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，殘壓過高提供了有力依據(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

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,國家對鐵路及電力系統(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)的過電壓侵入電力系統(tǒng)損壞電氣設(shè)備。作為過電壓防護(hù)的元器件，無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高，而且隨著8/20電流波越大操作殘壓越高，不時地超過了設(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。將兩個壓敏電阻器串聯(lián)，在后一個壓敏電阻器上并聯(lián)一個氣體放電管(如圖1所示)。正常情況下，兩個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)_擊放電電流過大，殘壓超過應(yīng)有的保護(hù)水平時，沖擊殘壓使氣體放電管導(dǎo)通短接第二個壓敏電阻器，此時系統(tǒng)的殘壓將由第一個壓敏電阻器決定，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火電壓，因為當(dāng)壓敏電阻器的V1mA值過低，則氣體放電管有可能在暫態(tài)過電壓作用期間不會放電導(dǎo)通。如果這樣的話，過電壓的所有能量仍將由壓敏電阻器來泄放，這對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)(見圖2)，可以有效的克服壓敏電阻器在通過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，壓敏電阻器已開始工作，對暫態(tài)過電壓進(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大電流的時間，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開關(guān)的作用，放電瞬時的殘壓略有降低(如圖3所示)。

3 分析與討論

以上試驗結(jié)果簡單的可以說明：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，及時對電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，杜絕氣體放電管放電時的續(xù)流問題、動作靈敏度問題、以及對于波頭上升陡度較大的雷電波難以有效地抑制等問題，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作后立即熄弧，無續(xù)流、動作負(fù)載輕、耐重復(fù)動作能力強(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，氣體放電管將難以自動滅弧)，壓敏V1mA值越高越好，這是因為在氣體放電管至輝光放電過程中交流正弦波形發(fā)生改變，在短時間內(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)，同時開始斷斷續(xù)續(xù)為壓敏電阻器提供幾10毫安的電流，此時，針對氣體放電管，壓敏電阻器因高阻值而成為一個“限流”元件，壓敏電阻器也因晶界開始擊穿，同時阻值發(fā)生變化，此時可分擔(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)，雖說在氣體放電管導(dǎo)通后，可對壓敏電阻器進(jìn)行并聯(lián)分流，以減小壓敏電阻器的通流壓力。但是將V1mA值選擇過低，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)暫態(tài)過電壓侵害，氣體放電管有可能不會被壓敏電阻器的沖擊殘壓點火導(dǎo)通。如果這樣的話，系統(tǒng)中過電壓的所有能量將由壓敏電阻器來泄放，這將對壓敏電阻器是一種考驗。如果將V1mA值選擇略大于或等于氣體放電管的直流點火電壓，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火電壓，將有助于減緩壓敏電阻器性能的劣化，但是不會達(dá)到降低殘壓的目的。不過，這時壓敏電阻器和氣體放電管上流過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的續(xù)流問題，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值選擇過低，將會出現(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)過電壓的所有能量仍將由壓敏電阻器泄放，這對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火電壓，系統(tǒng)正常情況時，串聯(lián)的兩個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)_擊放電電流過大時，第一個壓敏電阻器的沖擊殘壓使氣體放電管導(dǎo)通，短接第二個壓敏電阻器。相對而言，一旦氣體放電管導(dǎo)通，此時的情況將同第一個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火電壓時，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大電流的時間，減緩了壓敏電阻器的性能的劣化，但對殘壓的影響不大。

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開關(guān)的作用，當(dāng)沒有暫態(tài)過電壓作用時，它能將壓敏電阻器與整個系統(tǒng)完全隔離，即沒有泄漏電流，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)計規(guī)范》

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

作者簡介

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