Varistors d'òxid de zinc per a descargadors de sobretensions
Els varistors d'òxid de zinc són productes semiconductors amb característiques simètriques de tensió de corrent no lineal (CVC). Aquests varistors són els més utilitzats. en protectors de sobretensions (SPN), especialment per a la protecció d'equips elèctrics contra llamps i sobretensions de commutació. Sobre els paràmetres i les característiques d'aquest equip, a l'article publicat a continuació.
Varistor d'òxid de zinc (OZV) és l'element de treball principal del disseny d'un pararrayos no lineal (SPD), per tant, s'imposen requisits d'estabilitat augmentats a les característiques elèctriques del varistor sota diversos factors d'influència.
Per tant, els varistors han de ser resistents a l'envelliment quan s'exposen a una tensió de funcionament contínua, ser capaços de dissipar l'energia alliberada durant el pas de determinats polsos de corrent i limitar la tensió a un valor segur en cas de sobretensions.
La investigació i el desenvolupament en el desenvolupament de varistors per a limitadors basats en òxid de zinc va començar ja als anys 80 al Departament de Dispositius de Protecció de l'Institut Electrotècnic de tot Rússia.
paràmetres principals
Limitador de sobretensió no lineal — Un dispositiu elèctric dissenyat per protegir l'aïllament dels equips elèctrics dels llamps i les sobretensions de commutació.
L'avantatge d'aquests dispositius és que no hi ha espurnes. Aquests dispositius poden limitar tant els llamps com les sobretensions de commutació en instal·lacions elèctriques de qualsevol classe de tensió i són molt fiables.
El descargador de sobretensions és una columna de varistors individuals connectats en sèrie, i els seus paràmetres principals són simultàniament els paràmetres dels varistors altament no lineals.
Els varistors d'òxid de zinc, que són l'element principal dels limitadors de sobretensions, tenen requisits elevats per a l'estabilitat de la característica de corrent-tensió. A causa del fet que els varistors estan constantment sota tensió, també tenen requisits elevats d'estabilitat tèrmica.
Un dels paràmetres més importants és estrès residual, que es defineix com el valor màxim de tensió del limitador (varistor) quan el travessen polsos de corrent d'una amplitud i forma determinades.
Per a més claredat, s'acostuma a treballar amb valors relatius, és a dir, tenir en compte les tensions residuals relatives a la tensió residual a un pols de corrent determinat (per exemple, a un pols de corrent de 500 A, 8/20 μs).
Un altre paràmetre important que caracteritza la capacitat d'un descargador d'absorbir l'energia de commutació de les sobretensions sense dany és rendimentla capacitat dels varistors de suportar repetidament (normalment 18-20 vegades) polsos de corrent d'una determinada amplitud i durada (generalment 2000 μs) sense trencar-se i canviar-ne les característiques.
El rendiment és el valor màxim especificat pel fabricant d'un pols de corrent rectangular de 2000 μs de durada (corrent de pas). L'apagador ha de suportar 18 d'aquestes influències amb la seqüència acceptada de la seva aplicació sense pèrdua de rendiment. Els protectors contra sobretensions es divideixen en classes segons la seva capacitat. L'energia del pols específica correspon a cada classe.
Finalment, una característica important dels varistors d'òxid de zinc moderns és estabilitat sota exposició prolongada a tensió alterna.
Durant les proves d'envelliment accelerat, els varistors haurien de tenir una dependència decreixent de les pèrdues de potència en els varistors (P) del temps d'exposició (t) de la tensió alterna a temperatura elevada. Aquests varistors "que no envelleixen" permeten una vida útil més llarga en les mateixes condicions en comparació amb els limitadors que utilitzen varistors "envellits".
Fabricació de varistors
Varistors tenen una característica corrent-tensió no lineal a causa de les propietats semiconductores del material del qual estan compostes. Aquestes propietats estan determinades per les característiques de la microestructura del varistor i la composició química del seu material.
Fins i tot un petit canvi en la relació dels elements que componen el material del varistor, o l'addició d'una petita quantitat de noves impureses, pot provocar un canvi significatiu en la seva característica de tensió actual i altres paràmetres elèctrics.
La microestructura i les característiques elèctriques dels varistors també es veuen afectades pels canvis en el procés de fabricació de varistors. Per obtenir varistors d'alta qualitat, l'estabilitat de tots els indicadors del procés tecnològic de la seva producció és extremadament important.
Els varistors d'òxid de zinc es fabriquen amb tecnologia ceràmica. Tanmateix, hi ha una sèrie de característiques a causa del fet que en la ceràmica semiconductors les propietats elèctriques no estan determinades pel component principal de la microestructura (cristal·lits), sinó pels límits intercristal·lins. Per tant, en la producció de semiconductors no lineals utilitzant tecnologia ceràmica, s'estableixen dues tasques principals.
En primer lloc, cal assegurar una estructura densa del material cuit amb una porositat mínima. En segon lloc, cal crear una capa de barrera intergranular.
Una capa barrera és un contacte entre dos cristal·lits adjacents les superfícies dels quals contenen estats electrònics localitzats creats per dopatge i adsorció. Per tant, la tecnologia varistor ha de complir una sèrie de requisits específics de puresa, dispersió de materials d'origen i règim de barreja de pols. Com a materials de partida s'utilitzen pols amb un contingut de substància bàsica d'almenys 99,0-99,8%.
La càrrega (una barreja de materials de partida) consisteix principalment en òxid de zinc amb l'addició de diversos òxids metàl·lics. L'homogeneïtzació i la mescla de materials carregats amb aigua destil·lada es realitza en molins de dispersió i bidons esfèrics.
A una concentració de lliscament determinada, la seva viscositat es controla mitjançant un viscosímetre.L'assecat i la granulació de purins es realitzen en un assecador per polvorització, en el mode de funcionament òptim, del qual s'obtenen grànuls de pols de premsa en el rang de 50 a 150 micres. En aquesta etapa, es controla la mida del grànul, el contingut d'humitat i la fluïdesa de la pols. Els varistors es premsen mitjançant una premsa hidràulica.
Les premses han de complir uns requisits de densitat, dimensions i paral·lelisme pla. Les peces premsades es sotmeten a una cocció prèvia per eliminar l'aglutinant i una cocció final durant la qual es formen barreres potencials i una fase intermèdia.
La cocció es fa en forns de cambra. Després de la cocció final, les peces es molen, s'aplica la metal·lització a la superfície final i s'aplica un recobriment especial a la superfície lateral.