氣體放電管的工作原理

1、一般我們常說(shuō)的放電管有半導(dǎo)體放電管、氣體放電管，放電管常用于多 級(jí)保護(hù)電路中的第一級(jí)或前兩級(jí)，起泄放雷電暫態(tài)過(guò)電流和限制過(guò)電壓 作用。放電管的優(yōu)點(diǎn)： 絕緣電阻很大，寄生電容很小，放電管的缺點(diǎn)：在于放電時(shí)延 （即響應(yīng)時(shí)間 ）較大，動(dòng)作靈敏度不夠理想，對(duì)于波頭上升 陡度較大的雷電波難以有效地抑制氣體放電的放電管的工作原理： 當(dāng)外加電壓增大到超過(guò)氣體的絕緣強(qiáng)度時(shí)，兩極間的間隙將放電擊穿， 由原來(lái)的絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電狀態(tài)，導(dǎo)通后放電管兩極之間的電壓維持 在放電弧道所決定的殘壓水平。五極放電管的主要部件和兩極、三極放電管基本相同，有較好的放電對(duì) 稱(chēng)性，可適用于多線路的保護(hù)。 （常用于通信線路的保護(hù)）兩極

2、放電管的 放電分散性比較大，在使用兩極放電管時(shí)，可能將共模過(guò)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)椴?模過(guò)電壓。系統(tǒng)中加在放電管兩端的系統(tǒng)正常運(yùn)行電壓應(yīng)低于維持放電的電壓，否 則會(huì)產(chǎn)生續(xù)流問(wèn)題。維持輝光放電的電壓值比維持弧光放電的電壓值要大。 維持管子放電的電壓值的測(cè)量方法。不同品種的放電管，其維持放電電壓值的差異是比較大的 一般在實(shí)際應(yīng)用中，在輝光放電區(qū)不容易產(chǎn)生續(xù)流，在電弧區(qū)可能產(chǎn)生 續(xù)流（因?yàn)橐S持電弧區(qū)的續(xù)流所需要的電壓值比維持輝光放電的電壓 值要?。@時(shí)候就要采取限流措施（如可以使用正溫度系數(shù)的電阻，熔 斷器，與壓敏電阻串聯(lián)使用） 。響應(yīng)時(shí)間從暫態(tài)過(guò)電壓開(kāi)始作用于放電管兩端的時(shí)刻到管子實(shí)際放電時(shí)刻之間有 一個(gè)

3、延遲時(shí)間，該時(shí)間就稱(chēng)為響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間的組成：一是管子中隨機(jī)產(chǎn)生初始電子 - 離子對(duì)帶電粒子所需要 的時(shí)間，即統(tǒng)計(jì)時(shí)延；二是初始帶電粒子形成電子崩所需要的時(shí)間，即 形成時(shí)延。為了測(cè)得放電管的響應(yīng)時(shí)間，需要用固定波頭上升陡度 du/dt 的電壓源 加到放電管兩端測(cè)取響應(yīng)時(shí)間，取多次測(cè)量的平均值作為該管子的響應(yīng) 時(shí)間。限壓電路二極和三極放電管保護(hù)性能的比較如果 A-G 極間先放電，在管子內(nèi)部由氣體游離所產(chǎn)生的自由電子會(huì)迅速 在 B-G極間引起碰撞游離，使 B-G很快放電,當(dāng) B-G間截止放電后，由于 大量帶電粒子（電子和離子）的復(fù)合作用，使管內(nèi)的電子數(shù)量大為減小， 從而迅速抑制另一對(duì)電極 A-G

4、 間的碰撞游離，使該對(duì)極間的放電過(guò)程很快截止下來(lái)。在差模暫態(tài)過(guò)電壓的保護(hù)場(chǎng)合，無(wú)論是兩極放電管還是三極放電管，都 存在著一定的問(wèn)題，因?yàn)殡娮釉O(shè)備要承受兩對(duì)電極之間的殘壓之和，對(duì) 于一些脆弱的電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，這樣的殘壓之和有時(shí)候難以承受。需要采 取另外的措施，如在 A、B間再接一只放電管， 專(zhuān)門(mén)用于抑制差模過(guò)電壓 接地連接線的長(zhǎng)短對(duì)限壓效果有一定的影響。如果接地連接線比較長(zhǎng)， 則連線本身的電阻和電感也比較大，暫態(tài)大電流流過(guò)連線時(shí)，將產(chǎn)生比 較大的電阻電壓降和電感電壓降。結(jié)論：接地連線應(yīng)當(dāng)具有盡量短的長(zhǎng)度；接地連線應(yīng)具有足夠的截面， 以泄放暫態(tài)大電流。放電管的失效模式 放電管受到機(jī)械碰撞，超耐受的暫

