Varistori od cink-oksida za odvodnike prenapona
Varistori od cinkovog oksida su poluvodički proizvodi sa simetričnim nelinearnim strujno-naponskim (CVC) karakteristikama. Takvi varistori se najviše koriste. u zaštitnicima od prenapona (SPN), posebno za zaštitu električne opreme od munje i sklopnih prenapona. O parametrima i karakteristikama ove opreme — u članku objavljenom u nastavku.
Varistor cinkovog oksida (OZV) je glavni radni element dizajna nelinearnog odvodnika prenapona (SPD), stoga se na električne karakteristike varistora postavljaju povećani zahtjevi za stabilnost pod različitim utjecajnim čimbenicima.
Dakle, varistor mora biti otporan na starenje kada je izložen kontinuiranom radnom naponu, biti u stanju raspršiti oslobođenu energiju tijekom prolaska određenih strujnih impulsa i ograničiti napon na sigurnu vrijednost u slučaju prenapona.
Istraživanje i razvoj u razvoju varistora za limitere na bazi cinkovog oksida započelo je još 1980-ih godina u Zavodu za zaštitne uređaje Sveruskog elektrotehničkog instituta.
glavni parametri
Ograničivač prenapona nelinearan — električni uređaj namijenjen za zaštitu izolacije električne opreme od munje i prenapona.
Prednost ovih uređaja je što u njima nema iskrenja. Takvi uređaji mogu ograničiti munje i sklopne prenapone u električnim instalacijama bilo koje klase napona i vrlo su pouzdani.
Odvodnik prenapona je stup serijski spojenih pojedinačnih varistora, a njegovi glavni parametri su ujedno i parametri izrazito nelinearnih varistora.
Varistori od cink-oksida, koji su glavni element odvodnika prenapona, imaju visoke zahtjeve za stabilnost strujno-naponske karakteristike. Zbog činjenice da su varistor stalno pod naponom, oni također imaju visoke zahtjeve za toplinskom stabilnošću.
Jedan od najvažnijih parametara je zaostalo naprezanje, koji je definiran kao najveća vrijednost napona limitera (varistora) kada kroz njega prolaze strujni impulsi zadane amplitude i oblika.
Radi jasnoće, uobičajeno je raditi s relativnim vrijednostima, tj. uzeti u obzir zaostale napone u odnosu na zaostali napon pri danom strujnom impulsu (na primjer, pri strujnom impulsu od 500 A, 8/20 μs).
Drugi važan parametar koji karakterizira sposobnost odvodnika da apsorbira sklopnu energiju prenapona bez oštećenja je propusnostsposobnost varistora da opetovano (obično 18-20 puta) izdrže strujne impulse određene amplitude i trajanja (obično 2000 μs) bez prekida i promjene njihovih karakteristika.
Protok je najveća vrijednost pravokutnog strujnog impulsa trajanja 2000 μs (prolazna struja) koju je odredio proizvođač. Odvodnik mora izdržati 18 takvih utjecaja s prihvaćenim redoslijedom njihove primjene bez gubitka učinkovitosti. Odvodnici prenapona dijele se u klase prema svom kapacitetu. Specifična energija impulsa odgovara svakoj klasi.
Konačno, važna značajka modernih varistora cink-oksida je stabilnost pri dugotrajnom izlaganju izmjeničnom naponu.
Varistori bi tijekom ispitivanja ubrzanog starenja trebali imati padajuću ovisnost gubitaka snage u varistorima (P) o vremenu izloženosti (t) izmjeničnog napona pri povišenoj temperaturi. Takvi "non-aging" varistor omogućavaju dulji radni vijek pod istim uvjetima u usporedbi s limitatorima koji koriste "aging" varistor.
Proizvodnja varistora
Varistori imaju nelinearnu strujno-naponsku karakteristiku zbog poluvodičkih svojstava materijala od kojeg su sastavljeni. Ova svojstva određena su značajkama mikrostrukture varistora i kemijskim sastavom njegovog materijala.
Čak i mala promjena u omjeru elemenata koji čine materijal varistora ili dodavanje male količine novih nečistoća može dovesti do značajne promjene njegove strujno-naponske karakteristike i drugih električnih parametara.
Na mikrostrukturu i električne karakteristike varistora također utječu promjene u procesu proizvodnje varistora. Za dobivanje visokokvalitetnih varistora izuzetno je važna stabilnost svih pokazatelja tehnološkog procesa njihove proizvodnje.
Varistori od cinkovog oksida proizvode se keramičkom tehnologijom. Međutim, postoji niz karakteristika zbog činjenice da u poluvodičkoj keramici električna svojstva nisu određena glavnom komponentom mikrostrukture (kristalitima), već međukristalnim granicama. Stoga se u proizvodnji nelinearnih poluvodiča keramičkom tehnologijom postavljaju dva glavna zadatka.
Prvo, potrebno je osigurati gustu strukturu pečenog materijala s minimalnom poroznošću. Drugo, potrebno je stvoriti intergranularni barijerni sloj.
Barijerni sloj je kontakt između dva susjedna kristalita čije površine sadrže lokalizirana elektronska stanja nastala dopiranjem i adsorpcijom. Stoga varistorska tehnologija mora ispuniti niz specifičnih zahtjeva za čistoću, disperziju izvornih materijala i režim miješanja praha. Kao polazni materijali koriste se prašci s udjelom osnovne tvari od najmanje 99,0 — 99,8%.
Šarža (mješavina polaznih materijala) sastoji se uglavnom od cinkovog oksida uz dodatak raznih metalnih oksida. Homogenizacija i miješanje šaržera s destiliranom vodom provodi se u disperznim mlinovima i sfernim bubnjevima.
Pri određenoj koncentraciji klizanja, njegova se viskoznost kontrolira viskozimetrom.Sušenje kaše i granulacija se odvijaju u raspršivaču, pri optimalnom režimu rada, iz čega se dobivaju granule prešanog praha u rasponu od 50 - 150 mikrona. U ovoj fazi se kontrolira veličina granula, sadržaj vlage i sipkost praha. Varistori se prešaju pomoću hidrauličke preše.
Preše moraju ispunjavati određene zahtjeve za gustoću, dimenzije i planparalelnost. Prešani komadi prolaze preliminarno pečenje kako bi se uklonilo vezivo i konačno pečenje tijekom kojeg se stvaraju potencijalne barijere i međufaza.
Pečenje se vrši u komornim pećima. Nakon završnog pečenja, dijelovi se bruse, na čeonu površinu se nanosi metalizacija, a na bočnu površinu nanosi se poseban premaz.