Zinkoxidvaristorer til overspændingsafledere

Zinkoxidvaristorer er halvlederprodukter med symmetriske ikke-lineære strømspændingsegenskaber (CVC). Sådanne varistorer er de mest udbredte. i overspændingsbeskyttere (SPN), især til beskyttelse af elektrisk udstyr mod lyn og koblingsstød. Om parametrene og egenskaberne for dette udstyr — i artiklen offentliggjort nedenfor.

Zinkoxidvaristor (OZV) er det vigtigste arbejdselement i designet af en ikke-lineær overspændingsafleder (SPD), derfor stilles der øgede stabilitetskrav til varistorens elektriske egenskaber under forskellige påvirkningsfaktorer.

Så varistorer skal være modstandsdygtige over for ældning, når de udsættes for kontinuerlig driftsspænding, være i stand til at sprede den frigivne energi under passagen af ​​visse strømimpulser og begrænse spændingen til en sikker værdi i tilfælde af overspændinger.

Forskning og udvikling i udviklingen af ​​varistorer til begrænsere baseret på zinkoxid begyndte allerede i 1980'erne i afdelingen for beskyttelsesanordninger i det all-russiske elektrotekniske institut.

hovedparametre

Overspændingsbegrænser ikke-lineær — en elektrisk anordning, der er konstrueret til at beskytte elektrisk udstyrs isolering mod lyn og koblingsstød.

Fordelen ved disse enheder er, at der ikke er gnister i dem. Sådanne enheder kan begrænse både lyn- og koblingsspændinger i elektriske installationer af enhver spændingsklasse og er meget pålidelige.

Overspændingsaflederen er en søjle af serieforbundne enkeltvaristorer, og dens hovedparametre er samtidig parametrene for meget ikke-lineære varistorer.

Zinkoxidvaristorer, som er hovedelementet i overspændingsafledere, har høje krav til stabiliteten af ​​strøm-spændingskarakteristikken. På grund af det faktum, at varistorer konstant er under spænding, stiller de også høje krav til termisk stabilitet.

Et af de vigtigste parametre er resterende stress, som er defineret som den maksimale spændingsværdi for begrænseren (varistor), når strømimpulser af en given amplitude og form passerer gennem den.

For klarhedens skyld er det sædvanligt at arbejde med relative værdier, det vil sige at overveje restspændingerne i forhold til restspændingen ved en given strømimpuls (for eksempel ved en strømimpuls på 500 A, 8/20 μs).

En anden vigtig parameter, der karakteriserer en afleders evne til at absorbere koblingsenergien fra overspændinger uden skader, er gennemløbvaristors evne til gentagne gange (normalt 18-20 gange) at modstå strømimpulser af en vis amplitude og varighed (normalt 2000 μs) uden at bryde og ændre deres karakteristika.

Gennemløb er producentens specificerede maksimale værdi af en rektangulær strømimpuls på 2000 μs varighed (gennemstrømningsstrøm). Aflederen skal modstå 18 sådanne påvirkninger med den accepterede rækkefølge af deres anvendelse uden tab af ydeevne. Overspændingsafledere er opdelt i klasser efter deres kapacitet. Den specifikke pulsenergi svarer til hver klasse.

Endelig er et vigtigt træk ved moderne zinkoxidvaristorer stabilitet under længere tids udsættelse for vekselspænding.

Under de accelererede ældningstests bør varistorerne have en faldende afhængighed af effekttab i varistorerne (P) af eksponeringstiden (t) af vekselspændingen ved forhøjet temperatur. Sådanne "ikke-aldrende" varistorer tillader en længere levetid under de samme forhold sammenlignet med begrænsere, der bruger "aldrende" varistorer.

Fremstilling af varistorer

Varistorer har en ikke-lineær strøm-spændingskarakteristik på grund af de halvledende egenskaber af det materiale, de er sammensat af. Disse egenskaber bestemmes af funktionerne i varistorens mikrostruktur og dens kemiske sammensætning.

Selv en lille ændring i forholdet mellem de elementer, der udgør varistorens materiale, eller tilføjelsen af ​​en lille mængde nye urenheder, kan føre til en betydelig ændring i dens strømspændingskarakteristik og andre elektriske parametre.

Varistorernes mikrostruktur og elektriske egenskaber påvirkes også af ændringer i varistorfremstillingsprocessen. For at opnå varistorer af høj kvalitet er stabiliteten af ​​alle indikatorer for den teknologiske proces for deres produktion ekstremt vigtig.

Zinkoxidvaristorer fremstilles ved hjælp af keramisk teknologi. Der er dog en række karakteristika, der skyldes, at i halvlederkeramik bestemmes de elektriske egenskaber ikke af hovedkomponenten i mikrostrukturen (krystallitter), men af ​​de interkrystallinske grænser. Derfor er der i produktionen af ​​ikke-lineære halvledere ved hjælp af keramisk teknologi sat to hovedopgaver.

For det første er det nødvendigt at sikre en tæt struktur af det bagte materiale med minimal porøsitet. For det andet er det nødvendigt at skabe et intergranulært barrierelag.

Et barrierelag er en kontakt mellem to tilstødende krystallitter, hvis overflader indeholder lokaliserede elektroniske tilstande skabt af doping og adsorption. Derfor skal varistorteknologien opfylde en række specifikke krav til renhed, spredning af kildematerialer og pulverblandingsregime. Som udgangsmaterialer anvendes pulvere med et grundstofindhold på mindst 99,0 — 99,8 %.

Ladningen (en blanding af udgangsmaterialer) består hovedsageligt af zinkoxid med tilsætning af forskellige metaloxider. Homogenisering og blanding af ladede materialer med destilleret vand udføres i dispergeringsmøller og kugleformede tromler.

Ved en given slipkoncentration styres dens viskositet af et viskosimeter.Tørring og granulering af opslæmning udføres i en spraytørrer ved den optimale driftstilstand, hvorfra der opnås granulat af pressepulveret i området 50 - 150 mikrometer. På dette trin kontrolleres pulverets granulatstørrelse, fugtindhold og flydeevne. Varistorerne presses ved hjælp af en hydraulisk presse.

Presser skal opfylde visse krav til tæthed, dimensioner og plan parallelitet. Pressede stykker gennemgår en forbrænding for at fjerne bindemidlet og en endelig brænding, hvorunder potentielle barrierer og en mellemfase dannes.

Fyringen sker i kammerovne. Efter den endelige brænding slibes delene, metallisering påføres på endefladen, og en speciel belægning påføres sideoverfladen.