氧化鋅壓敏電阻是限壓型保護(hù)器件，沒(méi)有脈沖電壓時(shí)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，一旦響應(yīng)脈沖電壓，立即將電壓限制到一定值，其阻抗突變?yōu)榈妥锠顟B(tài)。與氣體放電管比較，它最大的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)它吸收脈沖電壓時(shí)因殘壓高于工作電壓，不會(huì)造成電源的瞬間短路，也不會(huì)產(chǎn)生續(xù)流。氧化鋅壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間比氣體放電管快。氣體放電管的擊穿電壓對(duì)脈沖電壓的上升速率十分敏感，電壓上升速率越快，點(diǎn)火電壓越高，響應(yīng)時(shí)間越快。能夠正確選擇壓敏電阻和氣體放電管這二類(lèi)元器件，并利用它們各自的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行組合的電源避雷器，其整機(jī)性能相對(duì)較好。電源避雷器中要求氧化鋅壓敏電阻，具有優(yōu)良的能量耐受特性，而能量耐受特性主要用額定雷電沖擊電流、最大雷電沖擊電流和能量耐量三大指標(biāo)來(lái)描述，這些特性與氧化鋅壓敏電阻的表面積有關(guān)，和元件的散熱條件有關(guān)。同一種規(guī)格的壓敏電阻，由于不同廠家的制造工藝、原料配方不同，其能量耐受能力會(huì)相差很大。
氣體放電管具有很強(qiáng)的承受大能量沖擊的能力，但在具體使用時(shí)，由于氣體放電管在放電時(shí)殘壓極低，近似于短路狀態(tài)，因此不能單獨(dú)在電源避雷器中使用，氣體放電管的耐流能力與管徑有關(guān)，管徑越大，耐流能力越好。氣體放電管的質(zhì)量問(wèn)題主要表現(xiàn)為慢性漏氣，長(zhǎng)時(shí)間使用的可靠性問(wèn)題（即遭受多次雷電沖擊后，直流擊穿電壓值發(fā)生偏移），光敏效應(yīng)和離散性較大。雖然近年來(lái)國(guó)產(chǎn)的氣體放電管有了較大的改進(jìn)，質(zhì)量在逐步提高，但整體質(zhì)量問(wèn)題仍然存在，特別是可靠性問(wèn)題和慢性漏氣問(wèn)題。因此電源避雷器中選擇進(jìn)口名牌氣體放電管的產(chǎn)品應(yīng)作為首選，且氣體放電管的管徑在Ф8㎜以上為好。
電源避雷器中的電容器和熱熔保險(xiǎn)絲的選擇也很重要。電源避雷器長(zhǎng)期工作在電網(wǎng)中，由于電容器的質(zhì)量問(wèn)題造成電源避雷器整機(jī)損壞的事例很多，因此，電容器的耐壓選擇很重要，特別是耐受脈沖高電壓的沖擊能力。相比之下，國(guó)外產(chǎn)品好于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，日立公司，OKAYA公司的電容器質(zhì)量為上好。電源避雷器中的熱熔保險(xiǎn)絲的作用是當(dāng)雷電流超過(guò)電源避雷器最大承受能力時(shí)，由于過(guò)流作用，可使保險(xiǎn)絲斷開(kāi)，同時(shí)由于過(guò)截使氧化鋅壓敏電阻溫度上升亦可使保險(xiǎn)絲斷開(kāi)，起到過(guò)流和溫度雙重保護(hù)作用。由于電源避雷器常態(tài)工作條件下，電流非常小，只是在雷電沖擊或脈沖電壓沖擊時(shí)，在瞬態(tài)條件下起保護(hù)作用，因此與常規(guī)熱熔保險(xiǎn)絲的使用條件有所區(qū)別，所以，電源避雷器中的熱熔保險(xiǎn)絲應(yīng)有獨(dú)特性能，即在瞬態(tài)條件下的熔斷特性。
先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案
避雷器的設(shè)計(jì)方案有了良好的元器件，先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案是確保電源避雷器質(zhì)量的必要條件。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的分析比較，在設(shè)計(jì)電源避雷器時(shí)應(yīng)充分考慮以下幾個(gè)方面問(wèn)題。電源避雷器耐雷電電流沖擊等級(jí)的合理定位，即電源避雷器額定浪涌電流值和最大浪涌電流值的確定?