Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Testowanie jakości warystorów niskonapięciowych

Zdjęcie zainstalowanego w sieci niskiego napięcia warystora ASA-A firmy Apator [4]
Zdjęcie zainstalowanego w sieci niskiego napięcia warystora ASA-A firmy Apator [4]

Warystory są powszechnie stosowanym elementem zabezpieczającym przed przepięciami sieć energetyczną. Jakość tych elementów jest bardzo istotna, aby zabezpieczenie było skuteczne. Warystory są wykonywane z taniego i powszechnie stosowanego materiału – tlenku cynku wraz z dodatkami innych substancji, stanowiących zwykle tajemnicę producenta i decydujących o końcowej jakości wyrobu. Produkty opuszczające fabrykę spełniają narzucone wymogi dotyczące charakterystyki prądowo-napięciowej, zapewniając w ten sposób odpowiednią ochronę przed przepięciami.

Niestety, w trakcie eksploatacji, w wyniku narażeń na atmosferyczne czynniki zewnętrzne oraz przewodzenie dużych prądów, podczas losowej liczby występujących przepięć, struktura warystora ulega stopniowej degradacji. W efekcie warystor może przestać pełnić skutecznie swoją funkcję zabezpieczającą. Dlatego istnieje konieczność testowania skuteczności ochrony przepięciowej warystorów stosowanych w sieci energetycznej niskiego napięcia (Czytaj więcej na ten temat). W artykule przedstawiono budowę warystorów, z uwzględnieniem procesów zachodzących w ich strukturach i prowadzących do zmiany ich parametrów elektrycznych oraz sposoby testowania ich jakości.

Warystory są obecnie powszechnie stosowanym elementem zabezpieczającym sieć energetyczną przed szkodliwym działaniem przepięć powodowanych głównie zjawiskami atmosferycznymi. Popularność tych elementów wynika z dobrych właściwości ochronnych, relatywnie niskich kosztów produkcji oraz możliwości stosowania dla bardzo szerokiego zakresu napięć, zaczynając od pojedynczych woltów, a kończąc na zabezpieczeniach linii energetycznych o napięciu setek kV. Na rynku są dostępne warystory wykonane z węglika krzemu (SiC) lub z tlenku cynku (ZnO) [1 - 5].

Możliwości ochrony układów przed przepięciami za pomocą warystorów wynikają z ich nieliniowej charakterystyki prądowo-napięciowej. Dla małych napięć warystor charakteryzuje się rezystancją na poziomie nawet 1010 Ω, a prąd płynący przez jego strukturę jest na poziomie dziesiątek μA. Przy wyższych napięciach charakterystykę warystora można opisać zależnością:

(1)

gdzie:
I – prąd,
U – napięcie,
k – stała skalująca,
α – wykładnik potęgi.

Duża wartość wykładnika α oznacza, że prąd gwałtownie rośnie nawet przy niewielkich zmianach napięcia na jego zaciskach. Dla warystorów wykonanych z ZnO uzyskuje się wartości α=80, co jest wartością kilkakrotnie większą niż osiągana w przypadku konkurencyjnego materiału SiC. Przy dalszym wzroście napięcia warystor przechodzi w stan nasycenia i zachowuje się jak rezystor o rezystancji rzędu pojedynczych Ω.

Przedstawiona charakterystyka prądowo-napięciowa warystora (rys. 1.) oznacza doskonałe właściwości tłumienia przepięć przez przewodzenie nawet bardzo dużych prądów powodowanych napięciem powyżej pewnego napięcia progowego, charakterystycznego dla używanego egzemplarza, oraz stanem odłączenia od chronionego układu przy małych napięciach podczas jego normalnej eksploatacji.

sposób wytwarzania warystorów

Popularność stosowania warystorów spowodowała, że są produkowane przez wielu niezależnych producentów, w tym także w Polsce (np. ABB Przasnysz, Apator S.A.). W trakcie produkcji ziarna ZnO oraz innych tlenków metali (np. Bi2O3, CoO, MnO, Si2O3) są mieszane, a następnie prasowane. Po takim przygotowaniu następuje proces wypalania w atmosferze powietrza, w temperaturze powyżej 1000°C [1]. Gotowy krążek przedstawiono na rysunku 2a. Pożądane właściwości elektryczne uzyskuje się w wyniku powstania złączy na granicy między ziarnami ZnO. Pozostałe składniki, wykorzystywane przy konstrukcji warystora, służą jako wypełniacz między przestrzeniami ZnO oraz decydują po części o procesie wzrostu ziaren ZnO w trakcie ich formowania podczas wypieku. Dlatego szczegółowy skład oraz parametry podczas produkcji są objęte tajemnicą przez producentów. Typowo rozmiary ziaren ZnO wynoszą kilka μm.

