Який варістор. Загальні принципи вибору варисторів для захисту від імпульсної напруги

29.07.2023

Трегубов С.В., к.т.н.
Пантелєєв В.А., к.т.н.
Фрезе О.Г.
http://komi.com/progress/product/varistor/manual/

Вступ

Кожна електроустановка має ізоляцію, що відповідає її номінальній напрузі. Робоча напруга, прикладена до установки, може відрізнятися від номінальної, проте надійна робота забезпечується тільки в тому випадку, якщо вона не виходить за межі значень найбільших робочих напруг. Часто причиною виходу з експлуатації електрообладнання стає наявність імпульсів напруги. Імпульсом напруги називається різка зміна напруги в точці електричної мережі, за яким слідує відновлення напруги до початкового або близького до нього рівня за проміжок часу до кількох мілісекунд. Імпульси напруги, що виникають в електричних мережах поділяють на комутаційні та грозові.

Джерелом енергії комутаційних імпульсів напруги є енергія, запасена в реактивних (індуктивних та ємнісних) елементах системи, яка зумовлює появу імпульсів у перехідних режимах при нормальних та аварійних комутаціях. Значення імпульсних комутаційних напруг залежать від параметрів електричної системи, характеристик комутувальних апаратів, а також фази струму на момент комутації.

Причиною виникнення грозових імпульсів напруги є удари блискавки в електроустановку або поблизу неї.

За даними США, значення напруги комутаційних імпульсів навіть у побутових мережах можуть досягати 20 кВ. Приблизно такі дані наводять японські, французькі та інші дослідники. Дослідження, проведені нами з експлуатації промислового електроустаткування в мережах 0.4 кВ, дозволяють стверджувати, що, наприклад, за важких умов комутації силових електродвигунів значення напруги комутаційних імпульсів може перевищувати 70 кВ. Немає необхідності говорити про наслідки такого впливу на електроустаткування. Положення часто ускладнюється тим, що у багатьох випадках експлуатація електричних машин проводиться у важких умовах (забруднення, зволоження ізоляції, часті пуски та зупинки агрегатів), що зумовлює особливу вразливість ізоляції електроустаткування через її прискорене зношування та зменшення електричної міцності.

Для захисту обладнання від імпульсної напруги в різних країнах застосовуються вентильні розрядники, RC-ланцюжки, LC-фільтри і т.д. Проте в останні десятиліття в усьому світі найбільш ефективним (і дешевим) засобом захисту від імпульсної напруги будь-якого виду визнано використання нелінійних напівпровідникових резисторів, які називаються варисторами. Відмінною рисою варистора є симетрична та різко виражена нелінійна вольт-амперна характеристика (ВАХ – див. рис.1). За рахунок цього варистори дозволяють просто і ефективно вирішувати завдання захисту різних пристроїв від імпульсних напруг. Основний принцип дії варистора дуже простий. Варистор включається паралельно обладнанню, що захищається, тобто. при нормальній експлуатації він знаходиться під дією робочої напруги пристрою, що захищається. У робочому режимі (за відсутності імпульсної напруги) струм через варистор зневажливо малий, і тому варистор у цих умовах є ізолятором.

Рис.1 Типова вольтамперна характеристика варистора

У разі імпульсу напруги варистор з нелінійності своєї характеристики різко зменшує свій опір до часток Ома і шунтує навантаження, захищаючи її, і розсіюючи поглинену енергію як тепла. В цьому випадку через варистор короткочасно може протікати струм, що досягає кількох тисяч ампер. Так як варистор практично безінерційний, то після гасіння імпульсу напруги він знову набуває дуже великого опору. Таким чином, включення варистора паралельно електрообладнанню не впливає на його роботу в нормальних умовах, але «зрізає» імпульси небезпечної напруги, що повністю забезпечує безпеку навіть ослабленої ізоляції (див. рис 2).

Найбільш широке застосування знаходять варистори на основі оксиду цинку, що зумовлено, по-перше, відносною простотою їх виготовлення і, по-друге, гарною здатністю оксиду цинку поглинати високоенергетичні імпульси напруги. Варистори виготовляють за звичайною «керамічною» технологією, що включає пресування варисторів (найчастіше мають форму диска або шайби), їх випал, нанесення електродів, паяння висновків і нанесення електроізоляційних і вологозахисних покриттів. Така технологія у ряді випадків дозволяє підприємствам-виробникам випускати варистори на індивідуальні замовлення.

Рис.2 Напруга на навантаженні при комутації в мережі 0,4 кВ

Загальні поняття

Найважливішою характеристикою варистора, що визначає його функціональні можливості, є вольт-амперна характеристика. Її особливістю є наявність ділянки малих струмів (умовно від нуля до декількох міліампер), в якій знаходиться робоча точка варистора і ділянка великих струмів (до тисяч ампер), яку в ряді випадків називають тунельною. Тунельний ділянку багато чому визначає захисні властивості і, зокрема, напруга обмеження, тобто. максимальна напруга, що впливає на електрообладнання, що захищається при шунтуванні його варистором. В області малих струмів ВАХ задовільно описується рівнянням

(1) де I - Струм, А, U -напруга, В, В - деяка постійна, ? - Коефіцієнт нелінійності.

Для варисторів з урахуванням оксиду цинку коефіцієнт нелінійності зазвичай становить 20- 60 одиниць. Коефіцієнт нелінійності характеризує крутість ВАХ і визначається ставленням статичного та диференціального опорів варистора у певній точці.

(2)

Експериментально коефіцієнт нелінійності можна оцінити за формулою

(3)

Найчастіше коефіцієнт нелінійності визначається при струмі 1 мА і 10 мА, при цьому формула (3) набуває вигляду

(4)

Однією з характеристик варистора є класифікаційна напруга (Uкл) - це напруга за певного струму. Як правило, виробники варисторів як класифікаційна напруга вказують напругу на варисторі при струмі 1мА.

У деяких випадках вказують коефіцієнт захисту варистора - це відношення напруги на варисторі при струмі 100А до напруги при 1мА струму (тобто до класифікаційної напруги). Цей коефіцієнт для варистори на основі оксиду цинку знаходиться в межах 1.4 - 1.6, і він характеризує здатність варистор обмежувати імпульси перенапруги. Іншими словами-при зростанні напруги в 1,4-1,6 рази струм збільшується в 100 000 разів (!).

Важливою характеристикою варистора є потужність розсіювання, що допускається - вона характеризує можливість розсіювати поглинається електричну енергію у вигляді тепла. Цей показник переважно визначається геометричними розмірами варистора та конструкцією висновків. Для збільшення потужності розсіювання часто застосовують потужні висновки, які грають роль своєрідного радіатора.

