Варисторная защита: Варисторная защита, искрогасящие цепи, назначение, технические характеристики, схемы применения.

Содержание

Варисторная защита, искрогасящие цепи, назначение, технические характеристики, схемы применения.

Назначение. Для защиты электрической сети от перенапряжения существуют различные приборы, выпускаемые промышленностью в разных странах. А для защиты от кратковременных бросков элементов схем, которые происходят в сети по различным причинам, применяют так называемые варисторы, у которых вольт-амперная характеристика резко меняется при прикладывании к нему величины напряжения, свыше определенного значения на которой рассчитан прибор.

 В повседневной жизни обычно мы не обращаем внимания, какие проблемы испытывает наше современное электронное оборудование, включенное в электрическую сеть. Для нормального функционирования приборов необходимо качественное напряжение, как по величине, частоте, так и по форме напряжения. Наше современная электронное оборудование стоит достаточно дорого, оно не всегда может противостоять скачкам напряжения, помехам возникающим в сети, поэтому вопросу защиты оборудование от подобного рода воздействий необходимо уделять внимание. Для защиты электронной техники применяются, ограничители перенапряжения, сетевые фильтры, стабилизаторы напряжения.

Из статьи авторы: Трегубов С.В., к.т.н.Пантелеев В.А., к.т.н.Фрезе О.Г

Применение варисторной защиты, искрогасящие цепи

..Причиной возникновения грозовых импульсов напряжения являются удары молнии в электроустановку или вблизи нее.
По данным материалов полученных в США значения напряжения коммутационных импульсов даже в бытовых сетях могут достигать 20 кВ. Примерно такие же данные приводят японские, французские и другие исследователи. Исследования, проведенные нами по эксплуатации промышленного электрооборудования в сетях 0.4 кВ, позволяют утверждать, что, например, при тяжелых условиях коммутации силовых электродвигателей значение напряжения коммутационных импульсов может превышать 70 кВ. Нет необходимости говорить о последствиях такого воздействия на электрооборудование. Положение часто осложняется тем, что во многих случаях эксплуатация электрических машин производится в тяжелых условиях (загрязнение, увлажнение изоляции, частые пуски и остановки агрегатов), что обуславливает особую уязвимость изоляции электрооборудования из-за ее ускоренного износа и уменьшения электрической прочности.

Для защиты оборудования от импульсных напряжений в разных странах применяются вентильные разрядники, RC-цепочки, LC-фильтры и т.д. Однако в последние десятилетия во всем мире наиболее эффективным (и дешевым) средством защиты от импульсных напряжений любого вида признано использование нелинейных полупроводниковых резисторов, называемых варисторами. Отличительной чертой варистора является симметричная и резко выраженная нелинейная вольтамперная характеристика (ВАХ — см. рис.1).

За счет этого варисторы позволяют просто и эффективно решать задачи защиты различных устройств от импульсных напряжений. Основной принцип действия варистора весьма прост. Варистор включается параллельно защищаемому оборудованию, т.е. при нормальной эксплуатации он находится под действием рабочего напряжения защищаемого устройства. В рабочем режиме (при отсутствии импульсных напряжений) ток через варистор пренебрежимо мал, и поэтому варистор в этих условиях представляет собой изолятор.

При возникновении импульса напряжения варистор в силу нелинейности своей характеристики резко уменьшает свое сопротивление до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее, и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. В этом случае через варистор кратковременно может протекать ток, достигающий нескольких тысяч ампер. Так как варистор практически безынерционен, то после гашения импульса напряжения он вновь приобретает очень большое сопротивление. Таким образом, включение варистора параллельно электрооборудованию не влияет на его работу в нормальных условиях, но «срезает» импульсы опасного напряжения, что полностью обеспечивает сохранность даже ослабленной изоляции (см. рис 2).

Наиболее широкое применение находят варисторы на основе оксида цинка, что обусловлено, во-первых, относительной простотой их изготовления и, во-вторых, хорошей способностью оксида цинка поглощать высокоэнергетические импульсы напряжения. Варисторы изготавливают по обычной «керамической» технологии, включающей в себя прессование варисторов (чаще всего имеющих форму диска или шайбы), их обжиг, нанесение электродов, пайку выводов и нанесение электроизоляционных и влагозащитных покрытий. Такая технология в ряде случаев позволяет предприятиям-изготовителям выпускать варисторы по индивидуальным заказам…

Технические характеристики

Для получения информации о характеристиках используемых варисторных защит, приводим данные выпускаемых изделий промышленностью.
Устройством защиты от импульсного перенапряжения АЛЬБАТРОС-220/500 АС обеспечивается:

  • Защита от импульсного, быстротекущего перенапряжения амплитудой до 10 кВ без перегорания предохранителя;
  • Защита от импульсного аварийного значительного превышения напряжения, в этом случае происходит перегорание одного или обоих предохранителей.
Номинальное напряжение питания нагрузки, В 220 (+10/-15%)
Номинальная мощность нагрузки, Вт 500
Наибольший импульсный разрядный ток (импульс 8/20 мкс)*, кА 10
Скорость срабатывания защиты, нс, не более 25
Температурный диапазон эксплуатации, °C -40… +40
Габаритные размеры, мм, не более 50х44х30
Масса, кг, не более 0,02

* 8 мкс — длительность нарастания импульса; 20 мкс — длительность спада импульса.

По теме полезное. Схема подключения варистора в сетевом фильтре. Советы: Схемы подключения

Варисторная защита от высоковольтных разрядов

В каждом доме есть дорогостоящая электронная техника. Любые приборы на полупроводниковых элементах имеют слабую изоляцию. Так что небольшое повышение напряжение может сжечь электронику. Часто изменение напряжения в бытовых сетях происходит импульсно, то есть напряжение резко повышается на доли секунды, а потом возвращается до нормального уровня.

Импульсы напряжения бывают грозовые и коммутационные.

Грозовые скачки напряжения появляются при ударах молний прямо в электроустановку или линию передачи, или же близко возле них. Грозовые разряды могут причинить вред бытовым сетям, даже если удар в электросеть произойдет на удалении до 20 км.

Коммутационные скачки напряжения создаются при коммутации электрооборудования с реактивными элементами. То есть при включении оборудования, которое построено с использованием большого количества конденсаторов, а также имеет мощные катушки индуктивности и трансформаторы.

Самые высокие коммутационные скачки напряжения создают электродвигатели и конденсаторные батареи.

Для обеспечения надежной защиты от импульсных напряжений должны быть обеспечены три ступени защиты в сетях до 1000 В. В каждой ступени защиты применяются разные по конструкции и по параметрам устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Первая ступень защиты должна быть установлена на понижающей подстанции или непосредственно у входа в здание. В качестве УЗИП применяются чаще всего разрядники иногда и мощные варисторы.

Режимы работы УЗИП первой ступени самые тяжелые – величины импульсных токов 25-100 кА, крутизна фронта волны 10/350 мкс, длительность фронта волны 350 мкс. Быстросъемные УЗИП с ножевыми контактами здесь практически не применяются. Потому что импульсные токи величиной 25-50 кА, при разряде молний, создают огромные электродинамические силы, которые легко вырывают съемные части устройства. Кроме того, при разрывании соединения, через воздушный зазор зажигается плазменная дуга, разрушающая ножевые контакты.

Наиболее предпочтительно на первом участке применять воздушные разрядники. Тем более что серийно варисторы для импульсных токов свыше 20 кА не выпускаются. Так как мощные варисторы делаються с большими выводами, которые выполняют роль радиаторов, рассеивая чрезмерное тепло.

Вторая ступень защиты необходима для удаления остаточных, меньших по амплитуде, импульсов после первой ступени. Каждый хозяин дома сам определяет, нужна эта ступень защиты или нет. Устанавливается защита на вводе электричества в дом, в отдельном электрощите.

В качестве УЗИП для второй ступени используются защитные элементы с ножевыми контактами. Внешне защитные элементы с ножевыми контактами представляют собой две отдельные части. Одна часть – гнездо с ножевыми контактами, которое закрепляется на DIN-рейку в электрощите. Другая часть – съемный модуль, который является непосредственно варистором. Защитный варистор должен выдерживать импульсные токи в границе 15-20 кА, с крутизной волны 8/20 мкс. Съемные модули могут быть оснащены индикатором срабатывания, по которому можно определить исправность устройства. Более дорогие модели имеют терморасцепители в своей конструкции, защищающие от перегрева варистор, при длительном протекании импульсных токов.

Третья ступень защиты устанавливается внутри всех электронных бытовых приборов. В качестве УЗИП для бытовых электроприборов применяются только небольшие варисторы, рассчитанные на крутизну волны 1,2/50 мкс, 8/20 мкс и на импульсные токи до 15 кА. Варисторы с монтажными выводами припаиваются внутри прибора на плату или закрепляется отдельно и подключаются отдельными проводами.

Схема включения.

Все варисторы подключаются параллельно нагрузке, правильнее их будет включать между фазовым проводом и проводом заземления.

В трехфазной сети, при подключении нагрузки «звездой», варисторы включаются между каждой фазой и проводом заземления. А при подключении нагрузки «треугольником», варисторы устанавливаются между фазами.

Варисторы, как нелинейные элементы, при повышенном напряжении резко уменьшают свое сопротивление практически до нуля, и поэтому не могут длительно выдерживать повышенные импульсные токи. Поэтому рекомендуется защитить УЗИП второй ступени защиты плавкими предохранителями, которые нужно подключить последовательно с устройством защиты в разрыв фазового провода.

Правильно выбирать варисторы по напряжению срабатывания. При этом напряжении элемент снижает свое сопротивление и гасит опасное импульсное напряжение. Информация о напряжении срабатывания и о крутизне волны импульса наноситься на поверхность варистора или указывается в техническом паспорте к нему.

В тандеме с данной статьей полезно ознакомиться с видео-дополнением:

В каждом доме есть дорогостоящая электронная техника. Любые приборы на полупроводниковых элементах имеют слабую изоляцию. Так что небольшое повышение напряжение может сжечь электронику. Часто изменение напряжения в бытовых сетях происходит импульсно, то есть напряжение резко повышается на доли секунды, а потом возвращается до нормального уровня.

Импульсы напряжения бывают грозовые и коммутационные.

Грозовые скачки напряжения появляются при ударах молний прямо в электроустановку или линию передачи, или же близко возле них. Грозовые разряды могут причинить вред бытовым сетям, даже если удар в электросеть произойдет на удалении до 20 км.

Коммутационные скачки напряжения создаются при коммутации электрооборудования с реактивными элементами. То есть при включении оборудования, которое построено с использованием большого количества конденсаторов, а также имеет мощные катушки индуктивности и трансформаторы.

Самые высокие коммутационные скачки напряжения создают электродвигатели и конденсаторные батареи.

Для обеспечения надежной защиты от импульсных напряжений должны быть обеспечены три ступени защиты в сетях до 1000 В. В каждой ступени защиты применяются разные по конструкции и по параметрам устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Первая ступень защиты должна быть установлена на понижающей подстанции или непосредственно у входа в здание. В качестве УЗИП применяются чаще всего разрядники иногда и мощные варисторы.

Режимы работы УЗИП первой ступени самые тяжелые – величины импульсных токов 25-100 кА, крутизна фронта волны 10/350 мкс, длительность фронта волны 350 мкс. Быстросъемные УЗИП с ножевыми контактами здесь практически не применяются. Потому что импульсные токи величиной 25-50 кА, при разряде молний, создают огромные электродинамические силы, которые легко вырывают съемные части устройства. Кроме того, при разрывании соединения, через воздушный зазор зажигается плазменная дуга, разрушающая ножевые контакты.

Наиболее предпочтительно на первом участке применять воздушные разрядники. Тем более что серийно варисторы для импульсных токов свыше 20 кА не выпускаются. Так как мощные варисторы делаються с большими выводами, которые выполняют роль радиаторов, рассеивая чрезмерное тепло.

Вторая ступень защиты необходима для удаления остаточных, меньших по амплитуде, импульсов после первой ступени. Каждый хозяин дома сам определяет, нужна эта ступень защиты или нет. Устанавливается защита на вводе электричества в дом, в отдельном электрощите.

В качестве УЗИП для второй ступени используются защитные элементы с ножевыми контактами. Внешне защитные элементы с ножевыми контактами представляют собой две отдельные части. Одна часть – гнездо с ножевыми контактами, которое закрепляется на DIN-рейку в электрощите. Другая часть – съемный модуль, который является непосредственно варистором. Защитный варистор должен выдерживать импульсные токи в границе 15-20 кА, с крутизной волны 8/20 мкс. Съемные модули могут быть оснащены индикатором срабатывания, по которому можно определить исправность устройства. Более дорогие модели имеют терморасцепители в своей конструкции, защищающие от перегрева варистор, при длительном протекании импульсных токов.

Третья ступень защиты устанавливается внутри всех электронных бытовых приборов. В качестве УЗИП для бытовых электроприборов применяются только небольшие варисторы, рассчитанные на крутизну волны 1,2/50 мкс, 8/20 мкс и на импульсные токи до 15 кА. Варисторы с монтажными выводами припаиваются внутри прибора на плату или закрепляется отдельно и подключаются отдельными проводами.

Схема включения.

Все варисторы подключаются параллельно нагрузке, правильнее их будет включать между фазовым проводом и проводом заземления.

В трехфазной сети, при подключении нагрузки «звездой», варисторы включаются между каждой фазой и проводом заземления. А при подключении нагрузки «треугольником», варисторы устанавливаются между фазами.

Варисторы, как нелинейные элементы, при повышенном напряжении резко уменьшают свое сопротивление практически до нуля, и поэтому не могут длительно выдерживать повышенные импульсные токи. Поэтому рекомендуется защитить УЗИП второй ступени защиты плавкими предохранителями, которые нужно подключить последовательно с устройством защиты в разрыв фазового провода.

Правильно выбирать варисторы по напряжению срабатывания. При этом напряжении элемент снижает свое сопротивление и гасит опасное импульсное напряжение. Информация о напряжении срабатывания и о крутизне волны импульса наноситься на поверхность варистора или указывается в техническом паспорте к нему.

