气体放电管+结构与+参数

气体放电管结构与与参数及其测试方法参数及其测试方法•气体放电原理•气体放电管的结构及其组成•气体放电管的电气参数特性•气体放电管耐流特性•气体放电管典型保护原理及应用一一、、、气体放电管交流放电过程气体放电管交流放电过程a.电压电流随时间关系图b.放电管伏安特性图Vs:击穿电压(Spark-overvoltage)Vgl:辉光电压(Glowvoltage)Va:弧光电压(Arcvoltage)Ve:息弧电压(Extinctionvoltage)G:辉光放电区(Glowmoderange)A:弧光放电区(Arcmoderange)一一、、、气体放电微观过气体放电微观过程EPCOS04/20041一一、、、气体放电微观过程气体放电微观过程EPCOS04/20041一一、、、气体放电管微观放电过程气体放电管微观放电过程---汤生放电气体放电分为两大类：非自持放电和自持放电，放电从非自持过渡到自持的现象称为气体击穿。这种放电现象与理论是本世纪初由科学家汤生提出的。非自持放电是指在存在外致电源的条件下放电才能维持的现象；自持放电是指去掉外致电离源的情况下放电仍能维持的想象。T0区区：：剩余电离粒子和电子在电场的作用下定向运动，电流从零开始逐渐增加，当极间电场足够大时，所有带电粒子都可到达电极，这时电流到达某一最大值。由于剩余电离产生的带电粒子密度一般很弱，所以T0区域饱和电流值仍然很小（约10^-12A量级)。T1区：阴极发射的电子在电场的作用下获得足够的能量，它们与气体分子碰撞并产生电离，导致带电粒子增加，放电电流随之上升。T2区区：：电子与气体分子碰撞产生正离子，电流进一步增大。这里从阴极发射的最原始的电子是由某种光电效应产生的，如果这种光电效应突然消失，那么汤生放电区域的电流会立即中断，所以这种属于非自持放电。当作用在放电管两端的电压大于某一临界值Vs时，放电管的电流会突然迅速上升，如此时移去外界电离源放电会照旧维持，气体出现某种类型的自持放电，如辉光放电和弧光放电。这时气体产生了击穿或着火，其临界电压值Vs就称为击穿电压。2一一、、、气体放电管微观放电过程气体放电管微观放电过程---汤生放电汤生放电理论就是在此放电基础上引入三系数来描述由电子和正离子产生气体电离的机理：：汤生第一电离系数汤生第一电离系数αα，，，汤生第二电离系数汤生第二电离系数ββ，，，以及汤生第三电离系数以及汤生第三电离系数γγ。。电子和中性粒子使之电离的αα过程对放电起主要作用过程对放电起主要作用。第三系数γγ又称正离子的表面电离系数又称正离子的表面电离系数，，表示每个正离子打在阴极上所引起的次级电表示每个正离子打在阴极上所引起的次级电子发射数。2一一、、、气体放电管击穿气体放电管击穿---帕邢定律气体击穿后的放电形式与电极形状、、极间距离极间距离、、气压以及外电路的特性有关气压以及外电路的特性有关，，在气体在气体种类和阴极材料都确定的情况下，，式中式中A,B,γγ都是常数都是常数，，可见可见Vs仅是pd乘积的函数，，实验已经充分的证明了这一点实验已经充分的证明了这一点，Vs随pd的变化规律关系称为帕邢定律律。。。即在放电空间里即在放电空间里，，气体的击穿电压只是气压和极距乘积的函数气体的击穿电压只是气压和极距乘积的函数。2一一、、、气体放电管击穿气体放电管击穿---潘宁效应（penningeffect)实验发现，，在适当的良种气体组成的混合气体中在适当的良种气体组成的混合气体中，，它的着火电压会低于单种气体的着它的着火电压会低于单种气体的着火电压，，目前在氩目前在氩-汞以及氖-氩混合气体中都发现了这种现象，，这种效应称为潘宁效这种效应称为潘宁效应应。。。可用简式表示可用简式表示：实验证明，A的激发能越接近B的电离能，，这种激发转移几率越大这种激发转移几率越大。。另外另外，，混合气体混合气体的碰撞截面积是单质气体的10倍以上，，这导致发生碰撞转移的几率也大这导致发生碰撞转移的几率也大，，由此可见潘由此可见潘宁效应对降低着火电压的作用。2一一、、、气体放电管放电过程气体放电管放电过程---辉光放电辉光放电是一种重要的放电形式，，是汤生放电的进一步发展是汤生放电的进一步发展，，主要区别在于辉光放电主要区别在于辉光放电有较大的电流。。因放电管出现特有的光辉而得名因放电管出现特有的光辉而得名，，辉光放电可分为亚辉光辉光放电可分为亚辉光、、正常辉光正常辉光及反常辉光放电三种类型。辉光放电是一种自持放电，，放电电流大小为毫安级放电电流大小为毫安级，，它是靠正离子轰击阴极所产生的它是靠正离子轰击阴极所产生的二次电子发射来维持的。辉光放电很明显分为以下几个区域：阴极位降区：：阴极与阴极与a之间，，这里有很大的电场强度这里有很大的电场强度。