气体放电管与压敏电阻级间能量配合的分析

针对气体放电管与压敏电阻在雷电波冲击下级间配合的问题,运用雷电波传输理论与雷电冲击电流发生器进行冲击试验相结合的方法.得出:在相同冲击电压下,气体放电管可以增大整体通流效果;气体放电管的残压随总通流呈线性增长,压敏电阻的残压值变化不大,并且与气体放电管的放电电压大小无关;气体放电管的放电电压越大,压敏电阻吸收的能量越多,SPD级间的能量配合效果也更佳。该结论在多级电涌保护器的使用中有一定参考价值。     

气体放电管的浪涌冲击特性研究

气体放电管是电力、电子系统中常用的雷电浪涌防护器件,其浪涌冲击特性直接影响防护效果。利用EMTP软件建立气体放电管仿真电路模型,搭建1.2/50-8/20μs组合波发生回路进行仿真冲击,并将结果与试验数据进行对比。此外还搭建10/700-5/320μs组合波发生回路,比较分析不同浪涌脉冲作用下气体放电管的冲击放电电压和波形上升时间变化。分析结果表明:建立的气体放电管电路模型冲击放电电压和通流波形均与试验结果相接近,较好地反映了其在组合波冲击下的响应特性;气体放电管的响应受冲击电压变化率的影响较大,冲击放电电压随着冲击电压变化率的增大而增加;冲击放电电压波形上升时间则相反。气体放电管对不同雷电浪涌冲击波形的响应特性有所不同,需要在应用中更加针对性地进行分析和防护。     

暂态抑制二极管在雷电阻尼振荡波冲击下的性能分析

针对暂态抑制二极管(TVS)在雷电阻尼振荡波冲击下的性能问题,对暂态抑制二极管的瞬态特性进行理论分析,利用雷电阻尼振荡波发生器进行冲击试验。得出:随雷电阻尼振荡波冲击电压的升高,TVS两端的残压呈上升趋势,冲击电压增大到一定值后残压呈稳定趋势;通流和吸收能量呈线性上升趋势;随着暂态抑制二极管击穿电压增大,在相同冲击电压下的能量吸收值越大;当冲击电压相同时,TVS击穿电压值与吸收能量呈正相关。     

分布式控制系统电涌保护器设计方法的研究

针对分布式控制系统电涌保护器设计的问题,通过对分布式控制系统信号特征的理论分析,采用理论与实验相结合的方法,并设计了电涌保护电路。实验得出:随着雷电组合波发生器冲击电压的升高,气体放电管及TVS两端的残压呈上升趋势,冲击电压增大到一定值后,残压呈现稳定趋势;气体放电管的通流呈均匀线性上升趋势;在冲击电压保持不变的情况下,气体放电管的导通时间与直流击穿电压呈正比例关系、与退耦电感值及TVS的击穿电压值呈反比例关系;传输特性实测表明:插入损耗为0.45 d B,对信号传输的影响较小。提出了分布式控制系统电涌保护器的设计方法,在分布式控制系统雷电防护方面具有一定的参考价值。     

残留电荷对气体放电管冲击放电电压的影响分析

针对气体放电管电极表面残留电荷对冲击放电电压影响问题,讨论残留电荷积累与消散;采用3种不同型号的放电管经过多次4 kV,1.2/50μs开路电压波冲击试验,观测冲击放电电压值的变化趋势,将多次冲击后的放电管施加辉光电压,观测辉光放电电流值的变化趋势,研究残留电荷对气体放电管微观放电的促进作用。实验表明:经过多次4 kV,1.2/50μs开路电压波冲击,放电管在没有明显损坏的情况下,随着冲击次数的增加,放电管残留电荷逐渐增加,导致冲击放电电压值有逐渐减小的趋势,这种趋势在冲击达到30次得到相对稳定。     

