气体放电理论分析就引用
1、引言：
气体中流通电流的各种形式统称气体放电，处于正常状态并隔绝各种外电离因素的气体是完全不导电的，但空气中总会有来自空间的各种辐射，总会有少量带电质点，一般情况下每立方厘米空气中有约500-1000对离子。气体放电等离子体作为物质的第四态，其物性及规律与固态、液态、气态的各不相同。气态放电等离子体是由电子、各种离子、原子组成的，远比气体、液体、固体复杂，其中发生着大量各不相同的基本过程。气体放电时等离子体物理的一个重要组成部分，气体放电现象时通过气体以后由电离了的气体表现出来的。研究气体放电的目的是要了解这种电离了的气体在各种条件下的宏观现象及其性质，同时研究其中所发生的的微观过程，并进一步把这两者联系起来，由表及里地掌握气体放电的机理。由此可见气体放电现象的主要任务是研究各种气体放电现象的物理过程及其内在规律。在自然界和人们的日常生活中经常会碰到气体放电现象，犹如大气的电离层、太阳风、日冕和闪电等都是自然界的气体放电现象。现在对气体放电的类型进行分类阐述并对其应用前景进行研究探讨。
2、气体放电的分类
在不同的物理条件下，由于占主导地位的基本物理过程不同，会产生各种不同形式的气体放电现象。按维持放电是否必须有外界电离源把放电分为非自持放电和自持放电；按放电参量是否随时间变化分为稳态放电和非稳态放电；可根据阴极的工作方式分为冷阴极放电和热阴极放电；可按工作气压的高低分为低气压放电、高气压放电和超高压放电；根据以哪一种基本过程占优势以及电子离子在放电过程中运动的特点为依据可以分为：
辉光放电：辉光放电充满整过电极空间，电流密度较小，一般为1mA/cm2 -5mA/cm2,整个空隙仍呈上升的伏安特性，处于绝缘状态。
电晕放电：高场强度电极附近出现发光的薄层，电流值也不大，整个空隙仍处于绝缘状态。
刷状放电：由电晕电极伸出的明亮而细的断续放电通道，电流增大，但此时间隙仍未被击穿。
火花放电：贯通两电极的明亮而细的断续的放电通道，间隙由一次次火花放电间歇地被击穿。
气体放电过程描述框图：
图1气体放电过程描述框图
3、汤生放电理论
气体放电过程应包括：启始放电和稳定放电。气体放电是如何形成的呢？英国物理学家汤生在1910年第一个提出了“雪崩”气体放电理论，适用范围是非自持暗放电区及过渡区；1931~1932年，罗果夫斯基在考虑了空间电荷使放电间隙中电场发生畸变，对汤生理论做了重要补充，使适用范围扩展到了自持暗放电和辉光放电区。所以人们通常把电子雪崩放电理论称为汤生--罗果夫斯基理论。
在1901~1903年，汤生在斯托列托夫实验基础上，完成了著名的汤生实验。实验装置如图2。是由一个大直径放电室中的可调节极间距的平行平板电极系统组成。
阳极板A为一块镀有导电膜的石英圆平板，即可以透射紫外光，有可以作为放电电极；阴极C为放电间隔可调节的金属圆平板，A、C组成了放电系统，放电间隔d可调节范围5~20mm。紫外光可以通过石英窗片P、A照射到阴极C 上，使阴极C表面发射电子。气体压强P=13~665Pa，电源电压VD=0~400V。
4 、气体放电现象的应用
（1）辉光放电的应用
辉光放电各区域中最早被利用的是正柱区。正柱区的发光和长度可无限延伸的性质被利用于制作霓虹灯。作为指示用的氖管、数字显示管，以及一些保护用的放电管，也是利用辉光放电。在气体激光器中，毛细管放电的正柱区是获得激光的基本条件。近代微电子技术中的等离子体涂覆、等离子体刻蚀，也是利用辉光放电过程。从正柱区的研究发展起来的等离子体物理，对核聚变、等离子体推进、电磁流体发电等尖端科学技术有重要意义。辉光放电中的负辉区，由于电子能量分布比正柱区的为宽，近年来被成功地用于制作白光激光器。
利用辉光放电原理工作的辉光放电质谱仪，它具有灵敏度高、检测限低、干扰较小的优点，在分析固体样品中比电感耦合等离子体质谱仪更有优势和潜力。专家们认为，辉光质谱仪的潜力仍未得到开发，但已经在电子学、冶金、航空航天、化学、材料、地质等领域得到广泛的应用，在金属和半导体的分析中显示出它的优越性。对绝缘体、粉沫、液体、有机物和生物样品的分析应用也正在积极
进行研究和完善，未来的辉光质谱仪势必在元素分析领域占据举足轻重的位置。
（2）电弧放电的应用
电弧是一束高温电离气体，在外力作用下，如气流，外界磁场甚至电弧本身产生的磁场作用下会迅速移动（每秒可达几百米），拉长、卷曲形成十分复杂的形状。电弧在电极上的孳生点也会快速移动或跳动。
在电力系统中，开关分断电路时会出现电弧放电。由于电弧弧柱的电位梯度小，如大气中几百安以上电弧电位梯度只有15伏/厘米左右。在大气中开关分断100千伏5安电路时，电弧长度超过7米。电流再大，电弧长度可达30米。因此要求高压开关能够迅速地在很小的封闭容器内使电弧熄灭，为此，专门设计出各种各样的灭弧室。灭弧室的基本类型有：①采用六氟化硫、真空和油等介质；
②采用气吹、磁吹等方式快速从电弧中导出能量；③迅速拉长电弧等。直流电弧要比交流电弧难以熄灭。
碳极电弧是最早的强光光源。各种高气压放电灯如高气压汞灯、氙灯、钠灯，是在管泡内进行电弧放电的光源。电弧焊接、电弧切割在工业上有广泛应用；电弧的高温可作为电炉的热源。
（3）电晕放电的应用
了解了电晕放电的原理和机制以后，我们很容易看出在我们的日常生活中很多时候都是要消除电晕放电的。电晕放电通常会给我们的生活和生产带来不必要的困难，在我们对它有了正确的认识之后，我们就得想方设法去解决它所带来的难题。目前人们已经找到合适的方法消除电晕放电带来的负面因素。
虽然电晕放电给人们的生产、生活带来一些不便，但是我们却也不能全盘否定它。在日常生活中，电晕放电还是有其广泛的用途的。电晕放电日益广泛应用
于静电除尘器和预荷电器的同时,也有很多新的应用,例如,杀菌、在化工中的应用、物质分离和臭氧的制备等。为了增加电晕放电在应用中的效率,就必须增加电晕放电电流。近年来,一些研究者采用了磁场增强电晕技术来增加放电电流,并对其中的一些现象进行了研究,指出磁场对电晕放电的影响主要是拉莫运动,也报道了磁场对光电离的影响,同时也影响碰撞、附着以及电子雪崩的发展等。这些都充分体现了电晕放电的应用。
（4）火花放电的应用
火花放电使电极材料受到严重的烧蚀，利用这一现象制成的电火花加工设备，能对金属进行切割、抛光等加工。火花放电时，不仅击穿气体，还能击穿其通路上的薄片绝缘材料，电火花打孔的加工技术就是利用这一现象的。依据火花放电现象制成的触发管和火花放电器，常用于脉冲调制电路中。
在当前的科学领域，科学家们已经利用火花放电产生的紫外线进行实验，验证紫外线具有荧光效应、化学作用、消毒灭菌作用。众所周知，紫外线是波长约为5 nm～370 nm的一种射线。一切高温物体如太阳、弧光灯发出的光中都含有紫外线。利用气体放电、火花放电也可以产生较强紫外线。经过研究发现，利用电子感应圈电极之间的火花放电产生的紫外线，以及臭氧可以进行消毒灭菌实验。
5 、结论
气体放电现象在日常生活中很普遍也很常见，如闪电，照明灯等。辉光质谱仪已经在诸多领域中取得广泛的应用，但专家认为，其潜力仍未得到开发，假以时日，辉光质谱仪势必在元素分析领域占据举足轻重的位置。高密度的电离气体通过大电流时，气体可以被加热到几万K，气体加热器就是利用这种热效应产生高温气体。利用电晕放电可以制造电除尖器，还可以产生臭氧(O3)净化水源，这
成为改善环境的重要技术手段之一。
放电管特性及选用 吴清海 放电管的分类 放电管主要分为气体放电管和半导体放电管，其中气体放电管由烧结的材料不同分为玻璃气体放电管和陶瓷气体放电管，玻璃气体放电管和陶瓷气体放电管具有相同的特性。 气体放电管主要有密封的惰性气体组成，由金属引线引出，用陶瓷或是玻璃进行烧结。其工作原理为，当加在气体放电管两端的电压达到气体电离电压时，气体放电管由非自持放电过度到自持放电，放电管呈低阻导通状态，可以瞬间通过较大的电流，气体放电管击穿后的维持电压可以低到30V以内。气体放电管同流量大，但动作电压较难控制。 半导体放电管由故态的四层可控硅结构组成，当浪涌电压超过半导体放电管的转折电压V BO时放电管开始动作，当放电管动作后在返送装置，的作用下放电管两端的电压维持在很低（约20V以下）时就可以维持其在低阻高通状态，起到吸收浪涌保护后级设备的作用。半导体放电管的保护机理和应用方式和气体放电管相同。半导体放电管动作电压控制精确，通流量较小。 放电管动作后只需要很低的电压即可维持其低阻状态，所以放电管属于开关型的SPD。当正常工作时放电管上的漏电流可忽略不计；击穿后的稳定残压低，保护效果较好；耐流能力较大；在使用中应注意放电管的续流作用遮断，在适当场合中应有有效的续流遮断装置。 气体放电管 气体放电管：气体放电管由封装在小玻璃管或陶瓷管中相隔一定距离的两个电极组成；其电气性能主要取决于气体压力，气体种类，电极距离和电极材料；一般密封在放电管中的气体为高纯度的惰性气体。放电管主要由：电极、陶瓷管(玻璃管)、导电带、电子粉、Ag-Cu 焊片和惰性气体组成。 在放电管的两电极上施加电压时，由于电场作用，管内初始电子在电场作用下加速运动，与气体分子发生碰撞，一旦电子达到一定能量时，它与气体分子碰撞时发生电离，即中性气体分子分离成电子和阳离子，电离出来的电子与初始电子在行进过程中还要不断地再次与气体分子碰撞发生电离，从而电子数按几何级数增加，即发生电子雪崩现象，另外，电离出来的阳离子也在电场作用下向阴极运动，与阴极表面发生碰撞，产生二次电子，二次电子也参加电离作用，一旦满足： r(ead-1)=1 时放电管由非自持放电过渡到自持放电，管内气体被击穿，放电管放电，此时放电电压称为击穿电压Vs。其中，r表示一个正离子轰击阴极表面而
气体放电管介绍及使用注意事项 气体放电管 气体放电管包括二极管和三极管，电压范围从75V—3500V，超过一百种规格，严格按照CITEL标准进行生产、监控和管理。放电管常用于多级保护电路中的第一级或前两级，起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。 气体放电管包括贴片、二极管和三极管，电压范围从75V—3500V，超过一百种规格，严格按照CITEL标准进行生产、监控和管理。 放电管常用于多级保护电路中的第一级或前两级，起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。 优点：绝缘电阻很大，寄生电容很小，浪涌防护能力强。 缺点：在于放电时延(即响应时间)较大，动作灵敏度不够理想，部分型号会出现续流现象，长时间续流会导致失效，对于波头上升陡度较大的雷电波难以有效地抑制。 结构简介 放电管的工作原理是气体放电。 当外加电压增大到超过气体的绝缘强度时，两极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。 五极放电管的主要部件和两极、三极放电管基本相同，有较好的放电对称性，可适用于多线路的保护。（常用于通信线路的保护） 注意事项 接地连线应当具有尽量短的长度 接地连线应具有足够的截面，以泄放暂态大电流。 放电管的失效模式 放电管受到机械碰撞，超耐受的暂态过电压多次冲击以及内部出现老化后，将发生故障。 故障的模式（即失效模式）有两种：
第一种是呈现低放电电压和低绝缘电阻状态；第二种是呈现高放电电压状态。 开路故障模式比短路故障模式具有更大的危害性： 开路故障模式令人难以及时察觉，从而不能采取补救措施。 现在的电源SPD产品中，带有失效报警装置，如声，光报警，颜色变化提示等，这些措施的采取对于及时发现和更换已经失效的SPD是有利的。 透明的容器(当然常见的是玻璃)中充有某种低压气体。在这气体中放电，会有特殊的现象。比如柔光，弧光，闪光。 导体中的游离电荷是电子承载的，电子是带负电的。当然要从阴极射出。 本文由深圳市瑞隆源电子有限公司提供，专业制造各种防雷器，避雷器，放电管，陶瓷气体放电管等。TEL=+86-755-82908296。
2.1气体放电管 2.1.1简介 气体放电管是在放电间隙内充入适当的气体介质，配以高活性的电子发射材料及放电引燃机构，通过银铜焊料高温封接而制成的一种特殊的金属陶瓷结构的气体放电器件。它主要用于瞬时过电压保护，也可作为点火开关。在正常情况下，放电管因其特有的高阻抗(>1000MΩ)及低电容 (<2pF)特性，在它作为保护元件接入线路中时，对线路的正常工作几乎没有任何不利的影响。当有害的瞬时过电压窜入时，放电管首先被击穿放电，其阻抗迅速下降，几乎呈短路状态，此时，放电管将有害的电流通过地线或回路泄放，同时将电压限制在较低的水平，消除了有害的瞬时过电压和过电流，从而保护了线路及元件。当过电压消失后，放电管又迅速恢复到高阻抗状态，线路继续正常工作。 气体放电管是一种间隙式的防雷保护元件，它在通信系统的防雷保护中已获得了广泛应用。放电管常用于多级保护电路中的第一级或前两级，起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。由于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。 气体放电管的基本特点是：通流量容量大，绝缘电阻高，漏电流小。但残压高，反应时间慢(≤100ns)，动作电压精度较低，有续流现象。 Figure 1气体放电外观图 2.1.2气体放电的伏安特性 气体放电管的伏安特性通常与管子的哪些电极间施加什么极性的电压没有关系。现以一个直流放电电压为150V的二极放电管为例，来说明放电管伏安特性的基本特征。下图是按电子元件伏安特性的惯用画法，即以电压为自便量，画作横坐标；以电流为应变量，画作纵坐标。由于电流的范围很大，其变化常达几个数量级，所以电流用对数坐标表示。 如图所示的伏安特性上，当逐渐增加两电极间的电压时，放电管在A点放电，A点的电压称为放电管的直流放电电压。在A到B之间的这段伏安特性上，其斜率（即动态电阻du/di）是负的，称为负阻区。如果200V的直流电压源经1MΩ的电阻加到放电管上，放电管即工作在此区间，这时的放电具有闪变特征。BC段为正常辉光放电区，在此区间内电压基本不随电流而变，当辉光覆盖整个阴极表面时，电流再增加，电压也不增加。CD段称为异常辉光放电区。直流放电电压为90V~300V放电管，其辉光放电区BD的最大电流一般在0.2A～1.5A 之间。当电流增加到足够大时放电E点突然进入电弧放电区，即使是同一个放电管，放电由辉光转入电弧时的电流值也是不能精确重复的。在电弧放电时，处在电场中加速了的正离子轰击阴极表面，阴极材料被溅射到管壁上，阴极被烧蚀，使间隙距离增加，管壁绝缘变坏。在采用合适的材料后，放电管可以做到导通10KA、8/20μs电流数百次。在电弧区，放电管
陶瓷气体放电管工作原理及选型应用 、产品简述 陶瓷气体放电管（Gas Tube）是防雷保护设备中应用最广泛的一种开关器件，无论是交直流电源的防雷还是各种信号电路的防雷，都可以用它来将雷电流泄放入大地。其主要特点是：放电电流大，极间电容小（≤3pF），绝缘电阻高（≥109Ω），击穿电压分散性较大（±20%），反应速度较慢（最快为0.1～0.2μs）。按电极数分，有二极放电管和三极放电管（相当于两个二极放电管串联）两种。其外形为圆柱形,有带引线和不带引线两种结构形式（有的还带有过热时短路的保护卡）。 2、工作原理 气体放电管由封装在充满惰性气体的陶瓷管中相隔一定距离的两个电极组成。 其电气性能基本上取决于气体种类、气体压力以及电极距离，中间所充的气体主要是氖或氩, 并保持一定压力,电极表面涂以发射剂以减少电子发射能。这些措施使得动作电压可以调整(一般是70伏到几千伏)，而且可以保持在一个确定的误差范围内。当其两端电压低于放电电压时，气体放电管是一个绝缘体(电阻Rohm>100MΩ)。当其两端电压升高到大于放电电压时，产生弧光放电，气体电离放电后由高阻抗转为低阻抗, 使其两端电压迅速降低，大约降几十伏。气体放电管受到瞬态高能量冲击时，它能以10-6秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，通过高达数十千安的浪涌电流。 3、特性曲线
Vs导通电压，Vg辉光电压，Vf弧光电压，Va熄弧电压 4、主要特性参数 ①直流击穿电压Vsdc：在放电管上施加100V/s的直流电压时的击穿电压值。这是放电管的标称电压，常用的有90V、150V、230V、350V、470V、600V、800V 等几种，我们有最高3000V、最低70V的。其误差范围：一般为±20%，也有的为±15%。 ②脉冲（冲击）击穿电压Vsi：在放电管上施加1kV/μs的脉冲电压时的击穿电压值。因反应速度较慢，脉冲击穿电压要比直流击穿电压高得多。 陶瓷气体放电管对低上升速率和高上升速率电压的响应如下图所示。
习题1 第36页 1.简要分析汤逊理论与流注理论对气体放电过程、电离因素以及自持放电条件 的观点有何不同？ 答：汤逊理论理论实质：电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。流注理论认为形成流注的必要条件是电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸变，流注理论认为二次电子的主要来源是空间的光电离。 2.解释α、β、γ、η系数的定义。 答：α系数：它代表一个电子沿着电场方向行径1cm长度，平均发生的碰撞电离次数。 β系数：一个正离子沿着电场方向行径1cm长度，平均发生的碰撞电离次数。 γ系数：表示折合到每个碰撞阴极表面的正离子，使阴极金属平均释放出的自由电子数。 η系数：即一个电子沿电场方向行径1cm时平均发生的电子附着次数。 3.均匀电场和极不均匀电场气隙放电特性有何不同？ 答：在均匀电场中，气体间隙内流注一旦形成，放电达到自持的程度，气隙就被击穿。不均匀电场分稍不均匀和极不均匀，在同样极间距离时稍不均匀电场的击穿电压比均匀电场的均匀电场气隙的要低，在极不均匀电场气隙中自持放电条件即是电晕起始条件，由发生电晕至击穿的过程还必须升高电压才能完成。 4.对极间距离相同的正极性棒-板、负极性棒-板、板-板、棒-棒四种电极布局的 气隙直流放电电压进行排序？ 答：负极性棒-板最高，其次是棒-棒和板-板，最小的是正极性棒-板。 5.气隙有哪些放电现象？ 答：在极不均匀电场中，气隙完全被击穿以前，电极附近会发生电晕放电，产生暗蓝色的晕光，这种特殊的晕光是电极表面电离区的放电过程造成的。在外电离因素和电场作用下，产生了激发、电离、形成大量的电子崩，在此同时也产生激发和电离的可逆过程-复合，这就是电晕。 6.如何提高气隙的放电电压？ 答：一是改善气隙中的电场分布，使之均匀化，二是设法削弱或抑制气体介质中的电离过程。 7.简述绝缘污闪的发展过程及防污措施。 答：绝缘子污闪是一个复杂的过程，大体可分为积污、受潮、干区形成、局部电弧的出现和发展等阶段，采用措施抑制或阻止各阶段的形成和转化，就能有效地阻止污闪事故。 防污措施：1.增大爬电比距 2.清扫表面积污 3.用防污闪涂料处理表面 4.采用半导体釉和硅橡胶的绝缘子。 8.雷击放电过程与实验室的长气隙放电过程有何主要区别？
放电管介绍及选型(详解)
放电管特性及选用 吴清海 放电管的分类 放电管主要分为气体放电管和半导体放电管，其中气体放电管由烧结的材料不同分为玻璃气体放电管和陶瓷气体放电管，玻璃气体放电管和陶瓷气体放电管具有相同的特性。 气体放电管主要有密封的惰性气体组成，由金属引线引出，用陶瓷或是玻璃进行烧结。其工作原理为，当加在气体放电管两端的电压达到气体电离电压时，气体放电管由非自持放电过度到自持放电，放电管呈低阻导通状态，可以瞬间通过较大的电流，气体放电管击穿后的维持电压可以低到30V以内。气体放电管同流量大，但动作电压较难控制。 半导体放电管由故态的四层可控硅结构组成，当浪涌电压超过半导体放电管的转折电压V BO 时放电管开始动作，当放电管动作后在返送装置，的作用下放电管两端的电压维持在很低（约20V以下）时就可以维持其在低阻高通状态，起到吸收浪涌保护后级设备的作用。半导体放电管的保护机理和应用方式和气体放电管相同。半导体放电管动作电压控制精确，通流量较小。
