几种常用避雷器在使用中的性能比较分析

2022-09-10

雷电时发生在大气中的一种自然灾害, 由于雷电出现的随机性和危险性, 人们对它的理解和防护还不够, 因此雷电给生命和财产带来巨大的损失。特别是计算机信息网络和通信系统等高新技术的迅猛发展, 由雷电引起的灾害事故呈现出上升的趋势, 雷电给人类生活生产造成的损失已经远远超过了水灾, 火灾, 成为一种最严重的自然灾害。然而, 到目前为止, 人们还无法有效的阻止雷电的发生, 力所能及的工作就是限制雷电所造成的破坏作用, 将雷击的危害减小到最小程度。避雷器又叫做电压限制器或电涌保护器, 简称SPD, 它的作用就是把已窜入电力线、信号传输线的雷电高电压限制在一定范围内, 保证用电设备不被高电压击穿, 从而避免电子设备手损坏或避免寿命降低的器件。

1 避雷器类型及性能比较分析

常用的避雷器种类繁多, 但归纳起来可分为几种:包括放电间隙型、阀型、半导体器件型等。本文对现有的避雷器作比较分析, 找出性能差异, 使避雷器能到达到预期的保护效果。

1.1 放电间隙型

气体放电管是一种间隙式的防雷保护组件, 工作原理是气体放电。当放电管两极之间施加一定电压时, 便在极间产生不均匀的电场, 在此电场作用下, 管内气体开始游离, 当外加电压增大到使极间场强气体的绝缘强度是时, 两极之间的间隙将放电击穿, 由原来的绝缘状态转化为导电状态导通后放电管两极之间的电压维持在放电弧道所决定的残压水平, 这种残压一般很低, 从而使与放电管并联的电子设备免受过电压的损坏。在电弧区, 电弧压降常在10V~30V。由于气体放电管的极间绝缘电阻很大, 寄生电容很小, 对高频电子线路的雷电防护具有明显的优势。主要不足之处及时其放电时延较大, 动作灵敏度不够理想, 对于波头陡度较大的雷电波难以有效的抑制。

1.2 阀型

阀型避雷器是性能较好的一种避雷器。常用的阀型避雷器有以碳化硅和氧化锌为主要原料的两类, 其中碳化硅阀型避雷器用得较早, 由于它的电容量较小, 故在某些通信系统中, 为了减小插入损耗, 就采用碳化硅避雷器。而氧化锌阀型避雷器为后起之秀, 是以氧化锌压敏电阻构成, 当作用其两端的电压达到一定值时, 电阻呈现低阻状态。由于压敏电阻具有良好的非线性, 通流容量大, 常态泄露电流小, 残压水平低, 响应时间短和无续流等诸多优点, 目前已被广泛的应用于电子设备的雷电防护。缺点是氧化锌压敏电阻具有较大的寄生电容, 这一点对于高频电子系统的保护是十分不利的。

阀型避雷器应垂直安装, 每一个元件的中心线与避雷器安装点中心线的垂直偏差不应大于该元件高度的1.5%。如有歪斜可在法兰间加金属片校正, 但应保证其导电良好, 并将其缝隙用腻子抹平后涂以油漆。避雷器各连接处的金属接触平面, 应除去氧化膜及油漆, 并涂一层凡士林或复合脂。室外避雷器可用镀锌螺栓将上部端子接到高压母线上, 下部端子接至接地线后接地。但引线的连接, 不应使避雷器结构内部产生允许的外加应力。接地线应尽可能短而直, 以减小电阻, 其截面应根据接地装置的规定选择。

1.3 半导体器件

半导体器件包括齐纳二极管、雪崩二极管和暂态抑制二极管。都是利用二极管反向击穿的原理。具有相似的伏安特性, 一般可划分为3个工作区, 即正反向区和击穿区。在正向区, 它们与普通二极管一样, 在很低的正向电压作用下, 就能够由大量的多数载流子流过结区。在反向区, 管子上承受的反向电压低于击穿电压, 管子中流过很小的反向泄露电流。当管子上的反向电压达到击穿电压值后, 它就击穿导通, 进入击穿区。它们的性能大致也是相同的, 只是在耐受暂态脉冲冲击能力和箝位电压水平等方面有所差异。与齐纳二极管相比, 暂态抑制二极管 (简称TVS) 有更高的电流导通能力。TVS的两极受到反向瞬态高能量冲击时, 它能以ps量级的速度, 将其两极间的高阻抗变为低阻抗, 吸收高达数千瓦的浪涌功率, 使两极间的电压箝位于一个预定值, 有效的保护电子线路中的精密元器件, 免受各种浪涌脉冲的损坏, 它比使用压敏电阻进行浪涌保护优越的多。具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压低、体积小。适应于信号电路和多级保护电路中的末级。

2 结语

从以上分析可见:气体放电管、压敏电阻和暂态抑制二极管这些保护组件的性能特点可大致归纳为表1所示。

在使用中, 可以根据被保护电子系统的具体保护要求, 充分比较各种保护元件之间的性能差异, 择优选择, 合理使用, 以提高保护可靠性。对于一些脆弱的电子设备的防雷保护来说, 采用单个保护元件常常无法满足要求, 在这些保护场合下, 需要将几种保护元件组合起来, 构成多级保护电路才能达到要求在这类多级保护电路中, 放电管常作为第一级, 压敏电阻可用作第一二级, 而暂态抑制二极管一般用作最末的一二级, 这样就组成了三级保护电路, 该电路在电子设备的防雷保护中是比较典型的一种常用保护电路。从而利用各级保护元件的配合, 将幅值很高的雷电暂态过电压限制在电子设备可以耐受的低电压值, 从而获得对电子设备的可靠保护。

摘要：本文对现有的避雷器作比较分析, 找出性能差异, 在使用中做到择优选择, 合理使用, 以提高保护的可靠性。

关键词：避雷器,性能比较分析