Варистор мають досить велику ємність, певним чином залежить від прикладеної напруги. На рис.3 показані типові вольт-фарадні характеристики варистора. Як видно з наведеного малюнка, варистор має певну ємність у робочому режимі (коли немає імпульсів напруги), а при впливі імпульсу напруги ємність варистора практично дорівнює нулю.

Рис.3 Вольтфарадні характеристики варисторів

Інформацію про напругу на варисторі в області високих струмів виробники наводять у технічних умовах. Іноді цю напругу називають напругою, що залишається. При цьому обов'язково вказують тривалість (форму) та амплітуду імпульсу струму, при впливі якого на варистор ці виміри зроблено. Напруга, що залишається, при різних амплітудах струму імпульсу можна виміряти на спеціальних імпульсних установках.

Для розрахунку застосування варисторів при грозовому розряді іноді наводять відомості про напругу на варисторі під впливом стандартного грозового імпульсу. На рис. 4 показано форму цього імпульсу, який часто називають імпульсом 8/20 мкс.

Рис.4 Форма випробувального імпульсу 8/20 мкс

У деяких випадках вказують коефіцієнт захисту варистора-це відношення напруги на варисторі при струмі 100 А до напруги при струмі 1 мА (тобто до класифікаційної напруги). Цей коефіцієнт для варистори на основі оксиду цинку знаходиться в межах 1,4-1,6, і він характеризує здатність варистор обмежувати імпульси напруги. При амплітуді струму 100 А напруга, що залишається, можна розрахувати, помноживши класифікаційну напругу (номінальне або фактичне значення) на коефіцієнт захисту. Так, наприклад, варистор з класифікаційною напругою 430 В та коефіцієнтом захисту 1,4 - 1,6 при імпульсі струму 100 А обмежить імпульсну напругу до рівня 602 - 688 В.

У Росії її найбільш масове виробництво малогабаритних варисторів організовано на Ухтинському заводі «Прогрес» |3,4,5|. Варистори виконані у вигляді дисків завтовшки до 10 мм (залежно від класифікаційної напруги). Варистор СН2-1 і ВР-1 мають дротяні односпрямовані висновки діаметром 0,8 мм (варистори СН2-1 варіанта «в» маю висновки діаметром 0,6 мм). Варистор СН2-2 варіант "А" мають штуцерні висновки з різьбленням М5, варіант "Б" має масивні висновки, що переходять у шпильки з різьбленням М5, варіант "Г" має масивні дискові висновки з різьбленням М5, а варіанти "В" і "Д" мають контактні поверхні, покриті сріблом. Для всіх варисторів класифікаційний струм становить 1 мА, температурний коефіцієнт напруги негативний трохи більше 0,05% на градус Цельсія.

Можливі причини виникнення імпульсної напруги

Імпульсні напруження можна умовно розділити внутрішні та зовнішні. Внутрішня імпульсна напруга, як правило, виникає при комутації реактивних (ємнісних, індуктивних) навантажень, при пробої та ін. Найбільшу загрозу при цьому становлять імпульси напруги, що виникає при відключенні індуктивного навантаження. У цих ситуаціях оптимальний вибір варистора не становить труднощів, необхідно лише розрахувати (або визначити експериментально) форму і тривалість імпульсів напруги. У гіршому випадку можна провести моделювання ситуацій та перевірити ефективність варісторного захисту.

Зовнішні імпульсні напруги - це ті, джерела яких знаходяться поза системою, що захищається варистором. Деякі причини таких ситуацій:

гальванічну взаємодію з джерелами високої напруги;
комутації в мережах (повне включення-вимкнення напруги, включення та відключення компенсуючих конденсаторних установок та ін);
грозові розряди (можуть завдати шкоди видаленні до 20км);
вплив індуктивності (проявляється при короткому замиканні нейтралі, особливо в мережах з протяжними кабельними з'єднаннями).

Ідентифікувати, систематизувати причини виникнення зовнішніх імпульсних напруг практично неможливо. Так фірма «Сіменс» для побутових ліній 220 В радить приймати наступні значення зовнішніх імпульсних напруг (але тільки як орієнтовні та без урахування грозових розрядів):

амплітуда-до 6 кВ;
частота - 0,05-5 МГц;
тривалість - 0,1-100 мкс.

Орієнтовні значення параметрів грозових та комутаційних імпульсів напруги в мережах різної номінальної напруги наведені також у .

Робочий режим варистора

Розрахунок робочого режиму варистора з його високої нелінійності перестав бути очевидним завданням. Мета такого розрахунку - оптимальний вибір значення класифікаційної напруги варистора. Найважливішим параметром є робочий струм, який повинен бути мінімальним і не призводити до перегріву варистора. З іншого боку, при занадто малому робочому струмі варистора збільшується напруга, обмежена варистором при виникненні імпульсу напруги і варистор, по суті, не виконуватиме свою основну функцію.

Для орієнтовних розрахунків рекомендується, щоб робоча постійна напруга не перевищувала 0,85 Uкл. і, відповідно, на змінному струмі значення робочої напруги, що діє, не перевищувало 0,6 Uкл. На жаль, такий простий підхід до вирішення задачі на практиці є малозастосовним.

У технічних умовах на варистори типу СН2-1, СН2-2 зазначено, що постійний або змінний граничний робочий струм не повинен перевищувати 0,1мА. Очевидно, що теплова потужність, що виділяється на варисторі при протіканні через нього постійного струму, буде суттєво більшою, ніж при протіканні змінного струму такої ж амплітуди. На рис.5 показана форма струму варистора при синусоїдальній напрузі.

Рис.5 Форма струму варистора при синусоїдальній напрузі

Методика вибору та встановлення варисторів

Варистори встановлюються паралельно захищається електроустаткування. У разі трифазного навантаження при з'єднанні «зіркою» вони включаються до кожної фази між фазою і землею, а при з'єднанні навантаження «трикутником» — між фазами. Найбільш переважне місце установки варисторів - відразу після комутаційного апарату з боку навантаження, що захищається. Заводом «ПРОГРЕС» випускається дуже зручний трифазний обмежувач імпульсних напруг «Імпульс-1», який є пристроєм для закріплення варисторів на електрощиті, що містить поміщені в корпус пристосування — тримачі для трьох варисторів, забезпечені висновками. Цей пристрій дозволяє легко реалізовувати схеми захисту трифазного навантаження, з'єднаного як «зіркою», так і «трикутником», а також захищати до трьох незалежних електроустановок, що живляться від однофазної мережі.

Вибір типу використовуваного варистора та визначення його класифікаційної напруги здійснюється на основі аналізу роботи варистора у двох режимах: у робочому та в імпульсному.

1. Аналіз роботи варистора в робочому режимі полягає у визначенні за таблицею 1 такого класифікаційного напруги, для якого тривала максимальна напруга на навантаженні найбільш близько до табличного значення, але не перевищує його. Дані таблиці справедливі для варисторів з граничними відхиленнями класифікаційного напруження трохи більше 10%. Максимально допустима тривала змінна напруга, що діє, для варисторів закордонного виробництва в більшості випадків вказується в складі маркування.

2. Аналіз роботи варистора в імпульсному режимі полягає у розрахунку максимальної миттєвої енергії за формулою:

де E – максимальна миттєва енергія в джоулях, P – номінальна потужність навантаження, що припадає на одну фазу (Вт), f – частота змінної напруги (Гц), ? - ККД навантаження, що захищається. Такі розрахунки зазвичай виконуються для навантажень кілька кіловат і більше.

По таблиці 2 вибирають тип варистора, що забезпечує розсіювання енергії, значення якої розраховано за наведеною формулою.

Таблиця 1 У вольтах

класифікації каційне напруга	максимально допустиме тривалий чинне змінне напруга	максимально допустиме тривалий постійне напруга	класифікації каційне напруга	максимально допустиме тривалий чинне змінне напруга	максимально допустиме тривалий постійне напруга
10	6	8	270	175	225
15	9	12	300	190	245
22	14	18	330	210	270
27	17	22	360	230	300
33	20	26	390	250	320
39	25	31	430	275	350
47	30	38	470	300	385
56	35	45	510	320	420
68	40	56	560	350	460
82	50	65	620	385	505
100	60	85	680	420	560
120	75	100	750	460	615
150	95	125	820	510	670
180	115	150	910	550	745
200	130	170	1000	625	825
220	140	180	1100	680	895
240	150	200	1200	750	1060

Таблиця 2

Класифікація ційне Напруга, В	Максимальна енергія розсіювання варисторів, Дж
Класифікація ційне Напруга, 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	—	—	—	—	—

приклад 1.Визначити марку варисторів захисту електродвигуна ВАСО16-34-24 при з'єднанні обмоток “зіркою” у мережі 0.4 кВ.

Рішення.

Т.к. обмотки з'єднані “зіркою”, кожна з них перебуває під напругою 220В. Якщо врахувати нормоване гранично допустиме відхилення напруги 15 %, то максимальна робоча напруга становитиме 253 В. З таблиці 1 видно, що умовою п.1 задовольняють варистори з класифікаційною напругою 430 В.

З паспортних даних електродвигуна відомо, що його потужність 90 кВт, ККД 91.8%, а cos? = 0.64. Розрахуємо величину максимальної миттєвої енергії:

З таблиці 2 видно, що для захисту цього електродвигуна може бути використаний варіант СН2-2 (вар. А,Г) з класифікаційною напругою 430 В з максимальною потужністю розсіювання 138 Дж.

Приклад 2. Визначити марку варистора захисту електродвигуна АО-315-УУ3 при з'єднанні обмоток “трикутником”.

При з'єднанні трикутником кожна обмотка знаходиться під напругою 380В. Якщо гранично допустиме відхилення напруги, що нормується, становитиме 15 %, то максимальна тривала напруга становитиме 437 В. З таблиці 1 видно, що умова п.1 може бути задоволена тільки при використанні варисторів з класифікаційною напругою 750 В і вище.

Потужність двигуна 200 кВт, ККД 90%, cos? = 0.92. Розрахуємо Е:

З таблиці 2 видно, що вже варистор СН2-2 750 має вищу енергію розсіювання (248 Дж), тому він і повинен використовуватися.

При використанні двофазного навантаження величину потужності не потрібно ділити на 3. Розрахунки показують, що вже варистор СН2-2 (вар. А, Г) здебільшого забезпечує захист електроустаткування потужністю до 30 кВт. Це означає, що для побутових електроприладів практично достатньо розгляду лише п.1 і застосовувати малогабаритні варистори типу СН2-1 або аналогічні. Насправді є випадки, коли величина розрахункового робочого струму не збігається з експериментальними значеннями. Як правило, це буває на змінному струмі, коли не враховують величину реактивного струму, який можна розрахувати за відомими формулами. Так реактивний струм варистора СН2-1 з класифікаційною напругою 430В (його номінальна ємність 600пФ), при встановленні в побутову мережу 220В становитиме 0,04мА (що можна порівняти з граничним робочим струмом 0,1мА).

Спільна робота варисторів

Цілком очевидно, що варистори можуть працювати при послідовному включенні - при цьому в них протікає однаковий струм, загальна напруга розділиться пропорційно опорам (у першому наближенні-пропорційно класифікаційним напругам), в цих же пропорціях розділиться енергія, що поглинається. Складніше забезпечити паралельну роботу варисторів - необхідний суворий збіг ВАХ. Це завдання можна розв'язати при послідовно-паралельній схемі включення — тобто. Варістори послідовно збираються в стовпи, а стовпи з'єднуються паралельно. При цьому шляхом підбору варисторів забезпечують збіг ВАХ стовпів варисторів. Так роблять під час створення високовольтних, потужних обмежувачів перенапруг (ГНН).

Література

ГОСТ 13109-97 Електрична енергія. Сумісність технічних засобів електромагнітна. Норми якості електричної енергії у системах електропостачання загального призначення.
Пантелєєв В.А. Вольтамперні властивості силових варисторів. У кн.: Проблеми освоєння природних ресурсів Європейської Півночі. Ухта: Вид. УІІ, 1996. с. 12 - 17.
ТУ 11-85. Варистор постійний СН2-1. Технічні умови. ОЖО.468.171.
ТУ 11-85. Варистор постійний ВР-1. Технічні умови.ОЖО.468.227.
ТУ 11-85. Варистор постійний СН2-2. Технічні умови. ОЖО.468.205.
Квасков В.Б. Напівпровідникові прилади з біполярною провідністю.-М: Енерго-атоміздат. 1988.-128 с.: іл.

У електроніці можна назвати групу компонентів, завдання яких обмеження сплесків напруги. Один із таких елементів — варистор. Найчастіше цей апарат можна зустріти у більшості хороших блоків живлення. У цій статті ми поговоримо про те, як працюють і де застосовуються варистори.

