Jednym z istotniejszych zagrożeń, które dotykają urządzeń i obwodów elektronicznych oraz elektrycznych są nagłe skoki napięcia – zwłaszcza chwilowe wartości wysokiego napięcia. Fluktuacje napięcia mogą powodować trwałe uszkodzenia elementów obwodów oraz prowadzić do wyłączenia kluczowych urządzeń z eksploatacji. Skuteczną ochronę obwodów i urządzeń przed skokami napięcia realizują warystory. Tego typu elementy elektroniczne stanowią podstawową ochronę antyprzepięciową.
Co to jest warystor?
Warystor to bierny, półprzewodnikowy element elektroniczny, który cechuje się nieliniową charakterystyką rezystancji. Charakterystyka rezystancji tego elementu uzależniona jest od przyłożonego napięcia elektrycznego. W przypadku przyłożenia do obwodu z warystorem małych napięć element ten odznacza się wyjątkowo dużą rezystancją. Jednak po przekroczeniu przez przyłożone napięcie granicznej wartości, rezystancja warystora gwałtownie maleje z kilkuset kΩ do zaledwie kilku-kilkunastu Ω. Obniżenie rezystancji odbywa się wykładniczo wraz ze wzrostem napięcia.
Warystory produkowane są w procesie spiekania sprasowanych na sucho proszków, które składają się z tlenków cynku wraz z domieszkami: chromu, bizmutu, antymonu, manganu oraz innych metali. Dzięki takiemu procesowi produkcji warystory uzyskują polikrystaliczną strukturę umożliwiającą przyłożenie do nich większego napięcia bez ryzyka uszkodzenia konstrukcji warystora. Jednocześnie polikrystaliczna struktura pozwala wytworzyć w warystorze tory przewodzące, które prowadzą przez ziarna tlenku cynku oddzielone ziarnami innych metali o dużej oporności.
Zastosowania warystorów
Ze względu na możliwość skutecznego ograniczania wysokich napięć płynących w układach, warystory znajdują szerokie zastosowanie w większości obwodów i urządzeń elektronicznych i elektrycznych.
Najczęściej tego typu elementy elektroniczne stosowane są jako zabezpieczenie antyprzepięciowe. Działa ono w taki sposób, że po przekroczeniu konkretnej, zadanej wartości napięcia, w warystorze zaczyna płynąć prąd o dużym natężeniu, a sam warystor przejmuje na siebie całość lub znaczną część impulsu przepięciowego, chroniąc zabezpieczany układ przed przepięciem.
Poza realizowaniem ochrony przeciwprzepięciowej warystory wykorzystywane są również w układach i urządzeniach elektrycznych oraz elektronicznych jako elementy stabilizujące napięcie. Poza tym stosuje się je również w układach przetworników częstotliwości, w ochronnikach przepięciowych czy w wysokonapięciowych urządzeniach elektronicznych jako dodatkowa ochrona przed nadmiernym napięciem.
Duże warystory implementowane są również w sieciach elektroenergetycznych i układach przemysłowych czy trakcyjnych. Możemy spotkać je w układach urządzeń realizujących ochronę linii wysokiego napięcia, w odgromnikach, elementach zabezpieczających czy w układach pełniących funkcje ochronne przed nadmiernym napięciem w trakcji kolejowej oraz tramwajowej. Poza tym warystory są powszechnie wykorzystywane do realizacji ochrony antyprzepięciowej w maszynach i urządzeniach w przemyśle ciężkim.
