Что такое ток утечки узо: Устройство защитного отключения

УЗО: основные характеристики и сфера применения

Содержание статьи:

•  УЗО

С какой целью устанавливают УЗО?

Поделиться

Ссылка скопирована в буфер обмен

Практически в каждом жилом и общественном помещении можно увидеть огромное количество бытовой техники, необходимой для обеспечения комфортных условий проживания и работы, что, в свою очередь, оказывает существенную нагрузку на электросеть.

Чтобы обезопасить себя и свое жилище от непредвиденных и зачастую трагических ситуаций, особое внимание следует уделять устройствам защиты, наиболее распространенным из которых является устройство защитного отключения, проще говоря,

 УЗО

.

К сожалению, со временем любой материал подвержен износу, и проводка не исключение. Причем нет разницы, наружный или внутренний кабель поддается естественному обветшанию. Из-за потери изолирующих свойств проводки происходит утечка электричества, а это уже грозит серьезными последствиями для людей.

Устройство защитного отключения изначально предназначено для препятствования поражения током и защиты электрической проводки от возгорания из-за неполадок, которые нередко приводят к пожарам.

Существует ряд основных факторов, негативно влияющих на целостность электрических коммуникаций:

• механическое повреждение;
• перегрев проводки;
• естественный износ;
• попадание влаги;
• неправильный монтаж;
• безответственное отношение пользователя.

От подобных неприятностей не застрахован никто, поэтому лучше не рисковать, и своевременно монтировать защитное устройство, многократно доказавшее свою эффективность на практике.

К примеру, если при работе посудомоечной машины повредится изоляционная оболочка на кабеле, который касается корпуса, тот, в свою очередь, окажется под напряжением.

В момент прикосновения человека к металлическим деталям бытового прибора ток через тело уйдет в землю, на что мгновенно отреагирует УЗО и отключит напряжение. Несмотря на незначительное поражение током, в данном случае человек гарантированно выживет.

Принцип работы УЗО Основное предназначение УЗО – защита человека от губительного удара током. Для этого на верхние клеммы автомата подключается фаза и ноль от источника питания, а на нижние – фаза и ноль, идущие на нагрузку. Таким образом, схема подключения УЗО подразумевает протекание тока через автомат с последующим возвращением в сеть.

Фактически, УЗО является своеобразным контроллером, анализирующим показатели силы тока на входе и выходе. Если будет зафиксирована разница этих показатели, то последует отключение питания во избежание нежелательных последствий. Время реакции прибора на перебои в сети и ее отключение в среднем составляет 0,04 секунды.

При нормальных условиях функционирования электрической сети не должно быть разницы между значениями тока на входе и выходе УЗО, однако на практике нередко приходится сталкиваться с обратным. При утечке тока УЗО тут же отреагирует отключением. Помимо того, что устройство защитного отключения спасает человеческие жизни, оно также уберегает бытовые приборы от поломок, спровоцированных скачками напряжения в сети и самое главное, предотвращает пожары.

Для того чтобы защитить человека от поражения электрическим током, устанавливают УЗО с номинальным током утечки в пределах 10-30 мА. Это является граничными показателями, которые способен выдержать человеческий организм без серьезных последствий.

 

 

Также можно купить УЗО с номинальным током утечки в 100-500 мА, которое выполняет несколько иные задачи, нежели защита человека от электрического поражения. Устройства с высокими номинальными значениями токов утечки предназначены для борьбы с пожарами.

Даже качественная проводка имеет естественную утечку, и чем длиннее коммуникационные магистрали, тем она больше. К примеру, УЗО в 30 мА, установленное в большом частном доме, будет демонстрировать ложное срабатывание, в то время как автоматика данного назначения, рассчитанная на ток утечки в 300-500 мА, обеспечит жилищу надежную защиту от пожара без ложных срабатываний.

Именно таких показателей утечки достаточно для того, чтобы выделилась тепловая энергия в количестве, достаточном для возгорания предметов, расположенных поблизости к месту утечки тока.

Помимо прочего устройства защитного отключения номиналом в 100-500 мА, установленные на входе в помещение, фактически обеспечивают защиту главного ввода. Так, изначально при утечке тока отключаются УЗО с низким номинальным значением, установленные для защиты. В том случае, если по одной из причин отключения не произошло, в работу вступает резервное оборудование с большим номиналом.

Что такое устройство защитного отключения и как подобрать УЗО

• Что такое устройство защитного отключения и как подобрать УЗО

Перейти к другим статьям

Что такое УЗО?

