【導(dǎo)讀】雷擊放電對(duì)通訊線路以及電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生重大的影響，因此,運(yùn)用有效的設(shè)備對(duì)雷電的產(chǎn)生進(jìn)行控制和釋放,對(duì)于保護(hù)通信線路和設(shè)備的安全是十分重要的。氣體放電管能夠快速地將雷擊產(chǎn)生的電量進(jìn)行釋放,保護(hù)線路和設(shè)備的安全。本文將實(shí)例講解氣體放電管在雷電浪涌防護(hù)方面的作用。
氣體放電管的原理
氣體放電管的工作原理可以簡(jiǎn)單地總結(jié)為氣體放電。當(dāng)兩級(jí)間產(chǎn)生足夠大的電量,則會(huì)造成極間間隙被放電擊穿,這時(shí)其便由絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變成為導(dǎo)電狀態(tài),這種現(xiàn)象 與短路較為相似。當(dāng)處于導(dǎo)電狀態(tài)下時(shí),兩極間的電壓會(huì)較低,一般是在20～50V之間,因此,其能夠?qū)蠹?jí)電路起到很好的保護(hù)作用。
氣體放電管采用陶瓷密閉封裝，內(nèi)部由兩個(gè)或數(shù)個(gè)帶間隙的金屬電極，充以惰性氣體（氬氣或氖氣）構(gòu)成，基本外形如圖1所示。當(dāng)加到兩電極端的電壓達(dá)到使氣體放電管內(nèi)的氣體擊穿時(shí)，氣體放電管便開始放電，并由高阻變成低阻，使電極兩端的電壓不超過擊穿電壓。
圖1：氣體放電管的原理
氣體放電管的主要參數(shù)
1）反應(yīng)時(shí)間指從外加電壓超過擊穿電壓到產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象的時(shí)間，氣體放電管反應(yīng)時(shí)間一般在μs數(shù)量極。
2）功率容量指氣體放電管所能承受及散發(fā)的最大能量，其定義為在固定的8×20μs電流波形下，所能承受及散發(fā)的電流。
3）電容量指在特定的1MHz頻率下測(cè)得的氣體放電管兩極間電容量。氣體放電管電容量很小，一般為≤1pF。
4）直流擊穿電壓當(dāng)外施電壓以500V/s的速率上升，放電管產(chǎn)生火花時(shí)的電壓為擊穿電壓。氣體放電管具有多種不同規(guī)格的直流擊穿電壓，其值取決于氣體的種類和電極間的距離等因素。
5）溫度范圍其工作溫度范圍一般在－55℃～＋125℃之間。
6）絕緣電阻是指在外施50或100V直流電壓時(shí)測(cè)量的氣體放電管電阻,一般>1010Ω。
氣體放電管的設(shè)計(jì)實(shí)例
1）電話機(jī)/傳真機(jī)等各類通訊設(shè)備防雷應(yīng)用
如圖2所示。特點(diǎn)為低電流量，高持續(xù)電源，無漏電流，高可靠性。
圖2 通訊設(shè)備防雷應(yīng)用
2）氣體放電管和壓敏電阻組合構(gòu)成的抑制電路
圖3是氣體放電管和壓敏電阻組合構(gòu)成的浪涌抑制電路。由于壓敏電阻有一致命缺點(diǎn)：具有不穩(wěn)定的漏電流，性能較差的壓敏電阻使用一段時(shí)間后，因漏電流變大可 能會(huì)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。但這又帶來了缺點(diǎn)就是反應(yīng)時(shí)間為各器件的反應(yīng)時(shí)間之和。例如壓敏電阻的反應(yīng)時(shí)間為25ns， 氣體放電管的反應(yīng)時(shí)間為100ns，則圖3的R2,G,R3的反應(yīng)時(shí)間為150ns，為改善反應(yīng)時(shí)間加入R1壓敏電阻,這樣可使反應(yīng)時(shí)間為25ns。
圖3 氣體放電管和壓敏電阻配合應(yīng)用
