Газоразряднікі або розрядники для захисту від перенапруг з газовим наповненням позначаються терміном GDT (Gas Discharge Tube). За кількістю електродів вони поділяються на дві групи: двохелектродні і трёхелектродние.
Мал. а). двухелектродний і б). трёхелектродний іонні розрядники з газовим наповненням (умовне позначення за міжнародними стандартами)
При спрацьовуванні елемента захисту відбувається закорочування входу пристрою і стікання струму перевантаження на землю. Принцип роботи газоразрядніка можна порівняти з електронним ключем, що спрацьовує при виникненні різниці потенціалів між його електродами вище заданого значення. Широко використовуються розрядники для захисту від перенапруг електронних ланцюгів, коли некритичні такі показники як швидкість спрацьовування і точність значень напруги. Будь-розрядник повинен мати власне заземлення, інакше використання їх буде марним.
При експлуатації електронного супутникового обладнання (або будь-якого іншого радіотехнічного) періодично можуть виникати перевантаження по струму і напрузі, початкова природа яких обумовлена впливами зовнішніх електромагнітних імпульсів. Вони можуть бути у вигляді електромагнітних сигналів, що йдуть від потужних радарів, електростатичні розряди, потужного грозового розряду і ін. (Природного і штучного походження). Великі перевантаження можуть виходити від несправної ланцюга електроживлення будь-якого обладнання.
Конструкція елемента газоразрядніка є керамічну ємність (трубку або у вигляді "таблетки"), заповнена інертним газом, закрита з двох сторін металевими електродами. Зазвичай розрядник важко помітити в електронній ланцюга, що захищається. При його спрацьовуванні відбувається коротке замикання електродів і ток перевантаження йде на землю. Не просто так його порівнюють з електронним ключем. який спрацьовує при перевищенні заданих значень різниці потенціалів між його електродами. Це призводить до збільшення кінетичної енергії вільних електронів, утворення нових іонів і електронів, - струм між електродами починає рости і розрядник переходить в режим "тліючого розряду" (на кілька мікросекунд). Якщо напруга буде далі зростати, то почнеться лавинне розмноження електронів, викликаючи при цьому газовий розряд. Залежно від конструкції розрядника тривалість пробою триває десятки наносекунд (причому струм зростає стрибками), а різниця потенціалів між електродами падає. Для різних типів газових розрядників значення напруги розряду буде приблизно рівним 10В-80В (від струму практично залежати не буде). При виникненні імпульсу перенапруги розрядник закорачивается і імпульс йде на землю, тим самим захищаючи обладнання від виведення з ладу. Для відводу розряду блискавки від антени встановлюють громовідводи з контуром заземлення, який бере весь розряд на себе і відводить в землю.
Мал. Схема підключення двоелектродного газоразрядніка в ланцюг між супутниковою антеною і ВЧ обладнанням (ресивер)
Після режиму пробою значення напруги на електродах зменшується до початкового рівня і процес йде у зворотному напрямку. При тривалому впливі перевантажень (приблизно 1-10 секунд) усередині розрядника починається горіння електричної дуги, через що він може вигоріти і подальше його використання буде неможливим (розрядник потрібно замінити). Цього можна уникнути за допомогою додаткової механічної термозахисту.
Мал. Трёхелектродние газоразряднікі з термозахистом у вигляді металевої пластини (скоби)
Конструкція термозахисту є спеціальний металевий затиск (або скобу), який кріпиться до корпусу розрядника легкоплавким припоєм. Після нагріву і досягнення певної температури відбувається закорочування між собою електродів металевим затискачем. Далі спрацьовують інші захисні елементи схеми.
Широке застосування крім двоелектродної отримали і розрядники, що мають три електрода (трёхелектродние), корпус яких складається з двох об'єднаних між собою двоелектродної розрядників з одним загальним електродом. Така конструкція здатна забезпечити контроль симетричних ланцюгів одночасно, при цьому виключаючи перекіс фаз і знижуючи перепад значень напруг між лініями до безпечного рівня.