УЗО, оно же выключатель дифференциального тока (ВДТ), расшифровывается как устройство защитного отключения и предназначено для отключения цепи, при превышении тока утечки (замыкание «фаза-земля») выше допустимого значения.

УЗО надежно защищает людей от поражения электрическим током и предохраняет от возникновения пожаров в результате замыканий на землю.

Причиной появления тока утечки на землю могут быть прикосновение человека к открытым токоведущим частям оборудования, повреждения изоляции проводов и так далее.

Как подобрать УЗО?

1. Количество полюсов

Одной из характеристик УЗО является количество полюсов. Существуют двух и четырех полюсные УЗО для защиты однофазных и трехфазных сетей соответственно.

2. Номинальный ток

Еще одной немаловажной характеристикой является номинальный ток УЗО. Все УЗО должны быть обязательно защищены автоматическим выключателем. Это реализуется либо:

• использованием в цепи одновременно двух аппаратов – автоматического выключателя, который разрывает цепь при превышении допустимого значения тока и УЗО, которое разрывает цепь при утечке тока на землю.

• использованием в цепи дифференциального автомата (дифавтомата), сочетающего в себе функции одновременно автоматического выключателя и УЗО.

Номинальный ток УЗО выбирается таким образом, чтобы его значение было на одну ступень выше, чем у автоматического выключателя, защищающего эту цепь. То есть если в цепи стоит автомат на 10А, то УЗО следует выбирать с номинальным током 16А.

3. Ток утечки

Следующий параметр, на который нужно обратить внимание при выборе УЗО – ток утечки.

Для определения этого параметра необходимо понимать где именно планируется устанавливать УЗО и для каких целей.

К примеру:

• для защиты человека от поражения электрическим током во влажных помещениях, таких как ванная комната, душевая и т.д. рекомендуется применять УЗО с повышенной чувствительностью – порядка 10мА. Однако, при использовании УЗО с повышенной чувствительностью, во избежание ложных срабатываний, необходимо быть уверенными в качестве электропроводки помещения, а длина этой цепи должна быть небольшой протяженности.

• для помещений офисного и квартирного типа достаточным будет применение УЗО с током утечки 30мА. Как правило, устанавливается такое УЗО для защиты розеточной и осветительных линий.

• УЗО с током утечки 100мА и 300мА используют для защиты линий с большой протяженностью. Такие значения, токов утечки не предназначены для защиты человека от поражения током, так как уже токи от 70 мА могут вызвать у человека паралич органов дыхания. УЗО с такими значениями применяются в основном для защиты от возгорания проводки, вызываемого большими токами утечки

4. Характеристика срабатывания ВДТ (УЗО)

Существуют две разновидности ВДТ (выключатель дифференциального тока) по типу срабатывания:

• Тип AC – УЗО с такой характеристикой реагирует исключительно на токи утечки имеющие синусоидальную форму. Такие УЗО будут реагировать при возникновении токов утечки в случае повреждения изоляции кабеля или прикосновения человека. (является наиболее распространенным типом в России)

• Тип A – УЗО с такой характеристикой реагирует на токи утечки постоянного и переменного тока, а также на пульсации возникающие в ходе работы электроприборов оснащенный полупроводниковыми приборами (стиральные машины, микроволновые печи и т.д.). (более дорогой и чувствительный вариант УЗО чем типа AC. Широкое применение имеет в Европейских странах)

5. Тип ВДТ (УЗО)

• Электромеханическое – наиболее надежное, так как принцип работы основан на электромеханических устройствах (реле и тороидальный трансформатор). Гарантирует срабатывание при любых уровнях напряжения. Минусом является большая цена в сравнении с электронным УЗО.

• Электронное – наиболее дешевое решение, принцип работы основан на электронной плате, встроенной в корпус УЗО. Для нормальной работы УЗО такого типа необходимо постоянное наличие напряжения в сети.

Перейти к другим статьям

принцип действия и виды

УЗО (устройство защитного отключения) предназначено для предотвращения опасного поражения человека и животных электрическим током при прикосновении к токоведущим частям и другим частям приборов и электроустановок, находящихся под напряжением. Следующей важной функцией устройства является предотвращение пожаров при появлении токов утечки на землю. Защитное действие проявляется в отключении сетевого питания в следующих ситуациях:

• Замыкание корпуса электроприбора, находящегося под напряжением, через корпус на землю;
• Контакт токоведущих элементов с заземленными непроводящими частями электроустановок в результате повреждения изоляции;
• Замена заземляющего (PE) и нулевого (N) проводников в электрической цепи.

