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


Zapisz się do Ligi Specjalistów i zdobywaj nagrody!

Liga Specjalistów 2.0

Jesteś profesjonalistą z branży elektrycznej lub teletechnicznej?
Jesteś uczniem lub studentem kierunku technicznego?
czytam dalej »

 


Kompleksowe inspekcje termowizyjne - gdzie szukać pomocy? »

Termowizja inspekcja

Przez ostatnie stulecie zbudowano wiele urządzeń pomiarowych w zakresie podczerwieni, ale największe możliwości i popularność zyskały rozwiązania... czytam dalej »

 


Jaki silnik elektryczny wybrać? »

silnik elektryczny

W działaniu wielu maszyn i urządzeń technicznych wymagany jest ruch postępowy lub postępowo-zwrotny. Zazwyczaj ruch ten wytwarzają (...) czytam więcej »

 


Łączniki elektroinstalacyjne - rodzaje i sposób działania?

Oświetlenie zewnętrzne LED - dobór i zastosowanie»

Ranki łączniki gniazdka oswietlenie zewnętrzen LED
W każdej standardowej instalacji elektrycznej w budynku występują gniazda wtyczkowe oraz łączniki. Ich budowa oraz sposób zamocowania zależą od miejsca zainstalowania oraz metody wykonania (...) czytam więcej » Wymiana opraw oświetlenia zewnętrznego ze źródłami LED przynosi przede wszystkim poprawę efektywności energetycznej oświetlenia ulicznego. Oświetlenie LED posiada również (...) czytam dalej »

 


Przyrządy kontrolne i pomiarowe - zobacz niezawodne rozwiązania»

narzedzia pomiarowe dla elektryka Miernik napięcia, ciągłości i kolejności faz są zaprojekotwane do testowania napięcia, fazy, polaryzacji, kolejności faz i półprzewodników. Cyfrowy multimetr oraz cyfrowy miernik cęgowy oferują idealne rozwiązania dla wszystkich wymagań i możliwych zastosowań. Mierniki wykorzystują standardowe (...) czytam dalej »


Zobacz jakie oprawy zaprezentowano na Energetab 2019  »

Wiele nowych produktów od najlepszych w branży marek »

Samochody elektryczne i  mobilne stacje elektronika
Oświetlenie awaryjne ma zapewnić bezpieczne opuszczenie zajmowanych przestrzeni podczas awarii zasilania opraw oświetlenia podstawowego. Niejednokrotnie zanik oświetlenia podstawowego nie jest spowodowany zwykłą awarią zasilania czy wyłączeniem(...) czytam więcej » Poznaj pierwszy w branży przewodnik elektroniczny po złączach. Internetowe narzędzie referencyjne ułatwiające dobór złączy. (...) chcę zobaczyć »

 


Odpowiednie oświetlenie - prawidłowy dobór oświetlenia w projekcie »

projekt oświetlenia Są takie miejsca w domu, o których nie myśli się w pierwszej kolejności. Zostawia się je na później, dopiero wtedy, gdy zadba się o ważniejsze pomieszczenia. Tak jest często (...) czytam dalej »

 


Jak zapewnić bezprzerwowe zasilanie gwarantowane? »

Kolektor słoneczny – urządzenie do konwersji energii promieniowania słonecznego na ciepło »

zasilanie gwarantowane panele słoneczne
Co rusz znaczenie tego problemu uświadamiają nam przechodzące nad naszym krajem orkany i wichury oraz widmo blackoutu, wynikające z pojawiającego się latem ogromnego zapotrzebowania na ... czytam więcej » Udział energii słonecznej w Polsce jest bardzo niski i według urzędu statystycznego, pozyskanie energii z promieniowania słonecznego w porównaniu do innych źródeł odnawialnych w 2017 roku wyniósł niecałe 1%.... czytam dalej »

Szafy energetyczne, sterowniczne, rozdzielcze - dlaczego nie wiesz co wybrać? »

szafy rozdzielcze i sterownicze Zgrupowanie urządzeń elektroenergetycznych wraz z szynami zbiorczymi, połączeniami elektrycznymi, elementami izolacyjnymi i osłonami, służący do rozdziału energii elektrycznej i łączenia oraz ... czytam dalej »


Bezprzewodowa automatyka domowa - i możesz sterować wszystkim w domu »

Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami !

Automatyka domowa - sterowaniem ze smatfona Projektowanie listew - oprogramowanie
Nowoczesny smartdom powinien być gotów na każde życzenie. Dlatego rozwiązania bezprzewodowej automatyki domowej dają Ci zdalną kontrolę nad funkcjami Twojego domu - oświetleniem, roletami, ogrzewaniem ... czytam więcej » Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami oraz profesjonalnego opisywania oznaczników do złączek szynowych, przewodów, kabli, urządzeń i instalacji. Oprogramowanie dostępne jest bezpłatnie na stronie www ... chcę poznać »

Małe, średnie i duże systemy sterowania »

Sterowniki plc Jeszcze kilka lat temu sterowniki PLC „tylko” wspierały pracowników przy wykonywaniu monotonnych zadań i zwiększaniu szybkości produkcji. Aktualnie każda produkcja ... 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?

Technologie robotyczne zgodne z koncepcją Industry 4.0 » »

wyświetlacze cyfrowe robotyka i automatyka
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Nowoczesne urządzenia mechaniczne nic nie znaczyłyby bez ukrytej w nich elektroniki, dizęki której ... czytam dalej »


Odczyty cyfrowe - przyrządy przeznaczone do wyświetlania położenia »

czytniki cyfrowe Współpracują z przetwornikami przemieszczeń liniowych (liniały) i kątowych (enkodery). Wykonywane są w różnych wersjach dostosowanych do (...) czytam dalej »


1-fazowe liczniki energii elektrycznej - widziałeś to?!

Inteligentny system dystrybucji mocy »

Liczniki energii jakie wybrać moc
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Uniwersalne zastosowanie, w pojedynczych szafach sterowniczych, jak też w kompletnych systemach... 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 »
10/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 10/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Projekt zasilania pompowni pożarowej
  • - Przekładniki niekonwencjonalne wykorzystywane w automatyce elektroenergetycznej
Zobacz szczegóły
COMEX S.A. COMEX S.A.
O firmie COMEX S.A. od początku swojej działalności, tj. od 1987 zajmuje się kompleksową obsługą klientów w zakresie zasilania...

Ciekawe strony

Elektryk na Fixly.pl

EPS System - agregaty prądotwórcze

Producent oświetlenia

Ciekawa Architektura

Instalacje

Literatura fachowa

Rekuperacja

Termomodernizacja

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