1、壓敏電阻與氣體放電管的配合使用J.基礎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構。當在放電 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，當外加電壓達到極間場強并超過惰性氣體的絕緣強度時，兩極間就 會產(chǎn)生電弧，電離氣體，產(chǎn)生“負阻特性”，從而馬上由絕緣狀態(tài)轉為導電狀態(tài)。 即電場強度超過氣體的擊穿強度時，就引起間隙放電，從而限制了極間電壓

2、。也 就是說在無浪涌時，處于開路狀態(tài)，浪涌到來時，放電管內(nèi)的電極板關合導通。 浪涌消失時，極板恢復到原來的狀態(tài)。氣體放電管是一種開關型的防雷保護器件，一般用于防雷工程的第一級或第 二級的保護上；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行有 效的抑制，所以氣體放電管一般在防雷工程的應用上大多與限壓型防雷器進行綜 合應用。綜上所述：氣體放電管的優(yōu)點是電流通容量大；寄生電容??；殘壓較低，一般900V左 右；氣體放電管的缺點是：1、放電時延性較大，

3、動作靈敏度不夠，響應時間較慢，為80ns左右。2、有續(xù)流，不利于對交流或20V以上的線路進行保護，因而與火花間隙一 樣，存在續(xù)流的遮斷問題。3、無法進行劣化指示和實現(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”，電阻 就會受電壓的強烈影響，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)。當在正常工作電壓時，壓敏電阻處于一種高阻值狀態(tài)。當浪涌到來 時，它處于通路狀態(tài)，強大的電流流

4、過自身泄入大地。浪涌過后，它又馬上恢復 到高阻值狀態(tài)。壓敏電阻的幾個重要參數(shù)：A：壓敏電壓：壓敏電壓一般認為是在溫度為20度時在壓敏電阻上有1mA 電流流過的時候，相應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0.7 倍，而峰值電壓一般認為是交流電網(wǎng)電壓的2倍（直流時峰值電壓是額定電壓 的1.2倍）。用公式表示為：Vn= V陽 XV2 -F0.7式中的VN為壓敏電壓.vnh為電網(wǎng)額定電壓。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。對于漏電流特別應強調(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

5、應立即淘汰，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：響應時間：響應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，達到這一時間后防雷器完全導通。壓敏電阻的響應時間為25ns左右。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。因為這種寄 生電容對高頻信號的傳輸會產(chǎn)生畸變作用，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，應選擇寄生電容低的壓敏電阻型防雷器

6、。它的優(yōu)點：1、殘壓低。2、響應時間快，為25ns左右。3、無續(xù)流。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。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開關元件主要應用于共模保護，也常在無源電路中作差模保護。限壓元件主要應用于差模保護，也常用在共模電路中和開關元件串 聯(lián)，防止開關元件導通后使線路與地發(fā)生短路；或者作為開關元件的限流元件以 阻斷續(xù)流，使開關元件復位。使用注意事項開關元件不能單獨跨接在有源電路中作

7、差模保護，為避免電源短路， 必須串接限壓元件。流過防雷元器件的浪涌電流必須小于其脈沖峰值電流。壓敏電阻應按 其降額特性選擇。用作差模保護的防雷元器件，其最小擊穿電壓必須大于線路的最高工 作電壓。用作差模保護的防雷元器件，其限制電壓必須小于被保護設備所能承受的 最高安全電壓。三、壓敏電阻與氣體放電管的配合使用1.原理介紹由于壓敏電阻(VDR )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串入氣體放電管。圖1中，將壓敏電 阻與氣體放電管串聯(lián)，由于氣體放電管寄生電容很小，可使串聯(lián)支路的總電

8、容減 至幾個pF。在這個支路中，氣體放電管將起一個開關作用，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 是反應時間為各器件的反應時間之和。例如壓敏電阻的反應時間為25ns，氣體 放電管的反應時間為100ns，則圖2的R2、G、R3的反應時間為150ns，為改善 反應時間加入R1壓敏電阻，這樣可使反應時間為25ns。MOVGDT (?)4國照明網(wǎng)圖1氣體放電管支糖限髀醴瓣占金屬氧化物壓敏電阻（MOV）的電壓-電流特性見圖3,金屬氧化物壓敏電阻（MOV）特性參數(shù)見表1。V.最大持續(xù)電壓W標稱庶敏電抵 V-限制電斥.T靜特機電流L.I缺沖電流 h 假沖峰

