二極放電管原理

二極放電管

二極放電管是由兩個一定距離的電極和外殼組成, 管內(nèi)充有一定壓力的氣體(惰性氣體或氫氣)。當接有放電管的通信路受到雷擊或其它強電干擾"過電壓"作用時, 由于感應電壓極高, 也就是說放電管兩電極間出現(xiàn)的過電壓超過放電管本身的擊穿電壓時, 管內(nèi)的氣體在電場作用下, 迅即發(fā)生電離而形成導體, 破壞原先的絕緣狀態(tài)。于是大量的電流在放電管電壓的大量電荷被立即接地, 強行切斷了沖擊波, 使雷擊能量不能通過保護設備, 從而對設備和人身安全起到了保護作用。此時, 能夠進入被保護物的電壓, 僅為雷電流通過放電管及其引線和接地裝置產(chǎn)生的所謂"殘壓"。當雷電流通以后, 即當過電壓消失后, 管內(nèi)的氣體又很快恢復到原來的絕緣狀態(tài), 電路又一切恢復正常。

下面為一個二極放電管的結構示意圖，它由純鐵電極、鎳鉻鈷合金帽、銀銅焊帽和陶瓷管體等主要部件構成。管內(nèi)放電電極上涂敷有放射性氧化物，管內(nèi)內(nèi)壁也涂敷有放射性元素，用于改善放電特性。放電電極主要有針形和杯形兩種結構，在針形電極的放電管中，電極與管體壁之間還要加裝一個圓筒熱屏，該熱屏可以使陶瓷管體受熱趨于均勻，不致出現(xiàn)局部過熱而引起管斷裂。熱屏內(nèi)也涂敷放射性氧化物，以進一步減小放電分散性。在杯形電極的放電管中，杯口處裝有鉬網(wǎng)，杯內(nèi)裝有銫元素，其作用也是減小放電分散性。

二極放電管

1-陶瓷管

2-銀銅焊帽

3-金屬管帽

1.直流放電電壓:在上升陡度低于100V/s的電壓作用下，放電管開始放電的電壓值稱為其直流放電電壓。由于放電具有分散性，圍繞著這個平均值還需要同時給出允許的偏差上限和下限值。

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，放電管開始放電的電壓值稱為其沖擊放電電壓。由于放電管的響應時間或動作時延與電壓脈沖的上升陡度有關，對于不同的上升陡度，放電管的沖擊放電電壓是不相同的。一些制造廠通常是給出在上升陡度為1KV/μs的沖擊放電電壓值，實際上，出于一般應用的考慮，還應給出放電管在100V/μs、500V/μs、1KV/μs、5KV/μs和10KV/μs等不同上升陡度下的沖擊放電電壓，以盡量包括在各種保護應用環(huán)境中可能遇到的暫態(tài)過電壓上升陡度范圍。

3.工頻耐受電流:放電管通過工頻電流5次，使管子的直流放電電壓及絕緣電阻無明顯變化的最大電流稱為其工頻耐受電流。當應用于一些交流供電線路或易于受到供電線路感應作用的通訊線路時，應注意放電管的工頻耐受問題。經(jīng)驗表明，感應工頻電流較小，一般不大于5A，但其持續(xù)時間卻很長;供電線路上的過電流很大，可高達數(shù)百安培，但由于繼電保護裝置的動作，其持續(xù)時間卻很短，一般不超過5s。

4.沖擊耐受電流:將放電管通過規(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發(fā)生明顯變化的最大值電流峰值稱為管子的沖擊耐受電流。這一參數(shù)總是在一定波形和一定通流次數(shù)下給出的，制造廠常給出在8/20μs波形下通流10次的沖擊耐受電流，也有給出在10/1000μs波形下通流300次的沖擊耐受電流。

5.絕緣電阻和極間電容:放電管的絕緣電阻很大，制造廠給出的該參數(shù)值一般為絕緣電阻的初始值，約為數(shù)千兆歐，在放電管的不斷使用過程中，絕緣電阻值將會降低。阻值的降低會造成在被保護系統(tǒng)正常運行時管子中泄漏電流的增大，也有可能產(chǎn)生噪音干擾。放電管的極間寄生電容很小，兩極放電管的極間電容一般在1pF~5pF范圍，極間電容值可以在很寬的頻率范圍內(nèi)保持近似不變，且同型號放電管的極間電容值分散性很小。

在設計防雷保護電路時，放電管的選用常采用經(jīng)驗作法，經(jīng)驗作法就是先根據(jù)放電管在被保護系統(tǒng)中的工作狀況來選擇管子的直流放電電壓。

對于設置在普通交流線路上的放電管，要求它在線路正常運行電壓及其允許的波動范圍內(nèi)不能動作，則它的直流放電電壓應滿足:

二極放電管電壓與電流關系

3-3

上式中的ufdc為直流放電電壓，min(ufdc)表示取直流放電電壓的下限值，Up為線路正常運行電壓的峰值，1.15系數(shù)是考慮系統(tǒng)運行電壓可能出現(xiàn)的最大允許波動為15%，1.25系數(shù)是在線路運行電壓波動的基礎上再追加25%的安全裕度。取放電管直流放電電壓的允許偏差為0.2，則有:

min(ufdc)=(1-0.2)ufdc=0.8ufdc ( 3-4 )

將式(3-4)代入式(3-3)，可得放電管的直流放電電壓:

公式

對于設置在直流線路上的放電管，要求其直流放電電壓應滿足下式:

ufdc≥1.8Uw

上式中Uw為線路正常工作直流電壓。

從不影響被保護系統(tǒng)正常運行的要求出發(fā)，希望將放電管的直流放電電壓選得高一些。但直流放電電壓高的管子，其沖擊放電電壓也相應提高，有可能超過被保護設備的耐受水平，而使設備受到損害。從被保護電子設備的可耐受性來看，又希望管子的直流放電電壓應盡量選得低一些。因此，放電管直流放電電壓應在這兩種相互制約的要求之間進行折衷選擇。

在初步選定了放電管的直流放電電壓后，最好應根據(jù)被保護系統(tǒng)所在的具體雷電暫態(tài)環(huán)境及系統(tǒng)的電路網(wǎng)絡，預計放電管可能會遇到的苛刻過電壓與過電流條件，估算放電管的沖擊放電電壓，并使該電壓低于被保護電子設備的耐受水平，另外還要大致地校核一下管子的沖擊耐受能力，必要時還需校核管子的工頻耐受能力。

氣體放電管縮寫詞

氣體放電管(gas discharge tube)實質(zhì)是一種密封在陶瓷腔體中的放電間隙，腔體中充有惰性氣體以穩(wěn)定放電管的放電電壓。其主要特點是通流能量大，可達數(shù)十至數(shù)百KA，絕緣電阻極高，無漏流，無老化失效，無極性雙向保護，靜態(tài)電容極小，特別適用于高速網(wǎng)絡通訊設備的粗保護?？蓮V泛用于各種電源及信號線的第一級雷擊浪涌保護。