Варистори од цинк оксида за одводнике пренапона
Варистори од цинк оксида су полупроводнички производи са симетричним нелинеарним струјно-напонским (ЦВЦ) карактеристикама. Такви варистори су најшире коришћени. у штитницима од пренапона (СПН), посебно за заштиту електричне опреме од удара грома и пренапона. О параметрима и карактеристикама ове опреме — у чланку објављеном у наставку.
Варистор цинковог оксида (ОЗВ) је главни радни елемент дизајна нелинеарног одводника пренапона (СПД), стога се на електричне карактеристике варистора намећу повећани захтеви за стабилност под различитим утицајним факторима.
Дакле, варистори морају бити отпорни на старење када су изложени континуираном радном напону, бити у стању да расипају ослобођену енергију током проласка одређених струјних импулса и ограниче напон на безбедну вредност у случају пренапона.
Истраживање и развој у развоју варистора за лимитаторе на бази цинк оксида почело је још 1980-их година у Одељењу заштитних уређаја Сверуског електротехничког института.
главни параметри
Нелинеарни лимитатор пренапона — електрични уређај дизајниран да заштити изолацију електричне опреме од удара грома и пренапона.
Предност ових уређаја је што у њима нема варница. Такви уређаји могу ограничити и ударе грома и пренапоне у електричним инсталацијама било које класе напона и веома су поуздани.
Одводник пренапона је стуб од серијски повезаних појединачних варистора, а његови главни параметри су истовремено и параметри високо нелинеарних варистора.
Варистори од цинк оксида, који су главни елемент одводника пренапона, имају високе захтеве за стабилност струјно-напонске карактеристике. Због чињенице да су варистори стално под напоном, они такође имају високе захтеве за термичку стабилност.
Један од најважнијих параметара је заостали стрес, који се дефинише као максимална вредност напона граничника (варистора) када кроз њега пролазе струјни импулси дате амплитуде и облика.
Ради јасноће, уобичајено је да се ради са релативним вредностима, односно да се узму у обзир заостали напони у односу на преостали напон при датом импулсу струје (на пример, при пулсу струје од 500 А, 8/20 μс).
Још један важан параметар који карактерише способност одводника да апсорбује преклопну енергију пренапона без оштећења је пропусностспособност варистора да више пута (обично 18-20 пута) издрже струјне импулсе одређене амплитуде и трајања (обично 2000 μс) без ломљења и промене својих карактеристика.
Пропусност је максимална вредност правоугаоног струјног импулса дужине 2000 μс (проточна струја) коју је одредио произвођач. Одводник мора да издржи 18 таквих утицаја са прихваћеним редоследом њихове примене без губитка перформанси. Одводници пренапона су подељени у класе према свом капацитету. Специфична енергија импулса одговара свакој класи.
Коначно, важна карактеристика модерних варистора са цинк оксидом је стабилност при продуженом излагању наизменичном напону.
Током испитивања убрзаног старења, варистори треба да имају опадајућу зависност губитака снаге у варисторима (П) од времена излагања (т) наизменичном напону на повишеној температури. Овакви варистори "не старе" омогућавају дужи радни век под истим условима у поређењу са лимитерима који користе варисторе "старења".
Производња варистора
Варистор имају нелинеарну струјно-напонску карактеристику због полупроводничких својстава материјала од којег су састављени. Ова својства су одређена особинама микроструктуре варистора и хемијским саставом његовог материјала.
Чак и мала промена у односу елемената који чине материјал варистора, или додавање мале количине нових нечистоћа, може довести до значајне промене његове струјно-напонске карактеристике и других електричних параметара.
На микроструктуру и електричне карактеристике варистора утичу и промене у процесу производње варистора. За добијање висококвалитетних варистора изузетно је важна стабилност свих индикатора технолошког процеса њихове производње.
Варистори од цинк оксида се производе по керамичкој технологији. Међутим, постоји низ карактеристика због чињенице да у полупроводничкој керамици електрична својства нису одређена главном компонентом микроструктуре (кристалити), већ интеркристалним границама. Стога се у производњи нелинеарних полупроводника по керамичкој технологији постављају два главна задатка.
Прво, потребно је обезбедити густу структуру печеног материјала са минималном порозношћу. Друго, потребно је створити интергрануларни слој баријере.
Слој баријере је контакт између два суседна кристалита чије површине садрже локализована електронска стања настала допингом и адсорпцијом. Због тога технологија варистора мора да испуни низ специфичних захтева за чистоћу, дисперзију изворних материјала и режим мешања праха. Као полазни материјали користе се прашкови са садржајем основне супстанце од најмање 99,0 — 99,8%.
Пуњење (мешавина полазних материјала) се углавном састоји од цинк оксида са додатком различитих металних оксида. Хомогенизација и мешање напуњених материјала са дестилованом водом врши се у дисперзионим млиновима и сферним бубњевима.
При датој концентрацији клизања, њен вискозитет се контролише помоћу вискозиметра.Сушење каше и гранулација се врши у распршивачу, на оптималном режиму рада, из којег се добијају грануле пресног праха у распону од 50 - 150 микрона. У овој фази се контролише величина гранула, садржај влаге и проточност праха. Варистори се пресују помоћу хидрауличке пресе.
Пресе морају испуњавати одређене услове за густину, димензије и паралелизам равни. Пресовани комади се подвргавају прелиминарном печењу да би се уклонило везиво и коначном печењу током којег се формирају потенцијалне баријере и међуфаза.
Печење се врши у коморним пећима. Након завршног печења, делови се брусе, метализација се наноси на завршну површину, а на бочну површину наноси се посебан премаз.