? 欧系管型间隙放电管
具有预触发低残压、高续流遮断能力(轻易做到 50kA 续流遮断能力),和 H2 气爆熄弧功能,两极均固定在绝缘件上。当雷电过电压内外间隙击穿时,雷电流和工频短路电流流经管间隙,管内特殊物质受热析出 H2 气体,H2 和管道内 O2 遇火发生氢爆,较大压力经内间隙喷出管外,强制间隙续流熄弧。
管型间隙放电管的选用受安装地点最大、最小短路电流制约,最大短路电流大于避雷器的断流上限时,避雷器会爆炸;短路电流小于避雷器的断流下限时就不能熄弧,避雷器可能烧坏。另外,管型间隙放电管多次动作后,管内径会逐渐增大,析出 H2 气耗尽,熄弧能力会下降甚致极低。
保护间隙和管型间隙放电管都是靠间隙击穿接地放电降压起到保护作用,这种作用同时会造成接地故障或相间短路故障,保护作用也存在一定瑕疵。
优势:通流能力强,残压低,续流能力强。
管型间隙放电管预触发电路和应用电路图示意:
? 欧系的玻璃气体放电管
玻璃作为密封件,也有很多优点,比如绝缘性能好,工艺比较成熟,成本有优势。
缺点:相对于陶瓷材料,温度适应性差;玻璃材质容易破损,密封工艺复杂,良品率差一点。
前苏联系,高能玻璃点火开关管、三电极触发管,技术比较复杂,应用在超高压、军工等特殊领域,属于真正高科技产品。后续再找机会重点讲述。
? 日系三菱,冈谷为代表的,玻璃气体放电管小分支,技术路线也稍不同:
1)2 个类似羊角的电极,玻璃密封,充惰性气体;简单利用原羊角间隙原理,只是改空气开放式放电,为玻璃封装下密闭稳定环境,惰性气体或者混合气体放电。
2)微间隙放电玻璃放电管,里面有个绝缘棒,表面涂覆有复合材料导电膜。激光切割 1 个或者多个微小间隙,让左右电极绝缘。充惰性或者混合气体气体,形成一定电压微间隙放电导通机制。
被中国大陆普遍应用的日系玻璃气体放电管,由于碳棒,涉及到复合带电材料,需要有放电能力,而且雷击时,需要稳定,否则被雷击击穿,微间隙损坏、短路,电阻下降等等,都是不能接受的。而且还需要激光切割,工艺设备、成本也比较高。
上世纪 90 初,技术转移到中国大陆时,估计日本人还留了一手,没有转移碳棒微间隙技术。国内几家承接转移生产玻璃气体放电管的厂家,将碳棒微间隙,替换成一个石英片,这其实是低成本劣质产品。
尽管如此,此产品也卖了20多年。这就是我们的市场现状,只要会做营销,也能占有一定市场。吹嘘所谓的强效玻璃放电管,对比资料还显示,说功能比陶瓷气体放电管还强大,这也太不专业了!
以上都是间隙防雷器,防雷元件的一些比较有代表性的产品。 下面介绍陶瓷气体放电管。
上世纪 80 年代,陶瓷金属化技术日趋成熟。陶瓷作为电子元件的结构、绝缘材料,正式走人大众视野,作为优化、稳定间隙放电原理下改善性产品之一。
陶瓷气体放电管机理
陶瓷气体放电管基本继承了间隙放电的机理:
1)增加封闭真空环境;
2)增加特殊材质电极,提高电腐蚀、烧灼能力;
3)电极上,增加辅助阴极涂覆层,提高击穿电压、降低残压、雷击稳定性;
4)密闭环境里面充入特殊混合气体、增强导电、关断、续流特性。
简单地说,陶瓷气体放电管是增强型间隙放电元件。采用高效率弧光放电的气体物理原理工作。从电气角度看,气体放电管等效于压敏开关。一旦施加到放电管上的电压超过击穿电压,电弧将在毫微秒时间内在密封放电区域形成,高浪涌电流处理能力和几乎独立于电流的电弧电压会将过压短路。当放电结束,放电管熄灭时,内阻立即恢复为数百MΩ 。因此气体放电管几乎满足了被保护元件的所有要求。它能将过压可靠地限制在允许数值范围内,并且在正常工作条件下,由于其高绝缘阻抗和低电容特性,实质上放电管对受保护系统不会产生任何影响。
主要特性:
1)直流击穿电压 70~7500V ,特殊产品有 35kV~70kV
2)冲击放电电流(8/20μs), 最大值400kA
3)冲击放电电流(10/350μs), 最大值100kA
4)工频放电电流(1s) 最大值 20A
5)工频放电电流(0.2 s) 最大值300 A
6)弧光电压 10~35V
7)绝缘电阻最小值 1 GΩ
8)电容最小值0.2 pF
陶瓷气体放电管寿命:
1)防雷、防过电压保护用陶瓷气体放电管,一般雷击寿命几十次,或者几百上千次;详细可以参看 GB/T 9043 ITU K12 IEC 61643.311~312 等标准。
2)开关管(电器)一般开关寿命10万次以上,行业最高水平有100万次无劣化的优质产品。
新型陶瓷气体放电管主要类型
小体积、高通流、快速响应陶瓷气体放电管(VSS/VS<1.5,残压典型值 350v):
直流应用,无续流,高能量密度的多级陶瓷气体放电管:
失效保护类(失效短路保护、续流开路(同行产品))陶瓷气体放电管:
视频、轴向陶瓷气体放电管:
255VAC ~300A 续流遮断能力,大通流 400kA(8/20us),100kA(10/350us),低残压 1500V,单间隙陶瓷气体放电管:
交流应用,255VAC ~10KA 续流遮断能力,高能量密度的多级陶瓷气体放电管:
应用在防雷保护器 SPD 后备保护器(SCB)陶瓷气体放电管(因客户商业信息图略)。
长寿命、高通流能力二极开关管:
长寿命、高通流能力、宽触发范围等三极陶瓷触发开关管:
长寿命、超高压 100kVDC 继电器(高压陶瓷开关管),新品定型中……
结束语
防雷是一个老话题,现在尚无万试万灵的产品,防雷器技术仍在不断的发展中,还有许多东西值得探索。现在业界已经由跟随开始了自主创新。随着国内科技实力、人员水平的不断提升,特别是在基础材料、特殊工艺的研发上,中国不少公司都已经开始发力。未来,即使理论不断的发展完善,新的防雷产品产生后,同样需要人们以科学的态度在实践中检验,防雷、防过电压、过电流技术革新才能日趋完善。这需要花大量时间、长期的统计分析,才能得到有益的结果。
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