负辉区：ab之间，，这里电离和激发主要由阴极位降加速下的快速电子碰撞气体原子而这里电离和激发主要由阴极位降加速下的快速电子碰撞气体原子而引起。法拉第暗区：bc之间，，这里电子能量太低这里电子能量太低，，不足以激发气体原子不足以激发气体原子，，在在ac之间的电子流主要是扩散电子流。正柱区：cd之间，，这里电场强度为常数这里电场强度为常数。阳极辉区：：阳极附近的发光区阳极附近的发光区。2一一、、、气体放电管放电过程气体放电管放电过程---弧光放电弧光放电是一种自持放电，，它的主要特点是维持电压低它的主要特点是维持电压低，，通常只有通常只有30伏以内。。由于弧由于弧光电流很大，，单靠正离子轰击阴极不能提供这么多电子单靠正离子轰击阴极不能提供这么多电子，，更多的电子应该是阴极自身更多的电子应该是阴极自身发射电子。。弧光放电分为三个区域弧光放电分为三个区域：阴极位降区：：区域很短区域很短<10^-4m，，压降压降10V，，电流密度很大电流密度很大（10^10A/m2),这个区域对于阴极发射电子及维持放电很重要。阳极位降区：：空间电荷是负的空间电荷是负的，，而且不存在而且不存在阳极发射，，通常位降及电流密度小于阴极通常位降及电流密度小于阴极。弧光正柱：：在两者之间的是弧光正柱区在两者之间的是弧光正柱区，，也也是等离子区，，气体是中性的气体是中性的，，电场强度的大电场强度的大小与气体的性质、、气压气压、、及电流有关及电流有关。一一、、、气体放电管放电过程气体放电管放电过程---辉弧转换过程从辉光放电相对低的电流密度、、高的电压过渡到弧光放电高的电流密度高的电压过渡到弧光放电高的电流密度、、低的放电电低的放电电压需要阴极电子发射机构本质的改变才行。在反辉光区，，电流密度增加电流密度增加，，阴极位降增加阴极位降增加，，这使得撞击阴极的正离子能量增加这使得撞击阴极的正离子能量增加，，并并提高了阴极的温度，，反常辉光放电较高电流那部分对应阴极温度将变得足够高反常辉光放电较高电流那部分对应阴极温度将变得足够高，，从而从而使阴极发射出足够多的电子，，这样最后只用较低的电压就能维持放电这样最后只用较低的电压就能维持放电。2二二、、、气体放电管定义气体放电管定义•它是一种陶瓷或玻璃封装的、、内内充低压惰性气体的短路型保护器件，一般分两电极和三电极两种结构。其基本的工作原理是气体放电。。当当极间的电场强度超过气体的击穿强度时，，就引起间就引起间隙放电，，从而从而限制了极间的电压，，使与气体放电管并使与气体放电管并联的其它器件得到保护。•优点：：通流量通流量容量大，绝缘电阻高，漏电流小；•气体放电管的内部结构如图所示。。它主要由电极及它主要由电极及绝缘瓷管所组成，在电极的有效电子发射表面上涂有激活化合物(电子粉)，，电极间的距电极间的距离一般小于1mm以提高电子的发射能力，，为了为了保证气体放电管能快速地将浪涌电压限制在低电位，，在陶瓷在陶瓷绝缘管内表面制作有一导电带，，通过通过其作用电场来加速放电区域的电离，使放电管具有快速响应特性和可恢复性。二二、、、气体放电管组成及其结构气体放电管组成及其结构1–电极2–金属化瓷管二极放电管组成3–焊料片（（丝丝丝））4–电子粉发射物6–惰性气体7–镀锡引线8–失效保护装置12321三极放电管组成二二、、、气体放电管组成及其结构气体放电管组成及其结构导电带少量惰性气体引线引线电子发射物涂复电极瓷管焊料（（二电极放电管结构二电极放电管结构）二二、、、气体放电管组成及其结构气体放电管组成及其结构少量气体导电带中电极瓷管焊料涂复电极电子放射物（（三电极放电管结构三电极放电管结构）二二、、、气体放电管组成及其结构气体放电管组成及其结构3eArrester+FailSafe20SolderPillI~/Iaca10TT00ess13s5s79stSec.(自带失效保护三极放电管)三三、、、气体放电管电参数特性气体放电管电参数特性•直流击穿电压：：在放电管两端施加一个在放电管两端施加一个100V/S缓慢上升的点电压时，致使放电管发生击穿的电压值。亦称“直流击穿电压”，记为:Vs。三三、、、气体放电管电参数特性气体放电管电参数特性•冲击击穿电压：：在放电管极间施加上升速率很快的在放电管极间施加上升速率很快的（100V/us或1KV/us）电压时，，致使放电管发生击穿时刻的电压值致使放电管发生击穿时刻的电压值。。记为记为Vss.三三、、、气体放电管电参数特性气体放电管电参数特性230V放电管的典型反应模式三三、、、气体放电管电参数特性气体放电管电参数特性•绝缘电阻：标准大气压下，，在放电管极间施加一特定的直流电压时测得的电阻在放电管极间施加一特定的直流电压时测得的电阻。。通通常要求气体放电管的绝缘电阻>10^9欧姆.•电容:放电管极间测得的电容值.