9、值電流 單次脈沖峰值電流圖3金屬氧化物壓敏離阻（MOV）的電壓-電疆特性金屬氧化物壓敏電阻（MOV）特性參數(shù)盅igavH福擔敏也底，.顯土寺就：.以T捋產(chǎn)K婷例;業(yè)號標禰法敏電.壓最大限捌電壓彖火浪涌電旅 （8/30 tis）瑕定功率電暮:R*(*)板i on扁*I.含*指m 1447147D3003B5?75904512S:：.e32QTW 20S1151032D410S45100砧國?20i530TVS 14M15603SD4B093&W：450：12SO.fi260Pffl 14621E20395S101D2D9045126?加m 14BS168D42056011209045OQ1300

10、.6230IVR 147517504606151?35504 500H3O.G220TVS UB21B2D51D6701J559045C0157190m 1491191D5&D745150050俱US170TVS 14100TOGO遜S25165090國iQTVS 1414214000201W23W90荷 r 1 i ir ie.s - 1 . L -I E mr bTlffl 1412160051D13002伽S0! nL| r 1 L 1 s-l.吊鬲昭H I I . J .r c . Lj- r J 網(wǎng)建TVR 141821BQ010M146&2&50904S0G1 W Jm1!- 3-

11、54J J il_X Z v fl. 611 l-J-B8&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的U1）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4的u2）（u2在表2中的數(shù)值為140V或180V，與 管子本身的特性有關），管內(nèi)電流開始升高。隨著放電電流的進一步增大，放電 管便進入孤光放電狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，管子兩端電壓（孤光電壓）跌得很低（圖 4的u3）（u3在表2中數(shù)值為15V或20V，與管子本身的特性有關），且孤光 電壓在相當寬的電流

12、變動范圍（從圖4的i1-i2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 流的受保護情況（u3和i2），且這個電流（從圖4的i2i3）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孤光放電狀態(tài)所需的最小值以下（約為 10mA100mA，與管子本身的特性關），孤光放電便停止，并再次通過輝光放電狀 態(tài)后，結束整個放電狀態(tài)（熄弓瓜）。電斥-電流特性u=f(i)(-.S：圖)5直流火花故電電亦n-輝光至弧光轉交電流曲一輝光電壓屹一峰值電流訥弧光電氏i3瓠光至輝光耕變電流圖4典

13、型氣體放電管(GDT)的電壓-電流特性羨W氣埠成電聲(GDI/特性參數(shù)以印CDS產(chǎn)互卒例Hifi 火此 放電 電.樂 (V)火在 st電 電 iSS放電電質(zhì) IkV/j & 波8/20 he 壽命耐芹右電海W20心造 壽命H沖擊電演 ia/iajDy 壽鑿tOOVcfcT 皓遂電昭 CGO)電宅揪 (pF)郭黃咆FK深輝光 電壓 (V)EB25OCXS2500+ 2D1d-15-140EI3WXS3000+ 2011-15-140FI4-3OJX54DCQ+201d-15*1-140EIJ5IBXS3600+ 1543002W1O3tU/AIOOA/sOW 次d-15-1A71-H25X2SD

14、0-2010d-1-130A71-H35X35m士卻c490(己5履/標科 沖擊節(jié)宅電頁L5kA7單個 沖擊單電電流崢-1S0A71-H45X4500-20SHX2.5kA/標麻 沖主疏宅電流L5kA/單個 沖擊成電電演:P1 m。1 A71-H55X55Ca+15c6&tX*燃稱 沖擊放電電氏g牛個r、 N/A* 由鬧n苛加昭珀號軟:白-；n產(chǎn)-ISC-注；卜遂氣津擊云均為二根哉電管.2.配合方式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通之前，壓敏電阻就開始動作， 對暫態(tài)過電壓進行箝位，泄放大電流，當放電管放

15、電導通后，它將與壓敏電阻進 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 間，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U1mA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 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U1mA的 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，它不宜應用于交流電源系統(tǒng)的 保護。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 它應用于交流電源系統(tǒng)的保護時，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2nF的壓敏電阻安裝在220V、50Hz的交流電源系 統(tǒng)中，其泄漏電流可達0.14mA （有效值），這樣大的泄漏電流往往會對系統(tǒng)的 正常運行產(chǎn)生影響。