Варисторы от производителя ЗЭУ

Основной защитой от перенапряжения служит варистор, который обязательно входит в комплектацию ограничителей перенапряжения. Качество варистора серьезно влияет на защищенность электросетевого оборудования и надежность самого ОПН.

ОПН «ЗЭУ» во главу угла с первых лет своей деятельности ставит именно качество выпускаемых варисторов. Исследования и испытания, а также многолетний опыт, который приобрел завод за свою историю, позволили ЗАО «ЗЭУ» определить, что характеристики варисторов даже от ведущих мировых производителей коренным образом могут меняться при длительной транспортировке от изготовителя к потребителю. Разработка и внедрение собственного производства варисторов в России – результат проделанной работы специалистами Завода энергозащитных устройств. "ЗЭУ" выпускает нестареющие варисторы. 

Принцип работы варистора

Варисторы подвергаются действию защищаемого ими устройства, так как включены в цепь параллельно оборудованию - таким образом напряжение сказывается и на варисторе. Когда в рабочем режиме варистора отсутствуют импульсные напряжения, проходящий через варистор ток очень мал, и в таких условиях приборы по своему действию представляют собой обычные изоляторы. Но когда возникает импульс напряжения, нелинейность варистера приводит к понижению сопротивления до долей Ома и к шунтированию нагрузки, защищая ее через рассеивание полученной в виду тепла энергии. 

В таких случаях ток, проходящий через прибор, может достигать нескольких тысяч ампер. Учитывая почти абсолютную безинерционность варисторов, они снова наращивают очень большое сопротивление после скачка напряжения и последовательного гашения. Следовательно, параллельное включение варисторов в электросеть практически не влияет на его работу, но зато положительно воздействует на шунтирование помеховых импульсов.

Варистор и требования к нему

Электрофизическая керамика широко используется в электротехнике высоких напряжений. Пример тому – варисторы - основа устройств защиты электросетей от коммутационных и грозовых перенапряжений. Оксидно-цинковые варисторы (ОЦВ) – наиболее популярный вид. Они изготавливается из поликристаллической многокомпонентной системы, в состав которой, наряду с оксидом цинка (Zn0), входят оксиды висмута (Bi₂O₃), сурьмы (Sb₂O₃), кобальта (Co₃O₄), марганца (MnO₂), хрома (Cr₂O₃) и ряда других элементов.

Требования к эксплуатационным характеристикам современных варисторов постоянно растут и меняются. Реализация этих требований может быть осуществлена минимум двумя способами:

1. созданием новых керамических материалов;
2. совершенствованием технологии имеющихся материалов.

Реализация первого направления предполагает выполнение комплекса теоретических, экспериментальных и технологических работ, требующих больших затрат трудовых и материальных ресурсов. Результаты реализации второго способа – это возможность существенно сократить сроки разработки материалов и понизить стоимость их разработки. Но разработка новых технологических процессов изготовления керамических материалов должна сопровождаться отсутствием в ряде случаев отечественных и зарубежных аналогов таких материалов.

Оценка варисторов по основным параметрам

Для варисторов существует нескольким основных оценочных параметров, каковыми являются:

• номинальное (рабочее) напряжение (постоянное U_dc или переменное U_rms);
• ток перегрузки (импульсный) I_max и энергия импульса W_max.

Номинальное напряжение определяет максимально возможное напряжение, которое может быть применено к варистору. Превысить номинальное напряжение может только непродолжительный импульс перенапряжения, а именно ток перегрузки (импульсный) I_max и энергия импульса W_max. При работе варистора к нему применяются амплитуда и количество импульсов, что и является характеристикой импульсов стандартной формы.

W_max - энергия, которая рассеивается варистором, когда через него протекает импульса тока 10/1000. Характеристика P_max должна иметься в виду, когда он не справляется с рассеиванием тепла в паузах между приложенными импульсами тока и перегревается. В целом P_max зависит от размера и конструкции выводов изделия. 

Рабочий режим варистора и его расчет

Расчет рабочего режима варистора осуществляется, чтобы определить оптимальный выбор значения его напряжения, что само по себе непросто.

С одной стороны, рабочий ток должен оставаться минимальным, чтобы варистор не перегревался. А с другой стороны, уменьшение рабочего тока приводит к увеличению напряжения в варисторе – значит, элемент перестает выполнять свою главную функцию - защиту от перенапряжения.

При расчетах желательно, чтобы постоянное рабочее напряжение не поднималось выше 0,85 U_кл, а также не превышало 0,6 U_кл на переменном токе. На практике же, к сожалению, такой подход мало применим.

В сопроводительных документах на варисторы типа СН2 указано, что постоянный или переменный ток не должен превышать значение 0,1mA.

Но значение тепловой мощи при прохождении через них постоянного тока будет больше, чем при прохождении тока той же амплитуды, но переменного. На рисунке ниже представлена синусодиальная форма варистора:

Типы варисторов и их параметры

Исследования в области оксидно-цинковой керамики и новые формы варисторов

В течение длительного срока сотрудники ЗАО «Завод энергозащитных устройств» разрабатывают теоретическую основу и проводят экспериментальные исследования по оптимизации формообразования изделий из мелкодисперсного порошка, как одного из важнейших этапов процесса изготовления оксидно-цинковой керамики.

Базой этих исследований служит совместное воздействие на порошок статического механического и ультразвукового поля по предложенным конструктивно-технологическим схемам. Воплотив схемы в реальность, на ЗАО «ЗЭУ» были произведены ОЦВ повышенной плотности и малой пористости при пониженных статических давлениях. Дисковая форма большого диаметра (свыше 100 мм) была одним из любопытнейших моментов при изготовлении ОЦВ. Такие ОЦВ не изготавливаются по промышленной технологии, что расширяет возможности применения ОЦВ в современной технике.

Маркировка варисторов

Существует разная маркировка варисторов. Она зависит от производителя. 

Разные производители по разному маркируют варисторы. Например, производитель EPCOS для изделий своего производства дает действующее напряжение переменного тока, следовательно нужно выбирать прибор на 250-270 В. Некоторые производители обозначают как маркировку не действующее напряжение, а так называемое классификационное напряжение - это начало точки перегиба, когда ток достигает величины 1мА - и их стоит подбирать по амплитудному значению, т.е. 330-350 В для отечественно электросети.

Использование варисторов

Низковольтные варисторы изготавливают на рабочее напряжение от 3 до 200 В и ток от 0,1 мА до 1 А; высоковольтные  — на рабочее напряжение до 20 кВ. Они используются для стабилизации и регулирования низкочастотных токов и напряжений, в аналоговых вычислителях — для возведения в степень, извлечения корней и других математических действий, в цепях защиты от перенапряжений (например, высоковольтные линии электропередачи, линии связи, электрические приборы) и др. Высоковольтные варисторы используются для изготовления ограничителей перенапряжения.

Варисторы являются одними из самых дешевых и надежных электронных компонентов, они способны выдерживать значительные электрические перегрузки, могут работать на высокой частоте (до 500 кГц). Из несущественных недостатков можно отметить довольно заметный низкочастотный шум и старение варистора, то есть с течением времени его параметры меняются под воздействием температуры.