壓敏電阻器與氣體放電管配合使用的主要特性探析

摘要：本文簡(jiǎn)述了壓敏電阻器與氣體放電管相互之間的配合使用。從保護(hù)可靠性的角度分析，采用兩者有效的配合使用，不但可以提高泄放暫態(tài)過(guò)電壓的能力，減緩壓敏電阻器的性能劣化。而且為降低壓敏電阻器在大幅值8/20電流波沖擊時(shí)，殘壓過(guò)高提供了有力依據(jù)。

敘詞：壓敏電阻器 氣體放電管 配合使用

Abstract：This article summarized has pressed sensitive resistor and the gaseoustube mutually between coordinate use. From protection reliable angle analysis: Uses two effective coordinate uses, This will not only improve transient over-voltage discharge capacity, Slow varistors performance degradation; But to reduce varistors dramatically in value 8/20 current wave of attacks, Residual voltage too high to provide a strong basis.

Keyword：Varistors, Gas discharge, Used in conjunction with

1 前言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,國(guó)家對(duì)鐵路及電力系統(tǒng)投資規(guī)模不斷擴(kuò)大，有線電視放大器、CB傳輸器、家用娛樂(lè)系統(tǒng)、電腦等類似設(shè)備日益增多，經(jīng)常有可能接觸到電網(wǎng)所感應(yīng)的過(guò)電壓侵入電力系統(tǒng)損壞電氣設(shè)備。作為過(guò)電壓防護(hù)的元器件，無(wú)疑為氧化鋅壓敏電阻器提供了極為廣泛的應(yīng)用空間。但是，氧化鋅壓敏電阻器在大幅值8/20電流波沖擊下的殘壓過(guò)高，而且隨著8/20電流波越大操作殘壓越高，不時(shí)地超過(guò)了設(shè)備絕緣耐受值，從而發(fā)生絕緣擊穿損壞電氣設(shè)備。

因此，深入探究氧化鋅壓敏電阻器與氣體放電管相互之間的配合使用，將是人們引以關(guān)注的問(wèn)題。

2 配合使用的具體方式

2.1 壓敏電阻器與氣體放電管串并聯(lián)

應(yīng)用壓敏電阻器與氣體放電管串并聯(lián)，其目的就是降低大幅值8/20電流波沖擊下的殘壓。將兩個(gè)壓敏電阻器串聯(lián)，在后一個(gè)壓敏電阻器上并聯(lián)一個(gè)氣體放電管(如圖1所示)。正常情況下，兩個(gè)壓敏電阻器共同承擔(dān)工作電壓，即可達(dá)到應(yīng)有的保護(hù)水平。但是一旦遇到?jīng)_擊放電電流過(guò)大，殘壓超過(guò)應(yīng)有的保護(hù)水平時(shí)，沖擊殘壓使氣體放電管導(dǎo)通短接第二個(gè)壓敏電阻器，此時(shí)系統(tǒng)的殘壓將由第一個(gè)壓敏電阻器決定，殘壓將大大降低。

然而，壓敏電阻器并聯(lián)氣體放電管的前提是，壓敏電阻器的V1mA值必須略大于或等于氣體放電管的直流點(diǎn)火電壓，因?yàn)楫?dāng)壓敏電阻器的V1mA值過(guò)低，則氣體放電管有可能在暫態(tài)過(guò)電壓作用期間不會(huì)放電導(dǎo)通。如果這樣的話，過(guò)電壓的所有能量仍將由壓敏電阻器來(lái)泄放，這對(duì)壓敏電阻器是不利的。

2.2 壓敏電阻器與氣體放電管并聯(lián)

單一的壓敏電阻器與氣體放電管并聯(lián)(見(jiàn)圖2)，可以有效的克服壓敏電阻器在通過(guò)大電流后其自身性能的劣化。在氣體放電管尚未放電導(dǎo)通之前，壓敏電阻器已開(kāi)始工作，對(duì)暫態(tài)過(guò)電壓進(jìn)行鉗位，泄放大電流。當(dāng)氣體放電管導(dǎo)通后，它將與壓敏電阻器進(jìn)行并聯(lián)分流，以減小壓敏電阻器的通流壓力，從而縮短壓敏電阻器通過(guò)大電流的時(shí)間，有助于減緩壓敏電阻器性能的劣化。但是，同樣存在上述參考電壓的選擇。

2.3 壓敏電阻器與氣體放電管串聯(lián)

