TEN350
~~ 10/350, 操纵IEC雷电防护标准的波形 ~~
什么是“火化间隙”电涌保护装置？
火化间隙装置是一种能够通过IEC等级I测试的由10/350波形不切实际的高峰值电流脉冲、电荷及能量组合在一起的装置。
这是对这种装置最宽容的评价了。这种装置缓慢的反应时间、过高的通过电流以及爆炸式的泄放方式对保护敏感电子设备是不适当的选择。物理结构上，一个火化间隙放电装置由两片金属（电极）组成，绝缘间隙充满某种气体或空气。一个幅度够高的电涌可以打破绝缘层使电极之间产生放电。所产生的电弧是非常导电的，期望能将电涌的能量泄放到大地。遗憾的是这个导通的电弧同时将高强度的电流也导向下游的电子设备，还会影响交流电源系统使它短路。火化间隙并非是新的的概念，在电子集成电路及敏感电子设备出现之前，火化间隙成功地保护了许多不同的结构。但时代变了，现代的电子设备太过敏感而火化间隙不足以保护它们。
撬棒
IEC 62305将火花间隙放电划分为撬棒式设备，虽有点粗鲁但挺准确。
标准的编写者们可能真的将他们的手共同指向了某个地方。撬棒是一根铁或钢棒子，外形酷似一只乌鸦（右边的那只鸟），使用蛮力将木板等撬开，通常东西会被橇坏。撬棒电路是一种用于防止供电电源中的过电压对与其相连的线路造成危害的电路。这个描述非常的形象--它源自于一种有相当爆炸性的短路效应，就是把撬棒投放到电源的两个输出端子。正如撬棒不适合用于修理电视机或手机一样，火花间隙的“蛮力”特征也不适合用于电子设备的雷电防护。
火花间隙的危险和缺点
火花间隙导通缓慢因为需要电压高以形成电弧放电，典型的电压值是3千到4千伏。（即使是触发式火花间隙，在实际的现场条件下，触发电压都需要在2500V到3000V。）
低于2500V的电涌电压足以破坏下游的电子设备而火花间隙还没有被触发。
有时候在电涌结束后火花间隙很难被关闭。
在火花间隙导通工作时会造成交流电源系统的短路，短路的状态会被维持到50/60赫兹的交流电流的下一个零点，最长可达16毫秒。在这段时间内大量的电流将会通过下游的电子设备。
产生短路故障从而对大电流电源系统造成机械性冲击。
当火花间隙工作时，AC流通电流所产生的高强度di/dt可能造成问题。
当电涌过电压在火花间隙两端具有较小的dV/dt幅度时，在过电压超过火花间隙的额定导通电压几个微
秒甚至更长时间以后开始导通。当过电压幅度较大时在达到额定导通电压后导通时间的延时较短（但仍然很明显）。
有些火花间隙在清除交流故障电流时会引发火焰及电离气体，引发潜在的火灾危险，必须小心，永远不要把火花间隙安装在靠近可燃或可爆物体附近。
火花间隙经常是不可靠的，要么在需要时不能产生电弧要么在之后不能自动关闭，后者是由于材料失效或受到尘埃或盐分的污染。
单个有效的雷击闪电（或者几个较小的闪电）就可以使火花间隙的电极退化/腐蚀，在电极留下凹陷。火花间隙还很容易受到自身泄放所产生的冲击的负面影响。
保险丝过早烧毁而没有报警指示的风险。
最大的担心是相对迟钝的响应时间（一些情况下达到微秒级别）及很高的通过电压（残压）（可高达4-6kV）
由于火花间隙不能单独为电子设备提供一个符合要求的保护水平，所以它必须和MOV类型的电涌保护器联用。两种技术的结合存在着关键性的难题。差不多每年火花间隙的生产厂家都宣称他们解决了在头一年他们所不承认存在的协调问题。
火花间隙避雷器有许多不同的名字：驱逐避雷器、改性的驱逐避雷器、空气间隙、气体间隙、自熄灭间隙、触发火花间隙、火花间隙避雷器 、等级1避雷器、类型1+2避雷器、密封火花间隙、淬灭式火花间隙、组合型避雷器，这里只是举几个例子。现在官方指定的正确名称是“避雷器”。所有类型的电涌的抑制过程都是一样的，所有类型都产生后续电流。