气体放电管中的残留电荷对残压的影响

研究温度传感器接口的抗雷电冲击能力以及气体放电管内的残留电荷对4~20 mA温度传感器残压的影响。发现:幅值为50 V的脉冲电压即可导致温度传感器接口损坏,说明温度传感器接口不具备抗雷电浪涌能力;气体放电管内的残留电荷,使气体放电管的残压有逐渐减小的趋势;随着冲击电压的增加,同一冲击电压下多次冲击后,气体放电管的残压值逐渐稳定。     

多电极气体放电管与ZnO压敏电阻匹配性能的研究

针对多电极气体放电管与ZnO压敏电阻匹配使用的问题,根据多级气体放电管及ZnO压敏电阻的工作原理,ZnO压敏电阻并联在多电极气体放电管的两个电极上,能够有效的降低多电极气体放电管在辉光放电时的残压,并且进行相应的分流。利用汤森理论对多电极气体放电管的辉光、弧光放电进行模型等效,并使用开路电压波(1.2/50μs)、8/20μs雷电冲击平台、组合波(1.2/50μs,8/20μs)进行冲击试验,验证了多电极气体放电管模型等效的正确性;同时试验现象中发现了ZnO压敏电阻并联在多电极气体放电管冲击时的阴极端电极上,能够加速多电极气体放电管的放电速度,显著缩短多级间隙动作时延。据此现象及理论分析,提出了利用多电极气体放电管设计开关型电涌保护器并联ZnO压敏电阻的方法,在实际应用中具有一定的参考价值。     

触发型气体放电管试验研究与分析

为了解决气体间隙型放电管在雷电防护应用中存在击穿电压高、响应时延长等问题,根据对汤森理论与帕森定律的理论分析,设计了一种触发型气体放电管,并在帕森定律的理论基础上提出了传统放电管击穿电压值乘以系数k(k1)为触发型气体放电管的击穿电压。采用8/20μs模拟雷电流对触发型气体放电管做冲击试验,利用气体放电理论与试验相结合的方法,得出:触发型气体放电管与相同材料及极间距的传统气体放电管比,其击穿电压值小4倍左右;在相同的冲击电压下,响应时延可缩短百倍,且极小值可缩短至180 ns左右;在相同的冲击电流作用下,其残压上升陡度最大可减小0.4 k Vμs-1,研究结果在防雷实际应用中具有一定的实用价值。     

组合型电涌保护器设计方法的研究

针对组合型电涌保护器(SPD)利用氧化锌(Zn O)压敏电阻与气体放电管组合的设计方法的问题,理论分析了Zn O压敏电阻的块体模型和气体放电管工作原理;采用8/20μs模拟雷电流,对不同组合方式的Zn O压敏电阻与气体放电管进行了冲击测试,得出组合结构SPD主要性能体现在并联或并联的气体放电管数量的试验结果,即压敏电阻并联的气体放电管数越少,组合型SPD的残压越低;串联气体放电管数越多,压敏电阻的通流越小,可有效延长了压敏电阻的使用寿命;当气体放电管两端的电压达到直流放电电压时,气体放电管迅速导通,使整个组合器件两端电压迅速减小;随冲击电压的升高,残压增大,通流呈线性增加,平均斜率为3.21。在组合型SPD的设计中具有一定的参考价值。     

石墨电极多级气体放电管切断续流能力的测试

气体放电管由于通流量大、残压低等特性被广泛应用于设备的首级防护,但由于维持传统单级气体放电管放电的最低电压小于交流负载电压值,致使气体放电管长时间维持导通状态流过交流电流,造成线路对地短路。通过分析产生续流的原因,增加放电管的放电通道,采用石墨多级气体放电管进行组合波冲击试验,根据试验数据验证多级气体放电管可有效减小续流和放电管导通放电时间,多级气体放电管也可以有效延缓残压的上升陡度,为设备提供更好的防护。     

同轴线中雷电波传输暂态特性的分析

针对同轴线中雷电波传输特性的问题,通过对同轴波导暂态响应和非均匀传输线理论进行分析,采用冲击电压波发生器来模拟1. 2/50μs雷电波进行试验。得出:雷电波在均匀同轴线中几乎不发生畸变,波形衰减不明显,但在并联气体放电管(Gas Discharge Tube,GDT)的同轴线中发生了畸变,出现不同程度的振荡,产生高次模;随着同轴线长度的增加,雷电波畸变的程度逐渐变小,高次模出现的频率逐渐减少,波形振荡的周期也越来越少;在不同位置并联相同气体放电管,距离输出端越远其振荡幅值越大,其中高次模的成分越丰富,振荡周期越多,振荡持续的时间越长。同时对1. 2/50μs雷电波的幅值、负载以及同轴线中并联的气体放电管的数量等因素进行详细地讨论。这在实际雷电防护应用中,具有一定的指导意义和价值。     

基于组合冲击试验的气体放电管与TSS管通流、差压变化研究

依据气体放电管与TSS配合使用原理,借助电力试验研究院雷电流冲击平台,采用组合波发生器(8/20μs,1. 2/50μs)对气体放电管和TSS的配合使用电路进行冲击试验。主要研究级间电阻对气体放电管和TSS管通流、残压影响的变化趋势,以及不同型号TSS管对气体放电管和TSS管通流、残压的影响。研究得出:TSS管通流随着级间阻值的增加而减小,而GDT通流与电阻无关;同时得出不同型号TSS管对气体放电管和TSS管通流没有影响,且TSS管压越大,TSS残压值越大,GDT的残压随冲击电压总体呈逐渐上升趋势。气体放电管与配合使用电路中,冲击电压在超过盲区到1. 0 k V左右范围中,配合电路发挥作用较大。     

基于有限元法的GDT与TVS能量配合仿真研究

多次过电压冲击会对信号电涌保护器中的气体放电管(GDT)与瞬态抑制二极管(TVS)能量配合产生影响。针对这一问题分析了气体放电管在冲击电压下表面电荷积聚原因;利用有限元法仿真了气体放电管在不同冲击次数、不同电极粗糙程度下表面电场强度分布;同时对气体放电管进行多次过电压冲击试验,观察启动电压变化趋势并与仿真结果进行对比。仿真和试验结果表明:多次冲击使得电极表面粗糙度增大,影响GDT启动电压,启动电压的变化会导致气体放电管和TVS能量配合失效。研究指出:将GDT和TVS间的退耦电阻由原来的2.2Ω改变为4Ω能够有效削弱多次冲击的影响,并且在规定的通频带下,仍具有较好的传输特性。     

气体放电管与半导体放电管配合使用方法的分析

针对防雷中半导体放电管(thyristor surge suppressors,TSS)和气体放电管(gas dischargetube,GDT)匹配的性能问题,设计了TSS与GDT配合工作的测试电路。使用(1. 2/50 s、8/20 s)组合波发生器模拟雷电过电压对该测试电路进行冲击试验。试验采取控制变量法,退耦电阻阻值选取2Ω、5Ω、10Ω,TSS工作电压选取6 V、25 V、58 V,GDT直流击穿电压选取90 V、230 V。得出:冲击电压小于GDT击穿电压时,测试电路工作在盲区内,仅有TSS动作;冲击电压超过GDT击穿电压时,TSS与GDT先后动作,GDT泄放的能量要远大于TSS;冲击电压增大超过1 kV时,GDT的动作时延将短于TSS,几乎所有的能量都由GDT泄放; GDT导通后,随着冲击电压的增加,GDT的残压和通流逐渐增大,而TSS的残压和通流逐渐减低并保持在一个较低的状态(残压在5 V左右,通流在7 A左右)。对TSS和GDT的应用有一定的参考意义。     

固体放电管在组合波发生器冲击下的性能分析

针对固体放电管在组合波发生器冲击下的性能问题,通过固体放电管原理的理论分析,利用理论与试验相结合的方法,采用组合波发生器对固体放电管进行冲击试验,得出:固体放电管的点火电压越高残压越高,并且残压是随冲击电压的增大而增大,点火电压在33.0 V~71.2 V之间的固体放电管承受浪涌的能力好,更耐用;固体放电管的通流与点火电压无关,具有泄放大电流的作用;固体放电管导通后处于低阻状态,具有的限压作用,点火电压越小的固体放电管吸收的能量越多,越有利于设备的保护。该结论在电涌保护器的应用中有一定参考价值。     