В тандеме с данной статьей полезно ознакомиться с видео-дополнением:

Варисторная защита, построенная на использовании полупроводниковых резисторов нелинейного типа, служит прекрасным средством для защиты от импульсных перенапряжений.

Варистор отличает резко-выраженная вольт-амперная характеристика нелинейного вида. Благодаря этому свойству с помощью варисторной защиты успешно решаются задачи по защите различных бытовых устройств и производственных объектов.

Принцип действия варистора

Варисторная защита подключается параллельно основному оборудованию, которое необходимо защитить. После возникновения импульса напряжения, благодаря наличию нелинейной характеристики, варистор шунтирует нагрузку и уменьшает величину сопротивления до нескольких долей Ома. Энергия, при перенапряжении, поглощается и рассеивается в виде тепла. Варистор как бы срезает импульс опасного перенапряжения, поэтому защищаемое устройство остается невредимым, что возможно даже с низким уровнем изоляции.

Рис. №1. Конструктивная схема варистора и его характеристика.

Условное обозначение варистора, например, СНI-1-1-1500. СН означает, нелинейное сопротивление, первая цифровое значение – материал, вторая – конструкцию ( 1- стержневой; 2 – дисковый), третья цифра – номер разработки, последняя цифра обозначает значение падения напряжения.

Таблица классификации варисторов

Конструктивные особенности варисторов

Наиболее технологически востребованные материалы для изготовления варистора оксид цинка или порошок карбида кремния, он позволяет успешно поглощать импульсы напряжения с высокоэнергетическими импульсами. Процесс изготовления строится на основе «керамической» технологии, которая заключается на запрессовке элементов с обжигом, установкой электродов, выводов и покрытие приборов электроизоляцией и влагозащитным слоем. Благодаря стандартной технологии варисторы можно делать по индивидуальному заказу.

Параметры варисторов
  1. Номинальное классификационное напряжение Uкл – считается постоянным показателем, при этом значении через прибор проходит расчетный ток.
  2. Максимально допустимое значение напряжения импульса, для варисторов стержневого типа входит в границы от 1,2 В до 2 В, для дисковых устройств в пределы от 3 до 4 В.
  3. Коэффициент нелинейности β – он показывает отношение сопротивления варистора к постоянному току к его сопротивлению переменному току.
  4. Быстродействие или время срабатывания, обозначает переход из высокоомного положения в низкоомное и может составить несколько нс, примерно, 25 нс.

Защита варисторами

Варисторы защитного типа, марок: ВР-2, ВР-2; СН2-1; СН2-2 рассчитаны на напряжение в границах от 68В до 1500 В, энергия рассеивания в диапазоне от 10 до 114 Дж, коэффициент нелинейности должен превышать значение 30.

Напряжение варисторов защитного класса удовлетворяет показателям максимально возможного пикового напряжения силовой связи, обязательно должно учитываться границы нестабильности напряжения до 10% и разброс величин классификационного напряжения в зависимости от технологических условий.

Uкл ≥ Uном * *1,1 * 1,1

Для сети U = 220В, Uкл ≥ 375 В.

Для трехфазной сети напряжением Uном = 380 В; Uкл ≥ 650 В

Сфера применения варисторов

Приборы используются в устройствах стабилизирующих высоковольтные источники напряжения в телевизорах, для обеспечения стабильного протекания токов в отклоняющих катушках кинескопов, они используются для размагничивания цветных кинескопов и в системах автоматического регулирования.

Варистор применяется в конструкции сетевого фильтра, он производит блокировку импульса перенапряжения и осуществляет защиту и по фазной, и по нулевой цепи.

Рис. №2. Сетевой фильтр с использованием варисторной защиты от импульсных перенапряжений, современная защита может погасить выброс энергии до 3400 Дж, это условие обеспечивает защиту от любых экстренных неожиданных ситуаций.

Большое распространение варисторы получили в конструкции мобильных телефонов для предохранения их от статичного электричества.

Автомобильная электроника и телекоммуникационные сети, еще одна распространенная сфера применения варисторов. Варисторы используются для люминесцентного освещения для защиты от перенапряжения ЭПРА.

Аналогом варисторной защиты служит молниезащита ОПН от перенапряжений и от гроз в высоковольтных цепях, на воздушных линиях и подстанциях.

Внутренняя электросеть в здании оборудуется шкафами от импульсных перенапряжений.

Рис. №3. ЩЗИП – щит от импульсного перенапряжения.

Конструктивная особенность защиты от перенапряжений в здании и размещения ее в щите. Это разнос шины заземления и фазного провода на большое расстояние друг от друга более 1 метра. Подборка элементов в шкафу и установка УЗИП требует внимательного расчета и выбирается в индивидуальном порядке для каждой определенной электроустановки.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Устройства защиты от скачков напряжения

   
  • Защита от дугового пробоя и опасного искрения (дуги) в электропроводке
  • Защита однофазных потребителей от скачков, длительных перенапряжений и  провалов напряжения, возникающих в результате аварий на линии (обрыв нуля, перехлёстывание проводов и пр.)
  • Варисторная защита электрооборудования  от высоковольтных импульсных скачков сетевого напряжения (коммутационные помехи, удалённые грозовые разряды и пр.)
  • Номинальный/максимальный ток коммутации 63А/80А при напряжении 250В
  • Функция дистанционного управления (контактор)
  • Сохраняет работоспособность в широком диапазоне напряжения питания — 0…440В
  • Климатическое исполнение УХЛ4 (-250C…+550C) или УХЛ2 (-400C…+550C)

Подробнее

  • Номинальный ток нагрузки 63А/250В (14кВт)
  • Максимальный ток нагрузки 80А/250В (18кВт)- 5мин
  • Двухпороговая защита от перенапряжения (задержка срабатывания): >270В/0,2с и >300В/20мс
  • Двухпороговая защита от снижения напряжения (задержка срабатывания): <155В/10с и <130В/100мс
  • Сохраняет работоспособность в широком диапазоне напряжения питания — 0…440В
  • Подключение нагрузки при переходе сетевого напряжения через ноль
  • Ширина корпуса — 18мм

Подробнее

 

  • Максимальный ток коммутации 63А/250В (14кВт)

  • Сохраняет работоспособность в диапазоне напряжений 20…440В
  • Синхронное управление реле — замыкание контактов реле осуществляется при переходе сетевого напряжения через ноль

  • Защита однофазных потребителей от скачков, длительных перенапряжений и  провалов напряжения, возникающих в результате аварий на линии (обрыв нуля, перехлёстывание проводов и пр.)
  • Варисторная защита электрооборудования  от высоковольтных импульсных скачков сетевого напряжения (коммутационные помехи, удалённые грозовые разряды и пр.)
  • Номинальный/максимальный ток коммутации 63А/80А при напряжении 250В
  • Функция дистанционного управления (контактор)
  • Задержка повторного включения 10сек … 360сек (выбирается пользователем)

  • Климатическое исполнение УХЛ4 (-250C…+550C)

Подробнее

  • Номинальный ток коммутации 63А (Максимальный ток коммутации 80А в течение 30 минут)
  • Регулируемые пороги защиты от перенапряжения и снижения напряжения, >240…290В и <100…190В
  • Фиксированный порог защиты от перенапряжения >300В/20мс
  • Фиксированный порог защиты от снижения напряжения <85В/100мс
  • Ограничение потребляемой мощности >0,5…14,5кВт
  • Сохраняет работоспособность в диапазоне напряжений от 30В до 440В
  • Энергонезависимая память событий (число отключений, минимальное и максимальное значение напряжения)
  • Измерение параметров сети (напряжение, ток, мощность)
  • Подключение нагрузки при переходе сетевого напряжения через ноль
  • Ширина корпуса — 18мм

Подробнее

     

  • УЗМ-51М и УЗМ-51МТ: Максимальный ток коммутации 63А/250В (14кВт)

  • УЗМ-16: Максимальный ток коммутации 16А

  • Синхронное управление реле — замыкание контактов реле осуществляется при переходе сетевого напряжения через ноль

  • Защита однофазных потребителей от скачков, длительных перенапряжений и  провалов напряжения, возникающих в результате аварий на линии (обрыв нуля, перехлёстывание проводов и пр.)
  • Варисторная защита электрооборудования  от высоковольтных импульсных скачков сетевого напряжения (коммутационные помехи, удалённые грозовые разряды и пр.)
  • Номинальный/максимальный ток коммутации 63А/80А при напряжении 250В
  • Функция дистанционного управления (контактор), термозащита (УЗМ-51МТ)
  • Задержка повторного включения 10с или 6мин (выбирается пользователем)

  • Климатическое исполнение УХЛ4 (-250C…+550C) или УХЛ2 (-400C…+550C)

Подробнее

  • Наличие  функции дистанционного управления (3-х фазный статический контактор)

  • Контроль обрыва фаз и контроль чередования фаз

  • Максимальный ток коммутации 63А по каждой из фаз (14,5кВтх3)

  • Контроль частоты сети 45-55Гц

  • Двухпороговая защита от перенапряжения/(задержка срабатывания):  >265В/0,2с,  >300В/20мс

  • Двухпороговая защита от снижения напряжения/(задержка срабатывания):  <170В/10с,  <130В/100мс

  • Встроенная варисторная защита от импульсных возмущений в сети

  • Переключаемая задержка повторного включения от 2с до 8мин

  • Функция дистанционного управления (контактор)

  • Время срабатывания при скачках напряжения — менее 30мс

Импульсная защита. Типы и классы защиты. Работа и применение

Импульсная защита – это устройство блокировки от чрезмерного напряжения в виде импульсов тока. Она устанавливается в квартирах и домах, обладает такими преимуществами, как высокая эффективность, низкая стоимость, совершенная конструкция.

Такой тип защиты оборудования силовых распределительных линий до 1000 вольт служит для защиты от повышенных напряжений, связанных с импульсами.

Причины возникновения перегрузок

Источниками импульсов могут быть:

  • Разряды молнии в цепь электропитания или в молниеотвод объекта рядом с вводом питания в объект.
  • Разряды молнии на расстоянии до нескольких тысяч метров возле коммуникаций объекта.
  • Подключения достаточно мощных нагрузок, замыкания в линиях распределения питания.
  • Помехи от электромагнитных волн, от электронных приборов и оборудования.

В офисах и квартирах имеется много бытовой, компьютерной и другой дорогостоящей техники, которая потребляет электроэнергию. Поэтому, во избежание риска повреждений и выхода из строя от импульсных перенапряжений оборудования, лучше приобрести и установить защитное устройство.

Достаточно одного резкого перепада напряжения для выхода из строя сразу нескольких бытовых устройств. Особенно актуален этот вопрос в дачных домиках, загородных домах, в которых система электроснабжения, отопления, водоснабжения подключены к автономным сетям питания. Нельзя пренебрегать требованиями электробезопасности.

Импульсная защита служит для ограничения напряжения в виде импульсов от разрядов молнии, подключений мощной индуктивной нагрузки (Это могут быть большие электромоторы, трансформатор) и т.п.

Типы и классы защиты от импульсов напряжения

  1. Тип 1. Класс В. Устройства применяются при возможном прямом ударе молнии в цепь питания или рядом с объектом в землю. Если ввод питания осуществлен по воздушной линии, а также, если имеется молниеотвод, то установка импульсной защиты строго обязательна. Оборудование монтируется в железном корпусе, рядом с входом питания в здание, либо в распределительном щите.
  2. Тип 2. Класс С. Имеет уменьшенную защиту от импульсов напряжения, монтируется у входа в электроустановку и в помещение, как 2-й уровень защиты. Монтируется в распределительных щитках.
  3. Тип 3. Класс D. Защищает электрооборудование от остаточного перенапряжения, несимметричных токов, помех высокой частоты. Монтируется вблизи электрических приборов. Рекомендуется защиту от импульсов устанавливать рядом с потребителем, не более пяти метров от него, а если есть молниеотвод, то непосредственно на входе питания потребителя, так как ток в молниеотводе провоцирует значительный по величине импульс в электропроводке.

Принцип действия

Действие защиты от импульсов напряжения можно легко объяснить, так как в нем простая схема вывода перенапряжения. В схему устройства вмонтирован шунт, по которому ток поступает к нагрузке потребителя, подключенного к питанию. От шунта к земле подключена перемычка, которая состоит из разрядника или варистора.

При нормальном напряжении в сети варистор имеет сопротивление несколько мОм. При появлении на линии перенапряжения, варистор начинает пропускать через себя ток, поступающий далее в землю. Так просто действует защита от импульсов. При нормализации напряжения питания варистор перестает быть проводником тока, и питание поступает к потребителю по встроенному шунту.

Устройство защиты

Импульсная защита построена на основе варисторов или разрядников. Также имеются устройства индикации, которые подают сигналы о выходе из строя защиты. К недостаткам варисторной защиты можно отнести тот факт, что при срабатывании защиты варисторы нагреваются, и для повторной работы требуется время на охлаждение. Это отрицательно сказывается на работе при грозовой погоде и множественных ударах молнии.

Часто защита на варисторах производится с приспособлением для закрепления на DIN рейку. Варистор легко меняется путем обычного его извлечения из корпуса защиты и монтажа нового варистора.

Практическое применение

Чтобы надежно защитить потребитель энергии от перенапряжения, сначала необходимо проложить хорошее заземление. Для этого используют схемы с защитным и разделенным нулевым проводником.

Далее, устанавливаются защитные устройства таким образом, чтобы расстояние от соседних устройств защиты было не менее 10 метров по проводу линии питания. Это правило важно для правильного порядка срабатывания защиты.

Если для питания используется воздушная линия, то оптимальным вариантом применения будет импульсная защита на базе плавких предохранителей и разрядников. В главном щитке дома устанавливаются защиты на варисторах 1 и 2 класса, в этажных щитках – 3 класса. Чтобы дополнительно защитить электрические потребители, в розетки втыкаются переносные импульсные защиты в виде удлинителей с предохранителями.

Такие меры защиты уменьшают вероятность воздействия от повышенного напряжения, но полной гарантии не дают. Поэтому, во время грозовой погоды лучше всего, по возможности выключить чувствительные приборы и оборудование.

Как защитить само устройство защиты

Само устройство защиты также нуждается в обеспечении защиты от повреждений. Они могут возникнуть вследствие разрушения деталей при поглощении импульсов перенапряжения. Бывали случаи, что сами устройства защиты загорались, и являлись причиной пожара.

  • Устройства класса 1 защищаются вставками на 160 ампер.
  • Класс 2 предохраняется вставками на 125 ампер.

Если номинал предохранителя выше рекомендованного, то нужно установить вспомогательную вставку, защищающую детали щита от неисправностей. При длительном действии большого напряжения на защиту, варисторы сильно нагреваются. Терморасцепитель выключает защиту от питания в случае достижения варистором температуры критического значения.

Импульсная защита может быть оборудована автоматами выключения. Защита 1 класса может защищаться только вставками, так как вставки отключают токи короткого замыкания при большом напряжении.

Можно сделать вывод, что правильное использование импульсной защиты от перенапряжений дает возможность эффективно предохранять оборудование от неисправностей, вызванных чрезмерным напряжением линии питания.

Импульсная защита — как выбрать по току молнии
Электроэнергия в здание может поступать по воздушной линии со следующими свойствами:
  • Изолированные провода, самонесущие.
  • Простые провода без изоляции.

Если провода воздушной линии и ее элементы имеют изоляцию, то это оказывает влияние на устройство действующей защиты и схемы подключения, а также снижается действие удара молнии.

УЗИП в системе TN-C-S

При подключении дома от изолированной линии, заземление производится по схеме, изображенной на рисунке. Импульсная защита устанавливается между фазами и РЕN. Место разъединения РЕN на РЕ и N проводники при отдалении на 30 м от дома требует вспомогательной защиты.

Если на доме есть установленная молниезащита, имеются коммуникации из металла, то это оказывает влияние на схему и выбор подключения защиты от импульсов, а также отрицательно влияет на электробезопасность дома.

Варианты предполагаемых схем
1 вариант. Условия.

Электроэнергия поступает по изолированной воздушной линии.

Здание:
  • Без защиты от молнии.
  • Нет металлоконструкций снаружи дома. Схема заземления выполнена по схеме TN – C — S.
Решение
В таком случае маловероятно, что будет непосредственный удар молнии в дом, по причине:
  • Наличия изоляции проводов воздушной линии.
  • Отсутствия громоотвода и наружных металлических коммуникаций на доме.

В итоге, достаточно будет защиты от импульсов большого напряжения, которые имеют форму 8/20 мкс для тока. Подходит защита от импульсов со смешанным классом защит в одном корпусе.

Диапазон тока от импульсов напряжения выбирается из интервала от 5 до 20 килоампер. Лучше выбрать наибольшее значение.

2 вариант. Условия.

Электрический ток поступает по изолированной воздушной линии.

На доме:
  • Отсутствует защита от молнии.
  • Снаружи дома есть коммуникации из металла для газо- или водопровода. Система заземления выполнена по схеме TN-C-S.
Решение

Если сравнивать с предыдущим вариантом, то здесь может быть удар молнии по трубе с током до 100 килоампер. Внутри трубы этот ток разделится на два конца по 50 килоампер. С нашей стороны здания эта часть поделится по 25 килоампер на здание и заземление.

РЕN провод возьмет на себя часть в 12,5 килоампер, а остальная часть импульса такой же величины через устройство защиты будет проходить в фазный проводник. Можно применять такое же устройство защиты, как и раньше.

3 вариант. Условия.

Электроэнергия поступает по воздушной линии без изоляции.

Решение

Большая вероятность разряда молнии в провода, у здания применяется схема заземления ТТ.

УЗИП в системе ТТ

Должна быть обеспечена импульсная защита, как от проводов фаз относительно земли, так и от нулевого провода. Защита от нулевого провода относительно земли используется редко, по причине местных условий.

При монтаже проводов к открытой линии без изоляции, на безопасность дома оказывает влияние форма ответвления, которая может производиться:
  • Кабелем.
  • Проводами с изоляцией, как на изолированной воздушной линии.
  • Оголенными проводами.

При ответвлениях по воздуху меньше рисков создают изолированные провода сечением не менее 16 мм кв. В такие провода вероятность удара молнии очень мала. Разряд молнии возможен в узел разделки проводов возле изоляторов на вводе. В этом случае на фазе возникнет половина напряжения от разряда молнии.

Похожие темы:

Варисторы для защиты от перенапряжений схема подключения

В данной статье мы подробно разберем что такое варистор. Опишем принцип его работы и конструкцию, области применения, характеристики, а так же типы.

Описание и принцип работы

В отличие от плавкого предохранителя или автоматического выключателя, который обеспечивает защиту от перегрузки по току, варистор обеспечивает защиту от перенапряжения посредством фиксации напряжения аналогично стабилитрону.

Слово «варистор» представляет собой сочетание слов VARI-able resi-STOR, используемыми для описания их режима работы еще в первые дни развития, который является немного неверным, так как варистор не может вручную изменять как, например потенциометр или реостат.

Но в отличие от переменного резистора, значение сопротивления которого можно вручную изменять между его минимальным и максимальным значениями, варистор автоматически изменяет значение своего сопротивления при изменении напряжения на нем, что делает его нелинейным резистором, зависящим от напряжения, или сокращенно VDR.

В настоящее время резистивный корпус варистора изготовлен из полупроводникового материала, что делает его типом полупроводникового резистора с неомическими симметричными характеристиками напряжения и тока, подходящими как для переменного, так и для постоянного напряжения.

Во многих отношениях варистор по размеру и конструкции похож на конденсатор, и его часто путают с ним. Однако конденсатор не может подавить скачки напряжения так же, как варистор. Когда к цепи прикладывается скачок высокого напряжения, результат обычно катастрофичен для цепи, поэтому варистор играет важную роль в защите чувствительных электронных схем от пиков переключения и перенапряжений.

Переходные скачки происходят из множества электрических цепей и источников независимо от того, работают ли они от источника переменного или постоянного тока, поскольку они часто генерируются в самой цепи или передаются в цепь от внешних источников. Переходные процессы в цепи могут быстро возрастать, увеличивая напряжение до нескольких тысяч вольт, и именно эти скачки напряжения должны быть предотвращены в чувствительных электронных схемах и компонентах.

Одним из наиболее распространенных источников переходных напряжений является эффект L (di / dt), вызываемый переключением индуктивных катушек и намагничивающими токами трансформатора, приложениями переключения двигателей постоянного тока и скачками напряжения при включении цепей флуоресцентного освещения или других скачков напряжения питания.

Переходные формы волны переменного тока

Варисторы подключены в цепях через сеть питания либо между фазой и нейтралью, либо между фазами для работы от переменного тока, либо с положительного на отрицательный для работы от постоянного тока, и имеют номинальное напряжение, соответствующее их применению. Варистор также можно использовать для стабилизации напряжения постоянного тока и особенно для защиты электронных цепей от импульсов перенапряжения.

Варистор статического сопротивления

При нормальной работе варистор имеет очень высокое сопротивление, отсюда и его название, и работает аналогично стабилитрону, позволяя более низким пороговым напряжениям проходить без изменений.

Однако, когда напряжение на варисторе (любой полярности) превышает номинальное значение варисторов, его эффективное сопротивление сильно уменьшается с ростом напряжения, как показано выше.

Из закона Ома мы знаем, что вольт-амперные характеристики (IV) фиксированного резистора являются прямой линией при условии, что R поддерживается постоянным. Тогда ток прямо пропорционален разности потенциалов на концах резистора.

Но кривые IV варистора не являются прямой линией, так как небольшое изменение напряжения вызывает значительное изменение тока. Типичная нормализованная кривая зависимости напряжения от тока для стандартного варистора приведена ниже.

Кривая характеристик варистора

Из вышесказанного видно, что варистор обладает симметричными двунаправленными характеристиками, то есть варистор работает в обоих направлениях (квадрант Ι и ΙΙΙ) синусоидальной формы волны, действуя аналогично двум стабилитронам, подключенным вплотную. Если не проводящая, кривая IV показывает линейную зависимость, так как ток, протекающий через варистор, остается постоянным и низким только при нескольких микроамперах тока утечки. Это связано с его высоким сопротивлением, действующим в качестве разомкнутой цепи, и остается постоянным до тех пор, пока напряжение на варисторе (любой полярности) не достигнет определенного «номинального напряжения».

Это номинальное или зажимное напряжение — это напряжение на варисторе, измеренное с указанным постоянным током 1 мА. То есть уровень постоянного напряжения, приложенного к его клеммам, который позволяет току 1 мА течь через резистивный корпус варисторов, который сам зависит от материалов, используемых в его конструкции. На этом уровне напряжения варистор начинает переходить из своего изоляционного состояния в проводящее состояние.

Когда переходное напряжение на варисторе равно или превышает номинальное значение, сопротивление устройства внезапно становится очень малым, превращая варистор в проводник из-за лавинного эффекта его полупроводникового материала. Ток небольшой утечки, протекающий через варистор, быстро возрастает, но напряжение на нем ограничено уровнем чуть выше напряжения варистора.

Другими словами, варистор саморегулирует переходное напряжение через него, позволяя большему току течь через него, и из-за его крутой нелинейной кривой IV он может пропускать широко варьирующиеся токи в узком диапазоне напряжений, срезая любые скачки напряжения.

Значения емкостного сопротивления

Поскольку основная проводящая область варистора между двумя его выводами ведет себя как диэлектрик, ниже его напряжения зажима варистор действует как конденсатор, а не как резистор. Каждый полупроводниковый варистор имеет значение емкости, которое напрямую зависит от его площади и обратно пропорционально его толщине.

При использовании в цепях постоянного тока емкость варистора остается более или менее постоянной при условии, что приложенное напряжение не увеличивается выше уровня напряжения зажима и резко падает вблизи своего максимального номинального постоянного напряжения постоянного тока.

Однако в цепях переменного тока эта емкость может влиять на сопротивление корпуса устройства в области непроводящей утечки его характеристик IV. Поскольку они обычно соединены параллельно с электрическим устройством для защиты от перенапряжения, сопротивление утечки варисторов быстро падает с увеличением частоты.

Это соотношение приблизительно линейно с частотой, и полученное в результате параллельное сопротивление, его реактивное сопротивление переменного тока Xc может быть рассчитано с использованием обычного 1 / (2πƒC), как для обычного конденсатора. Затем, когда частота увеличивается, увеличивается и ток утечки.

Но наряду с варисторами на основе кремниевых полупроводников были разработаны варисторы на основе оксидов металлов, чтобы преодолеть некоторые ограничения, связанные с их кузенами из карбида кремния.

Металлооксидный варистор

Металл — оксид варистор или MOV для краткости, это резистор, зависящий от напряжения, в котором материал сопротивления представляет собой оксид металла, в первую очередь оксид цинка (ZnO), прессуют в керамики подобного материала. Металлооксидные варисторы состоят из приблизительно 90% оксида цинка в качестве керамического основного материала плюс другие наполнители для образования соединений между зернами оксида цинка.

Металлооксидные варисторы в настоящее время являются наиболее распространенным типом устройства ограничения напряжения и доступны для использования в широком диапазоне напряжений и токов. Использование металлического оксида в их конструкции означает, что MOV чрезвычайно эффективны в поглощении кратковременных переходных напряжений и имеют более высокие возможности обработки энергии.

Как и в случае обычного варистора, металлооксидный варистор запускает проводимость при определенном напряжении и прекращает проводимость, когда напряжение падает ниже порогового напряжения. Основное различие между стандартным варистором из карбида кремния (SiC) и варистором типа MOV состоит в том, что ток утечки через материал из оксида цинка MOV очень мал, а при нормальных условиях эксплуатации его скорость срабатывания при переходных процессах зажима намного выше.

MOV обычно имеют радиальные выводы и твердое внешнее синее или черное эпоксидное покрытие, которое очень похоже на дисковые керамические конденсаторы и может быть физически установлено на печатных платах. Конструкция типичного металлооксидного варистора имеет вид:

Конструкция металлического оксидного варистора

Чтобы выбрать правильное значение MOV для конкретного применения, желательно иметь некоторые знания об импедансе источника и возможной импульсной мощности переходных процессов. Для переходных процессов на входящей линии или фазе выбор правильного MOV немного сложнее, так как обычно характеристики источника питания неизвестны. В общем, выбор MOV для электрической защиты цепей от переходных процессов и скачков напряжения в сети часто не более чем обоснованное предположение.

Тем не менее, металлооксидные варисторы доступны в широком диапазоне напряжений варистора, от около 10 В до более 1000 В переменного или постоянного тока, поэтому выбор может быть полезен при знании напряжения питания. Например, при выборе MOV или кремниевого варистора в этом отношении его максимальное номинальное постоянное среднеквадратичное напряжение должно быть чуть выше максимального ожидаемого напряжения питания, скажем, 130 вольт среднеквадратичного значения для источника питания 120 вольт, и 260 вольт среднеквадратичного значения для напряжения 230 вольт.

Максимальное значение импульсного тока, которое будет принимать варистор, зависит от длительности переходного импульса и количества повторений импульсов. Можно предположить ширину переходного импульса, которая обычно составляет от 20 до 50 микросекунд (мкс). Если пиковый импульсный ток недостаточен, варистор может перегреться и повредиться. Таким образом, чтобы варистор работал без сбоев или ухудшений, он должен иметь возможность быстро рассеивать поглощенную энергию переходного импульса и безопасно вернуться в свое предимпульсное состояние.

Применение варистора на схеме

Варисторы имеют много преимуществ и могут использоваться во многих различных типах устройств для подавления переходных процессов в сети от бытовых приборов и освещения до промышленного оборудования на линиях электропередач переменного или постоянного тока. Варисторы могут быть подключены непосредственно к электросети и к полупроводниковым переключателям для защиты транзисторов, полевых МОП-транзисторов и тиристорных мостов.

Резюме варистора

В этой статье мы увидели, что основная функция резистора, зависимого от напряжения, или варистора, заключается в защите электронных устройств и электрических цепей от скачков напряжения, например, вызванных переходными процессами индуктивного переключения.

Поскольку такие варисторы используются в чувствительных электронных схемах, чтобы гарантировать, что, если напряжение внезапно превысит заранее определенное значение, варистор фактически станет коротким замыканием, чтобы защитить цепь, которую он шунтирует от чрезмерного напряжения, поскольку они способны выдерживать пиковые токи в сотни ампер.