УЗО также защищает сети от скачков напряжения. Для этого к нейтрали на входе устройства и фазе на выходе подключается нелинейное сопротивление. Через него протекает дифференциальный ток при повышении напряжения выше 270 В, после чего срабатывает УЗО.

Защитные устройства различаются по типам и принципу действия. Одним из наиболее практичных является селективное УЗО, обеспечивающее целевое отключение групп нагрузки. Его особенностью является низкоскоростная характеристика срабатывания (тип S или G). Он устанавливается ближе к источнику, имеет номинальный дифференциальный ток 100 или 300 мА и обеспечивает отключение в первую очередь следующего нормального УЗО, расположенного перед пользователем.

Таким образом, современная защита электрических сетей основана на выявлении повреждений и отключении отдельных участков от работающих в нормальных режимах систем.

Как устроено УЗО?

УЗО также называют дифференциальным выключателем тока. Функция остается прежней: размыкание цепи при возникновении утечки. Основным элементом устройства является тороидальный трансформатор с несколькими витками нулевого и фазного проводов, соединенных в противоположном направлении. Результирующее магнитное поле остается нулевым для нормальной работы. Утечка в землю нарушает баланс, во вторичной обмотке появляется напряжение, при достижении определенного значения электрическая цепь размыкается с пусковым и исполнительным механизмами.

Для УЗО требуется шина заземления PE. В противном случае при наличии потенциала на корпусе прибора из-за поврежденной изоляции утечки тока нет, а при касании его и заземленных металлических частей (радиатор отопления, водопроводные трубы) можно получить ощутимый удар током. В этом случае защитное устройство сработает, но будет лучше, если это произойдет от протечки в землю.

Для обеспечения безопасной работы защитного устройства заземлите его. При работе по этой схеме УЗО разрывает цепь еще до касания металлического корпуса оборудования или бытовых приборов.

Типы УЗО

УЗО классифицируют по выполняемым функциям:

• Переменный ток – реакция на внезапный или постепенно нарастающий переменный ток утечки.
• А – дополнительно срабатывает постоянный пульсирующий дифференциальный ток, который может появиться неожиданно или нарастать постепенно.
• Б – реакция на постоянный и переменный пульсирующий ток утечки.
• S – селективное УЗО с дополнительной выдержкой времени на срабатывание.
• G похож на S, но с меньшей задержкой.

Какое УЗО выбрать?

Пульсирующий ток в бытовых условиях возникает от стиральных машин, регуляторов освещения, телевизоров, компьютеров, электроинструментов и других устройств с импульсными блоками питания. Отсутствие разделительных трансформаторов в устройствах с тиристорным управлением значительно увеличивало вероятность утечки постоянного или переменного пульсирующего тока. Поэтому, если раньше было достаточно задать тип АС, то теперь нужен тип А или В.

Где установить УЗО?

1. Общественные места в зданиях, где нет повышенного риска поражения электрическим током.
2. В электрических цепях с возможной опасностью поражения электрическим током (помещения с влажностью выше нормы, группа розеток, бытовые приборы и др. ).
3. На главном вводе для защиты от пожара. Обычно УЗО селективное.
4. В щитах этажных, в квартирных щитах, в индивидуальных домах.
5. В радиальных системах электроснабжения: общее селективное УЗО и раздельное по отходящим линиям, с выбором параметров, гарантирующих селективное срабатывание.
6. В ближних ступенях защиты, например, 10 и 30 мА, 30 и 40 мА и т. д., токовая селективность действия УЗО маловероятна из-за высокого быстродействия. Для указанных значений обеспечивается, если выбрано селективное УЗО 100 мА, чтобы еще была временная задержка.
7. Из-за старения изоляции не всегда происходит постепенное увеличение тока утечки.
8. При мгновенном увеличении тока утечки, из-за пробоя изоляции, могут сработать любые обычные УЗО, входящие в цепь последовательно. Это связано с быстрым и значительным превышением настроек сразу на нескольких ступенях защиты.

Необходимость применения селективных УЗО

УЗО селективное выполняет свою функцию противопожарной защиты, если применяются модификации с выдержкой времени S или G. К ним предъявляются повышенные требования по стойкости к коротким замыканиям, коммутационной способности, динамической и термической стойкости и так далее.

Обычно на основной ввод устанавливается селективное противопожарное УЗО на большой ток утечки.

УЗО нельзя применять в цепях, которые нельзя отключить внезапно, так как это может привести к возникновению аварийных ситуаций (пожарная или охранная сигнализация, опасность для персонала и т.п.).

Помимо УЗО, токовая селективность должна иметь автоматические выключатели. Первым срабатывает расположенный вблизи места перегрузки или короткого замыкания. В этом случае автоматические выключатели срабатывают раньше, чем ток короткого замыкания достигает предельного значения. Это необходимо для предотвращения перегрузки последовательно соединенных секций, так как ток проходит через контакты их защитных устройств.

Типы селективных УЗО

Для селективного УЗО важно выдержать паузу, для срабатывания устройства общего типа, расположенного ниже цепи. В этом случае устройство с временной задержкой отключения пропускает через себя ток утечки и не срабатывает. Интервал задержки для моделей может различаться. Для изделий с маркировкой S она составляет 0,15-0,5 с, например, УЗО 63а 100мА селективное, с возможностью регулировки задержки. Выбор будет оптимальным, если они будут установлены на вводе питающего кабеля квартиры. Некоторые зарубежные модели имеют временные задержки даже выше. Они предназначены для отключения цепи при возникновении пожарной опасности. Чем дольше защита отключена, тем больше вероятность воспламенения изоляции.

При маркировке G устройство срабатывает в течение 0,06-0,08 с. Устройство достаточно быстро реагирует на сетевые проблемы. Его следует устанавливать ниже селективного УЗО типа S. При двухступенчатой ​​защите его можно установить на основной ввод, так как быстродействие подключенного ниже УЗО все же выше.

При наличии в сети нескольких групп нагрузок перед каждой подключается отдельное защитное устройство, а на ввод подключается селективное противопожарное УЗО. Тогда при выходе из строя одной из линий обесточится будет только она, а остальные останутся подключенными. При такой схеме подключения проще обнаружить неисправность. Если нормальное УЗО неисправно или не реагирует на неисправность в цепи, то селективное УЗО (300 мА или 100 мА) сработает и отключит всю сеть.

Для обеспечения селективности необходимы следующие настройки прибора:

• Установить время срабатывания селективного УЗО, если это возможно;
• Установите необходимые параметры отключения в зависимости от тока утечки.

Характеристики отключения УЗО избирательного действия должны превосходить другие не менее чем в 3 раза. Только в этом случае устройство будет гарантированно работать.

Параметры УЗО

Два временных параметра УЗО определяются российскими стандартами:

• Время срабатывания – интервал от появления тока утечки отключения Δi до момента гашения дуги;
• Максимальное время отказа для устройства типа S — это интервал времени между началом возникновения Δi и размыканием контактов.

Последний параметр определяет селективность УЗО. Его предельное значение составляет 0,5 с. При этом следует учитывать, что для защиты людей размыкание должно происходить в течение 10-30 мс, для предотвращения возгорания изоляции – до 500 мс. УЗО типа S селективное широко применяется там, где необходимо исключить ложные срабатывания от воздействия помех или скачков напряжения.

По скорости отключения сети УЗО подразделяются следующим образом:

• Общего применения – без задержки;
• Тип G – 10-40 мс;
• Тип S – 40-500 мс.

В электрических цепях всегда возникают токи утечки. В сумме они не должны превышать 1/3 номинального Δi прибора. Считается, что на 1 А нагрузки приходится 0,4 мА тока утечки потребителя, а на 1 м длины фазного провода – 10 мкА. Защитное устройство настраивается на величину полного тока естественной утечки. Если этого не сделать, возможны частые ложные срабатывания. Следует отметить, что устройство с Δi = 100 мА уже не защищает человека от поражения электрическим током.

При проектировании электрических сетей возможно не указывать тип УЗО до тех пор, пока этого не потребуют специалисты. Но вам нужно заранее доказать свой выбор. Важно, чтобы номинальный ток устройства был выше, чем ток предполагаемой нагрузки. Кроме того, УЗО устанавливается только в общей паре с автоматическим выключателем. Можно установить один дифференциальный автомат вместо двух устройств. Это обойдется дешевле, но следует грамотно подобрать параметры.

УЗО защищает в двухпроводных сетях, где отсутствует защитный проводник. Но срабатывает только после прикосновения к опасному месту.

Как выбрать пожаробезопасное УЗО?

Селективное УЗО 63А, 300мА обычно устанавливается на входе в качестве противопожарного.

