大功率陶瓷氣體放電管在電源防雷領(lǐng)域的運用

摘要:本文主要分析了雷擊對電子電力設(shè)備產(chǎn)生危害的原因，介紹了大功率陶瓷氣體放電管的工作原理、優(yōu)缺點等，并介紹了其在電源防雷領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞: 大功率陶瓷氣體放電管 電源防雷 工作原理 應(yīng)用

1.雷擊對電子電力設(shè)備的危害分析

1.1 電源浪涌

遍布各處的電網(wǎng)使得電源浪涌很容易隨雷擊而產(chǎn)生。在距離幾百千米的之外的雷擊產(chǎn)生的雷擊浪涌會以光速在電網(wǎng)里傳輸，當(dāng)它到達電子設(shè)備時電壓可能高達上千伏，這個高壓作用時間很短，只有幾十到幾百微秒，可能不足以燒毀電力電子設(shè)備，但是對于其內(nèi)部的半導(dǎo)體元件卻有很大損害，隨著損害加深，電力電子設(shè)備也逐漸變得越來越不穩(wěn)定，使設(shè)備性能大大降低，嚴重時可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)的癱瘓，其帶來的后果不堪設(shè)想。這樣的浪涌電壓完全有可能一次性將電子設(shè)備毀壞。

1.2 信號系統(tǒng)浪涌

感應(yīng)雷擊可以使信號系統(tǒng)產(chǎn)生浪涌電壓。金屬導(dǎo)電體在感應(yīng)雷擊產(chǎn)生的干擾信號的影響下，傳輸中的電壓信號或電流信號數(shù)據(jù)的誤碼率會上升，傳輸?shù)臏蚀_性和傳輸速率受到極大的影響。

針對以上技術(shù)缺陷，大功率放電管陶瓷氣體放電管可以很好地給予解決。

2. 大功率陶瓷氣體放電管簡介

大功率陶瓷氣體放電管作為一種開關(guān)器件，被廣泛應(yīng)用于防雷保護。大功率陶瓷氣體放電管是將相隔一定距離的兩個電極封裝在充滿惰性氣體的陶瓷管中的電器元件。

大功率陶瓷放電管主要有以下幾個優(yōu)點：一是可以提供穩(wěn)定的擊穿電壓；二是絕緣性能好，具有高絕緣電阻；三是較低的電容特性，低電容特性能夠減少干擾或在高頻的操作環(huán)境下減低傳送損失；四是高過保持電壓，能夠快速恢復(fù)高阻抗?fàn)顟B(tài)以確保連續(xù)操作下的安全性；五是沒有穿越電壓，在多極避雷器中無橫向電壓；六是具有雙向?qū)ΨQ特性。但它具有擊穿電壓分散性較大、可靠性較差、響應(yīng)速度較慢和多次沖擊易老化等缺點。

大功率陶瓷氣體放電管的基本工作原理如下：放電管原先處于斷路狀態(tài)，電阻很大，電容很小。在放電管的兩電極上施加電壓時，管內(nèi)初始電子受到電場的作用而加速運動，不斷與氣體分子發(fā)生碰撞。氣體分子在與能量足夠大的電子碰撞時會產(chǎn)生電離，從而分離成電子和陽離子，新產(chǎn)生的電子與初始電子一起，又繼續(xù)與氣體分子碰撞產(chǎn)生電離。另外，由電離出來的陽離子與陰極表面碰撞產(chǎn)生的電子也參與到電離過程中。當(dāng)脈沖電壓達到放電管的脈沖擊穿電壓，管內(nèi)氣體被擊穿，放電管放電，放電管由高阻抗變成低阻抗，高達數(shù)十千安的浪涌電流被釋放到地下，從而使電子設(shè)備免受浪涌沖擊的傷害。

我們可以通過調(diào)節(jié)氣體種類、氣體壓力以及電極距離等來調(diào)整我們所需的性能。通過更改放電管中間所充的氣體如氖氣或者氬氣, 改變氣體壓力和在電極表面涂上發(fā)射劑等措施，可以將動作電壓在70伏到幾千伏之間進行調(diào)整。大功率陶瓷氣體放電管的特性曲線如圖1所示，Vs、Vg、Vf和Va分別為導(dǎo)通電壓、輝光電壓、弧光電壓和熄弧電壓。在選擇大功率陶瓷氣體放電管時，應(yīng)該注意的一點是，一定要使大功率陶瓷氣體放電管和被保護設(shè)備兩者的伏安特性相配合，即熄弧電壓要比被保護設(shè)備的耐壓值要低，否則起不到保護作用。

3.大功率陶瓷氣體放電管在電源防雷領(lǐng)域的應(yīng)用

大功率陶瓷氣體放電管在我國構(gòu)建的三級電源防雷體系中起著重要的作用，在電源防雷器的防雷電路中被廣泛應(yīng)用。在電源防雷器的共模電路中，它可以使雷電流釋放到大地中。在電源防雷器的差模電路中，它通過與壓敏電阻串聯(lián)可以很好地阻斷漏電流。此外，它還可以與壓敏電阻組成抗雷擊浪涌電路，實現(xiàn)共模、差模全保護。在信號防雷器中，大功率陶瓷氣體放電管常用于防護電路的最前級以泄放浪涌電流，但由于其反應(yīng)速度慢，還要用由壓敏電阻組成第二級防護電路作限壓保護，響應(yīng)速度較快的壓敏電阻可以使后級電路的保護效果更好。在高靈敏的電子電路中，可以采用由大功率陶瓷氣體放電管、壓敏電阻和TVS組成的三級防護系統(tǒng)。

此外，大功率陶瓷放電管可用于交流電源的火線和零線的對地保護，也可用于直流RTN和保護地之間的保護、天饋口饋線芯線對屏蔽層的保護等。

4.結(jié)語

綜上所述，我們應(yīng)該根據(jù)防雷系統(tǒng)的實際要求，開發(fā)出性能優(yōu)越的大功率陶瓷氣體放電管，并在不同的選用場合適當(dāng)?shù)拇蠊β侍沾蓺怏w放電管，構(gòu)建完善的電源防雷體系，從而保護我國各種電子電力設(shè)備、電子電力電路的安全，維護經(jīng)濟和軍事等領(lǐng)域的穩(wěn)定。