火花间隙的反应速度要比MOV保护器慢得多。MOV电涌保护器的反应时间要比火花间隙快3个数量级。MOV的反应时间是纳秒级的，是10 的负9次方秒级别的。而火花间隙的反应时间是微秒级的，是10 的负6次方秒级别的，当两者被安装在一起的时候，要让等级1的火花间隙保护器在等级2的MOV保护器之前做出反应，这要做出巨大的努力。与火花间隙联用的最大的MOV保护器，典型的等级为40kA，这种所谓的“等级2 MOV保护器”容量太小，不足以处理满负荷的雷电流。主要的火花间隙生产厂家们都有自己的专利“方案”解决“协调”这个问题，IEC 62305-4奉献了它的1/3篇幅来“规范”这种协调。但所有的努力都是徒劳的。现有的方案是依靠串联电感使火花间隙加快反应。电感量有时要依赖于建筑物的布线，其它时候直接加装火花间隙生产厂家售卖的附属部件。而结果却总是不稳定因为它取决于峰值电流及上升时间。CIGRE 2013技术指南指出：峰值电流在2kA到300kA之间变化而上升时间在10 到400kA/μs之间变动。
研究表明火花间隙电涌保护器的爆炸性动作可对PV系统的逆变器及充电调节器产生破坏性。因此火花间隙不再被建议用于保护PV系统。（即使是火花间隙的制造商也很少敢于推荐他们的火花间隙产品用于PV系统）。
有时您会听到一些说法宣称火花间隙会在小于50纳秒内做出反应。如果这是真实的，它仍然比MOV慢了1000%。当然“反应”是一件事，“点燃”是另一件事。对于火花间隙来说，在50纳秒内点燃是可能的，不过仅在非常偶然的条件下，例如当所有星球都处于完美队列的时候。
火花间隙最糟糕的弊端我们把它保留到最后。
CIGRE 2013 技术指南告知我们超过80%的雷击包含有3-5个密集的脉冲。继一个大电流火花放电之后，两电极之间的间隙在一段时间保持在“火热”状态。在这个“恢复”期，火花间隙超出规格，不能对雷击的后续冲击做出有效的反应。
与MOV相比较
基于MOV的电涌保护器不存在以上提到的所有问题。
火花间隙超越MOV的唯一“优势”是能通过单脉冲的10/350波形测试。正如本网站所显示的，这是一个虚假的优势，因为10/350 波形是一个“毫不相关”的脉冲。
CIGRE 2013 技术指南549纠正了10/350波形为雷电首次冲击的波形的错误观念—因为它不是。这就是为何称10/350波形是无关波形的原因。
一个火花间隙保护器（因为它反应速度慢而且是撬棒型的设备）可以比MOV电涌保护器更能忍受高幅度的10/350波形。但火花间隙保护电子设备免受实际雷击的损坏，效果并不理想。MOV保护器的反应时间要快1000倍，并且在箝制雷击电涌电压到安全水平时吸收部分的能量。MOV处理10/350的能力并不理想因为它吸收部分的能量，但在保护电子设备免遭实际雷击的损坏，要远比火花间隙有效。
由于人人都想要更结实、更有效的电涌保护器保护设备，我们认为标准把MOV电涌保护器当成二等公民，这是不诚恳的，特别是事实上它们处理直击雷的能力相当卓越并且不需要使用所有火花间隙那些复杂的协调伎俩。
火花间隙挑战
有远见的火花间隙制造商应当把CIGRE2013报告看作是一个机会。利用这个机会，需要提高自身并接受这个对火花间隙的挑战。 点击此处阅读全部相关内容（包括它那迷人的历史）。
火花间隙—澳大利亚的观点
这里是一篇由Phillip Tompson所著的文章的链接。Tompson先生是一名特许电气工程师，1971年毕业于昆士兰大学，获得电气工程学荣誉学位。他是澳大利亚工程师协会的会员、英国工程及技术学会IEE成员、美国电气与电子工程师协会IEEE的成员，他还是Novaris私人有限公司的执行董事，澳大利亚电涌保护产品的制造商。这篇文章讨论了火花间隙电涌保护器的优缺点。
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