Многие используют обычные модели общего типа, устанавливая в доме устройства защиты на 30 мА. Здесь функция «частичной» селективности выполняется из-за большой разницы токов срабатывания. При этом деньги экономятся на разнице в цене. Кроме того, обычные УЗО лучше обеспечивают безопасность благодаря более быстрому реагированию при улавливании токов утечки. Отличие в поведении приборов заключается в том, что селективное устройство не отключается первым при дифференциальном токе, равном или превышающем 300 мА. Такая ситуация уже экстраординарна и вопрос не в том, стоит ли идти к щиту управления, который может быть на уличном посту. При таком большом токе наверняка сработает обычное УЗО, если на линии произошла авария. Здесь и так будет понятно, где искать неисправность.

Таким образом, противопожарное УЗО может быть установлено как селективное, так и обычное.

Производители УЗО

Legrand Group – известный в мире производитель электрических строительных систем. Лидирующие позиции обеспечивают высочайшую культуру производства и большие инвестиции в создание новой электротехнической продукции. Для России группа поставляет весь перечень электрооборудования, начиная от розеток и выключателей и заканчивая сложными системами управления.

Селективное УЗО Legrand бывает электронного и электромеханического типа (указано на лицевой панели). В зависимости от версии он устанавливается сбоку или снизу автоматических выключателей. Временная задержка (0-1,3 с) и чувствительность регулируются. В сочетании с автоматами используются высокочувствительные или базовые защитные устройства.

Цены на УЗО остаются высокими, как и на другие марки.

Фирма АВВ наиболее комплектные УЗО представлены серией F 200 – от 16 А до 125 А. Для домашней сети достаточно УЗО 63А, 100 мА селективное. Для токов утечки бытовых приборов обычно используют устройство на 30 мА. В качестве противопожарной защиты на вводе частного дома используется селективное УЗО АВВ (63А, 300мА) четырехполюсное для трехфазной сети, как одно из самых надежных. Он не уступает по качеству продукции марки Legrand. Для квартиры с однофазным вводом будет двухполюсный прибор. На фото ниже показаны селективные УЗО ABB 63A, 300мА.

Максимальный ток, который может выдержать аппарат, составляет от 3 до 10 кА (указано на передней панели). Это кратковременный, не рабочий ток. УЗО способно выдерживать паузу до отключения автоматического выключателя.

Фирма одна из ведущих, но цены очень высокие. Потребители часто отдают предпочтение моделям abb, так как безопасность стоит дороже всего. Выпускается дифференциальный блок ABB DDA200 AP-R тип А и АС. Он обеспечивает время задержки 10 мс, хотя это не селективное УЗО ABB. Кривая характеристики отключения находится между селективным и обычным УЗО. Устройство имеет повышенную устойчивость к ложным срабатываниям по сравнению с устройствами общего назначения.

Процент брака по селективным УЗО АББ, как и по остальной продукции, составляет всего 2%, благодаря чему проблем в эксплуатации практически не возникает. Электромеханические устройства значительно надежнее электронных и во всем имеют плюсы, кроме цены. УЗО с электронным приводом, уже начинающие появляться, не уступают по механической надежности.

На рынке можно найти продукцию вдвое дешевле, а по качеству не уступающую ABB. Компания также производит серию FH 200, которая имеет несколько более низкую цену, но значительно проигрывает продуктам F 200. В частности, у него нет таких надежных контактов крепления проводов, которые быстро начинают болтаться, что сказывается на качестве работы.

Если покупать селективное УЗО АББ, то только в специализированных магазинах, а не в сомнительных местах. Подделка опасна тем, что не способна должным образом защитить человека. На модульную технику, в список которой попал и УЗО, самоходчики обращают большое внимание из-за дороговизны.

Национальная группа компаний ИЭК производит около 7 тысяч наименований продукции, соответствующей мировым стандартам и обеспечивающей надежную работу электрических сетей.

К УЗО предъявляются высокие требования. С одной стороны, они должны работать надежно, защищая людей от поражения электрическим током, а электропроводку — от опасности воспламенения. Но в этом случае устройства, установленные на разных этапах электрических цепей, должны действовать избирательно, отключая отдельные участки. Этим условиям, а также ГОСТ 51326.1 соответствует селективное СВУ ИЭУ типа ВД1 63С.

Товарная группа представлена ​​номинальными токами 25-80 А, дифференциальными токами 100 мА и 300 мА. Продукция дешевле известных брендов и широко используется в качестве входных огнетушителей. При этом селективность защиты обеспечивается высокими значениями токов отсечки и выдержек времени отключения цепей.

Подбор защитных устройств

Если потребление электроэнергии происходит по простой схеме, то по цепи протекает синусоидальный ток. Утечка будет аналогичной формы и здесь можно использовать такие устройства, как AC.