气体放电管各极间电容应不大于10PF,通常在3PF以下.•直流过保持电压:在特定条件下，，放电管经冲击放电后放电管经冲击放电后，，在规定的时间内从低阻抗导状态在规定的时间内从低阻抗导状态恢复到高阻抗绝缘状态时允许负荷的最高直流电压，，通常以其续流遮断时通常以其续流遮断时间来衡量。。任何规格的放电管续流遮断时间都应小于任何规格的放电管续流遮断时间都应小于150ms，，标称直流击标称直流击穿电压值为70V和90V的管子不考核此项指标。放电管过保持电压的直流试验电压分为52V、80V和135V三挡，，若若过保持电压值超出上述范围，，则按需要决定则按需要决定。三三、、、气体放电管电参数特性气体放电管电参数特性•气体放电管续流能力（Followoncurrent):在特定条件下，，放电管经冲击放电后放电管经冲击放电后，，在半个波长内从低阻抗导状态恢在半个波长内从低阻抗导状态恢复到高阻抗绝缘状态时允许负荷的最大电流。。通常以放电管两端施加的电通常以放电管两端施加的电压及流经放电管的交流电大小来衡量。200A253VI三三、、、气体放电管电参数特性气体放电管电参数特性•三极管冲击横向电压:以两个放电间隙不同时击穿的时间差来衡量，，该该时间应不大于200ns。三极管保护L1Vs=210V由于三极气体放电管至少有两个放电间隙共用相同的放电介质（堕性气体）。48VAVs=250V当一个间隙被击穿时，，由于电离的气体分子的由于电离的气体分子的运动而引起L2另一间隙在电压未达到其击穿电压时就被击穿。也就是说在L1与L2之间的电压差不取决于每个间隙的击穿电压，，而只而只取决于三极放电管中的放电介质的特性，如气体分子的运动速度,电离度等。横向电压就是用来衡量三极放电管两个放电间隙之间的电压差，，及及L1与L2之间的电压差。GB9043中规定了在1KV/us波形下这种电压差存在的时间不得长于200ns，即:1000V/us*200ns=200V.也就是说横向电压要小于200V。但在GB9043中横向电压是用200ns这一时间考核的。其测试方法可能参考GB9043中的第6.7条。四四、、、气体放电管耐流特性气体放电管耐流特性气体放电管除了上述七大最基本电参数外，，还有耐流能力标准还有耐流能力标准,亦称寿命试验,管子的性能通常由耐流等级的高低决定.耐交流放电电流：：又称耐工频电流又称耐工频电流；；在规定的放电次数内在规定的放电次数内，，流经放电管放流经放电管放电间隙的近似交流电流的有效值(48~52Hz)，，电流大小从电流大小从2.5A到300A.耐冲击放电电流：：在规定的放电次数内在规定的放电次数内，，流经放电管放电间隙的冲击电流流经放电管放电间隙的冲击电流峰值。。亦称亦称“脉冲放电电流”或浪涌放电电流“。。通常包含种波形通常包含种波形10/1000us和8/20us,10/350us电流大小从100A到150KA.四四、、、气体放电管耐流特性气体放电管耐流特性2.冲击电流试验对试样施加波形为10/1000μs的冲击电流波,电流峰值按表4相应的电流等级选取,冲击电流源的充电电压峰值应不小于试样最大冲击击穿电压的1.5倍倍。。。试验可以是正或者正试验可以是正或者正、、反两极性交替冲击反两极性交替冲击，，冲击次数冲击次数通常为300次次。。3.冲击电流试验2对试样施加波形为8/20μs的冲击电流波，，电流峰值按表电流峰值按表4相应的电流等级选取，，正正正、、、反向极性各冲击反向极性各冲击5次次，，，其它要求同冲击电流其它要求同冲击电流1。四四、、、气体放电管耐流特性气体放电管耐流特性1.二极管以及三极管耐交流电流能力试验图：（（来自国标来自国标GB9043-2008）五五、、典型保护原理及应用•Atmosphericdischarges(Lightnings)•Inductionfrompowerlines(Electro-magneticinfluence)•Powercross五五、、典型保护原理及应用（TypicalTelecomApplications)SubscriberOverheadLinesBranchExchangeDistributorAmplifierMDFPrivateAutomaticBranchExchange(PABX)Phone,Fax,Modem,CellularPhoneNetworkLAN,Network-AmplifierTerminals(BaseStations,MobileExchanges,MultiplexerUnits)ArresterApplicationFibreOpticCopperEPCOS04/200425五五、、典型保护原理及应用(ConventionalMDF)aa´´´SwitchingSystem(e.g.EWSD)bb´´´InterferingvoltageinInterferingvoltageinsubscribercablesystemcable五五、、典型保护原理及应用(MDFProtectionModules)2-pointProtection3-pointProtection5-pointProtectionsinglepair8/10pairs8/10pairs´´´aaaa´´´aa´´´bb´´´´´´bbbb´´´OvercurrentProtectionOvervoltageProtectionOvervoltage/PluggablefromthefrontPluggablefromtherearOvercurrentProtectionPluggablefromtherear五五、、典型保护原理及应用(ProtectionofModemsandDataLines)ModemsStandard:EC90X,EC145EM300X,EM350XHighend:T83,T30,T90DatalineAdvantageofSurgeArresters:ProtectorsArresterhasvirtuallynoaffectonthesystembeingprotecteddueStandard:EC90X,EC145Xto:EC230X,T83•HighinsulationresistanceADSL/xDSL:•LowselfcapacitanceEC230X,EC350X,•Applicableforfrequenciesabove:100MHzA81-A350X,T63-C600XEPCOS04/200425五五、、典型保护原理及应用(电涌保护器SPD)六六、、、典型产品介绍典型产品介绍爱普科斯(孝感)电子有限公司---气体放电管•产品标志说明•普通产品介绍•最新产品介绍六六、、、典型产品介绍典型产品介绍•产品标志说明六六、、、典型产品介绍典型产品介绍•产品标志说明六六、、、典型产品介绍典型产品介绍•产品标志说明六六、、、典型产品介绍典型产品介绍•普通型产品：二极放电管---R…5XA系列•小的尺寸外形•带引线安装•直流电压范围75~4000V•较快脉冲响应•过保持电压135V•较大的耐流能2.5A/2.5KA•低电容<2PF•高阻抗>10^10GOhm六六、、、典型产品介绍典型产品介绍•普通型产品：二极放电管---R…8XA系列•较小的尺寸外形(8x6mm)•带引线安装•直流电压范围75~1000V•较快脉冲响应•过保持电压135V•较小的耐流能5A/5KA•低电容<2PF•高阻抗>10^10GOhm六六、、、典型产品介绍典型产品介绍•普通型产品：二极放电管---R…8XMA系列EC…•较小的尺寸外形(8x6mm)•带引线安装•直流电压范围75~800V•较快脉冲响应•过保持电压135V•较大的耐流能10A/10KA•低电容<2PF•高阻抗>10^10GOhm六六、、、典型产品介绍典型产品介绍•普通型产品：二极放电管---R…8XHA系列•较小的尺寸外形(8x6mm)•带引线安装•直流电压范围75~600V•较快脉冲响应•过保持电压135V•大的耐流能20A/20KA•低电容<2PF•高阻抗>10^10GOhm六六、、、典型产品介绍典型产品介绍•普通型产品：三极放电管---3R…7CXA系列•较小的尺寸外形(7.2x10mm)•带引线安装•直流电压范围75~600V•较快脉冲响应•过保持电压135V•较大的耐流能10A/10KA•低电容<2PF•高阻抗>10^10GOhm六六、、、典型产品介绍典型产品介绍快速反应二极气体放电管---ES…XP/A系列•特小的尺寸外形(4.7x4mm)•带引线安装•直流电压范围75~1000V•很快脉冲响应•过保持电压135V•较小的耐流能2.5KA•低电容<1.5PF•高阻抗>10^10GOhm六六、、、典型产品介绍典型产品介绍SIDActors(P3100EA)VsSurgeArrester(ES300XP)P3100EAES300XPVDRM275VminBreakdownVoltage275VmaxDCBreakdownVoltage350VVS350V@100V/µsec450Vmax@100V/µsec380VIpp150A8/20µsec2500ACapacitance30pFapp1pFdi/dt500A/µsecMaximumratedriseincurrentnolimit六六、、、典型产品介绍典型产品介绍SIDActors(P3100EA)VsSurgeArrester(ES300XP)TO-92mmmin/maxA.4.47/4.98B.12.70minD.2.41/2.67E.3.81