[原创]常用防雷元器件性能比较

李师宇

[watermark]常用防雷元器件性能比较

用作限压元件的主要有气体过电压放电器、表面放电器、压敏电阻和二级管以及解耦阻抗器。所有元件都有特殊的优点。为了起到最佳的作用，应该根据具体的应用场合，采用上述元件中的一个或者几个元件的组合来组建相应的保护电路。

气体过电压放电器由一个装在陶瓷或者玻璃管中的电极构造组成。电极之间是惰性气体，如氩气或者氖气。在达到点火电压时，放电元件呈低阻值。点火电压同过电压的陡直程度相关。点火以后过电压放电器上有10至30伏的电弧电压。当放电器处于低阻状态时，会成一个电网后续电流，这个电流的大小同电网的阻抗相关。为了中断电网后续电流，必要时必须串接熔断保险丝。

雷电放电器中的火花隙基于ArC灭弧技术。二个对峙的火花角通过绝缘保持一定的距离。沿开口方向、在电极上面有一块熄弧板。出现过电压时，在绝缘块的上半部进行表面放电。剩余的电弧向外发射，并在熄弧板上碰碎。由此产生的分段电弧将视电网后续电流的大小，在几个千安的范围内安全地被消除。

表面放电间隙是电极之间装有缘材料的放电间隙，有时也称之为表面放电器。表面放电器在使用特殊塑料的基础上，可以在其工作范围内独立地切断电网后续电流。

火花间隙（Arc chopping）

原理为两个形状象牛角的电极，由绝缘材料分开，彼此间有很短的距离。当两个电极间的电位差达到一定程度时，电荷将穿过两个角型的空间打火放电，由此将过电流释放入地。

优点：放电能力强，通流容量大（可做到100KA以上），漏电流小；
缺点：残压高（2～4KV），反应时间慢（≤100ns），有跟随电流（续流）。

金属氧化物压敏电阻（Metal oxside varistor）

该元件在一定温度下，导电性能随电压的增加而急剧增大。它是一种以氧化锌为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻。没有脉冲时呈高阻值状态，一旦响应脉冲电压，立即将电压限制到一定值，其阻抗突变为低值。
带温升脱扣装置的块状压敏电阻：压敏电阻是同电压相关的电阻，根据它们的电压／电流特性曲线，这些电阻在残压很低的情况下可以有很大放电能力。

圆片型压敏电阻

抑制二极管的特点是响应时间短（微秒范围）、限位电压低。

　　截止电压ＵＲ是二极管尚能可靠截止的最高电压值。达到导通电压ＵＢ时流过抑制二极管的电流为１毫安。抑制二极管从这个时刻起开始限制过电压。最大钳位电压ＵＣ是指在最大工作电流Ipp时，可能加在抑制二极管上的最大电压。

优点：通流容量大，残压较低，反应时间较快（≤25ns），无跟随电流（续流）；
缺点：漏电流较大，老化速度相对较快。

气体放电管(Gas discharge tube)

　　它是一种陶瓷或玻璃封装的、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。当极间的电场强度超过气体的击穿强度时，就引起间隙放电，从而限制了极间的电压，使与放电管并联的其它器件得到保护。

优点：通流量容量大，绝缘电阻高，漏电流小；
缺点：残压较高，反应时间慢（≤100ns）， 动作电压精度较低，有跟随电流（续流）。

瞬态抑制二极管（Transient voltage suppressor）

　　亦称齐纳二极管，是一种专门用于抑制过电压的元器件。其核心部分是具有较大截面积的PN结，该PN结工作在雪崩状态时，具有较强的脉冲吸收能力。

优点：残压低，动作精度高，反应时间快（<1ns），无跟随电流（续流）；
缺点：耐流能力差，通流容量小，一般只有几百安培。

3.1 电涌保护器(SPD) surge protection device
用于限制瞬时过电压和泄放电涌电流的电器，它至少包含一个非线性元件。

3.2 一端口SPD one-port SPD
SPD与被保护电路并联。一端口能分开输入和输出端，在这些端子之间没有特殊的串联阻抗。

3.3 两端口SPD one-port SPD
有两组输入和输出端子的SPD，在这些端子之间有特殊的串联阻抗。

3.4 电压开关型SPD voltage switching type SPD
没有电涌时具有高阻抗，有浪涌电压时能立即变成低阻抗的SPD。电压开关型SPD常用的元件有放电间隙、气体防电管、闸流管（硅可控整流器）和三端双向可控硅开关元件。这类SPD有时也称作“短路型SPD”

3.5 电压限制型SPD voltage limiting type SPD
没有电涌时具有高阻抗，但是随着电涌电流和电压的上升，其阻抗将持续减小的SPD。常用的非线性元件有压敏电阻、抑制二级管。这类SPD有时也称作“箝位型SPD”。

3.6 复合型SPD combination SPD
由电压开关型元件和电压限制型元件组成的SPD。其特性随所加电压的特性可以表现为电压开关型、电压限制型或两者皆有。