放电管动作后只需要很低的电压即可维持其低阻状态，所以放电管属于开关型的SPD。当正常工作时放电管上的漏电流可忽略不计；击穿后的稳定残压低，保护效果较好；耐流能力较大；在使用中应注意放电管的续流作用遮断，在适当场合中应有有效的续流遮断装置。 气体放电管 气体放电管：气体放电管由封装在小玻璃管或陶瓷管中相隔一定距离的两个电极组成；其电气性能主要取决于气体压力，气体种类，电极距离和电极材料；一般密封在放电管中的气体为高纯度的惰性气体。放电管主要由：电极、陶瓷管(玻璃管)、导电带、电子粉、Ag-Cu焊片和惰性气体组成。 在放电管的两电极上施加电压时，由于电场作用，管内初始电子在电场作用下加速运动，与气体分子发生碰撞，一旦电子达到一定能量时，它与气体分子碰撞时发生电离，即中性气体分子分离成电子和阳离子，电离出来的电子与初始电子在行进过程中还要不断地再次与气体分子碰撞发生电离，从而电子数按几何级数增加，即发生
气体放电管简介 气体放电管是一种间隙式的防雷保护元件，它在通信系统的防雷保护中已获得了广泛应用。放电管常用于多级保护电路中的第一级或前两级，起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。由于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。放电管保护特性的不足之处在于其放电时延较大，动作灵敏度不够理想，对于波头上升陡度较大的雷电波难以有效地抑制。为了改善放电管的保护特性，先进的制造工艺正应用于放电管新型产品的开发中，随着保护特性的不断改善，放电管在电子设备与电子系统防雷保护应用中的适应性正在增强。 第一节结构简介 放电管的工作原理是气体放电。当放电管两级之间施加一定压力时，便在极间产生不均匀电场，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超过气体的绝缘强度时，两极之间间隙将放电击穿，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，从而使得与放电管并联的电子设备免受过电压的损坏。 早期的放电管是以玻璃作为管子的封装外壳，现已改用陶瓷作为封装外壳，放电管内充入电器性能稳定的惰性气体（如氩气和氖气等），放电电极一般为两个、三个或五个，电极之间由惰性气体隔开。按电极个数的设置来划分，放电管可分为二极、三极和五极放电管。图1给出了一个陶瓷二极放电管的结构示意图，它由纯铁电极、镍铬钴合金帽、银铜焊帽和陶瓷管体等主要部件构成。管内放电电极上涂敷有放射性氧化物，管内内壁也涂敷有放射性元素，用于改善放电特性。放电电极主要有针形和杯形两种结构，在针形电极的放电管中，电极与管体壁之间还要加装一个圆筒热屏，该热屏可以使陶瓷管体受热趋于均匀，不致出现局部过热而引起管断裂。热屏内也涂敷放射性氧化物，以进一步减小放电分散性。在杯形电极的放电管中，杯口处装有钼网，杯内装有铯元素，其作用也是减小放电分散性。图－2给出了一个三极放电管的结构示意图，它也是由纯铁电极、镍铬钴合金帽、银铜焊帽和陶瓷管体等主要部件构成。与二极放电管不同，在三极放电管中增加了镍铬钴合金圆筒，作为第三电极，即接地电极。五极放电管的主要部件与二、三极放电管基本相同，它具有较好的放电对称性，可适合于多线路的保护。 1—陶瓷管2—银铜焊帽 3—金属管帽 1—银铜焊帽2—金属管帽 2—接地电极4—电极引线 5—陶瓷管 图1陶瓷二级放电管结构示意图 图2三级放电管结构示意图 第二节伏安特性 气体放电管的伏安特性通常与管子的哪些电极间施加什么极性的电压没有关系。现以一个直流放电电压为150V的二极放电管为例，（其伏安特性如图3所示），来说明放电管伏安特性的基本特征。图3是按电子元件伏安特性的惯用画法，即以电压为自便量，画作横坐标；以电流为应变量，画作纵坐标。由于电流的范围很大，其变化常达几个数量级，所以电流用对数坐标表示。 在图3所示的伏安特性上，当逐渐增加两电极间的电压时，放电管在A点放电，A点的电压称为放电管的直流放电电压。在A到B之间的这段伏安特性上，其斜率
气体放电管 气体放电管是一种开关型保护器件，图是气体放电管的原理图符号。 气体放电管的工作原理是气体放电。当两极间的电压足够大时，极间间隙将被放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，类似短路。导电状态下两极间维持的电压很低，一般在20～50V之间，因此可以起到保护后级电路的效果。气体放电管的主要指标有响应时间、直流击穿电压、冲击击穿电压、通流容量、绝缘电阻、极间电容及续流遮断时间。 气体放电管的响应时可以达到数百ns以至数s，在保护器件中是最慢的。当线缆上的雷击过电压使防雷器中的气体放电管击穿短路时，初始的击穿电压基本为气体放电管的冲击击穿电压，一般在600V 以上。放电管击穿导通后，两极间维持电压下降到20～50V。另一方面，气体放电管的通流量比压敏电阻和TVS管要大。气体放电管与TVS等保护器件合用时应使大部分的过电流通过气体放电管泄放，因此气体放电管一般用于保护电路的最前级，其后级的保护电路由压敏电阻或TVS管组成。这两种器件的响应时间很快，对后级电路的保护效果更好。气体放电管的绝缘电阻非常高，可以达到千兆欧姆的量级。极间电容的值非常小，一般在5pF以下。极间漏电流非常小，为nA 级。因此气体放电管并接到线路上对线路基本不会构成什么影响。
气体放电管的续流遮断是设计电路需要重点考虑的一个问题。如前所述，气体放电管在导电状态下续流维持电压一般为20～50V。在直流电源电路中应用时，如果两线间电压超过15V，则不可以在两线间直接应用放电管，在50Hz交流电源电路中使用时，虽然交流电压有过零点，可以实现气体放电管的续流遮断，但气体放电管类的器件在经过多次导电击穿后，其续流遮断能力将大大降低，长期使用后，在交流电路的过零点也不能实现续流遮断。因此，在交流电源电路的相线对保护地线、中线对保护地线单独使用气体放电管是不合适的。在以上的线对之间使用气体放电管时需要与压敏电阻串联。在交流电源电路的相线对中线的保护中基本不使用气体放电管。 在防雷电路的设计中，应注重气体放电管的直流击穿电压、冲击击穿电压、通流容量等参数值的选取。设置在普通交流线路上的放电管，要求它在线路正常运行电压及其允许的波动范围内不能动作，则它的直流放电电压应满足：min（Ufdc） 1.8 U。式中，Ufdc为直 P 流击穿电压；min（Ufdc）为直流击穿电压的最小值； U为线路正常 P 运行电压的峰值。 气体放电管主要可应用在交流电源口相线、中线的对地保护，直流电源口的工作地和保护地之间的保护，信号口中线对地的保护，射频信号馈线芯线对屏蔽层的保护。 气体放电管的失效模式在多数情况下为开路，因电路设计原因或其他因素导致放电管长期处于短路状态而被烧坏时，也可引起短路的失效模式。气体放电管使用寿命相对较短，以多次冲击后性会下降。
气体放电物理知识要点总结 1．气体放电过程中一般存在六种基本粒子：电子，正离子，负离子，光子，基态原子（或分子），激发态原子（或分子）。2．光子能量,其中为光的频率，h为普朗克常数。 3．原子能量由原子内部所有粒子共同决定，通常人们感兴趣的是原子最外层电子即价电子，因为气体放电过程主要是由最外层 电子参加的。原子通常处于稳定的能级，成为基态（基态能量 E1），当价电子从外界获得额外能量时，它可以跳跃到更高能级，此时原子处于激发态（激发态能量E2），电子处于激发态的时 间很短，然后会跃迁到基态或低激发态，并以光子形式释放出 能量（）。 当电子获得的能量超过电离能时，电子就与原子完全脱离而成 为自由电子，原子变为正离子。 4．正离子也可被电离，负离子是电子附着到某些原子或分子上而形成的。负离子的能量等于原子或分子的基态能量加上电子的 亲和能。气体放电中的带电粒子是电子和各种离子（正离子和 负离子）。每种离子都将影响气体放电的电特性，电子的作用通 常占主导地位。 5．波数等于波长的倒数，表示在真空中每厘米的波长个数。即 6. 原子所处的状态取决于其核外电子的运动状态，可用四个量子数来描述。
主量子数n(n=1,2,3…), 它是由电子轨道主轴的尺寸决定； 轨道角量子数l，(l=0,1,2,3…n-1),它是由椭圆轨道的短轴和长轴之比决定。 轨道磁量子数m l,其取值范围为，它是由轨道相对于磁场的位置决定的； 自旋磁量子数. 7．在光谱中，将电子组态用规定的符号来标志，轨道角量子数用字母s,p,d,f等表示，相应的l值分别为0，1，2，3等。 电子组态所形成的原子态符号可以表示为 第二章.气体放电的基本物理过程 1．带电离子的产生方式：碰撞电离，光电离，热电离，金属表面电离 2．电子与原子碰撞时，若碰撞不引起原子内部的变化，这种碰撞称为弹性碰撞，若电子能量足够大，电子与原子碰撞后，可引起原子内部发生变化，即引起原子的激发或电离，这种碰撞称为非弹性碰撞。碰撞激发：若电子动能比原子的电离能小，但比原子激发能大，则电子与原子碰撞时，可使得原子激发。 碰撞电离：若电子动能比原子的电离能大很多，那么在非弹性碰撞之后，除了电子传递给原子一部分能量外，仍保留一部分动能，它以较低速度继续运动，并且原子被电离释放出一个电子。 分级电离：若被激发的原子再次与电子碰撞，那么电子的动能也可传
放电特性（discharge characteristic）是指在切断供电电流后，二次场电位差（△U2）随放电时间（t）的变化关系：当充电一定时间后断电，二次场电位差（△U2）随时间缓慢衰减，开始较快，以后逐渐减慢，最后趋于零。放电特性和极化体的物质成分、离子扩散等因素有关。[1] 气体放电英文名称：gas discharge 定义： 气体中流通电流的各种形式的统称。包括电晕放电、辉光放电、电弧放电、火花放电等。所属学 科： 电力（气体放电一级学科）；高电压技术（二级学科） :干燥气体通常是良好的绝缘体，但当气体中存在自由带电粒子时，它就变为电的导体。这时如在气体中安置两个电极并加上电压，就有电流通过气体，这个现象称为气体放电。 干燥气体通常是良好的绝缘体，但当气体中存在自由带电粒子时，它就 气体放电 变为电的导体。这时如在气体中安置两个电极并加上电压，就有电流通过气体，这个现象称为气体放电。依气体压力、施加电压、电极形状、电源频率的不同，气体放电有多种多样的形式。主要的形式有暗放电、辉光放电、电弧放电、电晕放电、火花放电、高频放电等。20世纪70年代以来激光导引放电、电子束维持放电等新的放电形式，也日益受到人们的重视。 气体放电的基本物理过程气体放电总的过程由一些基本过程构成，这些基本过程是：激发、电离、消电离、迁移、扩散等。基本过程的相互制约决定放电的具体形式和性状。 编辑本段激发 现象 荷能电子碰撞气体分子时，有时能导致原子外壳层电子由原来能级跃迁
到较高能级。这个现象，称为激发；被激发的原子，称为受激原子。要激发一个原子，使其从能级为E1的状态跃迁到能级为E m的状态,就必须给予(E m-E1)的能量；这个能量所相应的电位差设为eV e，则有 eVe＝Em－E1 电位V e称为激发电位。实际上，即使电子能量等于或高于激发能量，碰撞未必都能引起激发，而是仅有一部分能引起激发。引起激发的碰撞数与碰撞总数之比，称为碰撞几率。 原因 受激发后的原子停留在激发状态的时间很短暂（约为10-6秒），便从能量为Em的 气体放电 状态回复到能量为E1的正常状态,并辐射出能量为hv（h为普朗克常数；v为辐射频率）的光量子。气体放电时伴随有发光现象，主要就是由于这个原因。在某些情况下，受激原子不能以辐射光量子的形式自发回到正常状态,这时便称为处于亚稳状态,处于亚稳状态的原子称为亚稳原子。亚稳原子可以借助两种过程回复到正常状态：一是由电子再次碰撞或吸收相应的光量子,升到更高的能级,然后从这个能级辐射出光量子而回到常态。另一是通过与电子碰撞将能量转化为电子的动能,它本身回到常态。亚稳原子的寿命约为10-4～10-2秒；由于它寿命较长,在放电中常常起重要的作用。 基态时 当受激原子尚未回到基态时，如受到电子的再次碰撞就可能转入更高的激发态。这种由多次碰撞往高能级激发的现象称为累积（逐次）激发。 电离电子与原子碰撞时，若电子能量足够高，还会导致原子外壳层电子的脱落，使原子成为带正电荷的离子。与激发的情况类似，电子的动能必须达到或大于某一数值eVi，碰撞才
半导体放电管和气体放电管的基础知识 气体放电管的结构及特性 开放型气体放电管放电通路的电气特性主要取决于环境参数，因而工作的稳定性得不到保证。为了提高气体放电管的工作稳定性，目前的气体放电管大都采用金属化陶瓷绝缘体与电极进行焊接技术，从而保证了封接的外壳与放电间隙的气密性，这就为优化选择放电管中的气体种类和压力创造了条件，气体放电管内一般充电极有氖或氢气体。气体放电管的各种电气特性，如直流击穿电压、冲击击穿电压、耐冲击电流、耐工频电流能力和使用寿命等，能根据使用系统的要求进行调整优化。这种调整往往是通过改变放电管内的气体种类、压力、电极涂敷材料成分及电极间的距离来实现的。气体放电管有二极放电管及三极放电管两种类型。有的气体放电管带有电极引线，有的则没有电极引线。从结构上讲，可将气体放电管看成一个具有很小电容的对称开关，在正常工作条件下它是关断的，其极间电阻达兆欧级以上。当浪涌电压超过电路系统的耐压强度时，气体放电管被击穿而发生弧光放电现象，由于弧光电压低，仅为几十伏，从而可在短时间内限制了浪涌电压的进一步上升。气体放电管就是利用上述原理来限制浪涌电压，对电路起过压保护作用的。 随着过电压的降低，通过气体放电管的电流也相应减少。当电流降到维持弧光状态所需的最小电流值以下时，弧光放电