Газоразряднікі характеризуються статичною напругою спрацьовування (цей параметр зазвичай вказується в технічній документації), номінальне DCBD, Vdcbd - виникає запалення розрядника, викликане напругою постійного струму.
Максимальна динамічна напруга спрацьовування (Vimpuls, Mis) - імпульсна напруга досягає максимального пікового значення і відбувається пробій розрядника (в межах значень 100В / мкс і 1 кВ / мкс - крутизна фронту наростаючих лінійних імпульсів напруги).
Мінімальна гарантована статичну електрику спрацьовування (MDCS, Vmdcs) - мінімальне значення статичної напруги, при якому розрядник спрацьовує протягом усього терміну експлуатації.
Напруга горіння дуги (AV, Varc) - напруга, що виникає між електродами розрядника, в режимі проходження через нього струму пробою.
Максимальне значення імпульсу струму розряду (MSR, limpulse) - короткочасне граничне значення імпульсного струму. Після впливу цього струму газорозрядних елемент залишиться в справному (робочому) стані (вказується значення струму при тесті з відношенням часу наростання до часу спаду 8 / 20мкс, 10 / 350мкс).
Номінальний імпульсний струм розряду (IDC) - струм, що проходить через розрядник в режимі пробою (при цьому вплив цього струму газоразряднік може витримувати багато разів відповідно до технічними характеристиками).
Максимальний змінний струм розряду (ADS, lac) - струм змінний, що проходить через розрядний елемент і вплив якого розрядник може багаторазово витримувати (відповідно до технічних характеристик).
Час пробою розрядника (ARTT) - це проміжок часу, за який між електродами змінюється значення напруги від максимального динамічного до напруги горіння дуги.
Струм в режимі тліючого розряду (GATC)-значення струму в часовому проміжку запалювання і пробою.
Час спрацювання газоразрядніка (PVST) - часовий інтервал від точки початку запалювання до точки початку пробою.
Експлуатаційний ресурс газоразрядніка (SL) - це кількість спрацьовувань газоразрядного елемента і значень імпульсного струму, що проходить через нього, після яких не гарантується видача робочих характеристик (вказуються в тех. Документації).
Конструкція трёхелектродного газового розрядника з термічним захистом (термозапобіжника).
Мал. Газовий трёхелектродний розрядник з захистом (термозапобіжника)
Термозапобіжник є доповненням до газоразрядніку і виконаний у вигляді металевої пластинки (скоби), яка при перегріванні деформується і замикає загальний висновок і висновки L (L1, L2) між собою, при цьому струм починає проходити поза газового проміжку.
Вольт-амперну характеристику (ВАХ) газоразрядніка можна представити у вигляді декількох рівнів робочих ділянок.
Мал. ВАХ газоразрядніка
Ділянка низьких напруг (1). Якщо виникне хоча б незначне напруження між загальним висновком електрода і одним з висновків L (L1 або L2), то через наднизької електропровідності інертного газу ток через газоразряднік НЕ потече. Після того, як достигнется напруга спрацьовування значення струму почне рости.
Виникнення тліючого розряду (2). Відбувається іонізація молекул газу після досягнення напруги спрацьовування (лавиноподібно зростає число носіїв заряду). Незначний струм починає протікати через проміжок, заповнений газом (при цьому напруга падає до рівня значення напруги тліючого розряду).
Тліючий розряд (3). Подальше збільшення струму призводить до незначного збільшення напруги між електродами.
Виникнення електричної дуги (4). Якщо потужність, поступаемая від зовнішнього джерела досить велика, то при зростанні струму понад межі енергія поля стане достатньою для подолання зарядженими частинками шляху від електродів L (L1 і L2) до загального електрода без втрати енергії. Значення напруги різко зменшується і виникає електрична дуга - стійкий провідний канал.
Подальше зростання струму (5) відбувається без зростання значення напруги.
Поділися матеріалом з друзями: