Варисторы для защиты бытовых электросетей
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:
УЗО – ошибки при подключении
Чип варисторы для защиты цепей питания 220В 24В 12В 5В
- Каталог
- >
- Защита от перенапряжений
- >
- Варисторы
Чип варисторы — нелинейные резисторы имеют симметричную вольтамперную характеристику, включаются параллельно защищаемому устройству и выполняют функцию ограничителя пернапряжений . Важное свойство варистора, обеспечивающее безопасность защищаемых электрических цепей от импульсных перенапряжений и помех от быстрых переходных процессов — его быстродействие. Технические характеристики и маркировка SMD варисторов 12 и 24 В Технические характеристики и маркировка SMD варисторов автомобильные Технические характеристики и маркировка SMD варисторов для 220В AC Международный стандарт ISO7637 pulse 5 о подавлении пятого импульса стр. 21 Технические характеристики варисторов | Корзина Корзина пуста
Расширена номенклатура кварцевых резонаторов 3225 Гнездо питание вертикальное Красный синий 0605 светодиод BL-HUBB536J Кнопка с фиксацией PB80L SMD Суперконденсатор HS230F Кварцевые резонаторы 3225 Катушки индуктивности HE0640 EMI LC фильтр NFL21SP206X1C7D MurataВсе поступления |
пиковый ток 8/20 (А)
pdf,
.xls
пиковый ток 8/20 (А)
pdf,
.xls
pdf,
.xls
Используются для защиты электрооборудования от перенапряжений, возникающих от индуктивных потребителей. Совместно с газоразрядниками и полупроводниковыми диодами супрессорами обеспечивают молниезащиту электрических схем от статического электричества. Варисторы обладают значительно меньшим, чем газоразрядники, временем реакции — от 25 до 0,5 нс (для многослойных варисторов в SMD-исполнении). Варисторы рекомендуются к применению для защиты сигнальных и цепей питания автомобильной электроники.Мы надеемся, что вся информация, представленная в каталоге, будет полезна и производителям промэлектроники, и сервисным центрам, и радиолюбителям.
Информация по размерам контактных площадок электронных компонентов, применяемых для разработки, сборки и монтажа печатных плат, находится в разделе Печатные платы.
Выберите правильные варисторы для защиты цепей от перенапряжения
Варисторы, также называемые металлооксидными варисторами (MOV), используются для защиты чувствительных цепей от различных условий перенапряжения. По сути, эти нелинейные устройства, зависящие от напряжения, имеют электрические характеристики, аналогичные встречно-параллельным стабилитронам.
Загрузить эту статью в формате .PDF
Переходные процессы напряженияВаристоры отличаются высокой надежностью, что необходимо для того, чтобы выдерживать повторяющиеся импульсные токи с высокими пиками и переходные процессы с высокой энергией. Они также предлагают широкий диапазон напряжения, высокое поглощение энергии и быструю реакцию на переходные процессы напряжения. Номинальный пиковый ток находится в диапазоне от 20 до 70 000 А, а номинальная пиковая энергия — в диапазоне от 0,01 до 10 000 Дж.
В этом контексте «переходные процессы напряжения» определяются как кратковременные выбросы электрической энергии. В электрических или электронных цепях, которые предназначены для защиты варисторов, эта энергия может высвобождаться либо предсказуемым образом посредством управляемых переключений, либо случайным образом индуцироваться в цепь из внешних источников. Общие источники включают:
• Молния: На самом деле переходные процессы, вызванные молнией, не являются результатом прямого удара. Удар молнии создает магнитное поле, которое может вызвать переходные процессы большой величины в близлежащих электрических кабелях. Удар от облака к облаку может повлиять как на воздушные, так и на подземные кабели. Исход также непредсказуем: удар, произошедший на расстоянии мили, может вызвать 70 В в электрических кабелях, а другой удар может создать 10 кВ на расстоянии 160 ярдов.
• Коммутация индуктивной нагрузки: Генераторы, двигатели, реле и трансформаторы представляют собой типичные источники индуктивных переходных процессов.
Включение или выключение индуктивных нагрузок может генерировать высокоэнергетические переходные процессы, которые усиливаются по мере увеличения нагрузки. Когда индуктивная нагрузка отключается, разрушающееся магнитное поле преобразуется в электрическую энергию, которая принимает форму двойного экспоненциального переходного процесса. В зависимости от источника эти переходные процессы могут достигать сотен вольт и сотен ампер при продолжительности 400 мс. Из-за различных размеров нагрузки будут различаться форма волны, длительность, пиковый ток и пиковое напряжение переходных процессов. Как только эти переменные будут аппроксимированы, разработчики схем смогут выбрать подходящий тип подавителя.
• Электростатический разряд (ESD): Эта энергия является результатом дисбаланса положительных и отрицательных зарядов между объектами. Он характеризуется очень быстрым временем нарастания и очень высокими пиковыми напряжениями и токами.
Основные сведения о варисторах
Варисторы в основном состоят из массивов шариков из оксида цинка (ZnO), в которых ZnO изменен небольшими количествами других оксидов металлов, таких как висмут, кобальт или марганец.
В процессе производства MOV эти шарики спекаются (вплавляются) в керамический полупроводник. Это создает кристаллическую микроструктуру, которая позволяет этим устройствам рассеивать очень высокие уровни переходной энергии по всей своей массе. После спекания поверхность металлизируется, а выводы прикрепляются с помощью пайки.
Благодаря высокому рассеиванию энергии варисторами MOV их можно использовать для подавления молний и других высокоэнергетических переходных процессов, характерных для линий электропередач переменного тока. Они способны выдерживать большое количество энергии и отводить эту потенциально разрушительную энергию от чувствительной электроники, расположенной ниже по течению. MOV, которые также используются в цепях постоянного тока, бывают различных форм-факторов (рис. 1) .
1. Металлооксидные варисторы (MOV) доступны в различных форм-факторах и размерах для широкого спектра применений. Тип диска с радиальными выводами является наиболее распространенным вариантом.
Многослойные варисторы
Многослойные варисторы (MLV) предназначены для определенной части спектра переходного напряжения: среды печатной платы. Несмотря на меньшую энергию, переходные процессы от электростатического разряда, переключения индуктивной нагрузки и даже остатки грозового перенапряжения могут в противном случае достичь чувствительных интегральных схем на плате. MLV также изготавливаются из материалов ZnO, но они изготовлены из переплетенных слоев металлических электродов и производятся в бессвинцовых керамических корпусах. Они предназначены для перехода из состояния с высоким импедансом в состояние проводимости при воздействии напряжения, превышающего их номинальное напряжение.
MLV бывают разных размеров в форме микросхем и способны рассеивать значительную энергию импульса для своего размера. Таким образом, они подходят как для линий передачи данных, так и для приложений подавления переходных процессов в источниках питания.
Руководство по применению
При выборе подходящего MOV для конкретного приложения защиты от перенапряжения разработчик схемы должен сначала определить рабочие параметры защищаемой цепи, включая:
• Условия цепи, такие как пиковое напряжение и ток во время всплеск событие
• Постоянное рабочее напряжение MOV (должно быть на 20 % выше максимального напряжения системы при нормальных условиях)
• Количество скачков напряжения, которое MOV должен выдержать
• Допустимое сквозное напряжение для защищаемой цепи
• Любые стандарты безопасности, с которыми цепь должна соответствовать
Для простоты в этом примере предположим, что цель состоит в том, чтобы выбрать низковольтный дисковый MOV постоянного тока для следующих условий и требований цепи:
• Цепь постоянного тока 24 В
• Текущая форма волны для всплеска составляет 8 × 20 мкс; форма волны напряжения составляет 1,2 × 50 мкс (это типичные формы сигналов промышленного стандарта)
• Пиковый ток во время выброса = 1000 А
• MOV должен выдерживать 40 импульсов
• Другие компоненты схемы (ИС управления и т.
д.) должны иметь номинал, выдерживающий максимальное напряжение 300 В
Шаг 1: Чтобы найти номинальное напряжение MOV, примите во внимание 20-процентный запас с учетом бросков напряжения и допусков источника питания: 24 В постоянного тока × 1,2 = 28,8 В постоянного тока. Учитывая, что никакие варисторы не имеют номинального напряжения точно 28,8 В, проверьте спецификации для варисторов на 31 В постоянного тока.
Шаг 2: Чтобы определить, какой размер диска MOV использовать, сначала определите серию MOV, которая минимально соответствует требованиям к скачку напряжения 1000 А. Изучив приведенную выше таблицу, можно предположить, что 20-мм MOV с максимальным номинальным постоянным напряжением 31 В постоянного тока (номер по каталогу V20E25P) является возможным решением для удовлетворения требований.
Шаг 3: Используйте кривые импульсной мощности (рис. 2) в том же листе данных, чтобы определить характеристики импульса относительно 40 импульсов при требовании 1000 А.
2. В техническом описании MOV будет представлена кривая импульсной мощности; этот пример для 20-мм MOV.
Шаг 4: Используйте кривую V-I (рис. 3) в техническом описании MOV, чтобы убедиться, что напряжение утечки будет меньше максимального значения в 300 В.
3. Техническое описание MOV также будет содержать кривую зависимости напряжения от тока, такую как эта кривая максимального напряжения фиксации для 20-мм устройства на рис. 2.
Защита MOV от теплового разгона
Поглощение варистором переходной энергии во время перенапряжения приводит к локализованному нагреву внутри компонента, что в конечном итоге приводит к его износу. Если оставить незащищенным, деградация варистора может увеличить нагрев и тепловой разгон. Таким образом, все большее число устройств защиты от перенапряжений на основе варисторов предлагают встроенную функцию теплового отключения. Он обеспечивает дополнительную защиту от катастрофических отказов и опасностей возгорания даже в экстремальных условиях, когда варистор выходит из строя или при длительном перенапряжении.
MOV рассчитаны на определенные рабочие напряжения сети переменного тока. Превышение этих предельных значений при длительном аномальном перенапряжении может привести к перегреву и повреждению MOV.
MOV имеют тенденцию к постепенному ухудшению после сильного выброса или нескольких небольших скачков. Это ухудшение приводит к увеличению тока утечки MOV; в свою очередь, это повышает температуру MOV даже в нормальных условиях, таких как рабочее напряжение 120 В переменного тока или 240 В переменного тока. Терморазъединитель рядом с MOV (рис. 4) можно использовать для определения повышения температуры MOV, пока он продолжает деградировать до исходного состояния. В этот момент тепловое размыкание разомкнет цепь, удалив испорченный MOV из цепи и, таким образом, предотвратив потенциальный катастрофический отказ.
4. Термический разъединитель может разомкнуть цепь, предотвращая катастрофический отказ поврежденного MOV.
Драйверы для светодиодов и Lightning
Как правило, большинство источников питания для светодиодов имеют постоянный ток и часто называются драйверами для светодиодов.
Их можно приобрести в виде готовых сборок, содержащих MOV, для удовлетворения более низких требований к перенапряжениям.
Обычно драйверы рассчитаны на перенапряжения в диапазоне от 1 до 4 кВ. Варистор диаметром от 7 до 14 мм обычно располагается после предохранителя в сети переменного тока. Тем не менее, чтобы обеспечить более высокий уровень устойчивости к перенапряжениям для освещения, установленного на открытом воздухе в условиях воздействия скачков напряжения, OEM-производители наружного освещения могут захотеть добавить устройства защиты от перенапряжения (SPD) на входных линиях переменного тока своих светильников перед драйвером светодиода.
Пример конструкции MOV: промышленные двигатели
Одним из аспектов защиты двигателя переменного тока является устойчивость самого двигателя к импульсным перенапряжениям. Параграф 20.36.4 стандарта мотор-генератора NEMA MG-1 определяет единичное значение перенапряжения следующим образом: линейное напряжение сети переменного тока.
Для времени нарастания переходного процесса от 0,1 до 0,2 мкс требуется удвоенное единичное значение импульсной способности обмотки статора. Когда время нарастания достигает 1,2 мкс или больше, указывается 4,5-кратное значение единицы измерения. В случае внешних переходных процессов, таких как молния, это соответствует допустимому перенапряжению 918 В PEAK для двигателя 230 В (полный ток нагрузки = 12 А) в условиях высокого напряжения 250 В. (Молниеносные перенапряжения могут превысить эти значения, поэтому для защиты обмоток статора также потребуется гасящий элемент.)
Загрузите эту статью в формате .PDF
Рабочие температуры являются еще одним соображением. Предположим, что рабочая температура окружающей среды для этого приложения находится в диапазоне от 0 до +70°C. Это будет в пределах диапазона от -40 до +85 °C MOV, и не будет требований по снижению номинальных значений импульсного тока или энергии в этом температурном диапазоне. быть выбраны для этого примера.
При использовании однофазного двигателя среднего размера мощностью 2 л.с. требуемый номинальный импульсный ток MOV будет определяться пиковым током, индуцируемым в цепи питания двигателя. Предполагая место обслуживания двигателя и полное сопротивление линии 2 Ом, было определено, что возможен грозовой перенапряжение 3 кА.
В этом случае в одном техническом паспорте указано максимальное напряжение фиксации 3 кА при 900 В, что ниже рекомендуемой выдерживаемой способности обмотки статора при напряжении 918 В. Если бы срок службы двигателя был оценен в 20 лет и указан как способный выдержать 80 грозовых переходных процессов в течение срока службы, кривые номинальных импульсов в паспорте подтвердили бы рейтинг 100+ импульсных перенапряжений.
Для получения более подробной информации о том, как согласовать MOV с приложениями, ознакомьтесь с «Руководством по проектированию варисторов для приложений постоянного тока».
Преимущества металлооксидного варистора с термически связанным предохранителем | Обзор продукта | Обзор продукта | Техническая библиотека
Содержание
- В чем разница между обычным варистором и варистором с плавким предохранителем?
— Что такое варистор с термическим предохранителем? - Окончание срока службы / Термический разгон — варистор по сравнению с варистором с термически связанным предохранителем
— Преимущества варисторов ThermoFuse® - Функция контроля
- Почему варисторы с термическим предохранителем становятся все более популярными?
- Обзор варисторов TDK ThermoFuse®
- Примеры применения
- Обзор MT Design
(включая MT Video или MT Presentation с озвучиванием) - Контактная информация
- Ссылки по теме
В чем разница между обычным варистором и варистором с плавким предохранителем?
Обычно металлооксидные варисторы (варисторы) используются для защиты электронных устройств от скачков напряжения.
Однако несколько событий могут вызвать тепловой разгон варистора, и функция защиты цепи компонента больше не может быть гарантирована.
Эти события могут привести к окончанию срока службы варистора или даже незадолго до этого, или если варистор подвергается воздействию ненормальных условий перенапряжения.
Варистор ThermoFuse® предотвращает описанный режим отказа благодаря гибридной конструкции: он объединяет варистор и термоэлемент в одном компоненте.
Дисковый варистор включен последовательно с термопредохранителем. При повышении температуры термоэлемент начинает плавиться, и пружина безопасно отключает варистор от линии питания и предотвращает повторное подключение.
Повышает надежность и защищает оборудование.
Базовый пример принципиальной схемы для ThermoFuse® Varistor
Окончание срока службы / Термический разгон — сравнение варистора и варистора с плавким предохранителем
В начале срока службы расчетное напряжение варистора Vv превышает рабочее напряжение Vop.
С течением времени импульсы перенапряжения на нагрузке приводят к падению Vv, что может привести к окончанию срока службы варисторного компонента и может привести к тепловому разгону, что может привести к перегреву, обугливанию, задымлению и, возможно, возгоранию. Варистор ThemoFuse от TDK отключает диск варистора от линии электропередачи при перегреве, что может устранить большую часть обугливания и снизить риск возгорания.
На рисунках ниже показано сравнение стандартного варистора (слева) и серии TDK NT (справа) после испытаний на аномальное перенапряжение.
Преимущества варисторов ThermoFuse®
— Более высокая безопасность, отключение от цепи
— Высокая изоляция и предотвращение повторного включения
— Термоэлемент тесно связан с варистором и может быстро размыкаться при перегреве
— Снижение риска теплового разгона и в результате возможно задымление или возгорание
Функция контроля
Варистор TDK ThermoFuse® также оснащен дополнительными сигнальными проводами, которые можно использовать для отслеживания отключения компонента от линии питания.
Функция контроля изменяет сигнал после отключения и обычно сочетается со светодиодом для визуальной индикации.
Почему варисторы с термическим предохранителем становятся все более популярными?
Варисторы с плавким предохранителем более безопасны, чем компоненты с одним варистором. В некоторых случаях, таких как колебания уровней напряжения или частые импульсы перенапряжения, одиночный варистор подвергается риску теплового разгона, и вместо этого инженеры предпочитают использовать более надежные решения, такие как варисторы TDK ThermoFuse®.
Кроме того, дополнительная функция мониторинга позволяет определять состояние компонента, что также становится все более популярной функцией. Варисторы Thermofuse® также соответствуют более высоким рыночным стандартам, таким как UL 1449 Type 1-5.
Обзор варисторов TDK ThermoFuse®
| Серия | Код заказа | Размер диска [мм] | Рабочее напряжение [В Среднеквадратичное значение ] | Номинальный ток разряда In (8/20 мкс, 15 раз) [кА] | Макс. |
|---|