详解陶瓷气体放电管（GDT）

的电气参数——直流放电电压Vs

深圳市威特科电子有限公司

答案非常明确，和可控硅SCR导通一样，必须要有一定的电压、电流（门限）条件。标准推荐了一个测试直流放电电压的电路，根据RC电路模型，可以推算出，如果产品的放电电压约100V～2000V，对应的测试电流范围约2mA～40mA。早期的标准GB/T 9043 2008，有较为清晰的推荐值，测试仪需要提供放电电流：5mA～15mA。

市面上很多都是采用武汉某品牌的防雷元件测试仪，由于厂家想兼容MOV，测试电压范围希望尽量做高（0～2000V、0～3000V等），功率又有限。故，设备输出最大电流，也就1mA左右。故，在实际工程应用中，生产厂家和用户会遇到较多参数不对应问题。如果一味的死扣这个直流放电电压范围，笔者认为，有待商榷。理由是：实际应用中要求，直流放电电压不能低于保护电路的工作电压，比如印度的电网，可能就有30%的波动。故，陶瓷气体放电管行业的国际大品牌，很多产品规格书，只规定直流放电电压V_s的下线，不卡上线，越高越好越安全。上线由脉冲放电电压V_ss（体现防雷效果的核心参数）来卡。

这里简单解释一下脉冲放电电压V_ss，就是近似模拟雷电的快速脉冲波，电压6kV，短路电流3kA，检测放电管的脉冲放电电压V_ss，详细请参看标准GB/T 18802．311。此参数V_ss，就可以简单理解为，一旦有雷电或者其它过压电磁脉冲冲击时，经过GDT防护后，还会传输到被保护电路端的保护us级脉冲电压水平，一般1500V以下。

下图是直流放电电压V_s（静态）和脉冲放电电压V_ss（动态）的转换关系。任何电子防护元件，都有这个趋势反应规律，唯一的差异是，上升斜率大小的问题。和半导体等固态保护元件相比较的话，陶瓷气体放电管是目前能量密度最大的防护元件，瑕疵就是的这个趋势斜率也最大。

我们和行业国际大品牌公司一样，也坚持认为，如果产品的V_ss较低，雷击前后能保持稳定（变化率小）；雷击前后产品电阻也保持稳定（变化率小），就是一个非常优秀的产品。其实，要做到V_ss较低，也是一件不容易的事情。

如果V_s黑暗效应非常明显的产品，V_ss也会非常高的！为不合格产品。如果大家不能理解，请参看问题三，回过头来看，就明白了。

如果大家仔细研读了前面的直流放电电压V_s的底层机理。就不难理解，如果陶瓷气体放电管在紫外线等高能辐照时，就可以观察到流过间隙的微小电流。再加上外加上升电压，和一定的电流条件，很快就达到了放电管的自恃放电状态。当然，如果没有外加的电压和电流条件，一定也是不足以达到自恃放电的。

如果陶瓷气体放电管，放置在黑暗条件下，拿掉了可见光紫外线等高能辐照预电离条件。这时，再去测试产品的直流放电电压，产品的直流放电电压Vs暗态的统计平均值，会稍高一点，统计平均V_s暗态≥统计平均V_s见光，这是一个规律性问题。

出现如此问题的这类产品，就不能使用了呢？或者无能为力了呢？

当然不是！

早期，生产厂家为了降低黑暗效应影响，会在产品内壁，添加微量放射性物质镍Ni63、钴Co 60或者电离能低的气体Kr（成本很高）等办法，相当于在产品内部安装了一个灯泡，一直提供高能射线电子流。能非常好的消除此黑暗效应，放射性物质半衰期上百年千年，非常稳定可靠，也不会降低产品的雷击寿命。后续，国际国内对环保问题，人身健康安全问题，越来越重视，民用品严禁采用此类放射性物质。故，标准出现5.3条款，大家就应该不会觉得太突兀了。

20多年前，严禁采用放射性物质后，国际国内所有的陶瓷气体放电管厂家，开启一轮非常艰难的替代工艺公关。也正是这一轮，国内技术人员，真正的吸收和掌握了陶瓷气体放电管的设计、生产工艺、及相关应用等技术。为国内陶瓷气体放电管的引进、吸收和发展进步，积累了非常宝贵的经验；培养出一大批专业的防雷技术人才。当时，产品主要是应用在主配线架电话通信系统信号线路上，对应陶瓷气体放电管的直流放电电压Vs 230V，脉冲放电电压V_ss<700V,8/20us雷击冲击放电电流，也就只要求5kA、10kA，相对较低的雷击通流等级。

现在，应用场景，越来越多；产品类型也越来越多，有信号的，有电源的；有低压的，有高压的；有20kA通流量的，有200kA通流量的；有要求8/20us波形的，有10/350us波形的。对产品的研制，就不能还按照20多年前的产品要求了。对电源系统，不管是直流应用，还是交流应用；不管是小通流、还是大通流场合，一旦系统有蓄电池、或者工频220V或者380V供电系统，只要是电源系统的应用，大家都很清楚，任何电源系统短路，会导致机毁房烧，会酿成重大事故的。电瓶车电池短路起火，就是典型的类似案例。必须确保万无一失，千万不能误动作！故，需要控制产品的直流放电电压V_s的下线，越高越好越安全；为了达到较好的防雷击、防护过电压冲击效果，又需要脉冲放电电压V_ss越低越好。

故，就不能固守成规。还按照原来信号放电管的改善路径，还继续采用添加低溢出功电子材料、环保活性强电子粉，是可以很好的降低黑暗效应。问题是，大家都清楚，采用强活性材料电子粉工艺产品，雷击寿命会显著降低。设法减少小电流条件下的黑暗效应，但是牺牲了产品的防雷击稳定性特性，这就本末倒置了！有一些用户，死扣标准，在测试仪本来就不符合规范的条件下要求生产厂家所谓的改善，其实是捡了芝麻丢了西瓜。一直还有很多同行，对黑暗效应讳莫如深，其实大可不必。

新的应用场景，都要求放电管在没有雷电、过电压的工作条件下要保证稳定，特别是在有复杂电磁环境、高温高湿等（像现在的光伏系统、石化等工况环境）相对恶劣环境下千万不能误触发放电；一旦遭到过电压冲击和雷击时，又要有较好的保护水平。

通流量增加，放电管机械尺寸会变大，间隙也变大；要求放电管有续流遮断能力、满足TOV耐受等。此类放电管的自恃放电条件，电压电流都会增加。如果此时还拿一个1mA的元件测试仪，再来测试特殊材料、特殊工艺的产品，测试直流放电电压Vs，可能就会出现较大差异，引起争议。

我们的结论是：根据新的应用场景，真正需要控制的是（又回到问题二）：规定直流放电电压V_s的下线，不卡上线，越高越好越安全；上线由脉冲放电电压V_ss（体现防雷效果的核心参数）来卡。

最近几年，深圳市威特科电子有限公司针对新能源、复杂电磁脉冲环境、高温高湿恶劣工况应用环境下，新推出了VS_xC系列产品。此VS_xC系列产品，有个明显的特征，较高的直流击穿电压Vs时，还可以得到较低的脉冲冲击放电电压Vss：

1、新产品具备@255V_rms,100A_rms续流遮断能力。

2、新产品具备TOV耐受（U_T= 1200 VAC and a current I_T= 300 A for t_T= 200 ms.）能力。

3、新产品同等体积雷击通流量相对传统产品提高1～2倍以上；雷击寿命次数高出传统产品的2～3倍。

4、雷击前后，静态电气参数V_s、I_R、V_ss基本无明显劣化。

5、唯一问题是，暗存后V_s统计平均值会增加！下图就是生产随机抽样检测数据。

当然，我们按照传统工艺，增加活性电子粉，可以较好的解决暗存后V_s增高的问题。负面问题是，产品的雷击寿命有所下降，电阻也会较快降低，100A续流遮断能力、TOV耐受能力都会有所下降。大家说，还有理由去坚持，保住一个毫无意义的小电流参数？

基于我们新产品大批量的投入市场（数量已达数千万只），得到了广大客户一致认可，反馈防护效果非常好,雷击寿命提高2倍以上，恶劣工况环境下，产品非常稳定可靠。故，强烈呼吁和推荐国内标准委员会，考虑修订相关标准条款。

以上是基于陶瓷气体放电管自恃触发的机理，设计和研发出的产品及其应用。还可以基于类似可控硅的机理，设计和研发出，基于外触发放电的三级或者多级陶瓷气体放电管，此类外触发产品，直流放电电压可以高达几千伏上万伏，但是雷击脉冲放电电压也可以做到小于1500V。而且，可控击穿放电，想什么时候放电就放电，想什么时候关断就关断，是后续智能化产品的一个主要方向。按照现行标准，此类产品是不合格的（V_s严重超标）！大家说，是不是严重阻碍了新产品的发展和进步？

理解了这类外触发产品，就更能理解和支持本文的主导思想和倡议了。

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