停止，放电管的辉光熄灭。气体放电管主要用来保护通信系统、交通信号系统、计算机数据系统以及各种电子设备的外部电缆、电子仪器的安全运行。气体放电管也是电路防雷击及瞬时过压的保护元件。气体放电管具有载流能力大、响应时间快、电容小、体积小、成本低、性能稳定及寿命长等特点;缺点是点燃电压高，在直流电压下不能恢复截止状态，不能用于保护低压电路，每次经瞬变电压作用后，性能还会下降。 半导体放电管也称固体放电管是一种PNPN元件，它可以被看作一个无门电极的自由电压控制的可控硅，当电压超过它的断态峰值电压或称作雪崩电压时，半导体放电管会将瞬态电压箝制到元件的开关电压或称转折电压值之内。电压继续增大时，半导体放电管由于负阻效应进入导通状态。只有在当电流小于维持电流时，元件才会复位并恢复到它的高阻抗状态。半导体放电管的优点包括它的快速响应时间，稳定的电气性能参数以及长期使用的可靠性。其响应速度是气体放电管的千分之一，而寿命是气体放电管的10倍以上。半导体放电管是负阻元件，其能量转移特性使之不会被高电压是你坏。这一点是远胜于TVS二极管的。另一方面，半导体放电管也能做到较高的浪涌电流和很低的电容值。 半导体放电管主要用作电子通讯和数据通讯电路的首级和二级过电压保护器。一、半导体放电管的结构和工作原理
气体放电理论分析就引用 1、引言： 气体中流通电流的各种形式统称气体放电，处于正常状态并隔绝各种外电离因素的气体是完全不导电的，但空气中总会有来自空间的各种辐射，总会有少量带电质点，一般情况下每立方厘米空气中有约500-1000对离子。气体放电等离子体作为物质的第四态，其物性及规律与固态、液态、气态的各不相同。气态放电等离子体是由电子、各种离子、原子组成的，远比气体、液体、固体复杂，其中发生着大量各不相同的基本过程。气体放电时等离子体物理的一个重要组成部分，气体放电现象时通过气体以后由电离了的气体表现出来的。研究气体放电的目的是要了解这种电离了的气体在各种条件下的宏观现象及其性质，同时研究其中所发生的的微观过程，并进一步把这两者联系起来，由表及里地掌握气体放电的机理。由此可见气体放电现象的主要任务是研究各种气体放电现象的物理过程及其内在规律。在自然界和人们的日常生活中经常会碰到气体放电现象，犹如大气的电离层、太阳风、日冕和闪电等都是自然界的气体放电现象。现在对气体放电的类型进行分类阐述并对其应用前景进行研究探讨。 2、气体放电的分类 在不同的物理条件下，由于占主导地位的基本物理过程不同，会产生各种不同形式的气体放电现象。按维持放电是否必须有外界电离源把放电分为非自持放电和自持放电；按放电参量是否随时间变化分为稳态放电和非稳态放电；可根据阴极的工作方式分为冷阴极放电和热阴极放电；可按工作气压的高低分为低气压放电、高气压放电和超高压放电；根据以哪一种基本过程占优势以及电子离子在放电过程中运动的特点为依据可以分为：
辉光放电：辉光放电充满整过电极空间，电流密度较小，一般为1mA/cm2 -5mA/cm2,整个空隙仍呈上升的伏安特性，处于绝缘状态。 电晕放电：高场强度电极附近出现发光的薄层，电流值也不大，整个空隙仍处于绝缘状态。 刷状放电：由电晕电极伸出的明亮而细的断续放电通道，电流增大，但此时间隙仍未被击穿。 火花放电：贯通两电极的明亮而细的断续的放电通道，间隙由一次次火花放电间歇地被击穿。 气体放电过程描述框图：
第二章气体放电的物理过程 本章节教学内容要求： 气体分子的激发与游离，带电质点的产生与消失 汤森德气体放电理论：电子崩的形成，自持放电的条件，帕邢定律。 流注理论：长间隙击穿的放电机理，极性效应，先导放电，雷云放电及电晕。 必要说明：1）常用高压工程术语 击穿：在电场的作用下，由电介质组成的绝缘间隙丧失绝缘性能，形成导电通道。 闪络：沿固体介质表面的气体放电（亦称沿面放电） 电晕：由于电场不均匀，在电极附近发生的局部放电。 击穿电压（放电电压）Ｕb（ｋＶ）：使绝缘击穿的最低临界电压。 击穿场强（抗电强度，绝缘强度）Ｅb（ｋＶ／ｃｍ）：发生击穿时在绝缘中的最小平均电场强度。Ｅｂ＝Ｕｂ／Ｓ（Ｓ：极间距离） 一般在常压大气中，Ｅｂ＝３０ｋＶ／ｃｍ，当Ｓ较小为ｃｍ且电场为均匀分布时； Ｅｂ＝５００ｋＶ／ｍ，当Ｓ较大接近ｍ时。 放电：（狭义与广义）气体绝缘的击穿过程。 辉光放电：当气体压力低，电源容量小时，放电表现为充满整个气体间隙两电极之间的空间辉光，这种放电形式称为辉光放电。 火花放电：在大气压力或更高的压力下，电源容量不大时变现出来的放电。主要表现为：从一电极向对面电极伸展的火花而不是充满整个空间。火花放电常常会瞬时熄灭，接着有突然出现。 电晕放电：在不均匀电场中，曲率半径很小的电极附近会出现紫兰色的放电晕光，并发出“兹兹”的可闻噪声，此种现象称为电晕放电。如不提高电压，则这种放电就局限在很小的范围里，间隙中的大部分气体尚未失去绝缘性能。电晕放电的电流很小 电弧放电：在大气压力下，当电源容量足够大时，气体发生火花放电之后，便立即发展到对面电极，出现非常明亮的连续电弧，此称为电弧放放电。电弧放电时间长，甚至外加电压降到比起始电压低时电弧依然还能维持。电弧放电电流大，电弧温度高。 电气设备常常以一个标准大气压作为绝缘的情况，这是可能发生的是电晕放电，火花放电或者是电弧放电。 2）常见电场的结构 均匀场：板－板 稍不均匀场：球－球 极不均匀场：（分对称与不对称） 棒－棒对称场 棒－板不对称场 线－线对称场 §２－１气体中带电质点的产生和消失 一．带电粒子的产生（电离过程） 气体中出现带电粒子，才可在电场作用下发展成各种气体放电现象，其来源有两个：一是气体分子本身发生电离，二气体中的固体或液体金属发生表面电离。 激励能：一个原子的外层电子跃迁到较远的轨道上去的现象称为激励，其值为两个能级