Podczas wytwarzania dąży się do uzyskania możliwie największych wartości parametru α. W rzeczywistości uzyskuje się złącza o różnych parametrach. Można wyróżnić złącza najbardziej pożądane (good), gdy α>30, o niskiej nieliniowości (bad), gdy α≈10, oraz złącza o charakterze rezystancyjnym (linear) (rys. 3.). Ziarnista budowa warystora oznacza, że o charakterystyce gotowego elementu decyduje suma szeregowo i równolegle połączonych złączy, jakie występują między poszczególnymi ziarnami ZnO. Stąd duża liczba ziaren, których kontakty między sobą są charakteryzowane przez współczynnik α>30, oznaczający warystor o pożądanej silnie nieliniowej charakterystyce. Budowa ziarnista oznacza, że gotowy wyrób jest wypadkową połączonych szeregowo i równolegle „mikrowarystorów” powstających na połączeniu między kolejnymi ziarnami. Dzięki temu, stosując warystory o różnej grubości (liczbie złączy) możemy zmieniać napięcie, przy którym warystor zaczyna przewodzić prąd.

Typy złączy, jakie występują w strukturze ZnO, zależą od sposobu przygotowania i wypalania mieszaniny sproszkowanego ZnO z dodatkami. Nieliniowe złącza między ziarnami uzyskuje się jedynie dla odpowiednio wyrośniętych ziaren (fot. 1a). Natomiast, przy niepoprawnie dobranych parametrach i składzie następuje wytworzenie ziaren o średnio mniejszych wymiarach, charakteryzujących się słabo nieliniową charakterystyką (fot. 1b).

Po prawidłowym przygotowaniu krążka ZnO następuje metalizacja jego powierzchni bocznych (rys. 2b) oraz kontrola parametrów elektrycznych. Poprawnie wykonane krążki są zamykane w obudowach i sprzedawane jako gotowe wyroby (fot. 2.).

Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 11/2009

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Gdzie szukać pomocy przy doborze właściwego źródła zasilania »

Dobór źródła zasilania

Optymalne rozwiązania na każdym etapie, zarówno dystrybucji, jak i tworzenia dedykowanych pakietów zasilania. Wszystko po to, aby zapewnić jak najwyższą jakość ... czytam dalej »

 


Jak zmniejszyć swój rachunek za prąd »

koszt prądu

Oszczędzanie na rachunkach za prąd w domu lub firmie jest możliwe. Wystarczy dokładnie sprawdzić (...) zobacz ile możesz oszczędzić »

 


Jednoobwodowy licznik energii - jaki wybrać?»

Zobacz co nowego poznamy na targach Energetab 2019 »

Licznik energii jaki wybrać Energetab 2019 logo
Zasilacze awaryjne trzeciej generacji z bardzo wysoką sprawnością 96% w trybie On-Line oraz ze znakomitym współczynnikiem mocy 1(...) czytam więcej » ENERGETAB – największe w Polsce targi nowoczesnych urządzeń, aparatury i technologii dla przemysłu energetycznego, to miejsce jednych z najważniejszych spotkań czołowych przedstawicieli branży elektrotechnicznej w Polsce.(...) czytam dalej »

 


Łączniki i gniazda instalacyjne - jakie wybrać?

Kamery termowizyjne Perfekcyjne dopełnienie nowoczesnego wnętrza.
Prosta, ponadczasowa forma, jakość wykonania, niezawodny system, to tylko niektóre (...)
czytam dalej »


Automatyka przemysłowa i sterowanie - na jakie produkty zwrócić uwagę »

Przewodnik po złączach - znajdż idealne rozwiązanie dla siebie »

automatyka przemysłowa Przewodnik po złączach
Jak sztuczna inteligencja wspomoże pracę elektrowni i fabryk? Aż 63 proc. respondentów twierdzi, że sztuczna inteligencja pomoże zwalczyć (...) czytam więcej » Poznaj pierwszy w branży przewodnik elektroniczny po złączach. Internetowe narzędzie referencyjne ułatwiające dobór złączy. (...) chcę zobaczyć »

 


Oznaczniki mobilne na przewody i osprzęt - które wybrać »

Kamery termowizyjne Technika laminowania taśm, zapewnia trwałe nadruki poprzez całkowitą ochronę tekstu przed czynnikami niszczącymi, takimi jak: zdrapywanie, ścieranie, zmywanie, promieniowanie UV a nawet substancj (...) czytam dalej »

 


Dobór ograniczników przepięć typu 1 »