如果壓敏電阻器與氣體放電管串聯(lián)，氣體放電管起到一個(gè)開(kāi)關(guān)的作用，放電瞬時(shí)的殘壓略有降低(如圖3所示)。

3 分析與討論

以上試驗(yàn)結(jié)果簡(jiǎn)單的可以說(shuō)明：壓敏電阻器與氣體放電管串聯(lián)，在不影響壓敏保護(hù)水平的前提下，可略降低V1mA值，一方面氣體放電管可以阻斷系統(tǒng)正常工作時(shí)壓敏中的泄漏電流，減緩壓敏電阻器的性能的劣化;另一方面利用壓敏響應(yīng)速度快、非線性特性好、通流容量大等諸多優(yōu)點(diǎn)，及時(shí)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，杜絕氣體放電管放電時(shí)的續(xù)流問(wèn)題、動(dòng)作靈敏度問(wèn)題、以及對(duì)于波頭上升陡度較大的雷電波難以有效地抑制等問(wèn)題，即氣體放電管使壓敏電阻器的荷電率為零，壓敏電阻器的非線性特性又使氣體放電管動(dòng)作后立即熄弧，無(wú)續(xù)流、動(dòng)作負(fù)載輕、耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)，氣體放電管不再承擔(dān)滅弧任務(wù);此外，從降低殘壓的角度講，壓敏V1mA值越低殘壓越低，但從壓敏切斷氣體放電管續(xù)流角度講(如果電源饋電電流可以維持氣體放電管輝光放電，而饋電電壓大于氣體放電管輝光放電電壓時(shí)，氣體放電管將難以自動(dòng)滅弧)，壓敏V1mA值越高越好，這是因?yàn)樵跉怏w放電管至輝光放電過(guò)程中交流正弦波形發(fā)生改變，在短時(shí)間內(nèi)限制了電壓及減少了能量(以34×34方片，V1mA=620，600V氣體放電管為例)，同時(shí)開(kāi)始斷斷續(xù)續(xù)為壓敏電阻器提供幾10毫安的電流，此時(shí)，針對(duì)氣體放電管，壓敏電阻器因高阻值而成為一個(gè)“限流”元件，壓敏電阻器也因晶界開(kāi)始擊穿，同時(shí)阻值發(fā)生變化，此時(shí)可分擔(dān)180V左右的電壓，而維持氣體放電管輝光放電所需電壓為(70～150)V。

壓敏電阻器與氣體放電管并聯(lián)，雖說(shuō)在氣體放電管導(dǎo)通后，可對(duì)壓敏電阻器進(jìn)行并聯(lián)分流，以減小壓敏電阻器的通流壓力。但是將V1mA值選擇過(guò)低，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)暫態(tài)過(guò)電壓侵害，氣體放電管有可能不會(huì)被壓敏電阻器的沖擊殘壓點(diǎn)火導(dǎo)通。如果這樣的話，系統(tǒng)中過(guò)電壓的所有能量將由壓敏電阻器來(lái)泄放，這將對(duì)壓敏電阻器是一種考驗(yàn)。如果將V1mA值選擇略大于或等于氣體放電管的直流點(diǎn)火電壓，即壓敏電阻器的沖擊殘壓略大于或等于氣體放電管的直流點(diǎn)火電壓，將有助于減緩壓敏電阻器性能的劣化，但是不會(huì)達(dá)到降低殘壓的目的。不過(guò)，這時(shí)壓敏電阻器和氣體放電管上流過(guò)的電流與其自身的有效電阻成反比，符合歐姆定律。其次，采用這樣的配合并不可能解決氣體放電管放電時(shí)的續(xù)流問(wèn)題，更不宜應(yīng)用于交流電源系統(tǒng)的保護(hù)。

壓敏電阻器與氣體放電管串并聯(lián)，也存在V1mA電壓值的選擇。V1mA值選擇過(guò)低，將會(huì)出現(xiàn)上述壓敏電阻器與氣體放電管串聯(lián)的情況，而且暫態(tài)過(guò)電壓的所有能量仍將由壓敏電阻器泄放，這對(duì)壓敏電阻器是不利的。所以，只有將V1mA值選擇略大于或等于氣體放電管的直流點(diǎn)火電壓，系統(tǒng)正常情況時(shí)，串聯(lián)的兩個(gè)壓敏電阻器共同承擔(dān)工作電壓，達(dá)到應(yīng)有的保護(hù)。在遭到?jīng)_擊放電電流過(guò)大時(shí)，第一個(gè)壓敏電阻器的沖擊殘壓使氣體放電管導(dǎo)通，短接第二個(gè)壓敏電阻器。相對(duì)而言，一旦氣體放電管導(dǎo)通，此時(shí)的情況將同第一個(gè)壓敏電阻器與氣體放電管串聯(lián)，這樣的話，系統(tǒng)的殘壓將由第一個(gè)壓敏電阻器決定，殘壓將大幅度降低。

4 結(jié)論

⑴ 應(yīng)用壓敏電阻器與氣體放電管串并聯(lián)，在壓敏電阻器的V1mA值略大于或等于氣體放電管的直流點(diǎn)火電壓時(shí)，殘壓將大大降低，而且減緩了壓敏電阻器的性能劣化。

⑵ 采用壓敏電阻器與氣體放電管并聯(lián)，當(dāng)氣體放電管導(dǎo)通后，不但減小了壓敏電阻器的通流壓力，而且縮短了壓敏電阻器通過(guò)大電流的時(shí)間，減緩了壓敏電阻器的性能的劣化，但對(duì)殘壓的影響不大。

⑶ 壓敏電阻器與氣體放電管串聯(lián)，由于串聯(lián)間隙擊穿電壓在不同操作波形下的離散性，有可能導(dǎo)致保護(hù)可靠性的降低或保護(hù)失敗。但是，氣體放電管起到一個(gè)開(kāi)關(guān)的作用，當(dāng)沒(méi)有暫態(tài)過(guò)電壓作用時(shí)，它能將壓敏電阻器與整個(gè)系統(tǒng)完全隔離，即沒(méi)有泄漏電流，同樣能減緩壓敏電阻器的性能的劣化，參數(shù)選擇得當(dāng)對(duì)殘壓有一定的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 蘇邦禮等《雷電與避雷工程》中山大學(xué)出版社1996

[2] GB 50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》

[3] GB/T 9043-1999《通信設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)用氣體放電管通用技術(shù)條件》

作者簡(jiǎn)介

孟梅(1979—)，女，陜西長(zhǎng)安人，工程師，主要從事氧化鋅壓敏電阻器工藝研究■