放电管的原理及选型使 1、产品简述 陶瓷气体放电管（Gas Tube)是防雷保护设备中应用最广泛的一种开关器件，无论是交直流电源的防雷还是各种信号电路的防雷，都可以用它来将雷电流泄放入大地.其主要特点是：放电电流大,极间电容小（≤3pF），绝缘电阻高(≥109Ω），击穿电压分散性较大（±20％），反应速度较慢（最快为0.1～0.2μs）。按电极数分，有二极放电管和三极放电管（相当于两个二极放电管串联）两种。其外形为圆柱形,有带引线和不带引线两种结构形式（有的还带有过热时短路的保护卡）。 2、工作原理 气体放电管由封装在充满惰性气体的陶瓷管中相隔一定距离的两个电极组成。 其电气性能基本上取决于气体种类、气体压力以及电极距离，中间所充的气体主要是氖或氩, 并保持一定压力,电极表面涂以发射剂以减少电子发射能。这些措施使得动作电压可以调整(一般是70伏到几千伏)，而且可以保持在一个确定的误差范围内。当其两端电压低于放电电压时，气体放电管是一个绝缘体（电阻Rohm〉100MΩ).当其两端电压升高到大于放电电压时，产生弧光放电,气体电离放电后由高阻抗转为低阻抗, 使其两端电压迅速降低,大约降几十伏。气体放电管受到瞬态高能量冲击时，它能以10—6秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，通过高达数十千安的浪涌电流. 3、特性曲线
Vs导通电压, Vg辉光电压，Vf弧光电压，Va熄弧电压 4、主要特性参数 ①直流击穿电压Vsdc：在放电管上施加100V/s的直流电压时的击穿电压值.这是放电管的标称电压，常用的有90V、150V、230V、350V、470V、600V、800V等几种，我们有最高3000V、最低70V的。其误差范围：一般为±20％，也有的为±15％。 ②脉冲（冲击）击穿电压Vsi：在放电管上施加1kV/μs的脉冲电压时的击穿电压值。因反应速度较慢，脉冲击穿电压要比直流击穿电压高得多。 陶瓷气体放电管对低上升速率和高上升速率电压的响应如下图所示。 ③冲击放电电流Idi：分为8/20μs波(短波）和10/1000μs波（长波）冲击放电电流两种。常用的是8/20μs波.冲击放电电流又分为单次冲击放电电流（8/20μs波冲击1次)和标称冲击放电电流（8/20μs波冲击10次），一般后者约为前者的一半左右,有2.5 kA、5 kA、10 kA、20 kA……等规格。
压敏电阻和气体放电管的原理及特性 本文由深圳市瑞隆源电子有限公司提供，专业制造各种防雷器，避雷器，放电管，陶瓷气体放电管等。TEL=+86-755-82908296. 气体放电管的工作原理及特性 气体放电管一般采用陶瓷作为封装外壳，放电管内充满电气性能稳定的惰性气体，放电管的电极一般有两个电极、三个电极和五个电极三种结构。当在放电管的极间施加一定的电压时，便在极间产生不均匀的电场，在电场的作用下，气体开始游离，当外加电压达到极间场强并超过惰性气体的绝缘强度时，两极间就会产生电弧，电离气体，产生“负阻特性”，从而马上由绝缘状态转为导电状态。即电场强度超过气体的击穿强度时，就引起间隙放电，从而限制了极间电压。也就是说在无浪涌时，处于开路状态，浪涌到来时，放电管内的电极板关合导通。浪涌消失时，极板恢复到原来的状态。 气体放电管是一种开关型的防雷保护器件，一般用于防雷工程的第一级或第二级的保护上；由于它的极间绝缘电阻大，因而寄生电容很小，所以用于对高频电子线路的保护有着明显的优势。然而气体放电管由于其本身在放电时的时延性较大和动作灵敏性不够理想，因此它对于上升陡度较大的雷电波头也难以进行有效的抑制，所以气体放电管一般在防雷工程的应用上大多与限压型防雷器进行综合应用。 综上所述：
气体放电管的优点是电流通容量大；寄生电容小；残压较低，一般900V左右；气体放电管的缺点是： 1、放电时延性较大，动作灵敏度不够，响应时间较慢，为80ns 左右。 2、有续流，不利于对交流或20V以上的线路进行保护，因而与火花间隙一样，存在续流的遮断问题。 3、无法进行劣化指示和实现故障遥信功能，安全系数不高。压敏电阻的工作原理及特性 压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性的限压型电阻。压敏电阻的伏安特性是连续和递增的，因此它不存在续流的遮断问题。 它的工作原理为压敏电阻的氧化锌和添加剂在一定的条件下“烧结”，电阻就会受电压的强烈影响，其电流随着电压的升高而急剧上升，上升的曲线是一个非线性指数。当在正常工作电压时，压敏电阻处于一种高阻值状态。当浪涌到来时，它处于通路状态，强大的电流流过自身泄入大地。浪涌过后，它又马上恢复到高阻值状态。 压敏电阻的几个重要参数： A：压敏电压：压敏电压一般认为是在温度为20度时在压敏电阻上有1mA电流流过的时候，相应加在该电阻两端的电压。 压敏电压在交流电网中，一般比电网的峰值电压要高，为峰值电压的0.7倍，而峰值电压一般认为是交流电网电压的√2 倍（直
气体放电管的原理图符号 图1 气体放电管的原理图符号 气体放电管是一种开关型保护器件，工作原理是气体放电。当两极间电压足够大时，极间间隙将放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，类似短路。导电状态下两极间维持的电压很低，一般在20～50V，因此可以起到保护后级电路的效果。气体放电管的主要指标有：响应时间、直流击穿电压、冲击击穿电压、通流容量、绝缘电阻、极间电容、续流遮断时间。 气体放电管的响应时间可以达到数百ns以至数ms，在保护器件中是最慢的。当线缆上的雷击过电压使防雷器中的气体放电管击穿短路
时，初始的击穿电压基本为气体放电管的冲击击穿电压，放电管击穿导通后两极间维持电压下降到20～50V；另一方面，气体放电管的通流量比压敏电阻和TVS管要大，气体放电管与TVS等保护器件合用时应使大部分的过电流通过气体放电管泄放，因此气体放电管一般用于防护电路的最前级，其后级的防护电路由压敏电阻或TVS管组成，这两种器件的响应时间很快，对后级电路的保护效果更好。气体放电管的绝缘电阻非常高，可以达到千兆欧姆的量级。极间电容的值非常小，一般在5pF以下，极间漏电流非常小，为nA级。因此气体放电管并接在线路上对线路基本不会构成什么影响。 气体放电管的续流遮断是设计电路需要重点考虑的一个问题。如前所述，气体放电管在导电状态下续流维持电压一般在20～50V，在直流电源电路中应用时，如果两线间电压超过15V，不可以在两线间直接应用放电管。在50Hz交流电源电路中使用时，虽然交流电压有过零点，可以实现气体放电管的续流遮断，但气体放电管类的器件在经过多次导电击穿后，其续流遮断能力将大大降低，长期使用后在交流电路的过零点也不能实现续流的遮断；还存在一种情况就是如果电流和电压相位不一致，也可能导致续流不能遮断。因此在交流电源电路的相线对保护地线、相线对零线以及相线之间单独使用气体放电管都不合适，当用电设备采用单相供电且无法保证实际应用中相线和中线不存在接反的可能性时，中线对保护地线单独使用气体放电管也是不合适的，此时使用气体放电管需要和压敏电阻串联。在交流电源电路的相线对中线的保护中基本不使用气体放电管。