Принцип дії

Варистор - це напівпровідниковий прилад із симетричною нелінійною вольтамперною характеристикою. За її формою можна дійти невтішного висновку у тому, що варистор працює у змінному і постійному струмі. Розглянемо її докладніше.

У нормальному стані струм через варистор дуже малий, його називають . Його можна розглядати як діелектричний компонент із певною електричною ємністю і можна говорити, що він не пропускає струм. Але при певній напрузі (на картинці це + - 60 Вольт) він починає пропускати струм.

Інакше кажучи, принцип роботи варистора в захисних ланцюгах нагадує розрядник, лише напівпровідниковому приладі немає дугового розряду, а змінюється його внутрішній опір. При зменшенні опору струм з одиниць мікроампер зростає до сотень або тисяч Ампер.

Умовне графічне зображення варистора у схемах:

Позначення елемента на схемах нагадує звичайний резистор, але перекреслений по діагоналі лінією, на якій може бути нанесена буква U. Щоб знайти на платі або у схемі цей елемент – звертайте увагу на підписи, найчастіше вони позначаються як RU або VA.

Зовнішній вигляд варистора:

Варистор встановлюють паралельно ланцюги для захисту. Тому при імпульсі напруги ланцюга, що захищається - енергія надходить не в пристрій, а розсіюється у вигляді тепла на варисторі. Якщо енергія імпульсу занадто велика, варистор згорить. Але поняття згорить розмазано, варіанти розвитку два. Або варистор просто розірве на частини, або його кристал зруйнується, а електроди замкнуться коротко. Це призведе до того, що вигорять доріжки та провідники, або відбудеться загоряння елементів корпусу та інших деталей.

Щоб цього уникнути перед варистором, послідовно з усім ланцюгом на сигнальний або провід живлення встановлюють запобіжник. Тоді у разі сильного імпульсу напруги та довготривалого спрацьовування чи перегорання варистора згорить і запобіжник, розірвавши ланцюг.

Якщо сказати коротко, для чого потрібен такий компонент — його властивості дозволяють захистити електричний ланцюг від згубних сплесків напруги, які можуть виникати як на інформаційних лініях, так і електричних лініях, наприклад, при комутації потужних електроприладів. Ми обговоримо це питання трохи нижче.

Пристрій

Варістори влаштовані досить просто - всередині є кристал напівпровідникового матеріалу, найчастіше це Оксид Цинку (ZiO) або Карбід Кремнію (SiC). Пресований порошок цих матеріалів піддають високотемпературній обробці (запікають) та покривають діелектричною оболонкою. Зустрічаються або у виконанні з аксіальними висновками для монтажу в отвори на друкованій платі, а також у SMD-корпусі.

На малюнку нижче наочно зображено внутрішній пристрій варистора:

Основні параметри

Щоб правильно підібрати варистор, потрібно знати його основні технічні характеристики:

Класифікаційна напруга може позначатися як Un. Це така напруга, при якій через варистор починає протікати струм силою 1 мА, при подальшому перевищенні струм лавиноподібно збільшується. Саме цей параметр вказують у маркуванні варистора.
Номінальна розсіювана потужність P. Визначає, скільки може розсіяти елемент із збереженням своїх характеристик.
Максимальна енергія одиночного імпульсу W. Вимірюється у Джоулях.
Максимальний струм імпульсу Ipp. При тому, що фронт наростає протягом 8 мкс, а загальна його тривалість - 20 мкс.
Місткість у закритому стані - Co. Так як у закритому стані варистор є подобою конденсатора, адже його електроди розділені непровідним матеріалом, то у нього є певна ємність. Це важливо, коли пристрій застосовується у високочастотних ланцюгах.

Також виділяють і два види напруги:

Um~ — максимальна діюча або середньоквадратична змінна;
Um = - максимальне постійне.

Маркування та вибір варистора

На практиці, наприклад, при ремонті електронного пристрою доводиться працювати з маркуванням варистора, зазвичай вона виконана у вигляді:

20D 471K

Що це таке та як зрозуміти? Перші символи 20D – це діаметр. Чим він більший і чим товстіший — тим більшу енергію може розсіяти варистор. Далі 471 - це класифікаційна напруга.

Можуть бути й інші додаткові символи, які зазвичай вказують на виробника або особливість компонента.

Тепер давайте розберемося як правильно вибрати варистор, щоб він правильно виконував свою функцію. Щоб підібрати компонент, потрібно знати в ланцюзі з якою напругою та родом струму він працюватиме. Наприклад, можна припустити, що для захисту пристроїв, що працюють у ланцюзі 220В потрібно застосовувати варистор із класифікаційною напругою трохи вище (щоб спрацьовував при значних перевищеннях номіналу), тобто 250-260В. Це в корені не так.

Справа в тому, що в ланцюгах змінного струму 220В - це значення, що діє. Якщо не заглиблюватися в подробиці, то амплітуда синусоїдального сигналу в корінь з 2 разів більша за чинне значення, тобто в 1,41 разу. В результаті амплітудна напруга в наших розетках дорівнює 300-310 Ст.

240 * 1,1 * 1,41 = 372 Ст.

Де 1,1 – коефіцієнт запасу.

При таких розрахунках елемент почне спрацьовування при стрибку напруги, що діє, більше 240 Вольт, значить його класифікаційна напруга повинна бути не менше 370 Вольт.

Нижче наведені типові номінали варисторів для мереж змінного струму з напругою:

100В (100~120) - 271k;
200В (180-220) - 431k;
240В (210~250) - 471k;
240В (240~265) - 511k.

Застосування у побуті

Призначення варисторів - захист ланцюга при імпульсах та лінії. Ця властивість дозволило розглянутим елементам знайти своє застосування як захист:

ліній зв'язку;
інформаційних входів електронних пристроїв;
силових ланцюгів.

У більшості дешевих блоків живлення не встановлюють жодних захистів. А ось у хороших моделях на вході встановлюють варистори.

Крім того, всі знають, що комп'ютер потрібно підключати до живлення через спеціальний подовжувач із кнопкою — . Він не тільки фільтрує перешкоди, у схемах нормальних фільтрів також встановлюють варистори.

Всі, хто стикався з радіоелектронною апаратурою, напевно, звернули увагу, що назва більшості електронних компонентів закінчується на «стор». Резистор, транзистор, тиристор, стабістор.

Розглянемо ще один компонент електронних схем. Він називається варистор і являє собою резистор, опір якого змінюється в залежності від величини напруги, що подається.

Varistor (Variable Resistor) так і перекладається - опір, що змінюється. А ось так варистор позначається на важливих схемах.

