Varistoare cu oxid de zinc pentru descărcătoare de supratensiune

Varistoarele cu oxid de zinc sunt produse semiconductoare cu caracteristici simetrice neliniare curent-tensiune (CVC). Astfel de varistoare sunt cele mai utilizate. în dispozitive de protecție la supratensiune (SPN), în special pentru protecția echipamentelor electrice împotriva fulgerelor și a supratensiunilor de comutare. Despre parametrii și caracteristicile acestui echipament — în articolul publicat mai jos.

Varistor cu oxid de zinc (OZV) este principalul element de lucru al proiectării unui descărcător neliniar de supratensiune (SPD), prin urmare, cerințele sporite de stabilitate sunt impuse caracteristicilor electrice ale varistorului sub diverși factori de influență.

Deci varistoarele trebuie să fie rezistente la îmbătrânire atunci când sunt expuse la o tensiune continuă de funcționare, să poată disipa energia eliberată în timpul trecerii anumitor impulsuri de curent și să limiteze tensiunea la o valoare sigură în cazul supratensiunilor.

Cercetarea și dezvoltarea în dezvoltarea varistoarelor pentru limitatoare pe bază de oxid de zinc a început încă din anii 1980 în Departamentul Dispozitive de protecție a Institutului Electrotehnic din întreaga Rusie.

parametrii principali

Limitator de supratensiune neliniar — un dispozitiv electric conceput pentru a proteja izolația echipamentelor electrice împotriva fulgerelor și a supratensiunilor de comutare.

Avantajul acestor dispozitive este că nu există scântei în ele. Astfel de dispozitive pot limita atât fulgerele, cât și supratensiunile de comutare în instalațiile electrice de orice clasă de tensiune și sunt foarte fiabile.

Descărcătorul de supratensiune este o coloană de varistoare simple conectate în serie, iar parametrii săi principali sunt simultan parametrii varistorilor foarte neliniari.

Varistoarele cu oxid de zinc, care sunt elementul principal al descărcătoarelor de supratensiune, au cerințe ridicate pentru stabilitatea caracteristicii curent-tensiune. Datorită faptului că varistoarele sunt în mod constant sub tensiune, au și cerințe ridicate pentru stabilitate termică.

Unul dintre cei mai importanți parametri este stres rezidual, care este definită ca valoarea maximă a tensiunii a limitatorului (varistorului) atunci când prin acesta trec impulsuri de curent cu o anumită amplitudine și formă.

Pentru claritate, se obișnuiește să se lucreze cu valori relative, adică să se ia în considerare tensiunile reziduale în raport cu tensiunea reziduală la un impuls de curent dat (de exemplu, la un impuls de curent de 500 A, 8/20 μs).

Un alt parametru important care caracterizează capacitatea unui descărcător de a absorbi energia de comutare a supratensiunilor fără deteriorare este debituluicapacitatea varistoarelor de a rezista în mod repetat (de obicei de 18-20 de ori) la impulsuri de curent de o anumită amplitudine și durată (de obicei 2000 μs) fără a le rupe și a-și modifica caracteristicile.

Debitul este valoarea maximă specificată de producător a unui impuls de curent dreptunghiular cu o durată de 2000 μs (curent de trecere). Descărcătorul trebuie să reziste la 18 astfel de influențe cu succesiunea acceptată de aplicare a acestora fără pierderi de performanță. Descărcătoarele de supratensiune sunt împărțite în clase în funcție de capacitatea lor. Energia pulsului specific corespunde fiecărei clase.

În cele din urmă, o caracteristică importantă a varistoarelor moderne cu oxid de zinc este stabilitate la expunere prelungită la tensiune alternativă.

În timpul testelor de îmbătrânire accelerată, varistoarele ar trebui să aibă o dependență descrescătoare a pierderilor de putere în varistoare (P) de timpul de expunere (t) al tensiunii alternative la temperatură ridicată. Astfel de varistoare „neînvechite” permit o durată de viață mai lungă în aceleași condiții în comparație cu limitatoarele care folosesc varistoare „învechite”.

Fabricarea varistoarelor

Varistoare au o caracteristică curent-tensiune neliniară datorită proprietăților semiconductoare ale materialului din care sunt compuse. Aceste proprietăți sunt determinate de caracteristicile microstructurii varistorului și de compoziția chimică a materialului său.

Chiar și o mică modificare a raportului elementelor care alcătuiesc materialul varistorului sau adăugarea unei cantități mici de impurități noi poate duce la o schimbare semnificativă a caracteristicii curent-tensiune și a altor parametri electrici.

Microstructura și caracteristicile electrice ale varistorilor sunt, de asemenea, afectate de schimbările în procesul de fabricație a varistorilor. Pentru a obține varistoare de înaltă calitate, stabilitatea tuturor indicatorilor procesului tehnologic de producție a acestora este extrem de importantă.

Varistoarele cu oxid de zinc sunt fabricate folosind tehnologia ceramicii. Cu toate acestea, există o serie de caracteristici datorită faptului că în ceramica semiconductoare proprietățile electrice sunt determinate nu de componenta principală a microstructurii (cristaliți), ci de limitele intercristaline. Prin urmare, în producția de semiconductori neliniari folosind tehnologia ceramică, sunt stabilite două sarcini principale.

În primul rând, este necesar să se asigure o structură densă a materialului copt cu porozitate minimă. În al doilea rând, este necesar să se creeze un strat de barieră intergranulară.

Un strat de barieră este un contact între două cristalite adiacente ale căror suprafețe conțin stări electronice localizate create prin dopare și adsorbție. Prin urmare, tehnologia varistorilor trebuie să îndeplinească o serie de cerințe specifice pentru puritate, dispersia materialelor sursă și regimul de amestecare a pulberii. Ca materii prime se folosesc pulberi cu un conținut de substanță de bază de cel puțin 99,0 — 99,8%.

Sarcina (un amestec de materii prime) constă în principal din oxid de zinc cu adaos de diferiți oxizi metalici. Omogenizarea și amestecarea materialelor încărcate cu apă distilată se realizează în mori de dispersie și tamburi sferici.

La o concentrație dată de alunecare, vâscozitatea sa este controlată de un viscozimetru.Uscarea și granularea suspensiei se efectuează într-un uscător prin pulverizare, la modul optim de funcționare, din care se obțin granule de pulbere de presare în intervalul 50 - 150 microni. În această etapă, dimensiunea granulelor, conținutul de umiditate și curgerea pulberii sunt controlate. Varistoarele sunt presate cu ajutorul unei prese hidraulice.

Presele trebuie să îndeplinească anumite cerințe de densitate, dimensiuni și paralelism plan. Piesele presate sunt supuse unei arderi preliminare pentru îndepărtarea liantului și unei arderi finale în timpul căreia se formează bariere potențiale și o fază intermediară.

Arderea se face în cuptoare cu cameră. După arderea finală, piesele sunt șlefuite, metalizarea se aplică pe suprafața de capăt, iar pe suprafața laterală se aplică un strat special.