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

ograniczniki bezpanelowa energia słoneczna
Kombinowane ograniczniki przepięć jako urządzenia do ograniczania przepięć mają za zadanie zmniejszenie do bezpiecznych poziomów napięcia w instalacji elektrycznej oraz na wejściu zasilanych urządzeń: podczas operacji łączeniowych ń (...) czytam więcej » Innowacje i technologia przeszły długą drogę. Rzeczywiście wkroczyliśmy w nową generację nowoczesnych udogodnień, które nie tylko sprawiają, że nasz styl życia jest bardziej luksusowy i komfortowy, ale... czytam dalej »

Szybki i łatwy sposób na budowę Twojego indywidualnego systemu wizyjnego»

zasilanie gwarantowane Badania przeprowadzone przez Computer Business Review wykazały, że od 2013 roku mamy do czynienia z dynamicznym wzrostem przenoszenia przez przedsiębiorców zasobów danych do tzw. chmury obliczeniowej (cloud computing). W związku z tym stale wzrastają wydatki przeznaczan ... czytam dalej »


Bramka IoT chmury do integracji nowych i istniejących systemów bez konieczności programowania.»

Zobacz jak robot testuje bankomaty?

bramka iot Robot testuje bankomaty
Dzięki prostemu połączeniu z procesem za pomocą protokołów, np. Modbus/TCP, dane czujników i dane procesowe są zbierane, przetwarzane i monitorowane ... czytam więcej » Około 30 sekund zajmuje średnio wypłacenie pieniędzy z wielofunkcyjnego bankomatu ATM. Urządzenia, które są dostępne „za rogiem” w większości miast, zmieniły nasze podejście ... czytam dalej »

Jaką zastosować ochronę urządzeń elektrycznych i elektronicznych przed przepięciami »

ochrona przed przepięciami Każdy ogranicznik przepięć ma pewną określoną zdolność do przenoszenia przez siebie pewnej energii udaru. Jeśli po zadziałaniu ... czytam dalej »


Złącza silnoprądowe - czy silikon sobie poradzi?

Złącza silnopradowe Czy możemy zastosować elastyczne przewody silikonowe i czy są one odporne na uszkodzenie i wysokie temperatury? Przykładowo dla przekroju kabla 240 mm2 ... chcę obejrzeć »


Może Cię to zainteresuje ▼

Wyświetlacz cyfrowy - jaki wybrać?

Przewdonik "Eliminuj błędy
i usprawnij instalacje przewodów" »

wyświetlacze cyfrowe kable i przewody - przewodnik
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Poznaj najskuteczniejsze sposoby oznaczania kabli i komponentów wykorzystywanych w branżach elektrycznych i telekomunikacyjnych... czytam dalej »


Transformatory oraz dławiki dostosowane do indywidualnych wymagań »

transformatory ei Mają zastosowanie w sieciach przesyłowych i rozdzielczych. Stosowane są do zasilania układów trakcyjnych w pojazdach szynowych, w instalacjach wykorzystujących napędy (...) czytam dalej »


1-fazowe liczniki energii elektrycznej - widziałeś to?!

Switch zarządzalny – czy warto? Jaki wybrać?

Liczniki energii jakie wybrać Switche niezarządzalne
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Switch zarządzalny daje możliwość nie tylko stworzenia siecilokalnej, ale daje wiele innicf możliwości. Między innymi pozwala także dostosować porty, a więc i parametry sieci do... czytam dalej »

dr hab. inż Janusz Smulko
dr hab. inż Janusz Smulko
Ukończył z wyróżnieniem studia na Wydziale Elektroniki Politechniki Gdańskiej w 1989 r. Studiował na kierunku elektronika i telekomunikacja, specjalność: aparatura elektroniczna, specjalizacja: syst... więcej »
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
9/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Metody badania funkcji zabezpieczeń nadprądowych przekaźników elektroenergetycznych
  • - Fotowoltaika szansą rozwoju dla komunikacji miejskiej
Zobacz szczegóły

SEP świętuje 100 lat!

Jak co roku targom ENERGETAB towarzyszą konferencje organizowane przez izby i stowarzyszenia patronujące. Z okazji obchodzonego w tym roku 100-lecia Stowarzyszenia Elektryków Polskich...

Przekaźnik instalacyjny o wysokiej odporności na prąd udarowy

RPI-1ZI-U24A firmy Relpol, to nowy przekaźnik instalacyjny, który wytrzymuje prąd załączania 120 A w czasie 20 ms. Przekaźnik ten przeznaczony jest do załączania obwodów o wysokim...
.steute Polska .steute Polska
steute jest międzynarodowym przedsiębiorstwem specjalizującym się w projektowaniu oraz produkcji bezpiecznej, niezawodnej aparatury...

Ciekawe strony

Elektryk na Fixly.pl

EPS System - agregaty prądotwórcze

Producent oświetlenia

Ciekawa Architektura

Instalacje

Literatura fachowa

Rekuperacja

Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl