Varistory z oxidu zinočnatého pre zvodiče prepätia
Varistory z oxidu zinočnatého sú polovodičové produkty so symetrickými nelineárnymi charakteristikami prúdového napätia (CVC). Takéto varistory sú najpoužívanejšie. v prepäťových chráničoch (SPN), najmä na ochranu elektrických zariadení pred bleskom a spínacími prepätiami. O parametroch a vlastnostiach tohto zariadenia - v článku uverejnenom nižšie.
Varistor oxidu zinočnatého (OZV) je hlavným pracovným prvkom konštrukcie nelineárneho zvodiča prepätia (SPD), preto sú na elektrické charakteristiky varistora pri rôznych ovplyvňujúcich faktoroch kladené zvýšené požiadavky na stabilitu.
Varistory teda musia byť odolné voči starnutiu pri trvalom prevádzkovom napätí, musia byť schopné rozptýliť uvoľnenú energiu pri prechode určitých prúdových impulzov a obmedziť napätie na bezpečnú hodnotu v prípade prepätí.
Výskum a vývoj vo vývoji varistorov pre obmedzovače na báze oxidu zinočnatého sa začal už v 80. rokoch minulého storočia v oddelení ochranných zariadení Všeruského elektrotechnického inštitútu.
hlavné parametre
Nelineárny obmedzovač prepätia — elektrické zariadenie určené na ochranu izolácie elektrického zariadenia pred bleskom a spínacími prepätiami.
Výhodou týchto zariadení je, že v nich nevznikajú žiadne iskry. Takéto zariadenia môžu obmedziť bleskové aj spínacie prepätia v elektrických inštaláciách akejkoľvek napäťovej triedy a sú veľmi spoľahlivé.
Zvodič prepätia je stĺpec sériovo zapojených jednoduchých varistorov, a jeho hlavné parametre sú súčasne parametrami vysoko nelineárnych varistorov.
Varistory z oxidu zinočnatého, ktoré sú hlavným prvkom zvodičov prepätia, majú vysoké požiadavky na stabilitu prúdovo-napäťovej charakteristiky. Vzhľadom na to, že varistory sú neustále pod napätím, majú aj vysoké požiadavky na tepelnú stabilitu.
Jedným z najdôležitejších parametrov je zvyškové napätie, ktorý je definovaný ako maximálna hodnota napätia obmedzovača (varistora), keď ním prechádzajú prúdové impulzy danej amplitúdy a tvaru.
Pre prehľadnosť je zvykom pracovať s relatívnymi hodnotami, teda uvažovať zvyškové napätia vzhľadom na zvyškové napätie pri danom prúdovom impulze (napríklad pri prúdovom impulze 500 A, 8/20 μs).
Ďalším dôležitým parametrom, ktorý charakterizuje schopnosť zvodiča absorbovať spínaciu energiu prepätia bez poškodenia je priepustnosťschopnosť varistorov opakovane (zvyčajne 18-20 krát) odolávať prúdovým impulzom určitej amplitúdy a trvania (zvyčajne 2000 μs) bez porušenia a zmeny ich charakteristík.
Priepustnosť je výrobcom stanovená maximálna hodnota obdĺžnikového prúdového impulzu s trvaním 2000 μs (priepustný prúd). Zvodič musí odolať 18 takýmto vplyvom pri akceptovanom poradí ich aplikácie bez straty výkonu. Zvodiče prepätia sú rozdelené do tried podľa ich kapacity. Špecifická energia impulzu zodpovedá každej triede.
Napokon, dôležitou vlastnosťou moderných varistorov na báze oxidu zinočnatého je stabilita pri dlhodobom vystavení striedavému napätiu.
Počas testov zrýchleného starnutia by varistory mali mať klesajúcu závislosť výkonových strát vo varistoroch (P) od doby expozície (t) striedavého napätia pri zvýšenej teplote. Takéto "nestarnúce" varistory umožňujú dlhšiu životnosť za rovnakých podmienok v porovnaní s obmedzovačmi, ktoré používajú "starnúce" varistory.
Výroba varistorov
Varistory majú nelineárnu prúdovo-napäťovú charakteristiku v dôsledku polovodičových vlastností materiálu, z ktorého sú zložené. Tieto vlastnosti sú určené vlastnosťami mikroštruktúry varistora a chemickým zložením jeho materiálu.
Aj malá zmena pomeru prvkov, ktoré tvoria materiál varistora, alebo pridanie malého množstva nových nečistôt, môže viesť k výraznej zmene jeho prúdovo-napäťovej charakteristiky a ďalších elektrických parametrov.
Mikroštruktúra a elektrické charakteristiky varistorov sú tiež ovplyvnené zmenami v procese výroby varistorov. Pre získanie kvalitných varistorov je mimoriadne dôležitá stabilita všetkých ukazovateľov technologického procesu ich výroby.
Varistory z oxidu zinočnatého sa vyrábajú keramickou technológiou. Existuje však množstvo charakteristík v dôsledku skutočnosti, že v polovodičovej keramike nie sú elektrické vlastnosti určené hlavnou zložkou mikroštruktúry (kryštality), ale medzikryštalickými hranicami. Preto sú pri výrobe nelineárnych polovodičov pomocou keramickej technológie stanovené dve hlavné úlohy.
Najprv je potrebné zabezpečiť hustú štruktúru pečeného materiálu s minimálnou pórovitosťou. Po druhé, je potrebné vytvoriť medzikryštalickú bariérovú vrstvu.
Bariérová vrstva je kontakt medzi dvoma susednými kryštalitmi, ktorých povrchy obsahujú lokalizované elektronické stavy vytvorené dopingom a adsorpciou. Varistorová technológia preto musí spĺňať množstvo špecifických požiadaviek na čistotu, disperziu východiskových materiálov a režim miešania prášku. Ako východiskové suroviny sa používajú prášky s obsahom zásaditých látok najmenej 99,0 – 99,8 %.
Náplň (zmes východiskových látok) pozostáva hlavne z oxidu zinočnatého s prídavkom rôznych oxidov kovov. Homogenizácia a miešanie nabitých materiálov s destilovanou vodou sa uskutočňuje v dispergačných mlynoch a guľových bubnoch.
Pri danej koncentrácii sklzu je jeho viskozita kontrolovaná viskozimetrom.Suspenzia a granulácia sa uskutočňuje v rozprašovacej sušiarni pri optimálnom prevádzkovom režime, z ktorej sa získajú granuly lisovacieho prášku v rozmedzí 50 - 150 mikrónov. V tomto štádiu sa kontroluje veľkosť granúl, obsah vlhkosti a tekutosť prášku. Varistory sa lisujú pomocou hydraulického lisu.
Lisy musia spĺňať určité požiadavky na hustotu, rozmery a rovinnú rovnobežnosť. Výlisky sa podrobia predbežnému vypáleniu na odstránenie spojiva a konečnému vypáleniu, počas ktorého sa vytvoria potenciálne bariéry a medzifáza.
Vypaľovanie sa vykonáva v komorových peciach. Po konečnom vypálení sa diely brúsia, na koncovú plochu sa nanesie metalizácia a na bočnú plochu sa nanesie špeciálny náter.