壓敏電阻與氣體放電管的配合問題

1、壓敏電阻與氣體放電管的配合使用一.基礎(chǔ)知識介紹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

2、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第一級或第二級的保護(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 900V900V 左右；氣體放電管的缺點是：1 1、放電時延性較大，動作靈敏

3、度不夠,響應(yīng)時間較慢，為 80ns80ns 左右。2 2、有續(xù)流，不利于對交流或 20V20V 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 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)，

4、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:A:壓敏電壓： 壓敏電壓一般認(rèn)為是在溫度為 2020 度時在壓敏電阻上有 1mA1mA 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 0.70.7 倍，而峰值電壓一般認(rèn)為是交流電網(wǎng)電壓的， 2 2 倍 （直流時峰值電壓是額定電壓的 1.21.2 倍） 。用公式表示為：V VN= =VNHXV2+0.7XV2+0.7式中的VN為壓敏電壓；VNH為電網(wǎng)額定電壓。B: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

5、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: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 25ns25ns 左右。D: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，

6、從而影響系統(tǒng)的正常運行。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 1、殘壓低。2 2、響應(yīng)時間快，為 25ns25ns 左右。3 3、無續(xù)流。4 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)。二、防雷元器件的一般使用方法及使用注意事項防雷元器件的一般使用方法1 1 .開關(guān)元件主要應(yīng)用于共模保護(hù)，也常在無源電路中作差模保護(hù)。2 2 .限壓元件主要應(yīng)用于差模保護(hù)，也常用在共模電路中和開關(guān)元件申聯(lián)，防止開關(guān)元件

7、導(dǎo)通后使線路與地發(fā)生短路； 或者作為開關(guān)元件的限流元件以阻斷續(xù)流，使開關(guān)元件復(fù)位。使用注意事項1 1 .開關(guān)元件不能單獨跨接在有源電路中作差模保護(hù)，為避免電源短路,必須用接限壓元件。2 2 . .流過防雷元器件的浪涌電流必須小于其脈沖峰值電流。壓敏電阻應(yīng)按其降額特性選擇。3 3 . .用作差模保護(hù)的防雷元器件，其最小擊穿電壓必須大于線路的最高工作電壓。4 4. .用作差模保護(hù)的防雷元器件，具限制電壓必須小于被保護(hù)設(shè)備所能承受的最高安全電壓。三、壓敏電阻與氣體放電管的配合使用1 1 . .原理介紹由于壓敏電阻（VDRVDR 具有較大的寄生電容，用在交流電源系統(tǒng)，會產(chǎn)生可觀的泄漏電流，性能較差的壓

8、敏電阻使用一段時間后，因泄漏電流變大可能會發(fā)熱自爆。為解決這一問題在壓敏電阻之間用入氣體放電管。圖 1 1 中，將壓敏電阻與氣體放電管用聯(lián)，由于氣體放電管寄生電容很小，可使用聯(lián)支路的總電容減至幾個 pFpF。在這個支路中，氣體放電管將起一個開關(guān)作用，沒有暫態(tài)電壓時，它能將壓敏電阻與系統(tǒng)隔開，使壓敏電阻幾乎無泄漏電流。但這又帶來了缺點就是反應(yīng)時間為各器件的反應(yīng)時間之和。例如壓敏電阻的反應(yīng)時間為 25ns,25ns,氣體放電管的反應(yīng)時間為 100ns,100ns,則圖 2 2 的 R2R2、 GR3GR3 的反應(yīng)時間為 150ns,150ns,為改善反應(yīng)時間加入 R1R1 壓敏電阻，這樣可使反應(yīng)時

9、間為 25ns25ns。MOV6GDT&國照明網(wǎng)、TTOrnTTVgcft/.Cnffi1氣體放電膏支路中串鑿用箱型酬艱占h恃機(jī)電流L出沖電流IL脈沖峰值電流U爐次脈然峰.電流圖3金屣氧化物壓敏電阻岫 V1的電壓-電流特性金屬氧化物壓敏電阻（MOVMOV 特性參數(shù)袤1整溫生福田將*（WWWW）其性#q3TKSq3TKS 產(chǎn)品察由黑號標(biāo)彝霞吐電同最大沖盤電己果上曜鴕電用偶）口）幅定功率電客量V.V.(V)(V)%與(*)附%他(A)(A)闌u.P PG Gc ctpF)tpF)TVRTVR uniuni4704703Q03Q07757755050junjun125125Q.6Q.6劃L*

10、R2后RiN-7PEL中國ifghHngc內(nèi)jn目.心om.c/i中國-一*圖2氣體放電管和壓敏電阻組合囪成的抑制電路金屬氧化物壓敏電阻（MOVMOV）的電壓-電流特性見圖 3,3,金屬氧化物壓敏電阻（MOVMOV）特性參數(shù)見表 1 1。%國大計續(xù)電M標(biāo)稱壓敏電壓%一限制電東TWTW2051120511320320410410H4SH4S100100的 0000220220S30S30TlffTlffi i的湖仙93)93)soso4&oo4&oo1ZS1ZS0.S0.S2fo2fo1111 陽那圻仆102010205050twotwoIMIM0606M0M0TWTWUMIUM

11、I擷湖11J011J0印1 1 。方230230TYRTYR 14751147517507504604606156151235123550504SOO4SOO1431430.60.6220220TlffTlffi i14B2114B21820820&7&7。1 1 站5050450045001571570.60.6ISOISOtwtw1491114911/ /0 0湖MSMSSOSOIMIM潔0606170170TWTWIODOIODO找 5 53253251 1 湖U U管一中可可二 f fTWTWUU294009400B2DB2D1U01U0打 00005050；L LJ