3.7 保护模式 modes of protection
SPD保护元件可以连接在相对相、相对地、相对中线、中线对地及其组合。这些连接方式成为保护模式。

3.8 标称放电电流  In - nominal descharge current
流过SPD 具有8/20us波形的电流峰值，用于II级试验的SPD分级以及I级试验、II级试验的SPD的预处理试验

3.9 冲击电流 Iimp - impulse current
它由电流峰值Ipeak和电荷量Q确定。其试验应根据动作负载试验的程序进行。这是用于I级试验的SPD分类试验

3.10 II级试验的最大放电电流 Imax - maximum discharge current for class II test
流过SPD 具有8/20us波形的电流峰值，其值按II级动作负载的程序确定。Imax大于In。

3.11 最大持续工作电压 Uc - maximum continuous voltage
允许持久地施加在SPD上的最大交流电压有效值或直流电压。其值等于额定电压。

3.12 待机功耗 Pc - standby power consumption
SPD按制造厂的说明连接，施加平衡电压和平衡相角的最大持续工作电压(Uc)并且不带负载时SPD所损耗的功率

3.13 续流 If - follow current
冲击放电电流以后，由电源系统流入SPD的电流。续流与持续工作电流Ic有明显区别。

3.14 额定负载电流 IL - rated load current
能对SPD保护的输出端联接负载提供的最大持续额定交流电流有效值或直流电流。

3.15 电压保护水平 Up - voltage protection level
表征SPD限制接线端子间电压的性能参数，其值可从优先值的列表中选择。该值应大于限制电压的最高值

3.16 限制电压 measured limiting voltage
施加规定波形和赋值的冲击电压时，在SPD接线端子间测得的最大电压峰值。

3.17 残压 Ures - residual voltage
放电电流流过SPD时，在其端子间的电压峰值。

3.18 暂态过电压(TOV)特性 temporary overvoltage(TOV) characteristic
SPD承受一个暂态过电压UT至规定时间tT时的工作状况。
注：这种特性是能承受一个暂态过电压而不使特性或功能发生不可接受的变化，或是产生7.7.6.2所描述的故障。（7.7.6.2 - 摘要，燃烧、带电...）

3.19 二端口SPD的负载端的电涌耐受能力 load-side surge withstand capability for a tow-port SPD
二端口SPD对负载侧接线输出端子产生电涌的耐受能力

3.20 电压降(用百分比表示) (in percent) voltage drop
dU=[(Uin-Uout)/Uin]*100%
适用于二端口SPD

3.21 插入损耗 insertion loss
在给定频率下，连接到给定电源系统的SPD的插入损耗定义为：电源线上紧靠SPD接入点之后，在被SPD接入前后的电压比，结果用dB表示。

3.22 1.2/50冲击电压  1.2/50 voltage impulse
视在波前时间(从峰值10%上升到90%的时间)为1.2us,半峰值时间为50us的冲击电压。

3.23 8/20冲击电流  8/20 current impulse
视在波前时间为8us,半峰值时间为20us的冲击电流。

3.24 复合波 combination wave
复合波有冲击发生器产生，开路时施加1.2/50冲击电压，短路时施加8/20冲击电流。提供给SPD的电压电流幅值及其波形由冲击发生器和受冲击作用的SPD的阻抗而定。开路电压峰值和短路电流峰值之比为2；改比值定义为虚拟阻抗Zf。短路电流用符号Isc表示。开路电压用符号Uoc表示。

3.25 热崩溃 thermal runaway
当SPD承受的功率损耗超过外壳和连接件的散热能力，引起内部元件温度逐渐升高，最终导致其损害的过程。

3.26 热稳定 thermal stability
在引起SPD温度上升的动作负载试验后，在规定的环境温度下，给SPD施加规定的最大持续工作电压，如果SPD的温度能随时间而下降，则认为SPD是热稳定的。

3.27 劣化 degradation
由于电涌、使用或不利环境的影响造成SPD原始性能参数的变化。

3.28 耐受短路电流  short-circuit withstand
SPD能够承受的最大预期短路流电流值。

3.29 SPD的脱离器 SPD disconnector
把SPD从电源系统断开所需要的装置(内部的 和/或 外部的)

3.30 外壳的防护等级(IP代码) degrees of protection provided by enclosure (IP code)
外壳提供的防止触及危险的部件、防止外界的固体异物进入 和/或 防止水的进入 壳内的防护程度(见GB/T 4208)

3.31 型式试验 type tests
一种新的SPD设计开发完成时所进行的试验，通常用来确定典型性能，并用来证明它符合有关标准。试验完成后一般不需要在重复进行试验，但当设计改变一只影响其性能时，只需重复做相关项目试验。

3.32 常规试验 routine tests
按要求对每个SPD或其部件和材料进行的试验，以保证产品符合设计规范。

3.33 验收试验 acceptance tests
经供需双方协议，对订购的SPD或其典型样品所做的试验。

3.34 去耦网络 decoupling network
在SPD通电试验时，用来防止电涌能量反馈到电网的装置。有时称“反向滤波器”。
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michael

這是在某家防雷産品複制下來的吧。。