5、態(tài)過(guò)電壓多次沖擊以及內(nèi)部出現(xiàn)老化 后，將發(fā)生故障。故障的模式（即失效模式）有兩種： 第一種是呈現(xiàn)低放電電壓和低絕緣電阻狀態(tài)；第二種是呈現(xiàn)高放電電壓 狀態(tài)。開(kāi)路故障模式比短路故障模式具有更大的危害性： 開(kāi)路故障模式令人難以及時(shí)察覺(jué)，從而不能采取補(bǔ)救措施?，F(xiàn)在的電源 SPD產(chǎn)品中，帶有失效報(bào)警裝置，如聲，光報(bào)警，顏色變化提示等，這些 措施的采取對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和更換已經(jīng)失效的 SPD是有利的。 放電管保護(hù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題、時(shí)延脈沖及續(xù)流從暫態(tài)過(guò)電壓達(dá)到放電管的 ufdc （直流放電電壓）到其實(shí)際動(dòng)作放電之 間，存在一段時(shí)延，的大小取決于過(guò)電壓波的波頭上升陡度 du/dt 。 一般不單獨(dú)使用放電管來(lái)保護(hù)

6、電子設(shè)備，而在放電管后面再增加一些保 護(hù)元件，以抑制這種時(shí)延脈沖。 續(xù)流：放電管泄放過(guò)電流結(jié)束以后，被保護(hù)系統(tǒng)的工作電壓能維持放電 管電弧通道的存在，這種情況稱(chēng)為續(xù)流。 續(xù)流的存在對(duì)放電管本身和被保護(hù)系統(tǒng)具有很大的危害性。熔斷器的額 定電流高于被保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行電流，其熔斷電流小于放電管在電弧 區(qū)的續(xù)流。 這種方法會(huì)造成供電和信號(hào)傳輸?shù)亩虝r(shí)中斷對(duì)于要求不高的電子設(shè)備可 以接受。二、狀態(tài)翻轉(zhuǎn)及短路反射 放電管在開(kāi)始放電時(shí)，由開(kāi)路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，暫態(tài) 電流的變化率 di/dt 很大，這種迅速變化的暫態(tài)電流在空間產(chǎn)生暫態(tài)電 磁場(chǎng)向四周輻射能量，在附近的電源線和信號(hào)線上產(chǎn)生干擾，或在

7、周?chē)?的電氣回路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。通常采取的抑制方法有屏蔽、減小耦合和 濾波等。放電管導(dǎo)通后，入射波被反射回去，使得后面的電子設(shè)備得到保護(hù)，但 反射波電流產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)也會(huì)向周?chē)椛淠芰浚枰右砸种啤?主要技術(shù)參數(shù)及使用選擇、常用技術(shù)參數(shù)1、直流放電電壓在上升陡度低于 100V/s 的電壓作用下，放電管開(kāi)始放電的平均電壓值稱(chēng) 為其直流放電電壓。由于放電的分散性，所以，直流放電電壓是一個(gè)數(shù) 值范圍。2、沖擊放電電壓 在具有規(guī)定上升陡度的暫態(tài)電壓脈沖作用下，放電管開(kāi)始放電的電壓值 稱(chēng)為其沖擊放電電壓。放電管的響應(yīng)時(shí)間或動(dòng)作時(shí)延與電壓脈沖的上升陡度有關(guān)，對(duì)于不同的 上升陡度，放電管的沖擊放電電壓是

8、不同的。3、工頻耐受電流放電管通過(guò)工頻電流 5 次，使管子的直流放電電壓及絕緣電阻無(wú)明顯變 化的最大電流稱(chēng)為其工頻耐受電流。4、沖擊耐受電流 將放電管通過(guò)規(guī)定波形和規(guī)定次數(shù)的脈沖電流，使其直流放電電壓和絕 緣電阻不會(huì)發(fā)生明顯變化的最大值電流峰值稱(chēng)為管子的沖擊耐受電流。這一參數(shù)是在一定波形和一定通流次數(shù)下給出的，制造廠通常給出在8/20us 波形下通流 10次的沖擊耐受電流，也有給出在 10/1000us 波形下 通流 300 次的沖擊耐受電流。5、絕緣電阻和極間電容 放電管的絕緣電阻值很大，廠家一般給出的是絕緣電阻的初始值，約為 數(shù)千兆歐。絕緣電阻值的降低會(huì)導(dǎo)致漏流的增大，有可能產(chǎn)生噪音干擾。放電管的寄生電容很小，極間電容一般在 1pF5pF 范圍，極間電容在很寬的頻率范圍內(nèi)保持近似不變，同型號(hào)放電管的極間電容值分散性很小。二、使用選擇直流放電電壓的選