Англійська буква U поруч із похилою рисою свідчить про те, що опір електронного компонента залежить від напруги. На схемах варистор зазвичай маркується двома літерами. RU , а потім ставиться порядковий номер варистора у схемі (1, 2, 3...).

Варистор є напівпровідниковим приладом, виготовленим із порошку карбіду кремнію (SiC) або окису цинку (ZnO) методом пресування. У варистора симетрична та нелінійна вольт-амперна характеристика, тому він може застосовуватися в ланцюгах постійного та змінного струму. Варистори мають вкрай корисну для електричних ланцюгів якість. Вони здатні різко змінювати свій опір при перевищенні напругою певного порога спрацьовування.

У разі виникнення імпульсу напруги, здатної вивести з ладу електронний пристрій, варистор практично миттєво змінює свій опір від сотень МОм до десятків Ом, тобто закорочує ланцюг живлення, тому перед варистором завждиставиться простий плавкий запобіжник.

Раніше для таких захисних цілей ставилися газонаповнені розрядники, але їхня швидкодія та надійність не йдуть у жодне порівняння з параметрами варисторів. Наприклад, дисковий варистор без висновків і впаиваемый безпосередньо в друковану плату має час спрацьовування не перевищує кількох наносекунд.

Варистор підключається паралельно до ланцюга живлення. За відсутності небезпечних імпульсів напруги струм, що протікає через нього, має невелику величину і варистор не впливає на роботу схеми, тому що є діелектриком.

Якщо виник імпульс перенапруги, варистор із-за нелінійності характеристики зменшує свій опір практично до нуля. Навантаження шунтується, а поглинена енергія розсіюється як тепла. Варистор не має інерції, тому після «зрізання» імпульсу він миттєво знову набуває дуже великого опору.

Якщо імпульс перенапруги був дуже великий і сильний, то варистор виходить з ладу. Іноді його корпус тріскається, або навіть взагалі розколюється на кілька частин.

Буває, що варистор дуже рятує при неполадках в електромережі, тому що приймає високовольтний імпульс на себе і сприяє якнайшвидшому розриву ланцюга. У цьому переважна більшість схеми залишається неушкодженою. На фото блок живлення від проектора, який вийшов із ладу після стрибка напруги в електромережі 220V.

Після заміни плавкого запобіжника роботу проектора було повністю відновлено. Жодного складного ремонту, окрім заміни запобіжника і самого варистора, не знадобилося. Ось так одна невелика деталь може врятувати дорогий прилад.

Параметри варісторів.

Основні параметри варисторів:

Класифікаційна напруга варістора (Varistor Voltage). Це величина напруги, у якому через варистор протікає струм величиною 1 mA. Цей параметр не є робочим і є умовним. При підборі варистора слід звертати увагу на параметри, про які йтиметься далі;

Максимально допустима змінна напруга (Maximum Allowable Voltage – ACrms). Для варисторів вказується середньоквадратичне значення змінної напруги (rms). Це величина змінної напруги, у якому варистор " спрацьовує " і починає пропускати крізь себе струм, виконуючи свої захисні функції;

Максимально допустима постійна напруга (Maximum Allowable Voltage – DC). Теж, що й максимально допустима змінна напруга для постійного струму. Як правило, величина цього параметра більша, ніж для змінного струму. Вказується також у вольтах (V);

Максимальна напруга обмеження (Maximum Clamping Voltage). Це максимальне напруження, яке здатне витримати варистор без пошкодження. Як правило обумовлюється для конкретної величини струму, що протікає через варистор. При перевищенні напруги обмеження варистор виходить із ладу. Корпус варистора при цьому розтріскується надвоє або розлітається на шматки.

Максимальна енергія, що поглинається в джоулях (Дж). Це величина максимальної енергії імпульсу, яку може розсіяти варистор як тепла без загрози руйнації самого варистора;

Час спрацьовування - час, за який варистор переходить з високоомного стану в низькоомне при перевищенні максимально допустимої напруги. Для поширених варисторов це значення становить кілька десятків наносекунд (нс). Наприклад, 25 нс.

Допустиме відхилення (Varistor Voltage Tolerance) – допустиме відхилення кваліфікаційної напруги варистора. Вказується у відсотках – %. Можливо ±5%, ±10%, ±20% тощо. У маркуванні імпортних варисторів значення допуску зашифровується у маркуванні варистора буквою. Наприклад, для варисторів фірми Joyin прийнято таке позначення: K – ±10%, L – ±15%, M – ±20%, P – ±25%. Таким чином, для варистора типу JVR-07N391 K - Відхилення становить не більше ±10%.

При підборі варисторів для електронних схем краще звертатись до довідкового листка (даташиту) на конкретний варистор. Це буде більш розумним рішенням, так як на корпус імпортних варисторів наноситиметься лише величина кваліфікаційної напруги, за якою досить складно судити про параметри захисного елемента.

Застосування варисторів.

Для звичайної мережі 220 вольт встановлюють захисні варистори з напругою спрацьовування 275 – 420 вольт. Ось приклад надійно захищеного мережевого фільтра.

Цей мережевий фільтр захищають три варистори. Тобто надійно блокується проникнення імпульсу як по фазової ланцюга, а й у ланцюга нуля. Варистор RU1 стоїть між фазою та нульовим провідником. Він здійснює основний захист. Два інших RU2 та RU3 підключаються між фазою та землею та між нулем та землею. Дуже часто буває ситуація, коли на цілій вулиці у всіх користувачів вийшла з ладу вся електронна побутова апаратура. Про такі випадки були навіть телепередачі, коли тисячі людей не могли розібратися, на кого писати заяву до суду.

А вся справа в тому, що на лінії електропостачання, що живить допустимо вулицю або мікрорайон, замість фази і нуля по обох проводах пішла фаза. Це майже вірна смерть для незахищеної побутової апаратури. Тобто між проводами N і PE, якщо все нормально, напруги не повинно бути. У разі появи фази на дроті N варистор RU2 благополучно зашунтує блок, що захищається. Це один із прикладів використання варисторів у ланцюгах живлення побутової електронної апаратури.

Мініатюрні багатошарові варистори вже давно використовуються у схемах мобільних телефонів та захищають їх від статичної електрики. Так само варистори використовуються для надійного захисту комп'ютерних роз'ємів та висновків мікропроцесорів від тієї ж статики. Варістори активно застосовуються в автомобільній електроніці та телекомунікаційному устаткуванні.

Варістор можна зустріти у вхідних ланцюгах блоків живлення . Ось фото варистора 391KD14 на платі блоку живлення, що резервується.

