Cinka oksīda varistori pārsprieguma ierobežotājiem
Cinka oksīda varistori ir pusvadītāju izstrādājumi ar simetriskiem nelineārās strāvas-sprieguma (CVC) raksturlielumiem. Šādi varistori tiek izmantoti visplašāk. pārsprieguma aizsargos (SPN), īpaši elektrisko iekārtu aizsardzībai pret zibens un pārslēgšanās pārspriegumiem. Par šī aprīkojuma parametriem un īpašībām - tālāk publicētajā rakstā.
Cinka oksīda varistors (OZV) ir galvenais nelineārā pārsprieguma novadītāja (SPD) konstrukcijas darba elements, tāpēc varistora elektriskajiem raksturlielumiem tiek izvirzītas paaugstinātas stabilitātes prasības dažādu ietekmējošo faktoru ietekmē.
Tātad varistoriem jābūt izturīgiem pret novecošanos, kad tie tiek pakļauti nepārtrauktam darba spriegumam, jāspēj izkliedēt atbrīvoto enerģiju noteiktu strāvas impulsu laikā un ierobežot spriegumu līdz drošai vērtībai pārsprieguma gadījumā.
Pētniecība un attīstība ierobežotāju varistoru izstrādē uz cinka oksīda bāzes sākās jau pagājušā gadsimta astoņdesmitajos gados Viskrievijas Elektrotehniskā institūta Aizsardzības ierīču nodaļā.
galvenie parametri
Pārsprieguma ierobežotājs nelineārs — elektroierīce, kas paredzēta elektroiekārtu izolācijas aizsardzībai pret zibens un pārslēgšanās pārspriegumiem.
Šo ierīču priekšrocība ir tā, ka tajās nav dzirksteles. Šādas ierīces var ierobežot gan zibens, gan pārslēgšanās pārspriegumus jebkuras sprieguma klases elektroinstalācijās un ir ļoti uzticamas.
Pārsprieguma ierobežotājs ir virknē savienotu atsevišķu varistoru kolonna, un tā galvenie parametri vienlaikus ir ļoti nelineāru varistoru parametri.
Cinka oksīda varistoriem, kas ir galvenais pārsprieguma ierobežotāju elements, ir augstas prasības strāvas-sprieguma raksturlieluma stabilitātei. Sakarā ar to, ka varistori pastāvīgi atrodas zem sprieguma, tiem ir arī augstas prasības attiecībā uz termisko stabilitāti.
Viens no svarīgākajiem parametriem ir atlikušais stress, kas tiek definēta kā ierobežotāja (varistora) maksimālā sprieguma vērtība, kad caur to iet noteiktas amplitūdas un formas strāvas impulsi.
Skaidrības labad ir ierasts strādāt ar relatīvajām vērtībām, t.i., ņemt vērā atlikušos spriegumus attiecībā pret atlikušo spriegumu pie noteiktā strāvas impulsa (piemēram, pie strāvas impulsa 500 A, 8/20 μs).
Vēl viens svarīgs parametrs, kas raksturo ierobežotāja spēju bez bojājumiem absorbēt pārsprieguma pārslēgšanas enerģiju caurlaidspējavaristoru spēja atkārtoti (parasti 18-20 reizes) izturēt noteiktas amplitūdas un ilguma (parasti 2000 μs) strāvas impulsus, nepārtraucot un nemainot to raksturlielumus.
Caurlaide ir ražotāja noteiktā maksimālā taisnstūra strāvas impulsa vērtība, kuras ilgums ir 2000 μs (caurlaides strāva). Aizturētājam ir jāiztur 18 šādas ietekmes ar pieņemto to pielietošanas secību, nezaudējot veiktspēju. Pārsprieguma novadītāji ir sadalīti klasēs pēc to jaudas. Specifiskā impulsa enerģija atbilst katrai klasei.
Visbeidzot, svarīga mūsdienu cinka oksīda varistoru iezīme ir stabilitāte, ilgstoši pakļaujot maiņstrāvai.
Paātrinātās novecošanas testu laikā varistoriem vajadzētu būt mazākai varistoros (P) jaudas zudumu atkarībai no maiņstrāvas sprieguma iedarbības laika (t) paaugstinātā temperatūrā. Šādi "nenovecojoši" varistori nodrošina ilgāku kalpošanas laiku tādos pašos apstākļos, salīdzinot ar ierobežotājiem, kas izmanto "novecojošus" varistorus.
Varistoru ražošana
Varistori tiem ir nelineāras strāvas-sprieguma raksturlielums materiāla, no kura tie ir izgatavoti, pusvadīšanas īpašību dēļ. Šīs īpašības nosaka varistora mikrostruktūras īpatnības un tā materiāla ķīmiskais sastāvs.
Pat nelielas izmaiņas elementu attiecībās, kas veido varistora materiālu, vai neliela daudzuma jaunu piemaisījumu pievienošana var izraisīt būtiskas izmaiņas tā strāvas-sprieguma raksturlīknē un citos elektriskajos parametros.
Varistoru mikrostruktūru un elektriskās īpašības ietekmē arī izmaiņas varistora ražošanas procesā. Lai iegūtu kvalitatīvus varistorus, ārkārtīgi svarīga ir visu to ražošanas tehnoloģiskā procesa rādītāju stabilitāte.
Cinka oksīda varistori tiek ražoti, izmantojot keramikas tehnoloģiju. Tomēr ir vairākas pazīmes, kas saistītas ar to, ka pusvadītāju keramikā elektriskās īpašības nosaka nevis mikrostruktūras galvenā sastāvdaļa (kristalīti), bet gan starpkristāliskās robežas. Tāpēc nelineāro pusvadītāju ražošanā, izmantojot keramikas tehnoloģiju, tiek izvirzīti divi galvenie uzdevumi.
Pirmkārt, ir jānodrošina blīva cepamā materiāla struktūra ar minimālu porainību. Otrkārt, ir nepieciešams izveidot starpgranulu barjeras slāni.
Barjeras slānis ir kontakts starp diviem blakus esošiem kristalītiem, kuru virsmās ir lokalizēti elektroniskie stāvokļi, ko rada dopings un adsorbcija. Tāpēc varistora tehnoloģijai jāatbilst vairākām īpašām prasībām attiecībā uz tīrību, izejmateriālu izkliedi un pulvera sajaukšanas režīmu. Par izejvielām izmanto pulverus ar pamatvielu saturu vismaz 99,0 — 99,8%.
Lādiņu (izejvielu maisījums) galvenokārt veido cinka oksīds, kam pievienoti dažādi metālu oksīdi. Uzlādētu materiālu homogenizācija un sajaukšana ar destilētu ūdeni tiek veikta disperģēšanas dzirnavās un sfēriskās mucās.
Pie noteiktas slīdēšanas koncentrācijas tā viskozitāti kontrolē viskozimetrs.Vircas žāvēšana un granulēšana tiek veikta smidzinātājā, optimālā darba režīmā, no kuras iegūst presēšanas pulvera granulas 50 - 150 mikronu diapazonā. Šajā posmā tiek kontrolēts granulu izmērs, mitruma saturs un pulvera plūstamība. Varistorus presē, izmantojot hidraulisko presi.
Presēm jāatbilst noteiktām prasībām attiecībā uz blīvumu, izmēriem un plaknes paralēlismu. Presētie gabali tiek iepriekš apdedzināti, lai noņemtu saistvielu, un galīgā apdedzināšana, kuras laikā veidojas potenciālās barjeras un starpfāze.
Apdedzināšana notiek kameras krāsnīs. Pēc pēdējās apdedzināšanas detaļas tiek slīpētas, gala virsmai tiek uzklāta metalizācija, sānu virsmai tiek uzklāts īpašs pārklājums.