Полезное по электроавтоматике, оборудованию, по КИПиА и программированию.

Подключение варисторов, применение варисторов, подбор варистора

Varistors (название образовано от двух слов Variable Resistors — изменяющиеся сопротивления) — это полупроводниковые (металлооксидные или оксидноцинковые) резисторы, обладающие свойством резко уменьшать свое сопротивление с 1000 МОм до десятков Ом при увеличении на них напряжения выше пороговой величины. В этом случае сопротивление становится тем меньше, чем больше действует напряжение. Типичная вольт-амперная характеристика варистора имеет резко выраженную нелинейную симметричную форму , т. е. он может работать и на переменном напряжении. Варистор должен защищать подключённую к сети электроаппаратуру аппаратуру от перенапряжений – это его основная задача. В сети могут появляться не только кратковременные высоковольтные импульсы напряжения, но и долговременное повышение напряжения до 380В. При длительных перенапряжениях, примеру при перекосе фаз при использовании на другой фазе сварочного аппарата, варистор должен выдержать перенапряжение и не разрушиться до момента срабатывания защитного аппарата или предохранителя, стоящего перед ним. С увеличением напряжения растет ток через варистор, резко  увеличиваясь до номинального значения варистора.  Электрофизическая керамика широко используется в электротехнике высоких напряжений. Пример тому – варисторы - основа устройств защиты электросетей от коммутационных и грозовых перенапряжений. Оксидно-цинковые варисторы (ОЦВ) – наиболее популярный вид. Они изготавливается из поликристаллической многокомпонентной системы, в состав которой, наряду с оксидом цинка (Zn0), входят оксиды висмута (Bi2O3), сурьмы (Sb2O3), кобальта (Co3O4), марганца (MnO2), хрома (Cr2O3) и ряда других элементов.

Вот такие бывают варисторы:

варистор 220KD07 (14V)

варистор 270KD07 (17V)

варистор 330KD07 (20V)

варистор 390KD07 (25V)

варистор 560KD07 (35V)

варистор 680KD07 (40V)

варистор 101KD07 (60V)

варистор 121KD07 (75V)

варистор 121KD10 (75V)

варистор 151KD07 (95V)

варистор 151KD10 (95V)

варистор 181KD07 (115V)

варистор 181KD10 (115V)

варистор 221KD10 (140V)

варистор 241KD07 (150V)

варистор 241KD10 (150V)

варистор 241KD14 (150V)

варистор 271KD07 (175V)

варистор 271KD10 (175V)

варистор 301KD14 (200V)

варистор 331KD10 (210V)

варистор 331KD14 (210V)

варистор 361KD10 (230V)

варистор 361KD14 (230V)

варистор 361KD20 (230V)

варистор 391KD07 (250V)

варистор 391KD10 (250V)

варистор 391KD14 (250V)

варистор 391KD20 (250V)

варистор 431KD07 (275V)

варистор 431KD10 (275V)

варистор 431KD14 (275V)

варистор 431KD20 (275V)

варистор 471KD07 (300V)

варистор 471KD10 (300V)

варистор 471KD14 (300V)

варистор 471KD20 (300V)

варистор 561KD14 (350V)

варистор 561KD20 (350V)

варистор 561KD32 (350V)

варистор 621KD10 (385V)

варистор 621KD14 (385V)

варистор 621KD20 (385V)

варистор 681KD14 (420V)

варистор 681KD20 (420V)

варистор 821KD20 (510V)

варистор 102KD20 (625V)

Варисторы устанавливаются параллельно защищаемому электрооборудованию. В случае трехфазной нагрузки при соединении "звездой" они включаются в каждую фазу между фазой и землей, а при соединении нагрузки "треугольником" - между фазами. Наиболее предпочтительное место установки варисторов - сразу после коммутационного аппарата со стороны защищаемой нагрузки. Заводом "ПРОГРЕСС" выпускается очень удобный трехфазный ограничитель импульсных напряжений "Импульс-1", который представляет собой устройство для закрепления варисторов на электрощите, содержащее помещенные в корпус приспособления - держатели для трех варисторов, снабженные выводами. Это устройство позволяет легко реализовывать схемы защиты трехфазной нагрузки, соединенной как "звездой", так и "треугольником", а также защищать до трех независимых электроустановок, питающихся от однофазной сети.

