过压敏电阻微安数量级的电流。漏电流越小越好。

对于漏电流特别应强调的是必须稳定，不允许在工作中自动升高，一旦发现漏电流自动升高，就应立即淘汰，因为漏电流的不稳定是加速防雷器老化和防雷器爆炸的直接原因。因此在选择漏电流这一参数时，不能一味地追求越小越好，只要是在电网允许值范围内，选择漏电流值相对稍大一些的防雷器，反而较稳定。

C：响应时间：响应时间是指加在防雷器两端的电压等于压敏电压所需的时间，达到这一时间后防雷器完全导通。压敏电阻的响应时间为25ns左右。

D：寄生电容：压敏电阻一般都有较大的寄生电容，它的寄生电容一般在几百微微法到几千微微法之间，因而它不利于对高频电子系统的保护。因为这种寄生电容对高频信号的传输会产生畸变作用，从而影响系统的正常运行。因而对频率较高的系统的保护，应选择寄生电容低的压敏电阻型防雷器。

它的优点：

1、残压低。

2、响应时间快，为25ns左右。

3、无续流。

4、可以实现劣化批示和故障遥信告示功能，因此，它的保护效果安全、可靠。它是目前供电系统中常用产品，特别是电力、电信供电领域，更是一枝独秀。

它的缺点：有泄漏电流；寄生电容较大，不利于对高频电子线路的保护。

注意事项

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。