В современных бытовых приборах все чаще используются схемы управления с отсечкой фазы. Устройство типа АС на них реагировать не будет, и лучше использовать УЗО типа А, которое также реагирует на синусоидальный ток. Устройства можно использовать совместно, например, для освещения лампами накаливания подойдет тип АС, а для розеток, которые можно подключить к приборам с импульсным регулированием – тип А. Но если приходится менять освещение на энергосберегающее лампы с регулировкой яркости по отсечке фазы, Замените прибор типа AS на A. Иначе работать не будет.

Для разделения операций по уровням электрических цепей должны использоваться селективные устройства. На основной ввод устанавливается тип S, на второй уровень – G, а затем устройства мгновенного срабатывания.

УЗО выбирают на одну ступень выше по номинальному току, чем автоматический выключатель, соединенный попарно, который может работать длительное время при превышении нагрузки. Если ввод автомат на 50 А, подойдет УЗО селективное 63А.

Согласно требованиям стандартов, на лицевых панелях указывают номинальные значения напряжения, а также ток продолжительный и отключающий Δi. Если есть обозначение синусоиды, то это тип динамика. Наличие под ним двух положительных полупериодов означает тип А. Селективные УЗО обозначаются буквами S и G. В рамке указан номинальный ток короткого замыкания. Устройство должно выдержать его подъем до максимума, пока машина не выключится. Обычно ток не успевает достичь предельного значения. УЗО отключает цепь с дефектом заблаговременно, пока проводник не прогрелся и не воспламенилась изоляция.

Заключение

В электрических бытовых сетях применяют токовую и временную селективность. Для этого защитные устройства устанавливаются последовательно по древовидной схеме, где общим является один выключатель. В основе принципа действия лежит сокращение времени протекания тока через тело при прямом или косвенном контакте с элементами электроустановок, находящимися под напряжением. УЗО селективное устанавливается на входе и выполняет противопожарную функцию.

Характеристики тока утечки конденсаторов

Конденсаторы, как и другие электронные компоненты, изготавливаются из несовершенных материалов. Несовершенства и дефекты этих материалов существенно влияют на электрические характеристики конденсаторов. Некоторые из параметров, определяемых этими дефектами и несовершенствами, включают импеданс, коэффициент рассеяния, индуктивное реактивное сопротивление, эквивалентное последовательное сопротивление и ток утечки. При проектировании электронной схемы необходимо учитывать характеристики тока утечки конденсаторов.

Ток утечки постоянного тока является одной из ключевых характеристик, которые следует учитывать при выборе конденсатора для вашей конструкции. Другие важные параметры включают рабочее напряжение, номинальную емкость, поляризацию, допуск и рабочую температуру. Основные определения тока утечки и его обратное значение — сопротивление изоляции можно найти в следующей статье здесь.

Ток утечки и его влияние на работу конденсаторов

Проводящие пластины конденсатора разделены диэлектрическим материалом. Этот материал не обеспечивает идеальной изоляции и допускает утечку тока через него. Ток утечки постоянного тока относится к этому небольшому току, который протекает через конденсатор при подаче напряжения. Величина этого тока в основном зависит от приложенного напряжения, температуры конденсатора и периода заряда.

Величина тока утечки варьируется от одного типа конденсатора к другому в зависимости от характеристик диэлектрического материала и конструкции. Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют большой ток утечки, а керамические, фольговые и пленочные конденсаторы имеют малый ток утечки. Очень малый ток утечки обычно называют «сопротивлением изоляции».

В электронных схемах конденсаторы используются для самых разных целей, включая развязку, фильтрацию и связь. Для некоторых применений, таких как системы электропитания и системы связи усилителей, требуются конденсаторы с малыми токами утечки. Алюминиевые электролитические конденсаторы и танталовые конденсаторы имеют высокие токи утечки и, как правило, не подходят для таких применений. Пластиковые и керамические конденсаторы имеют меньшие токи утечки и обычно используются для связи и хранения.

Ток утечки в зависимости от сопротивления изоляции

Диэлектрические материалы, используемые в конденсаторах, не являются идеальными изоляторами. Небольшой постоянный ток может протекать или «просачиваться» через диэлектрический материал по разным причинам, характерным для каждого диэлектрика. В результате, когда конденсатор заряжается до определенного напряжения, он медленно теряет свой заряд. Когда он теряет заряд, напряжение между электродами конденсатора падает.