Выбор типа используемого варистора и определение его классификационного напряжения осуществляется на основе анализа работы варистора в двух режимах: в рабочем и в импульсном.

1. Анализ работы варистора в рабочем режиме состоит в определении по таблице 1 такого классификационного напряжения, для которого длительное максимальное напряжение на нагрузке наиболее близко к табличному значению, но не превосходит его. Данные таблицы справедливы для варисторов с предельными отклонениями классификационного напряжения не более 10 % . Максимально допустимое длительное действующее переменное напряжение для варисторов зарубежного производства в большинстве случаев указывается в составе маркировки.

2. Анализ работы варистора в импульсном режиме состоит в расчете максимальной мгновенной энергии по формуле:

E=P*tg(phi)/2п*f*n

где E - максимальная мгновенная энергия в джоулях, P - номинальная мощность нагрузки, приходящаяся на одну фазу (Вт), f - частота переменного напряжения (Гц), n - КПД защищаемой нагрузки. Такие расчеты обычно выполняются для нагрузок в несколько киловатт и более.

По таблице 2 выбирают тип варистора, обеспечивающего рассеивание энергии, значение которой рассчитано по приведенной формуле. 

Таблица 1 В вольтах

 

Таблица 2

Классифика-	Максимальная энергия рассеивания варисторов, Дж
ционное нап- ряжение,В	СН2-2А	СН2-1а	СН2-1б	СН2-1в	ВР-1-1	ВР-1-2
10	-	-	-	-	0.18	-
15					0.26	-
22	-	-	-	-	0.56	0.23
27	-	-	-	-	0.64	0.26
33	-	-	-	-	0.71	0.30
39	-	-	-	-	1.3	0.47
47	-	-	-	-	1.6	0.56
56	-	-	-	-	1.9	0.66
68	-	-	-	-	2.3	0.76
82	-	-	-	-	-	-
100	-	17.0	10	2.7	-	-
120	-	25.2	12	3.0	-	-
150	-	31.5	15	3.8	-	-
180	-	37.8	18	4.5	-	-
200	-	42.0	20	5.0	-	-
220	-	46.2	22	5.5	-	-
240	-	50.4	25	6.0	-	-
270	-	56.7	28	-	-	-
300	-	63.0	31	-	-	-
330	104	69.3	34	-	-	-
360	115	75.6	37	-	-	-
390	125	81.9	40	-	-	-
430	138	90.3	43	-	-	-
470	152	98.7	47	-	-	-
510	168	107	-	-	-	-
560	187	118	-	-	-	-
620	207	130	-	-	-	-
680	227	143	-	-	-	-
750	248	158	-	-	-	-
820	280	172	-	-	-	-
910	312	191	-	-	-	-
1000	347	210	-	-	-	-
1100	385	233	-	-	-	-
1200	424	252	-	-	-	-
1300	463	-	-	-	-	-
1500	508	-	-	-	-	-

Только имейте в виду некоторые производители пишут на варисторах классификационное напряжение варистора, а некоторые значение на переменный ток. 

На варисторах российского производства пишется классификационное напряжение.

 

Основными параметрами, которые используют при описании характеристик варисторов, являются:

 

   Un — классификационное напряжение, обычно измеряемое при токе 1 мА, — это условный параметр, который указывается при маркировке элементов;

 

   Um – максимально допустимое действующее переменное

 

   напряжение (среднеквадратичное);

 

   Um= — максимально допустимое постоянное напряжение;

 

   Р — номинальная средняя рассеиваемая мощность, это та, которую варистор может рассеивать в течение всего срока службы при сохранении параметров в установленных пределах;

 

   W — максимальная допустимая поглощаемая энергия в джоулях (Дж), при воздействии одиночного импульса. От этой величины зависит, как долго может действовать перегрузка (с максимальной мощностью Рт) без опасности повредить варистор.