高电压技术 第36卷第6期2010年6月30日 High Voltage Engineering ,Vol.36,No.6,J une 30,2010 电负性气体对局部放电特性的影响 吴 锴,秦 楷,孙常浩,成永红 (西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049) 摘 要:电负性气体的存在会对局部放电过程产生重要影响,为此,以低密度聚乙烯薄膜内的人工气隙作为研究对象,研究了不同氧气与氮气比例、不同湿度等条件对局部放电特性的影响,得到了不同气体成分和湿度条件下气隙中局部放电的谱图及放电量随时间变化的关系。研究表明,虽然同为电负性气体,但气隙中平均放电量随O 2、N 2混合气体中O 2的体积分数的增加而减小,随湿度(H 2O )的增加而增大,这是由于电负性气体对自由电子的吸附作用与附着电子在电压作用下的释放过程相互竞争决定的。兔形谱图与电负性气体无关,可能与N 2有关,在气隙中气体为纯N 2时,实验中容易出现兔形谱图;在气隙中湿度很高时,实验中容易出现类似正弦曲线形状的谱图,并对这些现象做出了分析和解释。 关键词:人工气隙;局部放电;电老化;Φ2q 2n 谱图;电负性气体;平均放电量中图分类号:TM213;TM85文献标志码:A 文章编号:100326520(2010)0621372207 基金资助项目:国家自然科学基金(50677052);国家教育部博士基金(20060698003)。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (50677052),Ph.D.Programs Foundation of Ministry of Edu 2cation of China (20060698003). E ffect of Electronegative G as on Partial Discharge Characteristics WU Kai ,Q IN Kai ,SUN Chang 2hao ,C H EN G Y ong 2hong (State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equip ment , Xi ’an Jiaotong U niversity ,Xi ’an 710049,China ) Abstract :The process of partial discharges (PDs )will be affected by electronegative https://www.doczj.com/doc/449935578.html,ing the void inside low density polyethylene (LDPE )as the object ,we focused on the change of the partial discharge characteristics with the electrical aging time ,and also on the effects of the partial pressure ratio of O 2and N 2as well as the humidity.The experimental results show the mean partial discharge magnitude decreases with the increase of the mixture propor 2tion of O 2,and increase with the increase of humidity.This can be recognized as the interaction of the effect of at 2tachment of the electronegative gas as well as the release of the attached electron through the electrical field.The rabbit like patterns show easily when the void is filled with pure N 2,it is considered that the electronegative gas has no inevitability with the conformation of the rabbit like patterns.And the sine 2shaped like patterns show easily when the humidity is high.This phenomenon is explained. K ey w ords :voids ;partial discharge ;electrical aging ;Ф2q 2n patterns ;electronegative gas ;the mean partial discharge magnitude 0 引言 固体绝缘介质中残留的气隙在外施电压下会首先发生局部放电,从而影响绝缘介质的性能[123]。局部放电检测已经成为电力设备绝缘老化诊断的一个重要手段。随着图像识别、神经网络、专家系统等[426]技术的广泛应用,局部放电特性的自动识别与老化状态的自动诊断是现在国际上的研究热点[7210]。但是,局部放电特性随老化状态而变化的内在物理机理尚不十分清楚,如何将局部放电特性的变化与老化状态联系起来,是局部放电诊断研究 中的重要问题。对于长期局部放电老化实验,一般具有放电量随时间减小的特点,其原因被解释为放电机率随老化而增大[11213]。但是,单纯用放电机率的变化仍无法解释具体老化过程中的许多现象。比如,在局部放电老化过程中常被观察到的“兔形(rabbit 2like )”三维(相位2放电量2放电次数)谱图, 其形成机理就有“气体状态”[14]和“绝缘表面电子发射效应”[15]两种不同的解释。本文通过进行不同的 O 2和N 2体积分数条件,不同的湿度条件下的实验, 观察不同气体成分下的局部放电特性,研究电负性气体(O 2和H 2O )对局部放电特性的影响,研究不同局部放电谱图的形成机理。 1 实验装置 实验系统示意图如图1所示。信号发生器产生的50Hz 交流信号经过放大器放大,提供实验的高 2 731