Ток утечки (DCL) и сопротивление изоляции (IR) находятся в простой математической зависимости друг от друга:

R (IR) = V / I (DCL) или I (DCL) = V / R (IR)

Поскольку значения взаимосвязаны, использование терминов ток утечки и сопротивление изоляции будет варьироваться в зависимости от диэлектрический тип. Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют относительно большую утечку, которая поэтому называется током утечки. В качестве альтернативы, пластиковые пленочные или керамические конденсаторы имеют очень малый ток утечки, поэтому эффект измеряется сопротивлением изоляции. См. рис. 1. обзор IR на наиболее распространенных типах конденсаторов с диэлектриком.

Как правило, сопротивление изоляции имеет тенденцию к уменьшению при более высоких значениях емкости. Из практических соображений сопротивление изоляции может быть выражено в мегаомах при низких значениях емкости и в ом-фарадах (соответствует секундам) при более высоких значениях емкости. Выражение Ом-Фарад позволяет использовать одну цифру для описания характеристик изоляции данного семейства компонентов в широком диапазоне значений емкости. Ток утечки также зависит от температуры. С повышением температуры увеличивается и ток утечки.

Рисунок 1. Значения типов конденсаторов относительно диэлектрического сопротивления изоляции (IR)

Токи утечки DCL в электролитических конденсаторах также упоминаются в статье здесь.

Зависимость тока утечки от времени

Поведение при зарядке/разрядке

состояние заряда относительно его конечного значения, последовательное сопротивление и собственная емкость. Произведение сопротивления и емкости называется постоянной времени (I = R x C) цепи. Фактически это время, необходимое для зарядки конденсатора на 63,2% от разницы между начальным значением и конечным значением. Следовательно, зависимость заряда от времени соответствует кривой, показанной на рисунке 2. В течение этого времени зарядный ток следует красной кривой, также показанной на рисунке 2.

Рисунок 1. Кривые заряда и разряда конденсатора

Заряд конденсатора в любой момент времени t рассчитывается по следующему уравнению:
Q = C x V x [1 – e-t/RC]

согласно уравнению:
I = V/R x e-t/RC
Где e = 2,7182818, так называемое «натуральное число» или основание натурального логарифма, ln(x).

Токи утечки некоторых конденсаторов зависят от времени. В момент подачи напряжения на конденсатор ток достигает своего пика. Возникновение этого пикового тока зависит от конструкции конденсатора. В случае алюминиевого электролитического конденсатора это формообразующая характеристика конденсатора и внутреннее сопротивление источника напряжения. Когда конденсатор заряжается, его ток утечки со временем падает до почти постоянного значения, называемого рабочим током утечки. Этот небольшой ток утечки зависит как от температуры, так и от приложенного напряжения.

Некоторые конденсаторные технологии, такие как алюминиевые, танталовые и пленочные конденсаторы, обладают свойствами самовосстановления. Процесс самовосстановления может оказывать существенное влияние на токи утечки конденсаторов, в то время как точные механизмы могут зависеть от типа конденсаторной технологии. Зависимость токов утечки от времени также обусловлена ​​типом диэлектрического материала и его структурой. Другие параметры, определяющие значение этого малого тока, включают тип электролита, емкость и формирующее напряжение анода. Ток утечки керамического конденсатора не меняется со временем.

Зависимость тока утечки от температуры

Ток утечки конденсатора зависит от температуры. Уровень зависимости варьируется от одного типа конденсаторов к другому. Для алюминиевого электролитического конденсатора повышение температуры увеличивает скорость химической реакции. Это приводит к увеличению тока утечки.

По сравнению с керамическими конденсаторами танталовые конденсаторы имеют большие токи утечки. Постоянный ток утечки танталового конденсатора увеличивается с повышением температуры. Токи утечки танталовых конденсаторов немного увеличиваются, когда они хранятся в условиях высокой температуры. Это небольшое увеличение тока утечки носит временный характер и устраняется приложением номинального напряжения на несколько минут. Кроме того, ток утечки танталового конденсатора немного увеличивается, когда компонент подвергается воздействию высокой влажности. Формирование напряжения помогает обратить вспять это временное увеличение тока утечки.

Керамические и пленочные конденсаторы имеют малые токи утечки по сравнению с электролитическими конденсаторами. Для многослойных керамических конденсаторов (MLCC) собственные токи утечки увеличиваются экспоненциально с ростом температуры. Сопротивление изоляции пленочного конденсатора определяется свойствами диэлектрического материала. Для этого типа конденсатора повышение температуры вызывает уменьшение сопротивления изоляции и увеличение тока утечки.

