避雷器用酸化亜鉛バリスタ

酸化亜鉛バリスタは、対称的な非線形電流電圧 (CVC) 特性を備えた半導体製品です。このようなバリスタは最も広く使用されています。 サージプロテクター (SPN) 内特に雷やスイッチングサージから電気機器を保護します。この装置のパラメータと特性については、以下に公開された記事で説明されています。

酸化亜鉛バリスタ (OZV) は非線形避雷器 (SPD) 設計の主な動作要素であるため、さまざまな影響要因の下でバリスタの電気特性に高い安定性要件が課せられます。

したがって、バリスタは、連続動作電圧にさらされた場合の経年変化に耐性があり、特定の電流パルスの通過中に放出されたエネルギーを放散でき、過電圧が発生した場合に電圧を安全な値に制限できなければなりません。

酸化亜鉛をベースにしたリミッター用バリスタの研究開発は、全ロシア電気技術研究所の保護装置部門で 1980 年代にはすでに始まっていました。

主なパラメータ

サージリミッタ非線形 — 電気機器の絶縁を雷やスイッチングサージから保護するように設計された電気装置。

これらのデバイスの利点は、内部に火花が出ないことです。このようなデバイスは、あらゆる電圧クラスの電気設備において雷とスイッチングサージの両方を制限することができ、非常に信頼性が高くなります。

避雷器は、直列接続された単一のバリスタの列です。、その主なパラメータは同時に高度に非線形なバリスタのパラメータでもあります。

避雷器の主要素子である酸化亜鉛バリスタには、電流電圧特性の安定性に対する高い要求があります。バリスタには常に電圧がかかっているため、熱安定性についても高い要件が求められます。

最も重要なパラメータの 1 つは、 残留ストレス、これは、特定の振幅と形状の電流パルスがリミッター (バリスタ) を通過するときのリミッター (バリスタ) の最大電圧値として定義されます。

明確にするために、相対値を使用するのが通例です。つまり、所定の電流パルス (たとえば、500 A、8/20 μs の電流パルス) での残留電圧を基準にして残留電圧を考慮します。

サージのスイッチング エネルギーを損傷することなく吸収するアレスタの能力を特徴付けるもう 1 つの重要なパラメータは、次のとおりです。 スループットバリスタが、特性を破壊したり変化させたりすることなく、特定の振幅と持続時間 (通常 2000 μs) の電流パルスに繰り返し (通常 18 ～ 20 回) 耐える能力。

スループットは、メーカーが指定した 2000 μs の持続時間の矩形電流パルスの最大値 (スループット電流) です。避雷器は、性能を損なうことなく、承認された順序で適用することで、このような影響に耐える必要があります。避雷器は、その容量に応じてクラスに分類されます。比パルスエネルギーは各クラスに対応します。

最後に、最新の酸化亜鉛バリスタの重要な特徴は次のとおりです。 交流電圧に長時間さらされた場合の安定性.

加速劣化試験中、バリスタでは、高温での交流電圧の暴露時間 (t) に対するバリスタの電力損失 (P) の依存性が減少する必要があります。このような「非老化」バリスタは、「老化」バリスタを使用するリミッタと比較して、同じ条件下でより長い耐用年数を可能にします。

バリスタの製造

バリスタ 構成材料の半導体特性により、非線形の電流電圧特性を持ちます。これらの特性は、バリスタの微細構造の特徴とその材料の化学組成によって決まります。

バリスタの材料を構成する元素の比率がわずかに変化したり、新たな不純物が少量追加されただけでも、バリスタの電流電圧特性やその他の電気パラメータに大きな変化が生じる可能性があります。

バリスタの微細構造と電気的特性は、バリスタの製造プロセスの変化にも影響されます。高品質のバリスタを得るには、製造の技術プロセスのすべての指標の安定性が非常に重要です。

酸化亜鉛バリスタはセラミック技術を使用して製造されています。しかし、半導体セラミックスの電気的特性は、微細構造の主成分（結晶子）ではなく、結晶間の境界によって決まるという事実により、多くの特性が存在します。したがって、セラミック技術を使用した非線形半導体の製造では、2 つの主要なタスクが設定されます。

まず、焼成材料の多孔性を最小限に抑えた緻密な構造を確保する必要があります。第二に、粒界バリア層を作成する必要があります。

バリア層は、ドーピングと吸着によって生成された局所的な電子状態を表面に含む 2 つの隣接する微結晶間の接触です。したがって、バリスタ技術は、純度、原材料の分散、および粉末混合方式に関する多くの特定の要件を満たさなければなりません。塩基性物質含有量が少なくとも 99.0 ～ 99.8% の粉末を出発原料として使用します。

装入物（出発物質の混合物）は、主に酸化亜鉛とさまざまな金属酸化物から構成されます。仕込み原料と蒸留水との均質化・混合は、分散機や球形ドラム内で行われます。

所定のスリップ濃度で、その粘度は粘度計によって制御されます。スラリーの乾燥と造粒は、噴霧乾燥機で最適な操作モードで実行され、50 ～ 150 ミクロンの範囲のプレスパウダーの顆粒が得られます。この段階では、粉末の粒子サイズ、含水率、流動性が制御されます。バリスタは油圧プレスを使用してプレスされます。

プレス機は、密度、寸法、平面平行度に関する特定の要件を満たさなければなりません。プレスされたピースはバインダーを除去するための予備焼成と、電位障壁と中間相が形成される最終焼成を経ます。

焼成はチャンバー炉で行われます。最終焼成後、部品を研磨し、端面にメタライゼーションを施し、側面に特殊コーティングを施します。