Варистори с цинков оксид за ограничители на пренапрежение

Варисторите с цинков оксид са полупроводникови продукти със симетрична нелинейна характеристика ток-напрежение (CVC). Такива варистори са най -широко използвани. в ограничители на пренапрежение (SPN), особено за защита на електрическо оборудване от мълния и комутационни пренапрежения. За параметрите и характеристиките на това оборудване — в статията, публикувана по -долу.

Варистор с цинков оксид (OZV) е основният работен елемент от конструкцията на нелинеен ограничител на пренапрежение (SPD), следователно, повишени изисквания за стабилност се налагат върху електрическите характеристики на варистора при различни влияещи фактори.

Така че варисторите трябва да са устойчиви на стареене, когато са изложени на продължително работно напрежение, да могат да разсейват освободената енергия по време на преминаването на определени импулси на ток и да ограничават напрежението до безопасна стойност в случай на пренапрежения.

Изследователската и развойна дейност при разработването на варистори за ограничители на основата на цинков оксид започна още през 80-те години на миналия век в отдела за защитни устройства на Всеруския електротехнически институт.

основни параметри

Ограничител на пренапрежение нелинеен — електрическо устройство, предназначено да предпазва изолацията на електрическото оборудване от мълния и комутационни пренапрежения.

Предимството на тези устройства е, че в тях няма искри. Такива устройства могат да ограничат както мълния, така и превключващи пренапрежения в електрически инсталации от всякакъв клас напрежение и са много надеждни.

Ограничителят на пренапрежение е колона от последователно свързани единични варистори, а основните му параметри са едновременно параметрите на силно нелинейни варистори.

Варисторите с цинков оксид, които са основният елемент на ограничителите на пренапрежения, имат високи изисквания за стабилност на характеристиката токово напрежение. Поради факта, че варисторите са постоянно под напрежение, те също имат високи изисквания за термична стабилност.

Един от най -важните параметри е оставащ стрес, която се определя като максималната стойност на напрежението на ограничителя (варистора), когато през него преминават токови импулси с дадена амплитуда и форма.

За недвусмисленост е обичайно да се работи с относителни стойности, т.е., да се вземат предвид оставащите напрежения спрямо оставащото напрежение при даден токов импулс (например при токов импулс от 500 A, 8/20 μs).

Друг важен параметър, който характеризира способността на един разрядник да абсорбира енергията на превключване на пренапрежения без повреди, е пропускателна способностспособността на варисторите многократно (обикновено 18-20 пъти) да издържат на импулси на ток с определена амплитуда и продължителност (обикновено 2000 μs) без разрушаване и промяна на техните характеристики.

Пропускателната способност е определената от производителя максимална стойност на правоъгълен токов импулс с продължителност 2000 μs (пропускателен ток). Разрядникът трябва да издържи 18 такива влияния с приетата последователност на прилагането им без загуба на производителност. Ограничителите на пренапрежения са разделени на класове според техния капацитет. Специфичната импулсна енергия съответства на всеки клас.

И накрая, важна характеристика на съвременните варистори с цинков оксид е стабилност при продължително излагане на променливо напрежение.

По време на тестовете за ускорено стареене варисторите трябва да имат намаляваща зависимост на загубите на мощност във варисторите (P) от времето на експозиция (t) на променливото напрежение при повишена температура. Такива варистори «не стареещи» позволяват по-дълъг експлоатационен живот при същите условия в сравнение с ограничителите, които използват «стареещи» варистори.

Производство на варистори

Варистори имат нелинейна характеристика токово напрежение поради полупроводниковите свойства на материала, от който са съставени. Тези свойства се определят от особеностите на микроструктурата на варистора и химичния състав на неговия материал.

Дори малка промяна в съотношението на елементите, съставляващи материала на варистора, или добавянето на малко количество нови примеси, може да доведе до значителна промяна в неговата характеристика токово напрежение и други електрически параметри.

Микроструктурата и електрическите характеристики на варисторите също се влияят от промените в производствения процес на варистора. За да се получат висококачествени варистори, стабилността на всички показатели на технологичния процес на тяхното производство е изключително важна.

Варисторите с цинков оксид се произвеждат по керамична технология. Съществуват обаче редица характеристики, дължащи се на факта, че в полупроводниковата керамика електрическите свойства се определят не от основния компонент на микроструктурата (кристалити), а от междукристалните граници. Следователно при производството на нелинейни полупроводници, използващи керамична технология, се поставят две основни задачи.

Първо, необходимо е да се осигури плътна структура на изпечения материал с минимална порьозност. Второ, необходимо е да се създаде междугранулен бариерен слой.

Бариерният слой е контакт между два съседни кристалита, чиито повърхности съдържат локализирани електронни състояния, създадени чрез легиране и адсорбция. Следователно, варисторната технология трябва да отговаря на редица специфични изисквания за чистота, дисперсия на изходните материали и режим на смесване на прах. Като изходни материали се използват прахове със съдържание на основно вещество най -малко 99,0 — 99,8%.

Зарядът (смес от изходни материали) се състои главно от цинков оксид с добавяне на различни метални оксиди. Хомогенизацията и смесването на заредени материали с дестилирана вода се извършват в мелници за диспергиране и сферични барабани.

При дадена концентрация на приплъзването вискозитетът му се контролира от вискозиметър. Сушенето на суспензия и гранулирането се извършват в пулверизатор за сушене, при оптималния режим на работа от който се получават гранули от пресовия прах в диапазона от 50 — 150 микрона. На този етап се контролират размерът на гранулите, съдържанието на влага и течливостта на праха. Варисторите се притискат с помощта на хидравлична преса.

Пресовките трябва да отговарят на определени изисквания за плътност, размери и равнинен паралелизъм. Пресованите парчета преминават предварително изпичане за отстраняване на свързващото вещество и окончателно изпичане, по време на което се образуват потенциални бариери и междинна фаза.

Стрелбата се извършва в камерни пещи. След окончателното изпичане детайлите се смилат, метализацията се нанася върху крайната повърхност, а върху страничната повърхност се нанася специално покритие.