minF.1.16/1.37G.3.43/3.68H.2.23/2.44J.4.47/4.73K.2.23/2.44L.0.33/0.48M.0.33/0.43N.1.52maxP3100EAES300XP六六、、、典型产品介绍典型产品介绍SIDActors(P3100EA)VsSurgeArrester(ES300XP)P3100EAES300XP六六、、、典型产品介绍典型产品介绍快速反应二极气体放电管---ES…XN/SMD系列•特小的尺寸外形(4.7x4mm)•表面贴装•直流电压范围75~1000V•很快脉冲响应•过保持电压135V•较小的耐流能2.5KA•低电容<1PF•高阻抗>10^10GOhm六六、、、典型产品介绍典型产品介绍快速反应二极气体放电管---ES…XN/SMD系列•特小的尺寸外形(5.3x4.7mm•表面贴装(SMD)•直流电压范围300,350V•很快脉冲响应•过保持电压135V•较小的耐流能1.5KA•低电容<1PF•高阻抗>10^10GOhm六六、、、典型产品介绍典型产品介绍复合型三极气体放电管---EK230XFV•较小的尺寸外形10.5x14.4mm•自带失效保护装置FS•直流电压范围184~276V•很快脉冲响应<350V•过保持电压135V•高续流能力140A•大的耐流能力10A/10KA•较低电容<85PF•高阻抗>10^10GOhm五五、、典型保护原理及应用(电涌保护器SPD)LN3六六、、、典型产品介绍典型产品介绍EPCOS04/200425六六、、、典型产品介绍典型产品介绍H25A-A800XPspecification:•Protectionlevel1.5kV@1.2/50us,6KV•Nominaldischargecurrent,In100kA@8/20µs•Impulsecurrent,Iimp100kA@10/350µs•Followcurrent,prospective,If100A@255Vrms•ACdischargecurrent(TOV)300Ax0.2s•Sizeф25x21H25A-B800XPspecification:•Protectionlevel1.5kV@1.2/50us,6KV•Nominaldischargecurrent,In50kA@8/20µs•Impulsecurrent,Iimp50kA@10/350µs•Followcurrent,prospective,If100A@255VrmsH25A-E800XPspecification:•Protectionlevel1.5kV@1.2/50us,6KV•Nominaldischargecurrent,In100kA@8/20µs•Maxdischargecurrent,Imax150kA@8/20µs•Followcurrent,prospective,If100A@255Vrms六六、、、典型产品介绍典型产品介绍六六、、、典型产品介绍典型产品介绍L1_-A800XP1specification:•Protectionlevel1.5kV@1.2/50us,6KV•Nominaldischargecurrent,In50kA@8/20µs•Maxdischargecurrent,Imax50kA@10/350µs•Followcurrent,prospective100A@255Vrms•ACdischargecurrent(TOV)300Ax0.2s•Sizeф30x12L1B-A800XP1(TP)specification:•Protectionlevel1.5kV@1.2/50us,6KV•Nominaldischargecurrent,In60kA@8/20µs•Maxdischargecurrent,Imax60kA@10/350µs•Followcurrent,prospective100A@255Vrms•ACdischargecurrent(TOV)300Ax0.2s•Sizeф30x12六六、、、典型产品介绍典型产品介绍D25L10-A800XPspecification:•Protectionlevel1.5kV@1.2/50us,6KV•Nominaldischargecurrent,In100kA@8/20µs•Maxdischargecurrent,Imax150kA@8/20µs•Followcurrent,prospective100A@255Vrms•ACdischargecurrent(TOV)300Ax0.2s•Sizeф25x10六六、、、典型产品介绍典型产品介绍六六、、、典型产品介绍典型产品介绍EPCOS04/200425六六、、、典型产品介绍典型产品介绍