Варисторы относятся к типу резисторов с нелинейной неомической характеристикой напряжения тока и являются надежным и экономичным средством защиты от переходных переключений и перенапряжений.

Они достигают этого, выступая в качестве блокирующего устройства с высоким сопротивлением при более низких напряжениях и как хорошее проводящее устройство с низким сопротивлением при более высоких напряжениях. Эффективность варистора в защите электрической или электронной схемы зависит от правильного выбора варистора в отношении рассеяния напряжения, тока и энергии.

Металлооксидные варисторы, или MOV, как правило, изготавливаются из материала металлического оксида цинка в форме небольшого диска. Они доступны во многих значениях для определенных диапазонов напряжения. Номинальное напряжение MOV, называемое «напряжение варистора», представляет собой напряжение на варисторе, когда через устройство пропускается ток 1 мА. Этот уровень напряжения варистора, по существу, является точкой на характеристической кривой IV, когда устройство начинает проводить. Металлооксидные варисторы также могут быть подключены последовательно для повышения номинального напряжения зажима.

В то время как металлооксидные варисторы широко используются во многих цепях силовой электроники переменного тока для защиты от переходных перенапряжений, существуют также другие типы полупроводниковых устройств подавления напряжения, таких как диоды, стабилитроны и ограничители, которые все могут использоваться при некотором напряжении переменного или постоянного тока.

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Текст вебинара. Страница 4

Быстрая навигация по слайдам:

Полупроводниковые элементы защиты от перенапряжений

— Давайте сейчас перейдём к следующим элементам, которые исторически появились после разрядников – это полупроводниковые элементы защиты от перенапряжений. И здесь, как я уже раньше упоминал – это поликристаллические полупроводники (варисторы) и монокристаллические полупроводники (диоды и тиристоры).

— Поликристаллические – это название дается от того, что просто варистор – это полупроводник, состоящий из печенных зернышек определенного материала. Если мы посмотрим на выпущенную такую схему срабатывания этого элемента, мы можем договориться, что это просто нелинейный по отношению к напряжению элемент, которого свойства похожи на два параллельно включенных и противоположно включенных диода Зенера. Испеченные из порошков такие приборы проявляли сильную нелинейную зависимость тока от величины приложенного напряжения и они появились уже в Соединенных Штатах уже в 1920 году, они назывались Thyrite. Первоначально такой варистор использовался в производстве элементной базы высоковольтных молниевых разрядников, потому что там сразу же появились проблемы в сети электропитания. А сегодня такой элемент широко применяется в ограничении перенапряжений низковольтных систем электроснабжения и сигнальных линий, причем такой элемент имеет свои определенные недостатки, о которых мы должны помнить, когда его используем.

Характеристика варистора U-I

— В действительности в технике появились два материала, которые я указываю на этом рисунке для варисторов. То есть сначала это был карбид кремния, еще сегодня его встречаем в линиях электропитания высоковольтных и окись цинка, которая вошла в жизнь порядка 20 – 25 лет тому назад и она используется сегодня очень широко. Из этой варисторной характеристики мы видим, что для окиси цинка эта характеристика более полезная для нас, она более имеет побольше крутизну, и поэтому и этот материал сегодня в основном и применяется.

Структура ZnO — варистора

— Если посмотрим на структуру такого варистора, мы видим, что он состоит из зернышек окиси цинка. Они разделены между собой специальным порошком, состоящим из разного ввода окисей и разных металлов, они являются секретом производителей. На практике у нас появляются такие диодики в виде звездочек.

Размеры ZnO — варистора

— Так как это испеченный порошок, так он имеет свои определенные проблемы. Посмотрите, по размерам этот элемент намного больше миниатюрного разрядника, и если мы на практике рассматриваем и покупаем такие элементы, можно спокойно определить, что если такой наш элемент имеет размеры, указанные здесь, это означает, что он ни в коем случае не будет отводить 20 кА, 8/20 мкс, о которых говорится в основном у хороших производителей.

— То есть структура такого элемента, где найти керамику полупроводниковую монокристаллическую. Наносится два электрода, специальных электрода и большая площадь этого электрода позволяет уменьшить площадь тока до такого значения, что этот элемент много лет работает, не выходя из строя. Если бы мы его установили правильно в определенной среде, то есть там, где токи номинальные не будут превышены.

Три области вольт-амперной характеристики

— Если посмотрим на вольт-амперную характеристику, мы видим, что она обладает очень сильной нелинейностью и тут различаем как бы три области. Область тока утечки, где маленькие токи, если мы посмотрим – это меньше, чем миллиампер. Потом где-то одного миллиампера, где характерно номинальное напряжение, оно указывается в каталогах. Параметр срабатывает в элементах. Здесь видим такую полочку, которая находится в рабочем режиме до нескольких сот ампер. Область номинального ограничения напряжения для этого варистора. И потом область насыщения для этого случая, область, в которой ток начинает превышать номинальные параметры, которые могут привести к сгоранию элемента. Если посмотрим на сопротивление изоляции в этой области тока утечки. В этой области, где просто элемент ждет побольше напряжения. Это порядка 1 Г Ом, а когда уже проходим в высокопроводящее состояние, у нас порядка 0,01 Ом. То есть на много порядков меняется это сопротивление. Но и это означает, что уже в таких величинах слишком большая энергия будет накопляться в нашем варисторе и он может просто перегореть.

Преимущества и недостатки варисторов ZnO

— Преимущества варисторов – это способность поглощать большие ударные токи по отношению к небольшим геометрическим размерам. Большая скорость срабатывания, производитель показывает порядка 200 нс. Я измерял этот параметр во время моей диссертации, кандидатской, я не видел такого времени, у меня это время было намного короче. И я здесь показал просто время, которое в этот период характеризовался мной, это было меньше, чем 0,5 нс. Эти элементы характеризуются широким диапазоном рабочего напряжения. Он характеризуется, как я говорил толщиной, и здесь можно встретить элементы, которые имеют напряжение срабатывания несколько вольт до нескольких сот вольт, но в действительности элементы ниже 60 – 100 В пока еще нестабильны, вы должны об этом помнить, если мы смотрим на варисторы из окиси цинка. Симметричная вольт-амперная характеристика дает нам тоже положительный результат, так как мы применяем один элемент на двуполярности импульсов перенапряжения.

Параметры варисторов. Часть 1

— Параметров много, я не буду над ними задерживаться, но проектировщик должен на них посмотреть.

Параметры варисторов. Часть 2

— Пожалуйста, ознакомьтесь с ними, потому что я думаю, для вас во многих местах появится хорошая подсказка, какой элемент из них выбрать для работы.

Как правильно выбрать варистор?

— В практике, когда выбираем варистор хорошо рекомендоваться указанными здесь пунктами, когда мы используем защиту от перенапряжений. И если мы, например, зная значение номинальное, которое определяется для тока номинального 1 мА, так мы должны принимать, как минимум напряжение рабочее в 2 раза больше, чем рабочее напряжение защищенной цепи. То есть это номинальное напряжение должно быть в 2 раза больше – это означает, что при включении такого элемента в сеть электропитания через этот элемент будет протекать небольшой ток утечки. Это недостаток нашего элемента. Учтите, пожалуйста, что из-за этого варисторы нельзя включать перед счетчиком электроэнергии, потому что электрики не соглашаются на это, чтобы кто-то таким способом воровал им ток. И это имеет определенный смысл. В таком случае перед счетчиком можем устанавливать только элементы, которые идут в разрыв, то есть разрядники, которые такой утечкой не характеризуются. Следующий пункт – это необходимость определения ожидаемого значения максимального значения неопределенных состояний, то есть перенапряжений, которые могут появиться на выводах варистора. Так мы должны знать стойкость охраняемого прибора или изоляции, мы должны знать: устанавливаем этот элемент в зоне, в которой ожидается воздействие непосредственных токов молнии или просто токов индуцированных. Еще раз подчеркиваю, что варистор для ограничения токов молнии не используется, потому что он просто их не выдерживает. Мы должны определить величину энергии перенапряжений, отводимую варистором. Мы должны рассчитать максимальное значение тока неопределенного состояния, которое может протекать через объем варистора. Мы должны определить требования по отношению к мощности, рассеиваемой варистором, то есть она непосредственно связана с пиковым значением ударного тока, но и частотой повторения этих импульсов.

Защитные диоды. Виды

— Последний элемент, о котором мы сегодня будем говорить, потому что у нас всего их четыре. Они редко используются и времени у нас не хватит, но очень широко используются защитные диоды. Я к этому элементу отношусь очень хорошо, потому что, когда я испытывал этот элемент в лаборатории. Если я работал в номинальных параметрах, то этот элемент работал, срабатывал тысячи раз без заметного ухудшения своих характеристик. Но мы должны понимать, что в отличии от монокристаллического полупроводника у нас здесь имеем дело с монокристаллом. С монокристаллом в основном кремния сегодня. Монокристалл намного стабильнее, чем поликристалл, который представляет сегодня собой какой-то испеченный порошок. Но для того, чтобы использовать такой полупроводник для защиты от перенапряжений, вы должны провести специальные конструкции диодов, защиты от перенапряжений, которые работают исключительно для такого назначения. Но в действительности мы встречаем также и другие диоды, используемые для той цели, но это уже могут делать специалисты. Там используются импульсные диоды, диоды с барьером Шоттки, pin-диоды, диоды Zenera, диоды с низкорезистивной базой и диоды на основе арсенида галлия, но тут мы должны учитывать, что арсенид галлия – это немного лучший материал, чем кремний по отношению к большим токам. Это тоже хорошо знать, в будущем он должен победить кремний, мне так кажется.

Защитный диод на примере конструкции прибора TRANSIL

— Если посмотрим на конструкцию такого диода, я здесь указал пример элемента TRANSIL фирмы THOMSON-CSF. Мы видим, что элемент специально разработан для отвода большой импульсной энергии. И если так хорошо посмотрим на этот элемент, я использую стрелку, чтобы помочь увидеть вам здесь p-n переход, который имеет большую поверхность, большой объем по отношению к полупроводнику, используемому диоду для других случаев. Два радиатора из серебра большой емкости отводят большие энергии тепла, которые выделяются при протекании ударного тока. Дальше видим специально сделанные медные выводы специально, подключенные. Пропускаем через корпус, внутри которого находится азот. Азот тоже характеризуется хорошими тепловыми свойствами. Он хорошо отводит тепло, которое выделяется у нас в этом переходе. Если посмотрим на материал, который расположен между электродами. Это специальный материал, который защищает от пробоя поверхностного внутри через азот, увеличивает напряжение пробоя. И на практике все эти элементы создают для того, чтобы, как можно больше они отводили тепловую энергию.

— Так как такой элемент – диод – это элемент, который не сможет ни в коем случае проводить частичные токи молнии, это элементы небольшие и самое важное для нас, что эти элементы характеризуются очень низким напряжением ограничения. Регулируя очень хорошо, мы можем подобрать любое напряжение, которое нам желается от нескольких вольт до нескольких сот вольт и включить нашу схему. Мы видим, что эти элементы по размерам небольшие, поэтому и понятно нам, что энергия не может быть большой.

— Недостатком этих элементов является несимметричная характеристика срабатывания. В связи с тем, мы должны использовать два элемента для защиты от перенапряжений, что дорожает схему, но выхода здесь нет. Ток утечки намного меньше, чем у варистора, но они тоже характеризуют наш элемент. Если посмотрим на такой параметр, который более нужен. Я вижу, не указал его. Это емкость тоже достаточно высокая.

Назначение. Для защиты электрической сети от перенапряжения существуют различные приборы, выпускаемые промышленностью в разных странах. А для защиты от кратковременных бросков элементов схем, которые происходят в сети по различным причинам, применяют так называемые варисторы, у которых вольт-амперная характеристика резко меняется при прикладывании к нему величины напряжения, свыше определенного значения на которой рассчитан прибор.

Из статьи авторы: Трегубов С.В., к.т.н.Пантелеев В.А., к.т.н.Фрезе О.Г

Применение варисторной защиты, искрогасящие цепи

Технические характеристики

Для получения информации о характеристиках используемых варисторных защит, приводим данные выпускаемых изделий промышленностью.
Устройством защиты от импульсного перенапряжения АЛЬБАТРОС-220/500 АС обеспечивается:

  • Защита от импульсного, быстротекущего перенапряжения амплитудой до 10 кВ без перегорания предохранителя;
  • Защита от импульсного аварийного значительного превышения напряжения, в этом случае происходит перегорание одного или обоих предохранителей.
Номинальное напряжение питания нагрузки, В220 (+10/-15%)
Номинальная мощность нагрузки, Вт500
Наибольший импульсный разрядный ток (импульс 8/20 мкс)*, кА10
Скорость срабатывания защиты, нс, не более25
Температурный диапазон эксплуатации, °C-40. +40
Габаритные размеры, мм, не более50х44х30
Масса, кг, не более0,02

* 8 мкс — длительность нарастания импульса; 20 мкс — длительность спада импульса.

По теме полезное. Схема подключения варистора в сетевом фильтре. Советы : Схемы подключения

Защита от скачков напряжения

Защита от скачков напряжения

Плохое (нестабильное) электроснабжение домов — нередкое явление, особенно в загородных поселках, в домах старой постройки и в новостройках. Рано или поздно это может привести к возникновению аварийных ситуаций. Если напряжение резко становится выше номинального, то подключенные к сети электроприборы могут выйти из строя. Такие ситуации возникают, например, при обрыве нейтрали или замыкании фазы и нейтрали — фазное напряжение (220 В) достигает линейного (380 В). При резком падении напряжения ниже нормы возможно возгорание мотора-компрессора холодильника и, как следствие, в доме произойдет пожар.

Как правильно защититься от скачков напряжения в сети 220 В дома или на даче?

Защитить свои электроприборы (холодильник, телевизор и все что есть в доме) можно поставив в цепь электроснабжения специальный защитный прибор в дополнение к стандартным автоматическим выключателям.

Обратите внимание, такой прибор не заменяет собой УЗО и УЗИП, которые обычно устанавливаются в щиток. В свою очередь УЗО и УЗИП не решают задачу комплексной защиты от скачков напряжения.

