Варистор — что это такое, как проверить, характеристики и фото варистора для защиты от перенапряжения 220В

В условиях современного производства требования к надежности технологического автоматизированного оборудования постоянно возрастают.

Поговорим о способах защиты электротехнических устройств и электронных информационно-управляющих систем от воздействия существенных отклонений параметров в сетях электроснабжения.

Содержание

Принцип работы варистора и сфера применения

Электронный полупроводниковый прибор, способный под воздействием приложенного напряжения любой полярности в больших пределах изменять свое сопротивление, называется варистором.

В отличие от стабилитрона он имеет ярко выраженную нелинейную, но симметричную вольт-амперную характеристику.

Аналогичную характеристику можно получить встречным соединением двух стабилитронов.

При превышении приложенного напряжения свыше определенного порога, наступает так называемый пробой (срабатывание).

Сопротивление варистора скачком снижается от миллионов Ом (МОм) до единиц Ом, вызывая огромное увеличение протекающего через него тока.

В сети могут спонтанно появляться перенапряжения длительностью от десятков миллиардных до сотен миллионных долей секунды, так называемые сетевые помехи.

Они представляют большую опасность для оборудования, так как стандартные устройства защиты не успевают среагировать на них.

Несмотря на то, что длительность таких импульсов очень мала, они могут вызвать пробой рабочей изоляции проводов, обмоток трансформаторов, электродвигателей.

А также вывести из строя такие полупроводниковые элементы как тиристоры, транзисторы, и т.д.

Причины появления перенапряжений могут быть различными:

наводки от мощных радиостанций
грозовые разряды
коммутационные перенапряжения в железнодорожных сетях
работа мощных преобразовательных устройств
работа сварочного оборудования и т.д.

Варистор подключается параллельно защищаемому элементу или участку цепи. Например, для защиты телевизора, получающего питание от нестабильной сети, в которой возможны скачки напряжения.

При увеличении напряжения до порогового напряжения наступает пробой, сопротивление прибора резко падает, ток, потребляемый от сети, возрастает до значений тока короткого замыкания.

А напряжение питания нагрузки снижается до минимальной величины за счет падения его на подводящих проводах.

Импульсный ток большой амплитуды вызывает принудительное срабатывание защиты, цепь питания размыкается, и защищаемый объект обесточивается.

Области применения варисторов в качестве защитных устройств самые разнообразные:

Низковольтное оборудование – вычислительная техника, медицинское оборудование, устройства связи и передачи информации, управляющие контроллеры, бытовая электроника.
Силовые источники питания и преобразователи: выпрямители, частотные преобразователи, источники бесперебойного питания.
Автомобильная электроника.
Электродвигатели, устройства возбуждения генераторов, электроприводы станков, роботов.
Радио и телевизионные передатчики;
Бытовые удлинители и переноски.

Конструкция варистора

Варистор состоит из микрогранул окиси цинка ZnO или карбида кремния:

В местах соприкосновения гранул возникает своеобразный потенциальный барьер, аналогичный p-n переходу диода или биполярного транзистора. Напряжение перехода колеблется от 2 до 3 В.
Сопротивление перехода зависит от приложенного напряжения – чем оно больше, тем меньше сопротивление, и наоборот.
Гранулы соединены между собой последовательно-параллельно, образуя объемную многослойную структуру.
Количество слоев определяет напряжение пробоя, а число гранул в слое – максимально допустимый ток прибора.
В конечном счете, объем гранул определяет максимальную энергию импульса тока, не разрушающую варистор.
Гранулы между собой спекаются и запрессовываются между металлическими пластинами с легирующими добавками.
Для подключения приборов к пластинам привариваются проволочные или ленточные монтажные выводы.
Пластины имеют эпоксидное или феноловое покрытие. Рабочая температура приборов с эпоксидным покрытием от -55 до +85°С, а с феноловым — до +125°С.

Свойства, виды и классификация варисторов

Свойство варисторов уменьшать собственное сопротивление при пробое используется для защиты электрических устройств различного уровня:

низковольтных;
высоковольтных.

Деление достаточно условное: низковольтными считаются устройства с рабочим напряжением от 3 до 200В, высоковольтные имеют пределы от 200 В до 20 кВ.

По внешнему виду они бывают:

пленочные;
таблеточные;
стержневые
дисковые.

Внешний вид в основном зависит от технологии изготовления.

Основные характеристики варисторов

Напряжение классификации – это справочный параметр, служащий для сравнения приборов различного типа. Численно он равен напряжению, которое будучи приложено к варистору, вызывает протекание тока через него 1 мА.
Постоянное или переменное максимально допустимое (номинальное) напряжение, при котором еще не наступает уменьшение внутреннего сопротивления.
Во время действия импульсной помехи в корпусе прибора выделяется определенное количества тепла, связанное с прохождением через него импульсного тока. Величина энергии, которая может рассеяться в варисторе без нарушения его работоспособности и изменения рабочих характеристик, называется максимальной поглощаемой энергией. Это справочная величина, используется при расчетах, измеряется в Дж (джоулях).
Точность изготовления характеризуется допустимым отклонением от номинального напряжения, измеряется в процентах. Международные стандартные значения отклонения – 10, 15, 20 и 25%.
Быстродействие характеризуется временем срабатывания, которое обычно составляет от 5 до 25 нс. Оно определяется в основном собственной емкостью. Типовые значения емкости для определенной частоты приводится в справочниках.

Маркировка и обозначение варисторов на схемах

Любая маркировка наносится на корпус приборов и содержит основные параметры, позволяющие определить изготовителя, технологию, форму, размеры корпуса и напряжение.

Единой системы маркировки отечественных и зарубежных изделий не существует.

Для расшифровки следует пользоваться справочниками или сопроводительной документацией: паспортами, табличками и т.д.

Например, такое обозначение: TVR 05 271m, где:

TVR – это обозначение дискового варистора, изготовленного на основе оксида цинка;
05 – диаметр корпуса, мм;
271 – классификационное напряжение. Оно вычисляется как произведение первых двух цифр, умноженные на 10¹: 27х10¹ = 270 В;
k – латинская буква k обозначает точность срабатывания, равную 10%.

Другой пример маркировки: CNR 15 d 821m:

CNR – металл-оксидный варистор;
d – дисковая форма;
15 – диаметр корпуса, мм;
821 – напряжение: 82х10¹= 820 В;
m – точность срабатывания 20%.

На принципиальных схемах варистор изображается как резистор, перечеркнутый наклонной чертой с полкой, над которой стоит буква U. Косая черта обозначает изменение сопротивления.

Сам варистор обозначается буквами RU и порядковым номером на схеме, например RU3, RU8 и т.д.

Преимущества и недостатки устройства

Достоинства варисторов:

простота и надежность выполнения защиты от перенапряжений;
широкий диапазон защиты оборудования – от 6 В до 20 кВ;
очень высокое быстродействие: типовое время срабатывания 5 – 40 нс;
широкий рабочий температурный диапазон: от — 60 до +125°С;
дешевизна.

Недостатки:

относительно большая собственная емкость: 60 – 3000 пФ. При совместной работе с высокочастотными установками она вызывает шунтирование защищаемого объекта по переменному току, ограничивая тем самым область применения.

Например, при емкости 1000 пФ и частоте 1 кГц, емкостное сопротивление варистора составит 1000 Ом.

При сравнительно небольшом напряжении 100 В ток, протекающий через прибор, будет равен 0,1 А, что недопустимо много:

при работе вызывают низкочастотный шум;
зависимость порога срабатывания от температуры;
при нештатных перегрузках выходит из строя, иногда с разрушением или взрывом корпуса.

Подключение варистора

Наиболее распространенные варианты подключения:

параллельное подключение на напряжение питания установки. В этом случае вся установка защищается от сетевых помех.
подключение на напряжение питания какого-либо отдельного блока или устройства.

Как проверить исправность варистора

Проверку нужно начать с осмотра внешнего вида.

Если прибор подвергался перегрузке, то его корпус может иметь повреждения: потемнения, трещины, разрывы, вплоть до полного уничтожения внутреннего содержимого.

Внешне исправный прибор необходимо проверить, измерив его сопротивление цифровым или стрелочным мультиметром.

Для этого нужно отпаять один из его выводов, чтобы исключить влияние подсоединенных к нему электронных или электротехнических элементов схемы.

После этого установить на измерительном приборе самый большой предел измерения сопротивления и произвести замер.

Измеренное значение должно быть не менее нескольких МОм. Если прибор покажет меньше сотен кОм, то прибор явно поврежден и требует замены.

В то же время, если измеритель показывает «обрыв», то это свидетельствует о том, что внутри варистора действительно произошел обрыв, т.е он попросту перегорел.

Измерения следует производить дважды при прямой и обратной полярности мультиметра.

Варистор – это простая, надежная, долговечная и недорогая защита электрооборудования бытового и промышленного назначения.

Его характеризует очень высокое быстродействие, компактность, простота установки и хорошая ремонтопригодность.

При самостоятельном расчете защиты нужно правильно определить требуемые параметры.

К ним относят: максимальную энергию, максимально допустимое напряжение, а также требуемую точность срабатывания.

При отсутствии достаточного опыта расчетов электрических цепей лучше обратиться за помощью к специалистам, так как результатом ошибки может стать выход из строя дорогостоящего оборудования.