Zinkoxidvaristorer för överspänningsavledare

Zinkoxidvaristorer är halvledarprodukter med symmetriska icke-linjära strömspänningsegenskaper (CVC). Sådana varistorer är de mest använda. i överspänningsskydd (SPN), speciellt för att skydda elektrisk utrustning från blixtnedslag och strömbrytare. Om parametrarna och egenskaperna hos denna utrustning — i artikeln publicerad nedan.

Zinkoxidvaristor (OZV) är det huvudsakliga arbetselementet i konstruktionen av en icke-linjär överspänningsavledare (SPD), därför ställs ökade stabilitetskrav på varistorns elektriska egenskaper under olika påverkande faktorer.

Så varistorer måste vara resistenta mot åldring när de utsätts för kontinuerlig driftspänning, kunna avleda den frigjorda energin under passagen av vissa strömpulser och begränsa spänningen till ett säkert värde vid överspänningar.

Forskning och utveckling inom utvecklingen av varistorer för begränsare baserade på zinkoxid började redan på 1980-talet i avdelningen för skyddsanordningar vid All-Russian Electrotechnical Institute.

huvudparametrar

Överspänningsbegränsare icke-linjär — En elektrisk anordning utformad för att skydda isoleringen av elektrisk utrustning från blixtnedslag och strömbrytare.

Fördelen med dessa enheter är att det inte finns några gnistor i dem. Sådana anordningar kan begränsa både blixtnedslag och strömbrytare i elektriska installationer av vilken spänningsklass som helst och är mycket tillförlitliga.

Överspänningsavledaren är en kolumn av seriekopplade enkla varistorer, och dess huvudparametrar är samtidigt parametrarna för mycket olinjära varistorer.

Zinkoxidvaristorer, som är huvudelementet i överspänningsavledare, har höga krav på stabiliteten hos ström-spänningskarakteristiken. På grund av att varistorer ständigt står under spänning har de också höga krav på termisk stabilitet.

En av de viktigaste parametrarna är kvarvarande stress, vilket definieras som det maximala spänningsvärdet för limitern (varistorn) när strömpulser med en given amplitud och form passerar genom den.

För tydlighetens skull är det vanligt att arbeta med relativa värden, det vill säga att beakta restspänningarna i förhållande till restspänningen vid en given strömpuls (till exempel vid en strömpuls på 500 A, 8/20 μs).

En annan viktig parameter som kännetecknar en avledares förmåga att absorbera omkopplingsenergin från överspänningar utan skador är genomströmningvaristorers förmåga att upprepade gånger (vanligtvis 18-20 gånger) motstå strömpulser av en viss amplitud och varaktighet (vanligtvis 2000 μs) utan att gå sönder och ändra deras egenskaper.

Genomströmning är tillverkarens specificerade maximala värde för en rektangulär strömpuls på 2000 μs varaktighet (genomströmningsström). Avledaren måste motstå 18 sådana influenser med den accepterade sekvensen av deras applicering utan förlust av prestanda. Överspänningsavledare är indelade i klasser efter deras kapacitet. Den specifika pulsenergin motsvarar varje klass.

Slutligen är en viktig egenskap hos moderna zinkoxidvaristorer stabilitet under långvarig exponering för växelspänning.

Under de accelererade åldringstesterna bör varistorerna ha ett minskande beroende av effektförlusterna i varistorerna (P) av exponeringstiden (t) för växelspänningen vid förhöjd temperatur. Sådana "icke-åldrande" varistorer tillåter en längre livslängd under samma förhållanden jämfört med begränsare som använder "åldrande" varistorer.

Tillverkning av varistorer

Varistorer har en icke-linjär ström-spänningskaraktäristik på grund av de halvledande egenskaperna hos materialet som de är sammansatta av. Dessa egenskaper bestäms av egenskaperna hos varistorns mikrostruktur och den kemiska sammansättningen av dess material.

Även en liten förändring i förhållandet mellan elementen som utgör varistorns material, eller tillägg av en liten mängd nya föroreningar, kan leda till en betydande förändring av dess ström-spänningskarakteristik och andra elektriska parametrar.

Mikrostrukturen och elektriska egenskaper hos varistorer påverkas också av förändringar i varistortillverkningsprocessen. För att få högkvalitativa varistorer är stabiliteten hos alla indikatorer på den tekniska processen för deras produktion extremt viktig.

Zinkoxidvaristorer tillverkas med keramisk teknik. Det finns dock ett antal egenskaper på grund av det faktum att i halvledarkeramik bestäms de elektriska egenskaperna inte av huvudkomponenten i mikrostrukturen (kristalliter), utan av de interkristallina gränserna. Därför, vid produktion av olinjära halvledare med användning av keramisk teknik, är två huvuduppgifter inställda.

Först är det nödvändigt att säkerställa en tät struktur av det bakade materialet med minimal porositet. För det andra är det nödvändigt att skapa ett intergranulärt barriärskikt.

Ett barriärskikt är en kontakt mellan två intilliggande kristalliter vars ytor innehåller lokala elektroniska tillstånd skapade av dopning och adsorption. Därför måste varistortekniken uppfylla ett antal specifika krav på renhet, spridning av källmaterial och pulverblandningsregimen. Som utgångsmaterial används pulver med en grundämneshalt på minst 99,0 — 99,8 %.

Laddningen (en blandning av utgångsmaterial) består huvudsakligen av zinkoxid med tillsats av olika metalloxider. Homogenisering och blandning av laddade material med destillerat vatten utförs i dispergeringskvarnar och sfäriska trummor.

Vid en given glidkoncentration kontrolleras dess viskositet av en viskosimeter.Slamtorkning och granulering utförs i en spraytork, vid optimalt driftläge, från vilken granuler av presspulvret i intervallet 50 - 150 mikron erhålls. I detta skede kontrolleras pulvrets granulstorlek, fukthalt och flytbarhet. Varistorerna pressas med en hydraulisk press.

Pressar måste uppfylla vissa krav på densitet, dimensioner och planparallellitet. Pressade bitar genomgår en preliminär bränning för att avlägsna bindemedlet och en slutlig bränning under vilken potentiella barriärer och en mellanfas bildas.

Eldning sker i kammarugnar. Efter den slutliga bränningen slipas delarna, metallisering appliceras på ändytan och en speciell beläggning appliceras på sidoytan.