Принцип работы устройства защиты от скачков напряжения — это отключение оборудования в доли секунды в случае выхода напряжения за установленные рамки и последующее автоматическое включение при стабилизации напряжения.

При этом, проблема защиты от перепадов напряжения хотя и может быть решена покупкой дорогого стабилизатора, но при резком скачке напряжения есть вероятность выхода его из строя или, если установлен дешевый стабилизатор, он просто не успеет сработать. Устройства защиты же более надежны (автоматичны) в работе, поэтому их устанавливают, даже если стабилизатор уже есть.

Приведенные ниже устройства являются в прямом смысле многофункциональными, так как они не только отключают напряжении при скачке, но и полноценно адаптированы  для решения этой задачи в бытовых условиях для стандартной сети 220 В, в частности, автоматически включают подачу электроэнергии  через заданный пользователем промежуток времени, в некоторых из них используется профессиональная опция — двухпороговая защита от скачков напряжения, многие продаются уже со встроенным вольтметром и защитой от импульсных скачков напряжения. Подробную информацию об использовании, подключении, настройках, технических характеристиках легко найти на сайтах производителей.

МЕАНДР

НОВАТЕК-ЭЛЕКТРО

DS-Electronics

При покупке устройства защиты от скачков напряжения  следует в первую очередь обращать внимание на номинальный ток нагрузки. Устройства с номинальным током 63 А (14 кВт) являются самой «хищной» защитой, то есть защитят электрооборудование в самом «жестком» случае. Устройства с меньшим номинальным током обеспечивают лишь частичную защиту. Подробно в блоге профессионального электрика.  Покупая рекомендуемые ниже приборы вы выбираете проверенную временем защиту от скачков напряжения,  в частности, устройство УЗМ-51М является несомненным лидером продаж на протяжении многих лет!  И на протяжении всего времени использовании профессиональные электрики проводили испытания этих приборов, процесс и результаты испытаний также легко увидеть  в интернете.

С конкретным приборы работы устройства защиты от скачков напряжения (на примере УЗМ-51М) можно ознакомиться в блоге профессионального электрика.

Также, обратите внимание, что устройство (реле) защиты устанавливается на каждую из фаз (то есть на 3 фазы понадобятся 3 прибора), а трехфазный прибор, хоть и есть в продаже, не рекомендуется к установке для бытовой защиты, так как при скачке в одной из фаз он полностью отключит все три фазы.

УЗМ-51М на протяжении вот уже многих лет остается бесспорным лидером покупательских предпочтений.

Преимущества

1. Максимально возможные параметры защиты — номинальный ток нагрузки 63А (14 кДж), максимальный 80А. Время срабатывания всего 0,02 сек.
2. Функциональность — при отключении напряжения в случае скачка, через определенное время (при стабилизации параметров в сети) автоматически включает напряжение. Возможность выбора порогов отключении напряжения и времени повторного включения.
3. Исключительная надежность — производитель реле постоянно вносил изменения по результатам отзывов потребителей, что позволило сегодня устранить практически все «слабые» места этого устройства. Стандартный срок службы 10 лет.
4. Компактность, крепление на DIN рейку, размеры всего 2 стандартных модуля — не займет много места.
5. Для начала работы не требуется покупки никаких дополнительных устройств.
6. Дополнительная варисторная защита от импульсных (мощных кратковременных) скачков перенапряжения.

Недостатки

Нет цифровой индикации параметров сети на панели, что, впрочем, никак не влияет на выполняемые устройством функции. Индикаторы состояния — вольтметры/амперметры можно приобрести при желании отдельно.

Ток нагрузки 63А на каждую из фаз. Производитель МЕАНДР (РОССИЯ). Гарантия 24 мес.

Ток нагрузки 63А. Производитель НОВАТЕК-ЭЛЕКТРО (РОССИЯ). Гарантия 60 мес.

Преимущества

1. Встроенный вольтметр.
2. Дополнительная функция снижения высокочастотных помех.
3. Защита от внутреннего перегрева из-за длительного превышения номинального тока нагрузки или плохого контакта в клеммном соединении.

Ток нагрузки 63А. Производитель DS Electronics (УКРАИНА). Гарантия 60 мес.

Преимущества

1. Мощные клеммы корпуса.
2. Фиксация аварийного напряжения, которое привело к отключению нагрузки.
3. Корпус изготовлен из самозатухающего поликарбоната. Помимо негорючести, он обладает большой стойкостью к механическим воздействиям..

Самый простой и удобный вариант защиты отдельных бытовых приборов.

Ток нагрузки 16А. Производитель DS Electronics (УКРАИНА). Гарантия 60 мес.

Ток нагрузки 40А. Производитель НОВАТЕК-ЭЛЕКТРО (РОССИЯ). Гарантия 60 мес.

Ток нагрузки 40А. Производитель DS Electronics (УКРАИНА). Гарантия 60 мес.

Преимущества

1. Мощные клеммы корпуса.
2. Фиксация аварийного напряжения, которое привело к отключению нагрузки.
3. Корпус изготовлен из самозатухающего поликарбоната. Помимо негорючести, он обладает большой стойкостью к механическим воздействиям..

Ток нагрузки 16А. Производитель МЕАНДР (РОССИЯ). Гарантия 24 мес.

Купить устройства защиты от скачков напряжения в нашей компании можно в Москве, Санкт-Петербурге, Волгограде, Воронеже, Нижнем Новгороде, Казани, Екатеринбурге, Новосибирске, Красноярске, Челябинске, Омске, Самаре,Ростове-на-Дону, Уфе, Перми и во многих других городах. Всего более 1000 пунктов выдачи заказов по всей России, используя которые можно купить защиту от скачков напряжения.

Подробные технические характеристики на приведенные выше устройства защиты можно найти по ссылкам на сайты производителей:

Многофункциональное устройство защиты УЗМ-51М

Многофункциональное устройство защиты РН-106

Многофункциональное устройство защиты РН-104

Многофункциональное устройство защиты РН-113

Многофункциональное устройство защиты D63T

Многофункциональное устройство защиты D40T

Многофункциональное устройство защиты R116y

Многофункциональное устройство защиты УЗМ-16


Способы защиты дома от импульсного перенапряжения

Природа импульсных перенапряжений и их влияние на технику

Многим с детства знакома суета с отключением от сети бытовых электроприборов при первых признаках надвигающейся грозы. Сегодня электрооборудование городских сетей стало более совершенным, из-за чего многие пренебрегают элементарными устройствами защиты. В то же время проблема не исчезла совсем, бытовая техника, особенно в частных домах, все еще находится в зоне риска.

Характер возникновения импульсных перенапряжений (ИП) может быть природным и техногенным. В первом случае ИП возникают из-за попадания молнии в воздушные ЛЭП, причем расстояние между точкой попадания и подверженными риску потребителями может составлять до нескольких километров. Возможен также удар в радиомачты и молниеотводы, подключенные к основному заземляющему контуру, в этом случае в бытовой сети появляется наведенное перенапряжение.

1 — удаленный удар молнии в ЛЭП; 2 — потребители; 3 — контур заземления; 4 — близкий удар молнии в ЛЭП; 5 — прямой удар молнии в громоотвод

Техногенные ИП непредсказуемы, они возникают в результате коммутационных перегрузок на трансформаторных и распределительных подстанциях. При несимметричном повышении мощности (только на одной фазе) возможен резкий скачок напряжения, предусмотреть такое почти невозможно.

Импульсные напряжения очень коротки по времени (менее 0,006 с), они появляются в сети систематически и чаще всего проходят незаметно для наблюдателя. Бытовая техника рассчитана выдерживать перенапряжения до 1000 В, такие появляются наиболее часто. При более высоком напряжении гарантирован выход из строя блоков питания, возможен также пробой изоляции в проводке дома, что приводит к множественным коротким замыканиям и пожару.

Для чего предназначены внутренние устройства молниезащиты и как они работают при разрядах

Принцип действия данных приборов может быть основан на возникновении искрового разряда между двумя проводниками при прохождении тока высокого напряжения. Также имеются устройства, которые собраны на основе нелинейных резисторов. Оба варианты защищают оборудование от перенапряжения путем перенаправления тока в цепь заземления.

Стихийное возникновение молнии происходит внезапно, создавая огромные разрушения.

Защитить дом от него позволяет внешняя молниезащита, состоящая из молниеприемника, распложенного над крышей, а также молниеотвода и контура заземления.

Предотвратить опасные последствия грозового разряда предназначены внутренние устройства молниезащиты, представляющие собой комплекс технических устройств и приборов на основе модулей УЗИП с подключением их к системе заземления.

Они надежно работают не только при непосредственном ударе молнии по дому, но и гасят разряды, попадающие в:

  1. питающую ЛЭП;
  2. близлежащие деревья и строения;
  3. почву, расположенную рядом со зданием.

Работа внутренней молниезащиты происходит за счет подключения проникшего высоковольтного импульса на специально подобранный разрядник или электронный элемент — варистор.

Он включается на разность двух потенциалов и для обычного напряжения обладает очень большим сопротивлением, когда токи через него ограничиваются, не превышают нескольких миллиампер.

При попадании на схему варистора аварийный импульс открывает полупроводниковый переход, замыкая его накоротко. Через него начинает стекать опасный потенциал на защитное заземление.

Устройство ограничителя импульсных напряжений необходимо для предохранения сети с показателем 380/220 В. Это классическое напряжение для работы электросетей. Резкие перепады напряжения могут образовываться из-за ударов молний. Из-за грозы также образуется контактная разность в почве.

Как выглядит устройство

Также напряжение может меняться из-за всплеска в электросети. Они образуются при подключении или выключении различных приборов в одну сеть. Резкие скачки могут образовываться при присоединении мощных электрических приборов или каких-нибудь систем.

Принцип действия прибора: изнутри ОИН-1 оснащен варистором. По принципу работы они похожи на разрядники, которые применялись раньше.

УЗИП в щитке

В таком случае устройство будет устанавливаться параллельно предохраняемой электроцепи.

Если же по каким-то причинам величина напряжения в сети станет больше разрешенной, прибор просто замкнет проводку, таким образом предупредив угрозу от включенных за ним бытовых приборов.

Чтобы понять, исправен прибор или нет, необходимо обратить внимание на цвет индикатора. Если он зеленый, то модуль будет в исправном состоянии, а если красный, то его необходимо поменять

УЗИП устраняет перенапряжения:

  • Несимметричный (синфазный) режим: фаза — земля и нейтраль — земля.
  • Симметричный (дифференциальный) режим: фаза — фаза или фаза — нейтраль.

Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S. В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП. В нем нет контакта для подключения нулевого проводника.

Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S. В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП. В нем нет контакта для подключения нулевого проводника

В разрядниках при воздействии грозового разряда в результате перенапряжения пробивает воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы с заземляющим контуром, и импульс высокого напряжения уходит в землю. В вентильных разрядниках гашение высоковольтного импульса в цепи с искровым промежутком происходит на резисторе.

УЗИП на основе газонаполненных разрядников рекомендуется к применению в зданиях с внешней системой молниезащиты или снабжаемых электроэнергией по воздушным линиям.

В варисторных устройствах варистор подключается параллельно с защищаемым оборудованием. При отсутствии импульсных напряжений, ток, проходящий через варистор очень мал (близок к нулю), но как только возникает перенапряжение, сопротивление варистора резко падает, и он пропускает его, рассеивая поглощенную энергию. Это приводит к снижению напряжения до номинала, и варистор возвращается в непроводящий режим.

УЗИП имеет встроенную тепловую защиту, которая обеспечивает защиту от выгорания в конце срока службы. Но со временем, после нескольких срабатываний, варисторное устройство защиты от перенапряжений становится проводящим. Индикатор информирует о завершении срока службы. Некоторые УЗИП предусматривают дистанционную индикацию.

Есть ли необходимость в УЗИП, оценка рисков

Полный перечень требований к организации защиты от ИП изложен в МЭК 61643–21, определить обязательность установки можно по стандарту МЭК 62305–2, согласно которому устанавливается конкретная оценка степени риска удара молнии и вызванных им последствий.

В целом при электроснабжении от воздушных ЛЭП установка УЗИП I класса почти всегда предпочтительна, если только не был выполнен комплекс мероприятий по снижению влияния гроз на режим электроснабжения: повторное заземление опор, PEN-проводника и металлических несущих элементов, устройство громоотвода с отдельным контуром заземления, установка систем уравнивания потенциалов.

Более простой способ оценить риск — сопоставить стоимость незащищенной бытовой техники и устройств защиты. Даже в многоэтажных домах, где перенапряжения имеют весьма низкие значения при характеристике 8/20, риск пробоя изоляции или выхода из строя приборов достаточно велик.

Установка устройств в ГРЩ

Большинство УЗИП имеют модульное исполнение и могут быть установлены на DIN-рейку 35 мм. Единственное требование — щит для установки УЗИП должен иметь металлический корпус с обязательным подключением к защитному проводнику.

При выборе УЗИП, помимо основных рабочих характеристик, следует учитывать также номинальный рабочий ток в режиме байпаса, он должен соответствовать нагрузке в вашей электросети. Другой параметр — максимальное напряжение ограничения, оно не должно быть ниже самого высокого значения в рамках суточных колебаний.

УЗИП подключаются последовательно к питающей однофазной или трехфазной сети, соответственно через двухполюсный и четырехполюсный автоматический выключатель. Его установка необходима на случай спаивания электродов разрядника или пробоя варистора, что вызывает постоянное короткое замыкание. На верхние клеммы УЗИП подключают фазы и защитный проводник, на нижние — нулевой.

Пример подключения УЗИП: 1 — ввод; 2 — автоматический выключатель; 3 — УЗИП; 4 — шина заземления; 5 — контур заземления; 6 — счетчик электроэнергии; 7 — дифференциальный автомат; 8 — к автоматам потребителей

При установке нескольких защитных устройств с разными классами защиты требуется их согласование с помощью специальных дросселей, подключенных последовательно с УЗИП. Защитные устройства встраиваются в цепь по возрастанию класса. Без согласования более чувствительные УЗИП будут принимать основную нагрузку на себя и раньше выйдут из строя.

Как устроен и как работает УЗИП

УЗИП, в зависимости от класса защиты, может иметь полупроводниковое устройство на варисторах, либо иметь контактный разрядник. В нормальном режиме УЗИП работает в режиме байпаса, ток внутри него протекает через проводящий шунт. Шунт соединен с защитным заземлением через варистор или двумя электродами со строго нормируемым зазором.

При скачке напряжения, даже очень непродолжительном, ток проходит через эти элементы и растекается по заземлению или компенсируется резким падением сопротивления в петле фаза-ноль (короткое замыкание). После стабилизации напряжения разрядник теряет пропускную способность, и устройство снова работает в нормальном режиме.

Таким образом, УЗИП на некот

Варисторы

: идеальное решение для защиты от перенапряжения

Чтобы просмотреть эту статью в формате PDF, нажмите здесь.

Новые правила, касающиеся защиты от перенапряжения, вынуждают инженеров искать решения, которые позволяют включать такую ​​защиту с минимальными затратами, особенно в чувствительных к стоимости потребительских товарах. В автомобильном секторе защита от перенапряжения также становится все более необходимой — благодаря быстрому росту количества электронного оборудования даже в самых простых серийных автомобилях в сочетании с общепризнанными проблемами относительно нестабильного напряжения питания и помех от системы зажигания транспортного средства.

Еще одним растущим рынком защиты от перенапряжения является телекоммуникационный сектор, где постоянное повышение уровня интеллекта в коммутаторах и во всех сетях приводит к более широкому использованию чувствительных полупроводников, а строгие требования к времени безотказной работы и доступности означают, что высокая восприимчивость к сбоям в электроснабжении недопустима.

Решения для защиты от перенапряжения

Устройства защиты от перенапряжения защищают от скачков, вызванных электромагнитными эффектами, такими как молния или электростатический разряд, вызванный различными эффектами.По существу, защита от перенапряжения может применяться на входе сети для борьбы с помехами в электросети, внешними по отношению к рабочему оборудованию, или внутренними перенапряжениями, обычно вызываемыми переключением высокой индуктивной нагрузки.

Устройство защиты от перенапряжения может ослаблять переходные процессы путем фильтрации или отклонять переходные процессы, чтобы предотвратить повреждение нагрузки. Те, которые отклоняют переходный процесс, делятся на две большие категории: устройства с ломом, которые переключаются в режим очень низкого импеданса для короткого замыкания переходного процесса до тех пор, пока ток не снизится до низкого уровня; и зажимные устройства, ограничивающие напряжение до определенного уровня.Группа ломов включает устройства, срабатывающие при пробое газового или изоляционного слоя, такие как устройства защиты воздушных зазоров, детекторы угольных блоков, газоразрядные трубки (GDT) или пробой диодов (BOD), или при включении тиристора. ; к ним относятся тринисторы и перенапряжения, срабатывающие при перенапряжении.

Одним из преимуществ устройства ломового типа является то, что его очень низкий импеданс позволяет пропускать большой ток без рассеивания значительного количества энергии внутри устройства защиты. С другой стороны, существует ограниченная временная характеристика, когда устройство переключается или переходит в режим пробоя, во время которого нагрузка может подвергаться разрушительному перенапряжению.Другим ограничением является следование мощности, когда силовой ток от источника напряжения следует за импульсным разрядом. Этот ток не может быть отключен в цепи переменного тока, а сброс еще более ненадежен в приложениях постоянного тока.

Стабилитроны — или лавинные диоды — и резисторы, зависящие от напряжения (варисторы), отображают переменный импеданс в зависимости от тока, протекающего через устройство, или напряжения на его выводах. Они используют это свойство для ограничения перенапряжения на уровне, зависящем от конструкции и конструкции устройства.Характеристика импеданса, хотя и нелинейная, является непрерывной и не отображает временной задержки, например, связанной с искровым разрядом промежутка или срабатыванием тиристора. Само зажимное устройство прозрачно для источника питания и нагрузки при установившемся напряжении ниже предельного уровня.

Недорогие высокопроизводительные варисторы

Основная функция клещей — поглощать скачки перенапряжения за счет снижения его импеданса до такого уровня, чтобы падение напряжения на постоянно присутствующем последовательном импедансе было достаточно значительным, чтобы ограничить перенапряжение на «критических частях» до приемлемого уровня.Современные стабилитроны очень эффективны и наиболее близки к идеальным фиксаторам постоянного напряжения. Однако лавинное напряжение сохраняется в тонкой области перехода, что приводит к значительному тепловыделению. Следовательно, способность стабилитрона к рассеиванию энергии весьма ограничена.

Варистор, напротив, имеет нелинейный переменный импеданс. Разработчик варистора может управлять степенью нелинейности в широком диапазоне, используя новые материалы и конструктивные методы, которые расширяют диапазон применения варисторов.Например, варисторы теперь предлагают экономичное решение для низковольтной логики, требующей низкого уровня защиты и низкого тока в режиме ожидания, а также для линий электропередачи переменного тока и приложений с высокой пропускной способностью.

По сравнению с диодами-подавителями переходных процессов варисторы могут поглощать гораздо более высокие энергии переходных процессов и могут подавлять положительные и отрицательные переходные процессы. Кроме того, в отличие от устройств ломового типа время отклика варистора обычно меньше наносекунды, и устройства могут быть сконструированы так, чтобы выдерживать скачки до 70 000 А.У них большой срок службы по сравнению с диодами, а режим отказа варистора — короткое замыкание. Это предотвращает повреждение нагрузки, которое может произойти, если отказ схемы защиты не обнаружен. Варисторы обычно предлагают экономию по сравнению с устройствами ломового типа.

Работа варистора

Варисторы на основе оксида металла

или MOV обычно изготавливаются из спеченного оксида цинка с добавлением подходящей добавки. Каждая межкристаллитная граница отображает выпрямляющее действие и представляет собой определенный барьер напряжения.Когда они проводят, они образуют путь с низким сопротивлением для поглощения энергии скачков. Во время производства гранулы оксида цинка прессуются перед обжигом в течение контролируемого периода и температуры до тех пор, пока не будут достигнуты желаемые электрические характеристики. Поведение варистора определяется соотношением:

I = кВ α

где K и α — постоянные устройства.

K зависит от геометрии устройства. С другой стороны, a определяет степень нелинейности характеристики сопротивления и может контролироваться путем выбора материалов и применения производственных процессов.Высокое значение α означает лучший зажим; Технология оксида цинка позволила использовать варисторы с диапазоном от 15 до 30, что значительно выше, чем у устройств предыдущего поколения, таких как варисторы из карбида кремния. Поведение варистора V-I показано на рис. , рис. 1 , на котором выделены отдельные рабочие зоны варистора. Наклон защищенной области определяется параметром устройства β, который имеет обратную зависимость от a. Фактически, поведение варистора также можно описать соотношением:

V = CI β (инверсия I = KV α )

, где C также является константой устройства, зависящей от геометрии.

Рис. 1 также сравнивает характеристику варистора с характеристикой идеального устройства ограничения напряжения, которое будет отображать нулевой наклон, а также характеристику стабилитрона. Сравнение стабилитронов подчеркивает расширенную область защиты, которую варистор также предлагает для сопоставимых значений тока и мощности.

Критерии отбора

Для большинства приложений вы можете определить выбор, оценив четыре аспекта желаемого приложения:

1. Нормальные условия эксплуатации устройства или системы, а также напряжение постоянного или переменного тока . На рис. 2 показана блок-схема, которая может использоваться для определения необходимого номинального установившегося напряжения или рабочего напряжения.

Вы можете найти VDR различных размеров и напряжений в диапазоне от 8 В до 1000 В (среднеквадратичное) и более. Чем выше номинальное напряжение выбранного варистора по сравнению с нормальным рабочим напряжением цепи, тем выше его надежность с течением времени, поскольку устройство способно выдерживать большее количество импульсных токов без ухудшения характеристик.Недостатком является снижение уровня защиты, обеспечиваемой варистором с завышенными характеристиками. Следовательно, вы должны поддерживать следующее отношение:

Максимальное выдерживаемое напряжение защищаемого устройства> макс. напряжение фиксации варистора> макс. постоянное рабочее напряжение.

2. Определите повторяющийся пиковый ток . На рис. 3 показана блок-схема, которая может использоваться для определения повторяющегося пикового тока. Максимальные импульсные токи зависят от размера компонента и начинаются от нескольких сотен ампер до нескольких десятков килоампер (при стандартной форме волны 8/20 мкс).После того, как известен повторяющийся пиковый ток, вы можете рассчитать необходимое поглощение энергии в джоулях (ватт-секунда или Вт-с) для варистора.

3. Рассчитайте поглощение энергии . Есть два случая: один для постоянного и один для переменного тока. Энергетические характеристики доступных варисторов начинаются от нескольких джоулей до нескольких сотен джоулей.

Случай 1 — Расчет рассеяния постоянного тока: Мощность, рассеиваемая варистором, равна произведению напряжения и тока и может быть записана в виде:

W = I × V = C × I β +1

Когда коэффициент α = 30 (β = 0.033) мощность, рассеиваемая варистором, пропорциональна 31-й степени напряжения. Увеличение напряжения всего на 2,26% в этом случае удвоит рассеиваемую мощность. Следовательно, важно, чтобы подаваемое напряжение не превышало определенного максимального значения, иначе допустимое значение будет превышено. Более того, поскольку варисторы имеют отрицательный температурный коэффициент, при более высоком рассеивании (и, соответственно, при более высокой температуре) значение сопротивления будет уменьшаться, а рассеиваемая мощность увеличиваться еще больше.

Случай 2 — Расчет рассеяния переменного тока: Когда на варистор подается синусоидальное переменное напряжение, рассеивание рассчитывается путем интегрирования произведения VI. Подходящее выражение выглядит следующим образом:

Энергетические характеристики переходного процесса указаны в Джоулях. Важно убедиться, что варистор способен без сбоев поглощать эту энергию в течение запланированного срока службы продукта или интервала замены. Когда устройство используется для защиты от переходных процессов, возникающих в результате индуктивного или емкостного разряда, таких как переключение двигателя, переходная энергия легко вычисляется.Однако если ожидается, что варистор будет защищать от переходных процессов, возникающих от внешних источников, величина переходного процесса обычно неизвестна, и необходимо применять метод аппроксимации. Это включает в себя расчет поглощенной энергии после определения переходного тока и напряжения, приложенных к варистору. Может применяться следующее уравнение:

E = Интеграл (все до V c (t) I (t) Δt) от 0 до Γ = KV c

Где I — пиковый ток, Vc — результирующее напряжение фиксации, t — длительность импульса, а K — константа форм-фактора энергии, зависящая от формы волны тока.

4. Размер и стиль упаковки . При выборе размера и стиля упаковки необходимо учитывать электрические и механические аспекты. Это включает в себя определение требуемой номинальной мощности и амплитуд импульсных токов, а также определение того, предназначено ли устройство для защиты от исключительных скачков напряжения или от скачков, вызванных повторяющимися событиями, которые будут учитываться в процессе выбора. Ожидаемое количество рассеиваемой энергии также будет влиять на это, и разработчики должны гарантировать, что размеры упаковки соответствуют физическим и механическим характеристикам продукта.Обычные форм-факторы обычно варьируются от дисков диаметром от нескольких миллиметров до 50 мм или блочных и прямоугольных типов для деталей, требующих высокой энергии.

Другими важными соображениями при выборе являются влияние индуктивности выводов и емкости устройства, которые также влияют на характеристики варистора в цепи и должны учитываться при выборе варистора. В обычных устройствах с выводами индуктивность вывода может замедлить быстрое срабатывание варистора до такой степени, что защита будет нарушена.

Моделирование варистора представляет собой шунтирующую емкость, которая может варьироваться от нескольких десятков пФ до нескольких нФ, в зависимости от размера и диапазона напряжения устройства. В зависимости от области применения наличие этой емкости может иметь незначительные последствия, быть желательным свойством или, в худшем случае, проблематичным. Например, в приложениях постоянного тока желательна большая емкость, которая может обеспечить определенную степень фильтрации и подавления переходных процессов. С другой стороны, это может препятствовать использованию варистора для защиты высокочастотных цепей.

Примеры приложений

Глядя на Рис. 4 , вы можете увидеть, как можно использовать варистор для защиты общей нагрузки от скачков напряжения, исходящих от источника питания. Собственный выходной импеданс источника питания в сочетании с импедансом варистора создает делитель потенциала, коэффициент которого зависит от импеданса варистора, чтобы защитить нагрузку. Вы можете увидеть альтернативное приложение на Рис. 5 . Без варисторной защиты измеренный пиковый ток через двигатель насоса, когда S замкнут, составляет 1 А.Таким образом, энергия, затрачиваемая на создание электромагнитного поля в индуктивности двигателя, составляет:

Без варисторной защиты начальный ток 1 А будет течь через тиристорный мост при размыкании S, и будет развиваться напряжение, достаточное для повреждения или разрушения тиристоров. На размыкающих контактах переключателя возникнет дуга. Но с варистором, вставленным в схему, пиковое напряжение, развиваемое на варисторе при размыкании переключателя S, составляет:

В = CMAX × Iβ = 600 В.

Тиристоры моста могут выдерживать это напряжение без повреждений. Полная энергия, возвращаемая в цепь, составляет 200 мДж. Из этих 200 мДж 15,1 мДж рассеивается в нагревателе, а 184,3 мДж рассеивается в варисторе. Варистор выдерживает более 10 5 переходных процессов, содержащих такое количество энергии. Для дополнительной информации, Рис. 6 показывает, как варисторы могут использоваться для подавления внутренне генерируемых всплесков в телевизионном приложении.

Новые пути развития

Варисторы

предлагают экономию затрат и преимущества в производительности по сравнению с устройствами защиты от перенапряжения ломового типа и фиксаторами на стабилитронах в широком диапазоне приложений.Усовершенствованные материалы и оптимизированная конструкция компонентов — особенно в области варисторов из оксида цинка — открыли новые области применения варисторов, особенно тех, которые требуют низкого уровня защиты и низкого тока в режиме ожидания.

В соответствии с преобладающим стремлением отрасли к миниатюризации и технологии поверхностного монтажа, появляются VDR в однослойных корпусах SMD, которые удовлетворяют средним возможностям обработки энергии в относительно небольшом объеме. Кроме того, там, где варисторы дискового типа занимают относительно большое пространство внутри корпуса, новые низкопрофильные варисторы уменьшают максимальную высоту над платой для такого устройства, сохраняя при этом эквивалентные возможности управления током.В дополнение к этому, на рынке более широко используются варисторы сверхвысоких перенапряжений, способные предложить улучшенное соотношение импульсного тока к размеру и позволяют заменять большие компоненты меньшими устройствами с аналогичными характеристиками и надежностью.

Другие новые типы варисторов включают термопредохранитель для обеспечения предсказуемого «отказоустойчивого» поведения в случае ненормального использования. Дальнейшие направления развития включают варисторы, способные работать с температурами окружающей среды выше 125 ° C во всем диапазоне напряжений / импульсных перенапряжений. PETech

Как использовать устройства защиты от электростатического разряда / перенапряжения: Варисторы SMD | Примечание по применению

О многослойных варисторах SMD

Варисторы

SMD — это устройства защиты от перенапряжения, в которых используются свойства полупроводниковой керамики. Когда напряжение на варисторе превышает определенное значение, сопротивление падает до низкого значения и позволяет протекать току, обеспечивая защиту от перенапряжения электронных устройств, подключенных параллельно варистору.
Ниже приведены некоторые примеры эффективной защиты от электростатического разряда и перенапряжения с использованием варисторов SMD.

Содержание

  • Поиск по характеристикам
  • Поиск продуктов по характерным значениям, например по их применению, форме и напряжению варистора.

Пример приложения: защита от электростатических разрядов / перенапряжения для блоков ввода / вывода, таких как переключатели, клавиши, кнопки, соединительные клеммы и т. Д.

Поскольку мобильные устройства, такие как смартфоны и планшеты, являются портативными устройствами, электростатические разряды (ESD) от человеческого тела могут повредить ИС. Контрмеры требуются особенно для блоков ввода / вывода, таких как переключатели, клавиши, кнопки и соединительные клеммы, где присутствует электростатический разряд. Эффективное подавление электростатических разрядов может быть достигнуто наряду с экономией места за счет подключения варисторов SMD параллельно с блоком ввода / вывода.

Рисунок 1 Переключатели / клавиши

Кнопки с цифрой 2

Пример приложения: защита от электростатических разрядов / перенапряжения для аудио (голосовых) линий

Динамики и микрофоны смартфонов — это интерфейсы, которые выполняют ввод / вывод аудиосигналов на электронные устройства.Поскольку они обычно размещаются вне устройств, на них легко воздействовать электростатическим разрядом, что может привести к поломке или неисправности. Гнезда наушников и гарнитуры, которые вставляются и вынимаются очень часто, представляют опасность электростатического разряда. Электростатический разряд, возникающий при вставке заряженной штыревой вилки, с высокой вероятностью разряжается внутри устройства, и, следовательно, для этого требуются контрмеры с использованием защитных устройств.

Варисторы

SMD имеют преимущества в применении перед диодами TVS. Если не удается получить достаточную емкость с помощью небольших TVS-диодов, MLCC должны быть подключены параллельно.Однако для выполнения этой функции достаточно одного SMD-варистора, что сокращает необходимую площадь для монтажа.

Рисунок 3 Переключатели / клавиши Аудио (голосовые) линии: динамик и микрофон

Рисунок 4 Аудио (голосовые) линии: гарнитура

Ферритовые бусины на принципиальных схемах представляют собой компоненты для подавления шума, которые вставляются для подавления радиочастотных частот. Фильтры подавления шума TDK для звуковых линий способны уменьшить шумовые искажения, возникающие при вставке этих шариков, тем самым повышая их эффективность.

Пример приложения: защита от электростатических разрядов / перенапряжения для интерфейсов ввода / вывода [RS-232C / RS-423]

RS-232C и RS-423 — это стандарты интерфейса для последовательных портов, используемых для подключения ПК (хоста) к периферийным устройствам. Поскольку электростатический разряд возникает, когда соединители вставляются и удаляются, варисторы SMD подключаются к каждому контакту ввода / вывода в качестве меры противодействия. Для компактной защиты от электростатического разряда доступны варисторы SMD матричного типа.

Рисунок 5 Интерфейс ввода / вывода: RS-232C / RS-423

Пример приложения: защита от электростатических разрядов / перенапряжения для интерфейсов ввода / вывода [RS-422 / RS-485]

RS-422 и RS-485 — это интерфейсы для систем дифференциальной передачи, использующие витую пару и обеспечивающие передачу на большие расстояния на расстояние 1 км и более.Однако на кабели с витой парой могут влиять электромагнитные искажения вдоль обоих кабелей. Это называется синфазным шумом и требует синфазных фильтров в дополнение к варисторам.…

Рисунок 6 Интерфейс ввода / вывода: RS-422

Рисунок 7 Интерфейс ввода / вывода: RS-485

Пример приложения: защита от электростатических разрядов / перенапряжения для интерфейсов ввода-вывода [USB 2.0 / USB SS]

USB SS (SuperSpeed) — это стандарт, который выше, чем USB 2.0 и используется для USB 3.0, USB 3.1 и т. Д. Скорость передачи данных до 5 Гбит / с в 10 раз выше, чем у USB 2.0.
Примеры использования варисторов SMD, включая варисторы матричного типа, в приложениях USB 2.0 и USB 3.0 показаны ниже. Монтажную площадь можно уменьшить за счет использования матричных варисторов в нескольких портах.

Рисунок 8 Интерфейс ввода / вывода: схемы USB 2.0

Рисунок 9 Интерфейс: USB 2.0 (с варистором микросхемы матричного типа)

Рисунок 10 Интерфейс ввода / вывода: USB SS

Пример приложения: защита от электростатических разрядов / перенапряжения для интерфейсов ввода / вывода [HDMI / LVDS]

HDMI — это высокоскоростной дифференциальный интерфейс для подключения двух аудио-видео устройств, таких как телевизор и DVD-рекордер, а LVDS — это высокоскоростной дифференциальный интерфейс, соединяющий две печатные платы внутри электронного устройства.Поскольку эти интерфейсы имеют много линий, компактный варистор SMD типа массива эффективен для уменьшения монтажной площади.

Рисунок 11 Интерфейс ввода / вывода: HDMI / LDVS

Пример приложения: подавление выбросов / шумов интерфейса автомобильной LAN [LIN / CXPI, CAN / CAN-FD]

Автомобильные электронные устройства подключаются к общему стандарту интерфейса через автомобильную шинную систему, которая представляет собой бортовую сеть. Используются несколько шинных систем для разных скоростей передачи данных:

LIN и CAN — это стандарты для автомобильной локальной сети, устанавливаемые на такие компоненты кузова, как зеркала с электроприводом и сиденья с электроприводом, а CXPI — это новый стандарт, разработанный на основе LIN.В обоих чипах варисторы используются для подавления перенапряжения.

LIN / CXPI — это односторонние интерфейсы передачи, а катушки / бусины, соединенные последовательно, предназначены для подавления шума в дифференциальном (нормальном) режиме. Поскольку CAN является интерфейсом дифференциальной передачи, для подавления синфазных помех установлены фильтры синфазных помех. CAN-FD — это новый стандарт с улучшенными характеристиками связи CAN.

Рисунок 12 Интерфейс автомобильной ЛВС: подавление перенапряжения / шума LIN / CXPI

Рисунок 13 Интерфейс автомобильной ЛВС: CAN / CAN-FD шумоподавление

Пример приложения: Подавление перенапряжения / шума для автомобильных интерфейсов LAN [MOST50]

MOST — это автомобильная локальная сеть, используемая для подключения бортовых мультимедийных устройств аудио и видео.MOST50 широко используется, поскольку позволяет использовать недорогие и легкие кабели UTP (неэкранированная витая пара).

Рисунок 14 Интерфейс автомобильной ЛВС: подавление перенапряжения / шума MOST50

Пример приложения: Подавление перенапряжения / шума для автомобильных интерфейсов LAN [автомобильный Ethernet (100Base-T1)]

Наблюдается стремительный рост автомобильных приложений Ethernet, включая подключение бортовых камер, которые снимают изображения вокруг автомобиля и используют их для обеспечения безопасности и комфорта вождения.100Base-T1 относится к автомобильному Ethernet с использованием кабелей UTP (неэкранированная витая пара) для достижения полнодуплексной связи со скоростью передачи данных 100 Мбит / с.

Рисунок 15 Интерфейс автомобильной ЛВС: автомобильный Ethernet (100Base-T1) с подавлением скачков напряжения / шума

Ссылки по теме

  • ■ Руководство по выбору устройств защиты от электростатического разряда

    Найдите оптимальные варисторы для микросхем и многослойные защитные устройства для микросхем промышленного и автомобильного класса в зависимости от области применения, внешних размеров и напряжения в цепи.
    ・ Товарный
    ・ Автомобильная марка

Вашему проекту требуется защита цепи

Вашему проекту требуется защита цепи

Защита цепей важна для любого электрического монтажа или проекта. С помощью устройства защиты цепи в цепь добавляется слабое звено; эта линия связи предназначена для прерывания в случае возникновения неисправности, что защищает цепь от повреждений и / или выдвигает операторов от травм.

Типы устройств защиты цепей

Предохранители знакомы даже с потребителями, не имеющими опыта работы в электронике. В них есть кусок проволоки, который плавится, если через него проходит слишком большой ток. Как только провод расплавится, цепь разомкнется. Существует несколько различных типов предохранителей, но все они работают по одним и тем же принципам.

Устройства остаточного тока

или УЗО обнаруживают замыкания на землю и затем отключают питание. Миниатюрные автоматические выключатели или MCB — это электромеханические устройства, которые защищают цепи от перегрузки по току; В отличие от предохранителей, эти устройства можно использовать повторно, но они также более дороги.Прерыватели остаточного тока с перегрузкой по току (RCBO) используются в приложениях, где требуется защита от замыканий на землю и сверхтоков.

Металлооксидные варисторы для защиты цепей

Есть еще один способ защиты цепей в электрических проектах. Он называется металлооксидным варистором или MOV. В отличие от описанных выше устройств, которые обеспечивают защиту от перегрузки по току, варисторы представляют собой нелинейные устройства, зависящие от напряжения, которые можно использовать для защиты цепей от перенапряжения.Название «варистор» — это сокращение от переменного резистора.

Варисторы обычно изготавливаются из массивов кристаллов оксида цинка; оксид цинка заменяется оксидами других металлов, и кристаллы спекаются в керамический полупроводник. В результате получается кристаллическая микроструктура, способная рассеивать энергию для защиты схем.

Вот несколько общих вопросов о металлооксидных варисторах

От каких условий цепи защищает металлооксидный варистор (MOV)?

Металлооксидные варисторы защищают от высоких переходных напряжений.Это может произойти от молнии, переключения индуктивной нагрузки или электростатического разряда (ESD). Преимущество использования металлооксидного варистора для защиты заключается в том, что он работает быстро, часто за наносекунды, ограничивая повреждение остальной схемы.

Металлооксидная варисторная защита от перенапряжения полезна в приложениях, где возможны короткие скачки электрической энергии.

Как использовать варистор в цепи?

Подключайте варисторы напрямую через основные источники питания и через полупроводниковые переключатели, чтобы защитить тиристорные мосты, полевые МОП-транзисторы и транзисторы.Важно включать варисторы в процесс проектирования на ранней стадии, а не завершать дизайн и затем пытаться найти для них лучшее место.

При выборе MOV для вашего проекта учитывайте максимальное рабочее напряжение и напряжение ограничения, импульсный ток, поглощение энергии, ток утечки, максимальное напряжение переменного тока и время отклика.

Как варистор защищает схемы?

Металлооксидные варисторы работают, подавляя (или ограничивая) напряжение до безопасного уровня и отводя избыточную энергию, рассеивая тепло для защиты цепи.Варисторы довольно долговечны, что делает их хорошо подходящими для выдерживания как высокоэнергетических импульсных переходных процессов, так и высоких пиковых импульсных токов.

На техническом уровне, что действительно происходит, так это то, что MOV переключается из состояния с высоким импедансом в состояние со значительно более низким импедансом, тем самым позволяя перенаправить всплеск обычно на землю (или иногда на другую фазу или нейтраль в зависимости от конструкции схемы). По окончании выброса MOV возвращается в состояние высокого импеданса, тем самым останавливая шунтирующую операцию.

Есть ли у варисторов полярность?

Нет, варисторы не имеют полярности. Это означает, что их можно устанавливать в любом направлении.

Подробнее о продуктах защиты цепей Quest Components

Для начала ознакомьтесь с продуктами, которые мы предлагаем от Maida Development Company, мирового поставщика металлооксидных варисторов и других устройств защиты цепей. Если у вас есть вопросы о защите цепей, наши опытные электрики всегда готовы помочь.Позвоните сегодня по телефону (623) 333-5858, чтобы узнать о продукте или разместить заказ. С нетерпением ждем сотрудничества с вами.

Большой приклад. Быстрый ответ. Умные люди.