А тут варистор FNR-14K391 встановлений у схему охоронного приладу "Граніт" для захисту блоку живлення від сплесків напруги в електромережі 220V.

Виявити варистор можна і на платах електронного баласту для люмінесцентних ламп. На фото показаний варистор MYG-10K471, встановлений у схему електронного пуско-регулюючого апарату (ЕПРА) для чотирьох лінійних люмінесцентних ламп. На платі він позначений як RU.

Варистор для захисту побутової електроніки зазвичай випускаються у вигляді диска з двома висновками. Чим більший діаметр диска, тим потужніший імпульс напруги здатний погасити варистор. Потужність імпульсу чи енергію, яку здатний "погасити" варистор зазвичай вимірюють у джоулях (Дж).

Ось, наприклад, кілька варісторів. Значення діаметра варистора в міліметрах, як правило, вводиться в маркування самого варистора, наприклад, JVR- 07 N391K (діаметр – 7 мм).

Діаметр найбільшого варистора типу MYG-14K391, зображеного на фотографії – 14 мм. (~70 Дж), трохи менше варистор MYG-10K471 - 10 мм. (~45 Дж), а невеликого JVR-07N391K - 7 мм. (~30 Дж).

У дужках вказано величину енергії поглинання в джоулях (Дж). Як бачимо, варистор, що володіє найбільшим діаметром 14 мм. здатний погасити енергію небезпечного імпульсу 70 джоулів, тоді як найменший варистор діаметром 7 мм. здатний погасити лише 30 джоулів. Таким чином, за величиною діаметра варистора можна побічно судити про його максимальну енергію поглинання. Зрозуміло, що електронні схеми краще встановлювати варисторы, розраховані велику енергію поглинання. Також рекомендується встановлювати в схему по два однакові варистори, включені паралельно.

Також існують варистори і для SMD монтажу. На вигляд вони нагадують SMD діоди і тому їх досить складно відрізнити.

До варисторів вітчизняного виробництва належать вироби марки СН2-1А, СН1-2-1, ВР-4В та ін.

Звичайно, у варисторів є недоліки, але вони не такі значні, порівняно з газорозрядними приладами. Насамперед, варистори мають досить великі шуми на низькій частоті, а також змінюють свої параметри з часом і від впливу температури.

Серед захисних компонентів крім варистора існує ще один електронний компонент - супресор. Це так званий захисний діод чи трансіл. За своїми функціями (але не пристрою!) він чимось схожий на варистор, але має велику швидкодію і, як правило, використовується в низьковольтних ланцюгах.

Крім малопотужних варисторів, які застосовуються для захисту побутової апаратури, промисловість випускає дуже потужні варистори на великі напруги та струми. Вони використовуються на трансформаторних підстанціях і завжди включаються до системи грозозахисту.

При встановленні варисторів у саморобні конструкції слід мати на увазі, що іноді, при виникненні критичних умов варистори можуть «вибухати» і щоб запобігти монтажу та інших радіоелектронних компонентів від наслідків такого «вибуху» їх намагаються поміщати в захисні екрани. Якщо порівнювати варистори з карбіду кремнію і оксиду цинку, то, на думку фахівців, другі краще.

Varistors(назва утворена від двох слів Variable Resistors - мінливі опори) - це напівпровідникові (металооксидні або оксидноцинкові) резистори, які мають властивість різко зменшувати свій опір з 1000 МОм до десятків Ом при збільшенні на них напруги вище граничної величини. В цьому випадку опір стає тим меншим, чим більше діє напруга. Типова вольт-амперна характеристика варистора має різко виражену нелінійну симетричну форму, тобто він може працювати і на змінній напрузі. Варистор повинен захищати підключену до мережі електроапаратуру від перенапруг – це його основне завдання. У мережі можуть з'являтися як короткочасні високовольтні імпульси напруги, а й довгострокове підвищення напруги до 380В. При тривалих перенапругах, наприклад при перекос фаз при використанні на іншій фазі зварювального апарату, варистор повинен витримати перенапругу і не зруйнуватися до моменту спрацьовування захисного апарату або запобіжника, що стоїть перед ним. Зі збільшенням напруги зростає струм через варистор, різко збільшуючись до номінального значення варистора. Електрофізична кераміка широко використовується в електротехніці високої напруги. Приклад тому – варистори – основа пристроїв захисту електромереж від комутаційних та грозових перенапруг. Оксидно-цинкові варистори (ОЦВ) – найбільш популярний вид. Вони виготовляються з полікристалічної багатокомпонентної системи, до складу якої, поряд з оксидом цинку (Zn0), входять оксиди вісмуту (Bi2O3), сурми (Sb2O3), кобальту (Co3O4), марганцю (MnO2), хрому (Cr2O3).

Ось такі бувають варистори:

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)

Варистори встановлюються паралельно захищається електроустаткування. У разі трифазного навантаження при з'єднанні "зіркою" вони включаються до кожної фази між фазою і землею, а при з'єднанні навантаження "трикутником" - між фазами. Найбільш переважне місце установки варисторів - відразу після комутаційного апарату з боку навантаження, що захищається. Заводом "ПРОГРЕС" випускається дуже зручний трифазний обмежувач імпульсних напруг "Імпульс-1", який є пристроєм для закріплення варисторів на електрощиті, що містить поміщені в корпус пристосування - тримачі для трьох варисторів, забезпечені висновками. Цей пристрій дозволяє легко реалізовувати схеми захисту трифазного навантаження, з'єднаного як "зіркою", так і "трикутником", а також захищати до трьох незалежних електроустановок, що живляться від однофазної мережі.

Вибір типу використовуваного варистората визначення його класифікаційної напруги здійснюється на основі аналізу роботи варистора у двох режимах: у робочому та в імпульсному.

1. Аналіз роботи варистора в робочому режимі полягає у визначенні за таблицею 1 такого класифікаційного напруги, для якого тривала максимальна напруга на навантаженні найбільш близько до табличного значення, але не перевищує його. Дані таблиці справедливі для варисторів з граничними відхиленнями класифікаційного напруження трохи більше 10%. для варисторів зарубіжного виробництва найчастіше вказується у складі маркування.

2. Аналіз роботи варистора в імпульсному режиміполягає у розрахунку максимальної миттєвої енергії за формулою:

E=P*tg(phi)/2п*f*n

де E - максимальна миттєва енергія в джоулях, P - номінальна потужність навантаження, що припадає на одну фазу (Вт), f - частота змінної напруги (Гц), n - ККД навантаження, що захищається. Такі розрахунки зазвичай виконуються для навантажень кілька кіловат і більше.