 

Номинальное напряжение определяет максимально возможное напряжение, которое может быть применено к варистору. Превысить номинальное напряжение может только непродолжительный импульс перенапряжения, а именно ток перегрузки (импульсный) Imax и энергия импульса Wmax. При работе варистора к нему применяются амплитуда и количество импульсов, что и является характеристикой импульсов стандартной формы.

Wmax - энергия, которая рассеивается варистором, когда через него протекает импульса тока 10/1000. Характеристика Pmax должна иметься в виду, когда варистор не справляется с рассеиванием тепла в паузах между приложенными импульсами тока и перегревается. В целом Pmax зависит от размера и конструкции выводов варистора.

 

Обозначение варисторов:

Цифра до букв это диаметр варистора в мм.  Цифры после букв это напряжение 431 = 430в, 471 = 470в.  Бывает часто пишут маркировку без букв. Типа 7271, 10751.

 

Примеры: защита от скачков напряжений в ИБП ХВОХ-360  из Англии где 240в, стояло 2 параллельно варистора на 431 (430в).

Варистор в ИБП на 120в от игровой приставки WII из США  стоял 7Z271 на 270в.

Варистор в ИБП на 220в от DVD плеера для России стоял 10Z471 на 470в.

Варистор в ИБП на 220в от CRT-телевизора Samsung 21" стоял TVR10751 (750в).

Типовое значение времени срабатывания варисторов при воздействии перенапряжения составляет не более 25 нс, но для защиты некоторых видов оборудования его может оказаться недостаточно (для электростатической защиты необходимо не более 1 нс). Поэтому совершенствование технологии изготовления варисторов во всем мире направлено на повышение их быстродействия. Так, например, фирме “S+M Epcos”, благодаря применению при изготовлении варисторов многослойной структуры SIOV-CN и их SMD-исполнения (безвыводная конструкция для поверхностного монтажа), удается добиться времени срабатывания менее 0,5 не (при расположении таких элементов на печатной плате для получения указанного быстродействия уже необходимо минимизировать индуктивности внешних соединительных проводников). В дисковой конструкции варисторов за счет индуктивности выводов время срабатывания увеличивается до нескольких наносекунд.

  Для сети с действующим напряжением 220 В (50 Гц) обычно устанавливают варисторы с классификационным напряжением не ниже 380…430 В. Для варистора с классификационным напряжением 430 В при импульсе тока 100 А напряжение будет ограничено на уровне около 600 В.

Варисторы можно соединять последовательно и параллельно, у них сопротивление нелинейное, напряжение между ними само выровняется. По сути варистор можно считать двухсторонним (на зависящим от полярности) стабилитроном, только с более мягкой характеристикой. К примеру нужно получить варистор на 360В, для этого возьмем два по 180В и соединим их последовательно! Для увеличения мощности варистора из нескольких небольших, можно получить мощную сборку , соединив их параллельно, однако надо учесть что существует определенный разброс параметров классификационных напряжений  у каждого варистора из сборки, поэтому  применение одного более мощного варистора более предпочтительно. Чтобы обеспечить нормальную параллельную работу варисторов - необходимо строгое совпадение ВАХ. Эта задача вполне разрешима при последовательно-параллельной схеме включения - т.е. варисторы последовательно собираются в столбы, а столбы соединяются параллельно. При этом путем подбора варисторов обеспечивают совпадение ВАХ столбов варисторов. Так поступают при создании высоковольтных, мощных ограничителей перенапряжений (ОПН).

Частой причиной выхода из строя оборудования, например, блоков питания, является наличие в сети импульсов перенапряжения. Они могут быть вызваны различными электромагнитными помехами, связанными с грозовыми разрядами, либо с коммутацией и разрядами индуктивных и емкостных элементов цепи, а также соответствующими переходными процессами.