ВГ_С 5 шт. TKS TVR10471 TVR10471 Металлооксидный варистор для защиты от перенапряжения: Электроника


Ориентировочная общая стоимость: 22 доллара.02 , включая залог за доставку и импорт в Российскую Федерацию Подробности
  • Убедитесь, что это подходит введя номер вашей модели.
  • Бренд: TKS, Номер модели: TVR10221-D
  • Доступны безгалогенные серии, соответствующие RoHS
  • Диапазон рабочих температур: -40 ° C ~ + 105 ° C
  • Диапазон температур хранения: -40 ° C ~ + 125 ° C
  • Рекомендуемые области применения: источники питания, бытовая техника, телекоммуникации, интеллектуальные счетчики, ПЛК, осветительные приборы, фотоэлектрическая промышленность.
]]>
Характеристики
Фирменное наименование Vigor_Source
Ean 7426862642777
Номер детали TVR10471 Тепловой предохранитель
Код UNSPSC 32000000

Amazon.com: LITTELFUSE INC. V275LA40BP Варисторы для защиты цепей-MOV-mlv Серия LA 369 В постоянного тока 275 В RMS 680 В Зажим 6500 A 900 пФ Варистор с радиальными выводами


В настоящее время недоступен.
Мы не знаем, когда и появится ли этот товар в наличии.
  • Убедитесь, что это подходит введя номер вашей модели.
  • Емкость: 900 пФ
  • Максимальное напряжение цепи: 275 В
  • Варистор Диапазон напряжения: от 389 до 453 В
  • CurrentRating: 1 мА
  • Энергия: 140 Дж; Сопротивление изоляции: 1000 МОм; Диапазон рабочих температур: от -55 до +85 ° C; Диапазон температур хранения: от -55 до +125 ° C; NumberofTerminals: 2; Диаметр мм: 20 мм; Максимальное напряжение зажима: 680 В; PeakSurgeCurrent: 6500 А; CircuitDCVoltage-Макс: 3
]]>
Характеристики
Фирменное наименование Littelfuse
Вес изделия 0.00 фунтов
Номер модели V275LA40BP
Количество позиций 25
Номер детали V275LA40BP
Код UNSPSC 32121603

Как использовать дисковые варисторы с защитой от электростатических разрядов / перенапряжения — Блог о пассивных компонентах

Источник: Техническая записка TDK

Варисторы

могут использоваться в качестве подавителей для защиты устройств и цепей от переходных аномальных напряжений, включая электростатический разряд (электростатический разряд) и удар молнии.
Для защиты от относительно большого импульсного тока (от 100А до 25кА) подходят дисковые варисторы с выводами и дисковые варисторы SMD. Для защиты от повышенного импульсного тока (примерно 25 кА и более) подходят блочные варисторы и ленточные варисторы.

Для промышленных устройств и энергетических аппаратов используются дисковые варисторы, у которых максимально допустимое напряжение цепи (номинальное напряжение) и максимальный пиковый ток.

● Дисковые варисторы с выводами
● Варисторы ThermoFuse
● Дисковые варисторы SMD
● Ременные варисторы
● Блочные варисторы

Пример применения: Защита от перенапряжения для входной части импульсного источника питания

Различные типы небольших, легких и высокоэффективных импульсных источников питания часто используются в качестве источников питания электронных устройств.В импульсном источнике питания перед силовой цепью размещается ЭМС-фильтр для предотвращения шума проводимости, который проникает через силовую линию. Однако, поскольку грозовые перенапряжения и коммутационные перенапряжения нельзя предотвратить только с помощью фильтра ЭМС, схема защиты от перенапряжения с использованием дисковых варисторов размещается перед фильтром ЭМС. Комбинации с ограничителями перенапряжения и другими устройствами, а также их схемные конфигурации различаются. Подобные схемы защиты встроены в адаптеры переменного тока, которые используются для портативных компьютеров и т.п.Варисторы также используются для удлинителей и розеток с молниезащитой.

Рис.1 Пример схемы защиты от перенапряжения для импульсного блока питания

Пример приложения: Защита от перенапряжения для светодиодной системы освещения

Светодиодная система освещения состоит из светодиодных матриц с несколькими подключенными светодиодами, драйвера (схемы управления), схемы управления и источника питания светодиодов, а также подсистем, включая источник питания для связи. Многие варисторы микросхемы используются для защиты от электростатических разрядов и защиты от перенапряжения для интерфейсной части, а варисторы необходимы для защиты от электростатических разрядов.Светодиод — это устройство, в котором используется полупроводник, и без защиты он может быть разрушен электростатическим разрядом или скачком напряжения. По этой причине параллельно светодиодному устройству устанавливается варистор.

Рис.2 Защита светодиодного устройства в системе светодиодного освещения

Пример применения: Защита от перенапряжения для индуктивных нагрузок, таких как двигатели

В момент отключения питания устройств с индуктивными нагрузками, использующих катушки, такие как двигатели, соленоиды и электромагнитные клапаны, устройства разряжают магнитную энергию, которая была накоплена в качестве противодействующей электродвижущей силы, и генерируют большое импульсное напряжение.Для защиты устройств от скачков напряжения параллельно нагрузке подключают варистор.

Рис3. Защита от перенапряжения для индуктивных нагрузок, таких как двигатели

Пример приложения: Защита от перенапряжения для двигателя с электромагнитным тормозом и защита контакта его выключателя

Двигатели переменного тока

, которые используются в промышленных устройствах, включают двигатель с тормозом. Электромагнитный тормоз с использованием электромагнита, якоря (подвижной стальной пластины) и пружины может останавливать вращение двигателя сразу после выключения переключателя.Однако, поскольку электромагнит представляет собой индуктивную нагрузку, использующую катушку, в момент отключения тока катушка создает противодействующую электродвижущую силу, и возникает большое импульсное напряжение, которое повреждает контакт переключателя. Для поглощения перенапряжения и защиты контакта переключателя подключен варистор.

Рис.4 Защита контакта выключателя двигателя с электромагнитным тормозом

Пример приложения: защита от перенапряжения для твердотельного реле (SSR) и защита его выходной клеммы

SSR (твердотельное реле), использующее полупроводниковый элемент (например, тиристор), используется во многих промышленных устройствах с большим током.Это реле, электрически изолированное оптопарой, и, как преимущество, оно может безопасно управлять включением и выключением устройства с помощью сигналов включения и выключения очень небольшого электрического тока источника питания постоянного тока. Однако из-за того, что включается и выключается большой ток, выходной терминал легко повреждается из-за импульсного перенапряжения. Чтобы подавить это, на выходной стороне параллельно подключают варистор (некоторые твердотельные реле имеют встроенные варисторы).

Рис.5 Защита выходной клеммы твердотельного реле (твердотельного реле)

Пример применения: Защита от перенапряжения от сброса нагрузки и разрушения поля

Когда ток, протекающий через индуктивную нагрузку, использующую катушку, такую ​​как двигатель и генератор переменного тока (электрогенератор), отключается, генерируется большое импульсное напряжение из-за создания противодействующей электродвижущей силы.

Сброс нагрузки — это проблема перенапряжения, которая возникает, когда линия аккумуляторной батареи отключена по такой причине, как отсоединение клеммы аккумуляторной батареи, когда питание подается от генератора переменного тока на аккумулятор. Затухание поля — это проблема с отрицательным импульсным напряжением, которое возникает, когда полярность батареи изменяется по ошибке.

Поскольку оба они могут достигнуть ЭБУ и вызвать неисправность, ЭБУ должны пройти тест сброса нагрузки и тест спада в полевых условиях. Дисковый варистор используется для защиты от перенапряжения.

Рис.6 Защита от сброса нагрузки и перенапряжения варистором

Когда питание от генератора переменного тока подается на аккумулятор, отключение аккумуляторной линии приводит к сильному скачку напряжения. Варистор блокирует импульсное напряжение для защиты ЭБУ и других устройств.

Испытание на невосприимчивость и испытание на выбросы для блоков управления двигателем (ISO10605)
Оценочные тесты

EMC для ЭБУ включают тест на невосприимчивость для подтверждения того, что ЭБУ не неисправен, и тест на выбросы для подтверждения того, что ЭБУ спроектирован так, чтобы не генерировать шум, превышающий установленный предел.

Тест на невосприимчивость Стандартный Описание
Тест ESD ISO10605 Оценивает допуск, применяя ESD
Тест на устойчивость к радиочастотам ISO11452-2, -3, -4 Оценивает переносимость с помощью сильной радиоволны
Испытание на самосвал ISO7637-2 Оценивает допуск путем подачи положительного импульсного напряжения
Тест на затухание поля Оценивает допуск путем подачи отрицательного импульсного напряжения
Испытание на выбросы Стандартный Описание
Испытание на излучение CISPR25 Оценивает радиационный шум от ЭБУ
Испытание на кондуктивные выбросы Оценивает шум проводимости от ЭБУ

Пример приложения: Защита от перенапряжения для распределительных коробок и стабилизаторов мощности солнечных систем выработки энергии

Электроэнергия постоянного тока, генерируемая солнечной панелью, отправляется в стабилизатор питания через соединительную коробку, повышается в преобразователе постоянного тока в постоянный, преобразуется в электроэнергию переменного тока с помощью инвертора, а затем отправляется в коммерческую энергосистему.Чтобы защитить его цепь от индуктивного удара молнии и т.п., схемы защиты по напряжению с использованием варисторов вставляются во входную и выходную части соединительной коробки и стабилизатора мощности. Сочетание с ограничителем перенапряжения увеличивает его надежность.

Рис.7 Защита от перенапряжения для распределительных коробок и стабилизаторов мощности солнечных энергосистем

Пример приложения: Защита от перенапряжения для важных устройств с помощью грозового трансформатора

Устройство, называемое трансформатором молнии, используется для защиты важных устройств, таких как серверы в центрах обработки данных и телефонные коммутаторы, от грозового перенапряжения.Это комбинация SPD (устройства защиты от перенапряжения или молниезащиты) и специального трансформатора, первичная обмотка и вторичная обмотка которого защищены электростатическим экраном, а перенапряжение, которое не может быть устранено с помощью SPD, проходит через заземленные материалы электростатического экрана и разряжается на земля. Он отлично справляется с синфазным индуктивным разрядом молнии.

Рис.8 Пример защиты от грозовых перенапряжений с грозовым трансформатором

Пример применения: Защита от скачков большой энергии в промышленных устройствах

Блочные варисторы и ленточные варисторы — это высокоэнергетические изделия, используемые для источников питания промышленных устройств и устройств связи, силовых распределительных устройств на электростанциях и подстанциях, железнодорожных сигнальных систем и др., И их преимуществом является чрезвычайно высокая стойкость к импульсным токам.Блочный варистор находится в корпусе и имеет винтовые клеммы, а ременной варистор имеет плоские (плоские) клеммы с отверстиями, которые фиксируются винтами (или припаяны). Также используется разрядник для защиты линии переменного тока.

Рис. 9 Пример защиты от скачков большой энергии в промышленном устройстве

Варисторы

— обзор | ScienceDirect Topics

b Варисторы на основе оксида цинка.

Металлооксидные варисторы — это класс полупроводниковых устройств, которые демонстрируют очень нелинейные вольт-амперные характеристики и которые нашли широкое применение в качестве защитных устройств электрических цепей от переходных скачков напряжения (Matsuoka, 1971; Harnder et al., 1972). Коммерчески доступные варисторы изготавливаются путем спекания порошка оксида цинка с оксидом висмута и рядом других добавок, точный состав которых является частной информацией.

Обычно чистый оксид цинка ведет себя как изолятор, и его можно сделать проводящим, только изменив стехиометрию, например, добавив избыток цинка (Heiland et al., 1959). Однако, например, при добавлении небольших количеств оксида висмута материал демонстрирует неомическую электрическую проводимость.Это необычное поведение побудило нескольких исследователей исследовать его происхождение, чтобы оптимизировать его (Моррис, 1973; Левинсон и Филипп, 1975; Бернаскони, и др., , 1976; Моррис и Кан, 1975). Большинство из них постулировали наличие непрерывного межкристаллитного слоя с высоким сопротивлением, разделяющего зерна оксида цинка и действующего как электрический барьер. Основываясь на наличии слоя, Левинсон и Филипп (1975) смогли объяснить нелинейные ВАХ с точки зрения тока Шоттки и туннелирования Фаулера-Нордхейма.

Однако эксперименты Морриса и Кана (1975), исследующие систему ZnO – Bi 2 O 3 , прототип промышленного материала, показывают, что непрерывная межзеренная пленка не образуется вокруг зерен оксида цинка и, следовательно, не может учитывать варисторное поведение материала. Во-первых, при использовании всего лишь 0,008 m / o Bi 2 O 3 , что должно быть едва достаточно для покрытия зерен, было продемонстрировано варисторное поведение. Во-вторых, они заметили, что фаза Bi 2 O 3 появляется на стыках трех и четырех зерен с двугранным углом примерно 60 ° — явно слишком большим углом для того, чтобы смачивать зерна оксида цинка и образовывать сплошное зерно. пограничная пленка.В-третьих, как Оже-спектроскопический анализ, так и спектроскопический анализ ионного рассеяния на поверхностях изломов показывают, что, хотя граница зерен сильно обогащена Bi, она быстро спадает на расстоянии не более 2 нм. Это расстояние соответствует оценке верхнего предела поглощения Гиббса для чистого Bi 2 O 3 на оксиде цинка, тем самым показывая, что на зернах присутствует поглощенный слой, а не пленка.

Ситуация была дополнительно прояснена путем получения электронного изображения с высоким разрешением (Clarke, 1978) коммерчески доступного варистора ZnO, включающего Bi 2 O 3 , CoO, MnO, Cr 2 O 3 и Sb 2 О 3 .Эти наблюдения показывают, что богатая фаза Bi 2 O 3 локализована на стыках трех и четырех зерен, и во многих случаях можно увидеть, что она резко обрывается, как на рис.16 и как обнаружено (Morris and Cahn, 1975). в материале прототипа. В этих случаях двугранный угол, образованный контактом с зернами оксида цинка, отличен от нуля и находится в диапазоне 12–85 °. Изменение объясняется как возможным изменением состава в богатой фазе Bi 2 O 3 от одного места к другому, так и любой анизотропией поверхностной энергии оксида цинка.Кроме того, на многих из этих границ зернограничные дислокации могут наблюдаться по их контрасту деформации вдали от стыка трех зерен. Их присутствие снова указывает на отсутствие межзеренной пленки, вывод, который подтверждается изображением границы решеткой.

Рис. 16. Тройной переход зерна в коммерческом варисторе ZnO. Темная область на стыке — это богатая фаза Bi 2 O 3 , которая не распространяется вдоль границы, о чем свидетельствует наличие зернограничных дислокаций (указано стрелкой).

Относительно толстая пленка видна на некоторых границах зерен, как было показано на изображении полос решетки на рис. 17, но это необычно. Предварительная работа предполагает, что образование межзеренной пленки имеет кристаллографическое происхождение, поскольку оно происходит только на границах, которые являются как прямыми, так и очерченными базисной плоскостью в одном из соседних зерен (Clarke, 1977).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*