Таблиця 1 У вольтах

максимально допустима тривала діюча змінна напруга	класифікаційна напруга	максимально допустима тривала діюча змінна напруга	максимально допустима тривала постійна напруга

Таблиця 2

Класифікація	Максимальна енергія розсіювання варисторів, Дж
ційне нап- ряження,

Тільки майте на увазі деякі виробники пишуть варисторах класифікаційна напруга варистора, а деякі значення змінного струму.

На варисторах російського виробництва пишеться класифікаційне напруження.

Основними параметрами, які використовують при описі характеристик варисторів, є:

Un - класифікаційна напруга, що зазвичай вимірюється при струмі 1 мА, - це умовний параметр, який вказується при маркуванні елементів;

Um – максимально допустима змінна, що діє

напруга (середньоквадратична);

Um= - максимально допустима постійна напруга;

Р - номінальна середня потужність, що розсіюється, це та, яку варистор може розсіювати протягом всього терміну служби при збереженні параметрів у встановлених межах;

W - максимальна допустима енергія, що поглинається в джоулях (Дж), при впливі одиночного імпульсу. Від цієї величини залежить, наскільки довго може діяти навантаження (з максимальною потужністю Рт) без небезпеки пошкодити варистор.

Номінальна напруга визначає максимально можливу напругу, яка може бути застосована до варистора. Перевищити номінальну напругу може лише нетривалий імпульс перенапруги, саме струм перевантаження (імпульсний) Imax і енергія імпульсу Wmax. Працюючи варистора щодо нього застосовуються амплітуда і кількість імпульсів, як і є характеристикою імпульсів стандартної форми.

Wmax – енергія, що розсіюється варистором, коли через нього протікає імпульс струму 10/1000. Характеристика Pmax повинна бути на увазі, коли варистор не справляється з розсіюванням тепла в паузах між прикладеними імпульсами струму і перегрівається. В цілому Pmax залежить від розміру та конструкції висновків варистора.

Позначення варисторів:

Цифра до букв це діаметр варистора мм. Цифри після літер це напруга 431 = 430в, 471 = 470в. Буває часто пишуть маркування без літер. Типу 7271, 10751.

Приклади: захист від стрибків напруги в ДБЖ ХВОХ-360 з Англії де 240в, стояло 2 паралельно варистора на 431 (430в).

Варистор в ДБЖ на 120в від ігрової приставки WII зі США стояв 7Z271 на 270в.

Варистор в ДБЖ на 220В від DVD плеєра для Росії стояв 10Z471 на 470В.

Варистор в ДБЖ на 220в від CRT-телевізора Samsung 21" стояв TVR10751 (750в).

Типове значення часу спрацьовування варисторів при впливі перенапруги становить трохи більше 25 нс, але захисту деяких видів устаткування може виявитися недостатньо (для електростатичного захисту необхідно трохи більше 1 нс). Тому вдосконалення технології виготовлення варисторів у всьому світі спрямоване на підвищення їхньої швидкодії. Так, наприклад, фірмі "S+M Epcos", завдяки застосуванню при виготовленні варисторів багатошарової структури SIOV-CN та їх SMD-виконання (безвивідна конструкція для поверхневого монтажу), вдається домогтися часу спрацьовування менше 0,5 не (при розміщенні таких елементів на друкованій платі для отримання зазначеної швидкодії вже необхідно мінімізувати індуктивність зовнішніх з'єднувальних провідників). У дисковій конструкції варисторів за рахунок індуктивності висновків час спрацьовування збільшується до кількох наносекунд.

Для мережі з діючою напругою 220 В (50 Гц) зазвичай встановлюють варистори з класифікаційною напругою не нижче 380 ... 430 В. Для варистора з класифікаційною напругою 430 при імпульсі струму 100 А напруга буде обмежена на рівні близько 600 В.

Варистор можна з'єднувати послідовно і паралельно, вони опір нелінійне, напруга з-поміж них саме вирівняється. По суті варистор можна вважати двостороннім (залежним від полярності) стабілітроном, тільки з більш м'якою характеристикою. Наприклад потрібно отримати варистор на 360В, при цьому візьмемо два по 180В і з'єднаємо їх послідовно! Для збільшення потужності варистора з кількох невеликих, можна отримати потужну збірку, з'єднавши їх паралельно, проте треба врахувати, що існує певний розкид параметрів класифікаційних напруг у кожного варистора зі збірки, тому застосування одного потужнішого варистора краще. Щоб забезпечити нормальну паралельну роботу варисторів - необхідний суворий збіг ВАХ. Це завдання можна розв'язати при послідовно-паралельній схемі включення - тобто. Варістори послідовно збираються в стовпи, а стовпи з'єднуються паралельно. При цьому шляхом підбору варисторів забезпечують збіг ВАХ стовпів варисторів. Так роблять під час створення високовольтних, потужних обмежувачів перенапруг (ГНН).

Частою причиною виходу з ладу обладнання, наприклад, блоків живлення є наявність в мережі імпульсів перенапруги. Вони можуть бути викликані різними електромагнітними перешкодами, пов'язаними з грозовими розрядами, або з комутацією та розрядами індуктивних та ємнісних елементів ланцюга, а також відповідними перехідними процесами.

Varistors (назва утворена від двох слів Variable Resistors — змінні опори) — це напівпровідникові (металооксидні або оксидноцинкові) резистори, які мають властивість різко зменшувати свій опір з 1000 МОм до десятків Ом при збільшенні на них напруги вище граничної величини. В цьому випадку опір стає тим меншим, чим більше діє напруга. Типова вольт-амперна характеристика варистора має різко виражену нелінійну симетричну форму (рис. 1.4), тобто він може працювати і на змінній напрузі.

Мал. 1.4. Вольт-амперна характеристика варистора

Варистор приєднують паралельно навантаженню, і при кидку вхідної напруги основний струм перешкоди протікає через них, а не через апаратуру.

Таким чином, варистори розсіюють енергію перешкоди у вигляді тепла. Так само, як і газорозрядник, варистор є елементом багаторазової дії, але значно швидше відновлює свій високий опір після зняття напруги.

Перевагою варисторів, У порівнянні з газрядниками, є:

Більша швидкодія;

Безінерційне відстеження перепадів напруги;

Випускаються більш широкий діапазон робочих напруг (від 12 до 1800 У); про тривалий термін експлуатації;

Мають нижчу вартість.