，F(xiàn)在市場(chǎng)上有些電源避雷器的廠商，為了廣告宣傳和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)等商業(yè)行為，隨意提高耐雷電電流沖擊的等級(jí)，這是一種對(duì)用戶(hù)極不負(fù)責(zé)的態(tài)度。雷擊災(zāi)害對(duì)現(xiàn)代電子設(shè)備具有極大的破壞性。某一地區(qū)雷電電流的大小，由于地理環(huán)境、氣象條件和電子設(shè)備電源接線方式等諸多不確定因素，很難用一個(gè)數(shù)字量來(lái)確定，因此，廠家對(duì)電源避雷器的設(shè)計(jì)應(yīng)有較大的余量。一般浪涌電流的設(shè)計(jì)應(yīng)是該電源避雷器最大浪涌電流值的一倍，而最大浪涌電流值又應(yīng)是該電源避雷器額定浪涌電流值的一倍，這樣的設(shè)計(jì)余量才是對(duì)用戶(hù)負(fù)責(zé)的態(tài)度。在廠家設(shè)計(jì)的具體線路中，應(yīng)采用多路浪涌電流吸收的冗余式電路結(jié)構(gòu)，即當(dāng)某一路浪涌電流吸收回路由于某元器件損壞，自動(dòng)退出電源避雷器的整機(jī)電路，不影響整個(gè)電源避雷器的正常工作。由于采用上述的設(shè)計(jì)余量，即使出現(xiàn)一路、甚至二路吸收回路退出整體電路，也不影響整個(gè)電源避雷器的防雷能力。這種冗余設(shè)計(jì)方案將大大地提高電源避雷器的可靠性，是多雷區(qū)電源線路防雷的首選防護(hù)設(shè)備。
生產(chǎn)工藝和質(zhì)量管理體系方面
合理科學(xué)的生產(chǎn)工藝是確保電源避雷器質(zhì)量的保證條件。在電源避雷器的生產(chǎn)工藝上，生產(chǎn)廠家應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。濕熱一直是壓敏電阻失效的一個(gè)重要原因，其表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象是壓敏電阻在受長(zhǎng)期潮濕環(huán)境的影響下，其泄露電流明顯上升，壓敏電壓值明顯下降。對(duì)于整個(gè)電源避雷器來(lái)講，由于潮濕環(huán)境的影響，一旦電網(wǎng)中出現(xiàn)瞬態(tài)過(guò)電壓或雷電電流的沖擊，很可能造成局部短路而損壞的現(xiàn)象。由于雷雨季
節(jié)往往是一個(gè)濕熱的氣象環(huán)境條件，因此電源避雷器的防濕熱工藝顯得非常重要。通常廠家采用環(huán)氧樹(shù)脂灌封的生產(chǎn)工藝。有些廠家能在環(huán)氧樹(shù)脂灌封的過(guò)程中進(jìn)行真空抽氣，則效果更好。因此，在選擇電源避雷器時(shí)，除觀看廠家的元器件的選擇，設(shè)計(jì)方案和生產(chǎn)工藝外，質(zhì)量管理方面也很重要。這包括元器件采購(gòu)、保管、檢驗(yàn)、組裝、老化、殘壓和泄露電流的測(cè)試制度、安全制度等方面。
綜上，選擇質(zhì)量?jī)?yōu)良的電源避雷器，不能只停留在廠家的廣告宣傳上，還應(yīng)到廠家針對(duì)上述幾個(gè)方面去看一看，特別是關(guān)鍵元器件的選擇、設(shè)計(jì)方案、生產(chǎn)工藝是了解的重點(diǎn)。除此之外，當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件、年雷暴日數(shù)和雷暴造成財(cái)產(chǎn)損失的情況也應(yīng)和選擇電源避雷器的防護(hù)級(jí)別進(jìn)行綜合考慮。
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設(shè)計(jì)原理
針對(duì)現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種各樣的防雷器，質(zhì)量參差不齊，有一些甚至聞所未問(wèn)（如：不用接地的避雷器，到現(xiàn)在為止，都弄不明白它的工作原理），因此，通過(guò)介紹避雷器的工作原理及組成，對(duì)客戶(hù)甄別真假、優(yōu)劣，有所幫助。
防雷器元件從響應(yīng)特性看，有軟硬兩種。屬于硬響應(yīng)特性的放電元件有火花間隙（基于斬弧技術(shù)的角型火花隙和同軸放電火花隙）和氣體放電管，屬于軟響應(yīng)特性的放電元件有金屬氧化物壓敏電阻和瞬態(tài)抑制二極管。這些元件的區(qū)別在于放電能力、響應(yīng)特性和殘壓，避雷器就是利用它們不同的優(yōu)缺點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，組合成各種避雷器，保護(hù)電路。
