气体放电管的原理、选 坝τ檬道分析

气体放电管的原理

气体放电管的工作原理可以简单地总结为气体放电。当两级间产生足够大的电量,则会造成极间间隙被放电击穿,这时其便由绝缘状态转变成为导电状态,这种现象 与短路较为相似。当处于导电状态下时,两极间的电压会较低,一般是在20～50V之间,因此,其能够对后级电路起到很好的保护作用。

气体放电管采用陶瓷密闭封装，内部由两个或数个带间隙的金属电极，充以惰性气体(氩气或氖气)构成，基本外形如图1所示。当加到两电极端的电压达到使气体放电管内的气体击穿时，气体放电管便开始放电，并由高阻变成低阻，使电极两端的电压不超过击穿电压。

气体放电管的主要参数

1)反应时间指从外加电压超过击穿电压到产生击穿现象的时间，气体放电管反应时间一般在μs数量极。

2)功率容量指气体放电管所能承受及散发的最大能量，其定义为在固定的8×20μs电流波形下，所能承受及散发的电流。

3)电容量指在特定的1MHz频率下测得的气体放电管两极间电容量。气体放电管电容量很小，一般为≤1pF。

4)直流击穿电压当外施电压以500V/s的速率上升，放电管产生火花时的电压为击穿电压。气体放电管具有多种不同规格的直流击穿电压，其值取决于气体的种类和电极间的距离等因素。
5)温度范围其工作温度范围一般在-55℃～+125℃之间。

气体放电管的应用实例

1)电话机、手机、传真机等各类通信设备防雷应用

如图2所示。特点为低电流量，高持续电源，无漏电流，高可靠性。

图 2 通信设备防雷应用

2)气体放电管和压敏电阻组合构成的抑制电路

图3是气体放电管和压敏电阻组合构成的浪涌抑制电路。由于压敏电阻有一致命缺点：具有不稳定的漏电流，性能较差的压敏电阻使用一段时间后，因漏电流变大可 能会发热自爆。为解决这一问题在压敏电阻之间串入气体放电管。但这又带来了缺点就是反应时间为各器件的反应时间之和。例如压敏电阻的反应时间为25ns， 气体放电管的反应时间为100ns，则图3的R2,G,R3的反应时间为150ns，为改善反应时间加入R1压敏电阻,这样可使反应时间为25ns。

图 3 气体放电管和压敏电阻配合应用

3)气体放电管在综合浪涌保护系统中的应用

自动控制系统所需的浪涌保护系统一般由二级或三级组成，利用各种浪涌抑制器件的特点，可以实现可靠保护。气体放电管一般放在线路输入端，做为一级浪涌保护 器件，承受大的浪涌电流。二级保护器件采用压敏电阻，在μs级时间范围内更快地响应。对于高灵敏的电子电路，可采用三级保护器件TVS，在ps级时间范围 内对浪涌电压产生响应。如图4所示。当雷电等浪涌到来时，TVS首先起动，会把瞬间过电压精确控制在一定的水平;如果浪涌电流大，则压敏电阻起动，并泄放 一定的浪涌电流;两端的电压会有所提高，直至推动前级气体放电管的放电，把大电流泄放到地。

图 4 气体放电管和压敏电阻配合应用

图 5 三级保护

陶瓷气体放电管该如何选择

1.气体放电管的加入不能影响线路的正常工作，这就要保证气体放电管的直流击穿电压的下限值必须高于线路的最大正常工作电压。据此确定所需放电管的标称直流击穿电压值。

2.确定线路所能承受的最高瞬时电压值，要确保放电管的冲击击穿电压值必须低于此值。以确保当瞬间过压来临时，放电管的反映速度快于线路的反映速度，抢先一步将过电压限制在安全值。这是放电管的一个最重要的指标。

3.根据线路中可能窜入的冲击电流强度，确定所选用放电管必须达到的耐冲击电流能力(如：在室外一般选用10kA以上等级;在入室端一般选用5kA等级;在设备终端处一般选用2kA左右等级)。

4.当过电压消失后，要确保放电管及时熄灭，以免影响线路的正常工作。这就要求放电管的过保持电压尽可能高，以保证正常线路工作电压不会引起放电管的持续导通(即续流问题)。

5.若过电压持续的时间很长，气体放电管的长时间动作将产生很高的热量。为了防止该热量所造成的保护设备或者终端设备的损坏同时也为了防止发生任何可能的火灾，气体放电管此时必须配上适当的短路装置，我们称之为FS装置( 即“失效保护装置”)。

气体放电管选型很重要，在放电管工作中能长期发挥稳定质量保障更重要。

气体放电管具有很强的承受大能量冲击的能力，但在具体使用时，由于气体放电管在放电时残压极低，近似于短路状态，因此不能单独在电源避雷器中使用，气体放电管的耐流能力与管径有关，管径越大，耐流能力越好。

气体放电管的质量问题主要表现为慢性漏气，长时间使用的可靠性问题(即遭受多次雷电冲击后，直流击穿 电压值发生偏移)，光敏效应和离散性较大。虽然近年来国产的气体放电管有了较大的改进，质量在逐步提高，但整体质量问题仍然存在，特别是可靠性问题和慢性 漏气问题。因此电源避雷器中选择进口名牌气体放电管的产品应作为首选，且气体放电管的管径在Ф8㎜以上为好。