[page]3）氣體放電管在綜合浪涌保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用
自動(dòng)控制系統(tǒng)所需的浪涌保護(hù)系統(tǒng)一般由二級(jí)或三級(jí)組成，利用各種浪涌抑制器件的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)可靠保護(hù)。氣體放電管一般放在線路輸入端，做為一級(jí)浪涌保護(hù) 器件，承受大的浪涌電流。二級(jí)保護(hù)器件采用壓敏電阻，在μs級(jí)時(shí)間范圍內(nèi)更快地響應(yīng)。對(duì)于高靈敏的電子電路，可采用三級(jí)保護(hù)器件TVS，在ps級(jí)時(shí)間范圍 內(nèi)對(duì)浪涌電壓產(chǎn)生響應(yīng)。如圖4所示。當(dāng)雷電等浪涌到來時(shí)，TVS首先起動(dòng)，會(huì)把瞬間過電壓精確控制在一定的水平；如果浪涌電流大，則壓敏電阻起動(dòng)，并泄放 一定的浪涌電流；兩端的電壓會(huì)有所提高，直至推動(dòng)前級(jí)氣體放電管的放電，把大電流泄放到地。
圖4 三級(jí)保護(hù)
陶瓷氣體放電管該如何選擇
1、氣體放電管的加入不能影響線路的正常工作，這就要保證氣體放電管的直流擊穿電壓的下限值必須高于線路的最大正常工作電壓。據(jù)此確定所需放電管的標(biāo)稱直流擊穿電壓值。
2、確定線路所能承受的最高瞬時(shí)電壓值，要確保放電管的沖擊擊穿電壓值必須低于此值。以確保當(dāng)瞬間過壓來臨時(shí)，放電管的反映速度快于線路的反映速度，搶先一步將過電壓限制在安全值。這是放電管的一個(gè)最重要的指標(biāo)?！?br />
3、根據(jù)線路中可能竄入的沖擊電流強(qiáng)度，確定所選用放電管必須達(dá)到的耐沖擊電流能力（如：在室外一般選用10kA以上等級(jí)；在入室端一般選用5kA等級(jí)；在設(shè)備終端處一般選用2kA左右等級(jí)）?！?br />
4、當(dāng)過電壓消失后，要確保放電管及時(shí)熄滅，以免影響線路的正常工作。這就要求放電管的過保持電壓盡可能高，以保證正常線路工作電壓不會(huì)引起放電管的持續(xù)導(dǎo)通（即續(xù)流問題）。
5、若過電壓持續(xù)的時(shí)間很長(zhǎng)，氣體放電管的長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)作將產(chǎn)生很高的熱量。為了防止該熱量所造成的保護(hù)設(shè)備或者終端設(shè)備的損壞同時(shí)也為了防止發(fā)生任何可能的火災(zāi)，氣體放電管此時(shí)必須配上適當(dāng)?shù)亩搪费b置，我們稱之為FS裝置( 即“失效保護(hù)裝置”)。
氣體放電管選型很重要，在放電管工作中能長(zhǎng)期發(fā)揮穩(wěn)定質(zhì)量保障更重要。
氣體放電管具有很強(qiáng)的承受大能量沖擊的能力，但在具體使用時(shí)，由于氣體放電管在放電時(shí)殘壓極低，近似于短路狀態(tài)，因此不能單獨(dú)在電源避雷器中使用，氣體放電管的耐流能力與管徑有關(guān)，管徑越大，耐流能力越好。
氣體放電管的質(zhì)量問題主要表現(xiàn)為慢性漏氣，長(zhǎng)時(shí)間使用的可靠性問題(即遭受多次雷電沖擊后，直流擊穿 電壓值發(fā)生偏移)，光敏效應(yīng)和離散性較大。雖然近年來國(guó)產(chǎn)的氣體放電管有了較大的改進(jìn)，質(zhì)量在逐步提高，但整體質(zhì)量問題仍然存在，特別是可靠性問題和慢性 漏氣問題。因此電源避雷器中選擇進(jìn)口名牌氣體放電管的產(chǎn)品應(yīng)作為首選，且氣體放電管的管徑在Ф8㎜以上為好。