火花間隙（Arc chopping）
1、放電間隙：原理是兩個(gè)如牛角現(xiàn)狀的電極，距離很短，用絕緣材料分開(kāi)，當(dāng)兩個(gè)電極間的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到擊穿強(qiáng)度時(shí)，電極之間形成電流通路。當(dāng)雷電波來(lái)到的時(shí)候首先在間隙處擊穿，使間隙的空氣電離，形成短路，雷電流通過(guò)間隙流入大地，而此時(shí)間隙兩端的電壓很低，從而達(dá)到保護(hù)線路的目的。電場(chǎng)強(qiáng)度低于擊穿間隙時(shí)，放電間隙型避雷器又恢復(fù)絕緣狀態(tài)。常用于高壓線路的避雷防護(hù)中。在低壓系統(tǒng)，常用于電源的前級(jí)保護(hù)。
火花間隙型避雷器產(chǎn)品的優(yōu)劣，在于制成電極的材料、間隙距離及絕緣材料。
優(yōu)點(diǎn)：具有很強(qiáng)放電能力、通流量大，10/350μs脈沖波形能夠疏導(dǎo)50KA的脈沖電流，用于8/20μs脈沖電流，可以大于100KA，很高的絕緣電阻以及很小的寄生電容，漏電流小。對(duì)正常工作的設(shè)備不會(huì)帶來(lái)任何有害影響。
缺點(diǎn)：殘壓高（2.5~3.5KV），反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)（≦100ns），動(dòng)作電壓精度較低，有工頻續(xù)流，因此在保護(hù)電路中應(yīng)串聯(lián)一個(gè)熔斷器，使得工頻續(xù)流迅速被切斷。
注：由于兩只放電管分別裝在一個(gè)回路的兩根導(dǎo)線上，有時(shí)會(huì)不同時(shí)放電，使兩導(dǎo)線之間出現(xiàn)電位差，為了使兩根導(dǎo)線上的放電管能接近統(tǒng)一時(shí)間放電，減少兩線之間的電位差，又研制了三級(jí)放電管?？梢钥醋魇怯蓛芍欢?jí)放電管合并在一起構(gòu)成的。三級(jí)放電管中間的一級(jí)作為公共地線，另兩級(jí)分別接在回路的兩條導(dǎo)線上。
2、氣體放電管（Gas discharge tube，GDT）：是一種陶瓷或玻璃封裝，管內(nèi)再充以一定壓力的惰性氣體（如氬氣），開(kāi)關(guān)型的保護(hù)元件，有二電極和三電極兩種結(jié)構(gòu)。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到擊穿惰性氣體強(qiáng)度時(shí)，就引起間隙放電，從而限制極間的電壓。8/20μs脈沖電流能夠疏導(dǎo)10KA.放電電壓不穩(wěn)定，當(dāng)電壓大于12V、電流電壓100mA時(shí)，會(huì)產(chǎn)生后續(xù)電流。通常用于測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)技術(shù)電路和電子數(shù)據(jù)處理傳輸電路中。
金屬氧化物壓敏電阻
金屬氧化物壓敏電阻（metal oxide varistor，MOV）
以氧化鋅為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻，當(dāng)加在電阻兩端的電壓小于壓敏電壓時(shí)，壓敏電阻呈高阻狀態(tài)，如果并聯(lián)在電路上，該閥片呈斷路狀態(tài)；當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓大于壓敏電壓時(shí)，壓敏電阻就會(huì)擊穿，呈現(xiàn)低阻值，甚至接近短路狀態(tài)。壓敏電阻這種被擊穿狀態(tài)是可以恢復(fù)的，當(dāng)高于壓敏電壓的電壓被撤銷(xiāo)以后，它又恢復(fù)高阻狀態(tài)。當(dāng)電力線被雷擊時(shí)，雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿，雷電流通過(guò)壓敏電阻流入大地，使電力線上的類(lèi)電壓被鉗制在安全范圍內(nèi)。
氧化鋅壓敏電阻避雷器，現(xiàn)在市場(chǎng)上流通很多，我國(guó)在20世紀(jì)80年代末才大批生產(chǎn)，被認(rèn)為目前最新型、技術(shù)最先進(jìn)，會(huì)做專(zhuān)題詳細(xì)介紹?，F(xiàn)在我國(guó)的輸電線路的避雷器，都采用氧化鋅避雷器。