Вони широко застосовуються в промисловому устаткуванні та приладах побутового призначення:

а) для захисту напівпровідникових приладів: тиристорів, симісторів, транзисторів, діодів, стабілітронів;

б) для електростатичного захисту входів радіоапаратури;

в) для захисту від електромагнітних сплесків у потужних індуктивних елементах;

г) як елемент іскрогашення в електромоторах та перемикачах.

Типове значення часу спрацьовування варисторів при впливі перенапруги становить трохи більше 25 не, але захисту деяких видів устаткування може виявитися недостатньо (для електростатичного захисту необхідно трохи більше 1 не). Тому вдосконалення технології виготовлення варисторів у всьому світі спрямоване на підвищення їхньої швидкодії. Так, наприклад, фірмі "S+M Epcos", завдяки застосуванню при виготовленні варисторів багатошарової структури SIOV-CN та їх SMD-виконання (безвивідна конструкція для поверхневого монтажу), вдається домогтися часу спрацьовування менше 0,5 не (при розміщенні таких елементів на друкованій платі для отримання зазначеної швидкодії вже необхідно мінімізувати індуктивність зовнішніх з'єднувальних провідників). У дисковій конструкції варисторів за рахунок індуктивності висновків час спрацьовування збільшується до кількох наносекунд.

Малий час спрацьовування, висока надійність, відмінні пікові електричні характеристики в широкому діапазоні робочої температури при малих розмірах ставлять багатошарові варистори на перше місце, вибираючи елементи захисту від статичних зарядів.

Мал. 1.5. Зовнішній вигляд варисторів

Наприклад, у галузі виробництва стільникових телефонів багатошарові варистори можна вважати вже стандартом у захисті від статичної електрики. CN-варистори можуть надійно захищати від статичних розрядів: клавіатури, роз'єми для підключення факсу та модему, з'єднувачі зарядних пристроїв, входи інтегральних аналогових мікросхем, висновки мікропроцесорів.

Основними параметрами, які використовують при описі характеристик варисторів, є:

Um – максимально допустима змінна, що діє

напруга (середньоквадратична);

Um = - максимально допустима постійна напруга;

Р — номінальна середня потужність, що розсіюється, це та, яку варистор може розсіювати протягом усього терміну служби при збереженні параметрів у встановлених межах;

W — максимальна допустима енергія, що поглинається в джоулях (Дж), при впливі одиночного імпульсу. Від цієї величини залежить, як довго може діяти навантаження (з максимальною потужністю Рт) без небезпеки пошкодити варистор, тобто:

Ipp - максимальний імпульсний струм, для якого час наростання/тривалість імпульсу: 8/20 мкс;

З - ємність, виміряна в закритому стані, при роботі її значення залежить від прикладеної напруги, і коли варі-стор пропускає через себе великий струм, вона падає до нуля.

Для застосування робоча напруга у варисторів вибирається виходячи з допустимої енергії розсіювання та максимально допустимої амплітуди напруги. Напруга обмеження приблизно дорівнює кваліфікаційному напрузі (Un) варистора. Для орієнтовних розрахунків рекомендується, щоб на змінній напрузі вона не перевищувала Uвх<= 0,6Un, а на постоянном — Uвх < 0,85Un.

У Росії найбільшим виробником варисторів (СН2-1, ВР-1, СН2-2) є завод «Прогрес» (м. Ухта). Параметри деяких із них наведено у табл. 1.2.

Таблиця 1.2. Основні параметри варисторів вітчизняного виробництва


варистора

Примітка. Місткість для вітчизняних варисторів не вказується.

З усієї різноманітності варісторів, що випускаються за кордоном, параметри одного з типів, що мають дискову конструкцію, наведені в табл. 1.3 (інші типи мають близькі параметри). Вони випускаються на робочі напруги від 4 до 1500 В з невеликим кроком, але у продажу ви навряд чи знайдете всі номінали з ряду (у разі потреби можна замовити їх виготовлення на будь-яку напругу для постачання великих партій), але зазвичай можна використовувати найближчі номінали з ряду у бік збільшення напруги.

Таблиця 1.3. Основні параметри дискових варисторів серії TVR

варистора

Для підвищення розсіюваної потужності варистори можна включати послідовно (або паралельно, якщо підбирати їх за ідентичними параметрами). Розміри варисторів залежать від потужності, але так як такі елементи працюють при імпульсному перевантаженні, частіше вказують енергію, що розсіюється в джоулях:

яка пов'язана з потужністю співвідношенням:

Для вибору варистора з необхідною енергією розсіювання для захисту навантажень, що споживають потужність понад 1…2 кВт, у практичних розрахунках можна керуватися наведеною у формулі:

де W - максимальна миттєва енергія в джоулях;

Р - номінальна потужність навантаження, що припадає на одну фазу, Вт;

а - коефіцієнт нелінійності варистора;

f - Частота змінної напруги, Гц;

n - ККД навантаження, що захищається.

Максимально допустиме значення розсіюваної енергії у застосованого варистора має перевищувати цю величину.

Так як перегрів варистора призводить до його пошкодження, випускаються такі елементи і з унікальними властивостями, наприклад, що мають температурний захист - розмикаючий механічний контакт в ланцюгу, що захищає, що значно підвищує надійність роботи вузла.

Порівняння основних характеристик варисторів різних типів можна знайти в Інтернеті [Л 12]. Суть його полягає в тому, що вітчизняні виробники випускають компоненти за технічними параметрами не гірше, ніж це роблять за кордоном (щоправда, придбати їх радіоаматору набагато складніше — у продажу частіше можна зустріти імпортні).

Як основний недолік варистора можна відзначити його велику власну ємність, яка вноситься в ланцюг. Залежно від конструкції, типу та номінальної напруги ця ємність може становити від 80 до 30000 пФ. Втім, для деяких застосувань велика ємність може бути гідністю, наприклад у фільтрі, що поєднує в собі функцію обмеження напруги (для таких застосувань можна замовити виготовлення варисторів з підвищеною ємністю). Другим недоліком є менша максимальна допустима потужність, що розсіюється, порівняно з розрядниками (для збільшення потужності розсіювання виробники збільшують розміри корпусу варистора).

Застосовуючи гальванічні елементи живлення апаратури, слід пам'ятати, що довговічність роботи залежить від умов зберігання та величини струму, який споживає пристрій. Так, зберігати елемент чи батарею необхідно в…….

Американські радіоаматори використовують такі викличні частоти для DX-експедицій (у кГц): 1828.5, 3505, 7005, 7065,10110, 14025, 14195, 18075, 18145, 21029, 2 5, 28495 -і викликові частоти для QRP -станцій (в…….