Ontsteken glimontlading versus spanning (Techniek Radio/TV)

door MarcelvdG , 11.10.2013, 20:40 (4063 dagen geleden) @ John Hupse †

Je voorbeeld is nogal vaag, het zou als praktisch voorbeeld best wat concreter kunnen worden gemaakt. Ik zal een poging wagen. Stel dat je een halfgeleider in sperrichting wilt beschermen tegen een spanning van 130 volt en hoger. De maximale spanning die normaal optreedt is 100 volt, de maximale piekspanning is 1000 volt

Een geschikte neonbuis die goed past bij dit voorbeeld is b.v. de 0C3. Deze heeft bij 50 lux een ontsteekspanning van maximaal 133 volt. De maximale stroom is 40 mA, de benodigde serieweerstand is dus (1000 - 130) : 40 = 22 Kohm.

De brandspanning van een 0C3 is 105 volt, wanneer de spanning daalt onder deze waarde dooft het buisje en wordt de beveiliging automatisch opgeheven. De maximale hysteris van de schakeling is in dit voorbeeld 133 - 105 = 28 volt oftewel 100 : 28 x 100 = 28 procent.

Statistiek heb je pas nodig wanneer je in het nauwe gebied terecht komt rond het schakelpunt van de buis. Het gedrag van de buis blijft in dit gebied voorspelbaar, maar het kan alleen statistisch (in de vorm van een kansverdeling) worden beschreven. Van "pech" is dus geen sprake. Ook voor b.v. een 6,8 volts zenerdiode heb je een kansverdeling nodig om te kunnen voorspellen wat er gebeurt wanneer de spanning precies 6,8 volt is.

Hallo John,

Bedankt voor je reactie. In mijn schakeling is de referentiespanning aangesloten op een soort kathodevolger. Als de spanning op de kathode van de kathodevolger te hoog wordt, blaas je de kathode-gloeidraadisolatie op. Dat kan ik ook wel weer oplossen met een extra gloeistroomwikkeling, maar liever niet natuurlijk.

Ik snap dat er spreiding zit op de ontsteekspanning, maar het gaat mij meer om de vertraging, wat ze in het databoek (Philips Gas-filled tubes ET7, augustus 1975) ignition delay noemen. Volgens het databoek spreidt die vertraging nogal en kan het ook wel eens meer dan een seconde wezen. Als ik het goed begrijp, heeft dat te maken met het al dan niet al aanwezig zijn van ionen in het gas.

Als de vertragingen kunnen oplopen tot meer dan een seconde, dan moet je dus eigenlijk je schakeling zo ontwerpen dat er ook geen schadelijke spanningen in kunnen optreden als de buis niet ontsteekt, tenzij je ofwel om een of andere reden heel zeker weet dat die mogelijk schadelijke spanning zo langzaam opkomt dat de buis seconden lang de tijd heeft om te ontsteken, ofwel heel zeker weet dat de buis bij iets hogere spanningen veel sneller ontsteekt zodat de maximale spanning alsnog in het veilige gebied blijft. Vandaar mijn vraag naar de snelheid van het ontsteken bij hogere spanningen dus.

Nou heb ik net op internet een databoek gevonden van Epcos: Surge arresters and switching spark gaps / Überspannungsableiter und Schaltfunkenstrecken, zie http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/Publications/PDF/_C3_9Cberspannungsable...
Volgens dat boek van Epcos zijn hun gasgevulde overspanningsbeveiligingen voorzien van een speciale constructie die het elektrisch veld vervormt om de boel sneller te doen ioniseren. Desalniettemin is de piekspanning duidelijk afhankelijk van de stijgsnelheid van de te begrenzen spanning en kunnen ze er geen maximum voor specificeren, maar alleen een maximum bij een gegeven overschrijdingskans:

Epcos S20-A200X:
ontsteekspanning bij gelijkspanning: 200 V +/- 30 %
Bij 100 V/us: nominaal 500 V, 99 % onder de 700 V
Bij 1 kV/us: nominaal 800 V, 99 % onder de 1100 V

Kennelijk kunnen ze dus met veel kunst- en vliegwerk die dingen veel sneller laten ontsteken dan gewone spanningsreferentiebuizen (gasgevulde overspanningsbeveiligingen zijn natuurlijk ook voor heel ander gebruik geoptimaliseerd dan spanningsreferentiebuizen), maar blijft er een bepaalde onzekerheid in zitten.

Bij klassieke spanningsreferentiebuizen en andere gasgevulde buizen varieert het allemaal ook nogal van type tot type. Een paar voorbeelden uit het Philips-databoek:

ZZ1000: ignition delay in darkness at Vb=115 V: max. 5 ms

83A1: Ignition delay in darkness at Vb=130 V: max. 5 s

ZM1162 (nixiebuisje, maar die werken ook met een glimontlading):
1 % kans dat hij binnen 5 ms ontsteekt
50 % kans dat dat binnen 20 ms gebeurt
99,5 % kans dat het binnen 94 ms gebeurt

ZA1002 (switching and light diode):
Als je 10 V boven de ontsteekspanning gaat zitten:
0,1 % na 56 us
1 % na 100 us
50 % na 600 us
99,8 % na 5,4 ms

Bij deze buis is er trouwens wel een plaatje voor de spanningsafhankelijkheid: 30 V in plaats van 10 V boven de ontsteekspanning onsteekt de helft in 130 us i.p.v. 600 us.

ZA1004 (gas filled indicator diode):
Vign, max. = 93 V
Ignition delay at Vba=93 V: 0.05 s
Due to the statistical nature of ignition delay values of delay time > 1 s may occasionally occur.

Met vriendelijke groeten,
Marcel