優(yōu)點(diǎn)：開(kāi)關(guān)電壓范圍寬：6V~1.5KV，反應(yīng)速度快（25ns），殘壓低（可以達(dá)到終端設(shè)備的安全工作電壓），通流量大（2KA/c㎡），無(wú)續(xù)流，壽命長(zhǎng)。
缺點(diǎn)：容易老化，動(dòng)作幾次后，漏電流會(huì)增大，從而導(dǎo)致壓敏電阻過(guò)熱，最終導(dǎo)致老化失效。
電容較大，許多情況下不在高頻、超高頻系統(tǒng)中使用。該電容又與導(dǎo)線電容構(gòu)成一個(gè)低通。該低通會(huì)造成信號(hào)的嚴(yán)重衰減。但在頻率低于30KHZ時(shí)，這種衰減可以忽略。
瞬態(tài)抑制式二極管
瞬態(tài)抑制式二極管（Transient voltage suppressor，TVS）：
1、二極放電管：有兩種形式：一是齊納型（為單向雪崩擊穿），二是雙向的硅壓敏電阻。性能類(lèi)似開(kāi)關(guān)二極管等。在規(guī)定的反向電壓作用下，兩端電壓大于門(mén)限電壓時(shí)，其工作阻抗能立即降至很低的水平以允許大電流通過(guò)，并將兩端電壓鉗制在很低的水平，從而有效地保護(hù)末端電子產(chǎn)品中的精密元件避免損壞。雙向TVS可在正反兩個(gè)方向吸收瞬時(shí)大脈動(dòng)功率，并把電壓鉗制在預(yù)定水平。適用于交流電路。
優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)作時(shí)間極快，達(dá)到皮秒級(jí)。限制電壓低，擊穿電壓低，應(yīng)用于各種電子領(lǐng)域。
缺點(diǎn)：電流負(fù)荷量小，電容相當(dāng)高，一般在20pF以下，現(xiàn)在的陶瓷放電管能夠做到3~5pF.
電子信息系統(tǒng)所需的浪涌保護(hù)系統(tǒng)一般采用兩級(jí)或三級(jí)組成。采用氣體放電管、壓敏電阻和抑制二極管，并利用各種浪涌抑制器的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)可靠保護(hù)。氣體放電管一般放在線路輸入端作為一級(jí)浪涌保護(hù)器件，承受大的浪涌電流，屬于泄流型器件。二級(jí)保護(hù)器件采用壓敏電阻，可在極短時(shí)間內(nèi)（ns）將浪涌電壓限制在較低的水平。對(duì)于高度靈敏的電子電路，可采用抑制二極管作為三級(jí)保護(hù)。在更短的時(shí)間內(nèi)將浪涌電壓限制在末端電子設(shè)備的絕緣水平以?xún)?nèi)。如圖，當(dāng)雷電等浪涌到來(lái)時(shí)，抑制二極管首先導(dǎo)通，把瞬間過(guò)電壓精確地控制在一定的水平，如果浪涌電流較大，則壓敏電阻啟動(dòng)并泄放一定的浪涌電流，這時(shí)壓敏電阻兩端的電壓會(huì)有所升高，直至推動(dòng)前級(jí)氣體放電管放電，把大電流泄放到地。當(dāng)三種器件在線路中的距離較遠(yuǎn)時(shí)，導(dǎo)通順序會(huì)從氣體放電管開(kāi)始，依次導(dǎo)通。
避雷器的工作，是從反應(yīng)時(shí)間最快、設(shè)備的最末端開(kāi)始的，然后逐級(jí)往前端啟動(dòng)的。
單純用氣體放電管保護(hù)后端的設(shè)備會(huì)出現(xiàn)下列問(wèn)題：導(dǎo)通時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，殘壓過(guò)大，有可能超過(guò)后端設(shè)備的耐壓水平。放電后，會(huì)產(chǎn)生工頻續(xù)流。為避免上述問(wèn)題，采用另外一種電路（圖三）。為了解決產(chǎn)生工頻續(xù)流的問(wèn)題，同時(shí)也避免壓敏電阻因漏電流過(guò)大而發(fā)熱自爆或老化，我們?cè)跉怏w放電管上串聯(lián)一個(gè)壓敏電阻，這樣就可避免產(chǎn)生工頻續(xù)流，又可以防止壓敏電阻因漏電流而自爆、老化。但新的問(wèn)題又產(chǎn)生了，這樣避雷器的動(dòng)作時(shí)間為氣體放電管的導(dǎo)通時(shí)間和壓敏電阻導(dǎo)通時(shí)間的總和。假設(shè)氣體放電管的導(dǎo)通時(shí)間為100ns，壓敏電阻的導(dǎo)通時(shí)間為25ns，則它們總的反應(yīng)時(shí)間為125ns.為了減小反應(yīng)時(shí)間，在電路中并入一個(gè)壓敏電阻，這樣可使總的反應(yīng)時(shí)間為25ns.
：當(dāng)過(guò)電壓出現(xiàn)時(shí)，抑制二極管作為動(dòng)作最快的元件首先動(dòng)作，線路設(shè)計(jì)為，在抑制二極管可能毀壞之前，放電電流即隨著幅值的上升轉(zhuǎn)換到前置的放電路徑上，即充氣式放電路上。
Us+△u≥Ug
Us：抑制二極管上的電壓
△u：去耦感應(yīng)線圈上的電壓
Ug：氣體放電管的動(dòng)作電壓
如果放電電流小于該值，則充氣放電管不動(dòng)作。采用這種線路不僅可以在低保護(hù)水平的條件下利用放電器動(dòng)作迅速的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以達(dá)到很高的放電電容。這樣就可以消除抑制二極管過(guò)載一級(jí)熔斷器在出現(xiàn)電源續(xù)流時(shí)頻繁切斷電路的缺點(diǎn)。
頻率較高的線路也可以采用歐姆式電阻作為去耦元件，與低電容橋接線路共同使用。
2、三極放電管：在兩根的導(dǎo)線上，安裝兩個(gè)二極放電管，會(huì)出現(xiàn)電位差，因此就有三極放電管，多了一極做公共接地，可以減少時(shí)間差（0.15~0.2μs），及由此產(chǎn)生的橫向雷電壓幅值。
市場(chǎng)上普通電源避雷器器件一般采用壓敏電阻，用于一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)電源。這種組合方式在距離大于5米時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間從第一級(jí)開(kāi)始逐級(jí)向后導(dǎo)通。
若第一級(jí)采用氣體放電管，二級(jí)和三級(jí)采用壓敏電阻，則必須滿(mǎn)足第一級(jí)與第二級(jí)滿(mǎn)足大于十米的距離，第二級(jí)與第三級(jí)滿(mǎn)足大于5米的距離，這樣才能保證前一級(jí)先動(dòng)作。否則可能導(dǎo)致第一級(jí)不動(dòng)作的現(xiàn)象，而二級(jí)和三級(jí)避雷器又沒(méi)有那么大的通流量，導(dǎo)致避雷器無(wú)法切實(shí)保護(hù)設(shè)備。這點(diǎn)在工程設(shè)計(jì)中一定要引起注意。
防雷器的作用是用來(lái)保護(hù)電力系統(tǒng)中各種電器設(shè)備免受雷電過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、工頻暫態(tài)過(guò)電壓沖擊而損壞的一種電器。防雷器的類(lèi)型主要有保護(hù)間隙、閥型防雷器和氧化鋅防雷器。保護(hù)間隙主要用于限制大氣過(guò)電壓，一般用于配電系統(tǒng)、線路和變電所進(jìn)線段保護(hù)。閥型防雷器與氧化鋅防雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護(hù)，在500KV及以下系統(tǒng)主要用于限制大氣過(guò)電壓，在超高壓系統(tǒng)中還將用來(lái)限制內(nèi)過(guò)電壓或作內(nèi)過(guò)電壓的后備保護(hù)。
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