12、JTtftTtft- -WJWJTWTW141621416216001600momo13001300匹 3030yy4&004&00,及唔口a aJJhkai.hkai.工曲A A 告-t-t內(nèi)喈TW14182TW141821B001B00toootoooH H 器翦如soso354354J JiL_XiL_Xy-uc.sc.s的氣體放電管（GDT）的電壓-電流特性見圖4,氣體放電管（GDT）特性參數(shù)見表2。由于浪涌干擾所致，一旦加在氣體放電管兩端的電壓超過火花放電電壓（圖4 4 的 U1U1）時，放電管內(nèi)部氣體被電離，放電管開始放電。放電管端的壓降迅速下降至輝光放電電壓（圖

13、4 4 的 u2u2）（）（u2u2 在表 2 2 中的數(shù)值為 140V140V 或 180V,180V,與管子本身的特性有關(guān)），管內(nèi)電流開始升高。隨著放電電流的進(jìn)一步增大，放電管便進(jìn)入弧光放電狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，管子兩端電壓（弧光電壓）跌得很低（圖 4 4 的 u3u3）（）（u3u3 在表 2 2中數(shù)值為 15V15V 或 20V,20V,與管子本身的特性有關(guān)），且弧光電壓在相當(dāng)寬的電流變動范圍（從圖 4 4 的 i1i1- -i2i2 過程中）內(nèi)保持穩(wěn)定。因此，外界的高電壓浪涌干擾，由于氣體放電管的放電作用，被化解成了低電壓和大電流的受保護(hù)情況（u3u3 和 i2i2）, ,且這個電流（

14、從圖 4 4 的 i2i2i3i3）經(jīng)由氣體放電管本身流回到干擾源里，免除了干擾對器件可能帶來的危害。隨著浪涌過電壓的消退，流過氣體放電管的電流降到維持弧光放電狀態(tài)所需的最小值以下（約為 10mA10mA1100mA00mA 與管子本身的特性關(guān)），弧光放電便停止，并再次通過輝光放電狀態(tài)后，結(jié)束整個放電狀態(tài)（熄弧）。gfHfHgcnrr;a.cMen中舊照明學(xué)會有存封站ilil電1M電流特性3f)(不意圖)ul匿流火花放電電加.u2一輝光電壓u3弧光電Jk圖4典型氣體放電管(GDT)鼻士氣體的典 k k-SOT-SOT 喘性母阮！以印 3 3 告二正率的型號直族火此散電電用1V)1V)火花前電也

15、不海整g用擊大用擊大it醇吧嗯序IkV.sIkV.s(Vf耐沖百電通8/20/58/20/5 茨好由都用若電謨 6/Mn3i6/Mn3iS S壽苑解沖吊電流(0/10001*iff(0/10001*iff 壽爵WWWW 比下堂稅電閆(GO)(GO)電寺:百 j jjftFFjftFF( (V)V)由蕤曷電電UW至此交洲M弊光也不(VJL12SOOXSL12SOOXS2SD02SD0-20-20ci200ci2002M/32M/3 次BkAMBkAM 次1MV3O01MV3O0 流11111-15】“404036003600+15+152W10K2W10KM/AM/AIOOVIOOQ次11414

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17、A紹市中國EgfEgf3 3 幺京mCmCF亞-130-130”通包博改壬甘琦十二柜翱電管.2 2 .配合方式i1輝光至強(qiáng)光拒變也泣i2-峰值電流i3-弧光金餌光轉(zhuǎn)變電流的里壓-電流特性a,a,并聯(lián)使用壓敏電阻在通過持續(xù)大電流后其自身的性能要退化，將壓敏電阻與放電管并聯(lián)起來，可以克服這一缺點。在放電管尚未放電導(dǎo)通之前，壓敏電阻就開始動作，對暫態(tài)過電壓進(jìn)行箝位，泄放大電流，當(dāng)放電管放電導(dǎo)通后，它將與壓敏電阻進(jìn)行并聯(lián)分流，減小了對壓敏電阻的通流壓力，從而縮短了壓敏電阻通大電流的時問，有助于減緩壓敏電阻的件能退化。在這種并聯(lián)組合中，如果壓敏電阻的參考電壓U1mAU1mA 選得過低，則放電管將有可能在暫態(tài)過電壓作用期間內(nèi)不會放電導(dǎo)通，過電壓的能量全由壓敏電阻來泄放，這對壓敏電阻是不利的，因此 U1mAU1mA 勺數(shù)值必須選得比放電管的直流放電電壓要大些才行。必須指出，這種并聯(lián)組合電路并沒有解決放電管可能產(chǎn)生的續(xù)流問題， 因此， 它不宜應(yīng)用于交流電源系統(tǒng)的保護(hù)。b.b.串聯(lián)使用壓敏電阻與放電管的另一種組合是串聯(lián)。壓敏電阻具有較大的寄生電容，當(dāng)它應(yīng)用于交流電源系統(tǒng)的保護(hù)時，往往會在正常運行狀態(tài)下產(chǎn)生數(shù)值可觀的泄漏電流，例如， 一個寄生電容為 2nF2nF 的壓敏電阻安裝在 220M50Hz220M50Hz 的交流電源系統(tǒng)中， 其泄漏電流可達(dá) 0.14mA0