多脉冲下架空线缆耦合雷电电磁波特性分析

传输线缆在电力输送和信号传输领域中扮演着十分重要的角色,传输线耦合雷电电磁波产生的过电压、电流对整个传输线系统产生很大的影响。本文通过建立架空线缆、闪电通道一体化模型。利用模拟8/20μs单脉冲雷电流及多脉冲雷电流进行试验,得出结论如下:架空线缆耦合电压波形以阻尼振荡波形式衰减;耦合电压幅值整体随冲击电流的增大而增大,多脉冲条件下耦合电压幅值与冲击电流峰值不是对应的比例关系;单脉冲冲击下,耦合的能量随冲击电流峰值以指数形式增加,多脉冲冲击下,耦合的能量整体随冲击电流峰值的增加而增加,但是当耦合电压出现重叠、互连现象时,其会在几微秒内耦合到大量的能量,从而出现低雷电流高能量的现象。试验所得结果对架空导线在实际的防雷保护中有一定的参考意义。     

不同接线模式下多级SPD冲击试验结果对比分析

利用气体放电管、ZnO压敏电阻与TVS管配合退耦原件构成的多级SPD,通过1.2/50μs、8/20μs组合波对其进行限制电压和组合波冲击试验。研究表明:在1.2/50μs开路电压波冲击下,线-地之间限制电压保持在450 V左右,线-线之间的限制电压可以维持在40 V左右;在组合波冲击实验下,线-地模式和线-线模式下,实际冲击试验中的残压总体相差不大,都是随着冲击电压的升高呈上升趋势,两种模式下的通流容量尽管都随着冲击电压的升高呈上升趋势,但在同等冲击电压下,通流容量差异却很大。     

雷电阻尼振荡波发生器的设计方法

针对雷电瞬态感应的阻尼振荡波对信号类设备会造成一定的影响,通过LC组成选频网络的谐振原理及对数减幅理论,依据规范RTCA DO-160F对测试所用阻尼振荡波的标准要求,研究开发了一种10~100 k Hz连续可调雷电阻尼振荡波发生器。其主要用于信号类电缆和发电机性能的验证测试,经反复试验及软件仿真表明,研制的雷电阻尼振荡波发生器能够有效地对信号类电缆做耐压测量、局部放电现场测量、绝缘水平的评估;对发电机输出阻抗进行判断是否满足设备工作要求。在信号类设备实际检测及防雷中,具有一定的参考意义和实用价值。     

空气动力学型绝缘子空气中冲击击穿特性的研究

快波前冲击过电压对输电线路用盘形悬式瓷绝缘子危害较大,依据标准GB/T20642-2006《高压线路绝缘子空气中冲击击穿试验》,对盘形悬式瓷绝缘子中的空气动力学型瓷绝缘子进行了50%雷电冲击闪络电压和陡波试验,并与钟罩型瓷绝缘子进行了比对研究;研究了瓷绝缘子的形状及大气相对湿度对闪络电压的影响。试验表明:空气动力学型瓷绝缘子50%雷电冲击闪络电压较钟罩型瓷绝缘子低;空气动力学型瓷绝缘子在规定的试验电压下,波前(放电)时间不能满足标准要求;同时,当大气相对湿度较大时,会对瓷绝缘子陡波试验结果产生不利影响。     

不同频段的短路线SPD对雷电波的抑制作用分析

针对1/4短路线对于雷电波能量的抑制性能,利用8/20μs实验平台,对不同频段下1/4波长SPD进行冲击测试,研究其对雷电波的抑制作用。研究表明:随着冲击电流的增大,1.8 GHZ和2.1 GHz频段下1/4波长SPD的电压值均呈先增大然后迅速变小的变化趋势;1.8 GHZ和2.1 GHz频段的插入损耗值均在-10 db以下,表明了传输线路中接入1/4波长短路线型SPD对信号传输不产生影响,可以确保通讯线路中信号的有效传输。