Зависимость тока утечки от напряжения

Постоянный ток утечки конденсатора сильно зависит от приложенного напряжения. Для алюминиевых электролитических конденсаторов этот ток увеличивается с увеличением рабочего напряжения. Когда рабочее напряжение превышает номинальное напряжение и приближается к формирующему напряжению, ток утечки увеличивается экспоненциально. Когда напряжение, подаваемое на алюминиевый электролитический конденсатор, превышает импульсное напряжение, усиливается тенденция к повышению температуры, деградации электролита, образованию избыточного газа и другим вторичным реакциям. По этой причине эксплуатация алюминиевого электролитического конденсатора выше номинального напряжения недопустима. Постоянный ток утечки алюминиевого электролитического конденсатора резко падает, когда приложенное напряжение падает ниже номинального.

Ток утечки алюминиевого электролитического конденсатора увеличивается, если компонент хранится в течение длительного периода времени. Такие конденсаторы восстанавливаются до первоначальных характеристик путем восстановления. Процесс включает подачу номинального напряжения на конденсатор примерно на полчаса.

Для керамических конденсаторов собственные токи утечки сильно зависят от напряжения. Увеличение напряжения приводит к сверхлинейному увеличению собственного тока утечки. Сопротивление изоляции керамического конденсатора не зависит от напряжения.

Мифы о DCL

Есть несколько распространенных мифов, связанных с током утечки DCL конденсаторов, которые можно услышать и сегодня:

Миф 1: Ток утечки IR/DCL возникает из-за трещин в диэлектрике .

Это была одна из первых воображаемых теорий о том, почему диэлектрики имеют ток утечки без детального понимания физических механизмов внутри изоляторов. Действительно, трещины и «несовершенства» диэлектрической структуры могут быть причиной увеличения тока утечки и катастрофических отказов отдельных «неисправных» компонентов.

С другой стороны, это может быть не основной проблемой для основного уровня тока утечки — мы должны понимать механизмы физической проводимости, которые имеют место в диэлектрике конкретной конденсаторной технологии.

Детальное описание механизмов проводимости выходит за рамки этой лекции, но давайте упростим его, что в конденсаторе проводимость через диэлектрик может быть составлена ​​из трех основных механизмов (все три типичны для электролитических конденсаторов):

• Омическая проводимость
• Механизм Пула Франкеля – его можно представить как электрон или дырки, «прыгающие» через ловушки во внутреннем объеме диэлектрика
• Туннелирование 9Механизм 0180 – это опасная зона, которая должна происходить выше рабочего напряжения. При высокой напряженности электрического поля электроны/дырки ускоряются, чтобы преодолеть все барьеры с риском лавинного эффекта и катастрофического выхода из строя детали, приводящего к короткому замыканию. Таким образом, мы можем предположить, что это основной механизм электрического пробоя. Металлические электроды могут иметь некоторые субоксидные слои, которые являются полупроводниковыми, а также электролит в электролитических конденсаторах может проявлять довольно полупроводниковое поведение – поэтому на самом деле во многих случаях на конденсаторах мы сталкиваемся не с простыми структурами металл-изолятор-металл, а с более сложными Системы металл-изолятор-полупроводник, где барьеры на границе раздела могут играть ведущую роль в общих значениях тока утечки DCL.

  Миф 2: ток утечки IR/DCL является мерой надежности компонента

  Этот распространенный миф на самом деле связан с мифом 1, так как предполагалось, что деталь с более высоким током утечки также имеет большее количество трещин и, следовательно, это представляет более высокий риск надежности.

  Как мы узнали из приведенного выше описания мифа 1, фактический ток утечки «стандартного» конденсатора обусловлен механизмами его диэлектрической проводимости и конструкцией (согласование электрических потенциалов). DCL конденсаторов, произведенных статистически нормально, не является мерой надежности, и много раз подтверждалось, что скрининг хвостового распределения DCL не улучшает основные показатели надежности.

  ОДНАКО, Изменение DCL , так как устойчивость конструкции к внешним нагрузкам может быть мерой надежности. Существует ряд проверенных методов скрининга, которые являются частью спецификаций (MIL, ESA) или применяются производителями внутри компании в качестве ноу-хау, когда применяется определенное (термо) механическое и электрическое напряжение с последующим скринингом DCL для повышения уровня надежности и сортировки. вне подозрительных частей.

  Практический пример: Довольно часто можно было услышать, что ток утечки на танталовых твердых электролитических конденсаторах с электродом из MnO2 возникает из-за трещин в диэлектриках. Когда был разработан проводящий полимерный электрод, он заменил твердый электролит MnO2, но DCL увеличился в 10 раз.