1、避雷器元件工作原理及設(shè)計(jì)原理1、放電間隙與放電管放電間隙：所謂放電間隙是把暴露在空氣中的兩塊相互隔離一空氣間隙的金屬物作為避雷放電的裝置。通常把其中一塊金屬接在需要防雷的導(dǎo)線上如電源的相線，另一塊金屬與地線連接。當(dāng)雷電波來(lái)到的時(shí)候首先在間隙處擊穿，使間隙的空氣電離，形成短路，雷電流通過(guò)間隙流入大地，而此時(shí)間隙兩端的電壓很低，從而達(dá)到保護(hù)線路的目的。常用于高壓線路的避雷防護(hù)中。氣體放電管：把一對(duì)互相隔開的冷飲電極，封裝在玻璃或陶瓷管內(nèi)，管內(nèi)再充以一定壓力的惰性氣體（如氬氣），就構(gòu)成了一只放電管。優(yōu)點(diǎn)：具有很強(qiáng)的浪涌吸收能力，即放電能力強(qiáng)、通流量大（可做到100KA以上），很高的絕緣電阻以及很小的

2、寄生電容，漏電流小。對(duì)正常工作的設(shè)備不會(huì)帶來(lái)任何有害影響。缺點(diǎn)：殘壓高（24KV），反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)（100ns），動(dòng)作電壓精度較低，有工頻續(xù)流，因此在保護(hù)電路中應(yīng)串聯(lián)一個(gè)熔斷器，使得工頻續(xù)流迅速被切斷。注：由于兩只放電管分別裝在一個(gè)回路的兩根導(dǎo)線上，有時(shí)回不同時(shí)放電，使兩導(dǎo)線之間出現(xiàn)電位差，為了使兩根導(dǎo)線上的放電管能接近統(tǒng)一時(shí)間放電，減少兩線之間的電位差，又研制了三級(jí)放電管?？梢钥醋魇怯蓛芍欢?jí)放電管合并在一起構(gòu)成的。三級(jí)放電管中間的一級(jí)作為公共地線，另兩級(jí)分別接在回路的兩條導(dǎo)線上。符如圖2、壓敏電阻：當(dāng)加在電阻兩端的電壓小于壓敏電壓時(shí)，壓敏電阻呈高阻狀態(tài)，如果并聯(lián)在電路上，該閥片呈斷路狀態(tài)；當(dāng)加

3、在壓敏電阻兩端的電壓大于壓敏電壓時(shí)，壓敏電阻就會(huì)擊穿，呈現(xiàn)低阻值，甚至接近短路狀態(tài)。壓敏電阻這種被擊穿狀態(tài)是可以恢復(fù)的，當(dāng)高于壓敏電壓的電壓被撤銷以后，它又恢復(fù)高阻狀態(tài)。當(dāng)電離線被雷擊時(shí)，雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿，雷電流通過(guò)壓敏電阻流入大地，使電力線上的類電壓被鉗制在安全范圍內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)：同開關(guān)電壓范圍寬（61.5KV），反應(yīng)速度快（25ns）,通流量大（2KA/CM2），無(wú)續(xù)流。缺點(diǎn)：容易老化，動(dòng)作幾次后，漏電流會(huì)增大，從而導(dǎo)致壓敏電阻過(guò)熱，最終導(dǎo)致老化失效。 電容較大，許多情況下不在高頻率信息傳輸中使用。該電容又與導(dǎo)線電容構(gòu)成一個(gè)低通。該低通會(huì)造成信號(hào)的嚴(yán)重衰減。但在頻率低于30KHZ時(shí)，

4、這種衰減可以忽略。3、抑制式二極管（TVS）：有兩種形式：一是齊納型（為單向雪崩擊穿），二是雙向的硅壓敏電阻。性能類似開關(guān)二極管等。在規(guī)定的反向電壓作用下，兩端電壓大于門限電壓時(shí)，其工作阻抗能立即降至很低的水平以允許大電流通過(guò)，并將兩端電壓鉗制在很低的水平，從而有效地保護(hù)末端電子產(chǎn)品中的精密元件避免損壞。雙向TVS可在正反兩個(gè)方向吸收瞬時(shí)大脈動(dòng)功率，并把電壓鉗制在預(yù)定水平。適用于交流電路。優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)作時(shí)間極快，達(dá)到微微秒范圍。限制電壓低，擊穿電壓低，應(yīng)用于各種電子領(lǐng)域。缺點(diǎn)：電流負(fù)荷量小，電容相當(dāng)高。實(shí)際避雷器生產(chǎn)時(shí)，常常利用上述元件互相搭配，取其個(gè)元件優(yōu)點(diǎn)，從而組成不同的電路，更好低保護(hù)設(shè)備。

5、抑制二極管壓敏電阻氣體放電管電子信息系統(tǒng)所需的浪涌保護(hù)系統(tǒng)一般采用兩級(jí)或三級(jí)組成。采用氣體放電管、壓敏電阻和抑制二極管，并利用各種浪涌抑制器的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)可靠保護(hù)。氣體放電管一般放在線路輸入端作為一級(jí)浪涌保護(hù)器件，承受大的浪涌電流。屬于泄流型器件。二級(jí)保護(hù)器件采用壓敏電阻，可在極短時(shí)間內(nèi)（ns）將浪涌電壓限制在較低的水平。對(duì)于高度靈敏的電子電路，可采用抑制二極管作為三級(jí)保護(hù)。在更短的時(shí)間內(nèi)將浪涌電壓限制在末端電子設(shè)備的絕緣水平以內(nèi)。如圖，當(dāng)雷電等浪涌到來(lái)時(shí)，抑制二極管首先導(dǎo)通，把瞬間過(guò)電壓精確地控制在一定的水平，如果浪涌電流較大，則壓敏電阻啟動(dòng)并泄放一定的浪涌電流，這時(shí)壓敏電阻兩端的電壓會(huì)有所升

6、高，直至推動(dòng)前級(jí)氣體放電管放電，把大電流泄放到地。當(dāng)三種器件在線路中的距離較遠(yuǎn)時(shí)，導(dǎo)通順序會(huì)從氣體放電管開始，依次導(dǎo)通。（見(jiàn)行波理論）圖三圖二保護(hù)設(shè)備氣體放電管 圖二中，單純用氣體放電管保護(hù)后端的設(shè)備會(huì)出現(xiàn)下列問(wèn)題：導(dǎo)通時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，殘壓過(guò)大，有可能超過(guò)后端設(shè)備的耐壓水平。放電后，會(huì)產(chǎn)生工頻續(xù)流。為避免上述問(wèn)題，采用另外一種電路（圖三）。為了解決產(chǎn)生工頻續(xù)流的問(wèn)題，同時(shí)也避免壓敏電阻因漏電流過(guò)大而發(fā)熱自爆或老化，我們?cè)跉怏w放電管上串聯(lián)一個(gè)壓敏電阻，這樣就可避免產(chǎn)生工頻續(xù)流，又可以防止壓敏電阻因漏電流而自爆、老化。但新的問(wèn)題又產(chǎn)生了，這樣避雷器的動(dòng)作時(shí)間為氣體放電管的導(dǎo)通時(shí)間和壓敏電阻導(dǎo)通時(shí)間的總和

7、。假設(shè)氣體放電管的導(dǎo)通時(shí)間為100ns，壓敏電阻的導(dǎo)通時(shí)間為25ns，則它們總的反應(yīng)時(shí)間為125ns。為了減小反應(yīng)時(shí)間，在電路中并入一個(gè)壓敏電阻，這樣可使總的反應(yīng)時(shí)間為25ns。如圖四圖四圖五如圖五：當(dāng)過(guò)電壓出現(xiàn)時(shí)，抑制二極管作為動(dòng)作最快的元件首先動(dòng)作，線路設(shè)計(jì)為，在抑制二極管可能毀壞之前，放電電流即隨著幅值的上升轉(zhuǎn)換到前置的放電路徑上，即充氣式放電路上。Us+uUgUs：抑制二極管上的電壓u：去耦感應(yīng)線圈上的電壓Ug：氣體放電管的動(dòng)作電壓如果放電電流小于該值，則充氣放電管不動(dòng)作。采用這種線路不僅可以在低保護(hù)水平的條件下利用放電器動(dòng)作迅速的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以達(dá)到很高的放電電容。這樣就可以消除抑制二極管過(guò)載一級(jí)熔斷器在出現(xiàn)電源續(xù)流時(shí)頻繁切斷電路的缺點(diǎn)。頻率較高的線路也可以采用歐姆式電阻作為去耦元件，與低電容橋接線路共同使用。市場(chǎng)上普通電源避雷器器件一般采用壓敏電阻，用于一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)電源。這種組合方式在距離大于5米時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間從第一級(jí)開始逐級(jí)向后導(dǎo)通。若第一級(jí)采用氣體放電管，二級(jí)和三級(jí)采用壓敏電阻，則必須滿足第