Как проверить варистор: внешний осмотр, мультиметр, ёмкость и напряжение при токе 1 мА

Опубликовано: · Обновлено: · Интермера

Чтобы проверить варистор, обесточьте устройство, разрядите конденсаторы и осмотрите корпус: трещины, копоть и оплавление означают, что деталь уже отработала. Затем поставьте мультиметр на наибольший предел сопротивления. Исправный варистор при напряжении тестера почти не проводит ток, поэтому прибор покажет OL или очень большое сопротивление, а малое сопротивление говорит о пробое. Обрыв и износ омметр от нормы не отличает — для них нужны измерение ёмкости и проверка классификационного напряжения при токе 1 мА.

Ниже — как работает варистор, какие параметры указывают в документации, почему он выходит из строя и как проверить варистор за четыре шага, со сводной таблицей: что показывает каждый способ и что он пропускает.

Интерактивный алгоритм проверки варистора (4 шага диагностики)

Выберите этап проверки металлооксидного варистора (MOV), чтобы увидеть норму показаний прибора и признаки пробоя или деградации.

Исправный варистор без трещин, вздутий и копоти на пределе 2 МОм / 20 МОм показывает бесконечность («1» или «OL» — сопротивление сотни МОм – единицы ГОм). Любое конечное сопротивление в омах или килоомах означает пробой или тепловую деградацию (в режиме прозвонки пищать не должен!).

Что такое варистор и почему он «молчит» на омметре

Варистор — металлооксидный резистор с двумя выводами, сопротивление которого нелинейно зависит от приложенного напряжения. Его вольт-амперная характеристика симметрична: деталь одинаково ведёт себя при любой полярности. Пока напряжение ниже порогового, сопротивление огромное — до миллиардов ом. Выше порога оно резко падает до десятков ом и продолжает снижаться с ростом напряжения. Поэтому варисторы — основной элемент устройств защиты от импульсных перенапряжений: в обычном режиме они не мешают схеме, а при всплеске отводят ток на себя.

Самый распространённый тип — металлооксидный варистор (MOV). Внутри — спечённые зёрна оксида цинка с небольшими добавками оксидов висмута, кобальта и марганца между двумя металлическими электродами. Каждая граница зёрен работает как диодный переход, а вся масса — как сеть пар встречно включённых диодов. При малом напряжении через неё течёт лишь крошечный ток утечки, при большом переходы пробиваются, и ток резко растёт. У варисторов из оксида цинка коэффициент нелинейности — 20–100, у более старых, из карбида кремния, — 2–10.

Отсюда главный вывод для проверки: мультиметр подаёт на деталь напряжение намного ниже порога и видит только ток утечки. Исправный варистор на омметре выглядит почти как разрыв цепи.

Параметры варистора: что указано в документации

Чтобы оценить результат проверки, нужно знать, с чем его сравнивать. Основные параметры варистора:

ПараметрЧто означает
Классификационное напряжение UnНапряжение на варисторе при определённом токе, обычно 1 мА; условный параметр, по которому маркируют изделия
Максимально допустимое напряжение UmУказывают отдельно для постоянного и переменного тока (действующее значение); превышать его можно только кратковременными перенапряжениями
Энергия W, ДжСколько энергии одиночного импульса варистор поглотит; нормируют стандартными импульсами 8/20 или 10/1000 мкс
Импульсный ток Ipp, АНаибольший ток импульса с заданным временем нарастания и длительностью
Мощность P, ВтСредняя мощность, которую деталь рассеивает весь срок службы без ухода параметров
Ёмкость CoЁмкость в закрытом состоянии; у варисторов диаметром 7–20 мм — 100–2 500 пФ

Рабочее напряжение выбирают с запасом: на переменном токе оно не должно превышать 0,6 Un, на постоянном — 0,85 Un. Поэтому в сети 220 В обычно ставят варисторы с классификационным напряжением не ниже 380…430 В. Низковольтные варисторы выпускают на рабочее напряжение 3–200 В, высоковольтные — до 20 кВ.

Как варистор выходит из строя

Отказы бывают трёх видов, и выглядят они по-разному:

  • Разрушение от сильного импульса. Если энергия всплеска, например от удара молнии, на порядки больше допустимой, варистор может расплавиться, сгореть или даже испариться. Такой отказ виден сразу.
  • Постепенная деградация. Каждый импульс понемногу изнашивает деталь, и её напряжение ограничения снижается. Варистор считают деградировавшим, когда это напряжение изменилось на 10 %. Снаружи он цел и выглядит рабочим, но уже не защищает схему, а в конце концов переходит в короткое замыкание: разряды прожигают проводящий канал через оксиды.
  • Обрыв. При чрезмерном токе варистор может отказать в обрыв. Нагрузка остаётся подключённой, но без защиты, и пользователь этого не замечает.

Отдельная опасность — длительное перенапряжение, например при обрыве нуля в сети. Варистор рассчитан на импульсы длительностью в микросекунды, а не на постоянную нагрузку: он сильно греется и может загореться. Поэтому последовательно с ним ставят термопредохранитель или применяют варисторы со встроенной тепловой защитой.

Шаг 1. Внешний осмотр

Перед любыми измерениями отключите устройство от сети и разрядите конденсаторы. Сетевые варисторы под напряжением не измеряйте. Затем осмотрите деталь и всё вокруг неё:

  • трещины, сколы и вздутие корпуса;
  • копоть, оплавление, следы выгоревшего покрытия;
  • обгоревшие соседние детали и дорожки платы;
  • сработавший предохранитель или термопредохранитель рядом.

Любой из этих признаков означает, что варистор пережил разрушающий импульс или перегрев, и его меняют без дальнейших проверок. Чистый корпус, наоборот, ничего не гарантирует: при деградации внешних признаков нет.

Шаг 2. Сопротивление мультиметром

Чтобы проверить варистор мультиметром, поставьте прибор на наибольший предел сопротивления, коснитесь щупами выводов, затем поменяйте щупы местами. Как выбрать режим и читать дисплей, подробно описано в статье о том, как пользоваться мультиметром. Результат читается так:

  • OL или очень большое сопротивление в обе стороны — пробоя нет. Это нормальный результат, но ещё не доказательство исправности.
  • Малое сопротивление, одинаковое в обе стороны — варистор пробит. Это конечная стадия деградации, деталь меняют.

На плате параллельно варистору обычно стоят другие цепи: обмотки, конденсаторы, входы выпрямителя. Мультиметр покажет их общее сопротивление, поэтому для однозначного результата выпаяйте хотя бы один вывод. Это практический вывод из параллельного соединения: малое сопротивление на плате ещё не значит, что виноват именно варистор.

Главное ограничение шага: обрыв тоже даёт OL. Значит, омметр не отличит исправный варистор от оборванного и не увидит износ, при котором напряжение срабатывания уже ушло. Для этого шага хватит любого цифрового прибора — портативного или настольного, например из раздела цифровых мультиметров Keysight.

Шаг 3. Ёмкость: как распознать обрыв

У варистора есть собственная ёмкость в закрытом состоянии. У деталей бытового размера, диаметром 7–20 мм, она составляет 100–2 500 пФ, у миниатюрных варисторов для микроэлектроники — около 1 пФ. Измерьте её в режиме ёмкости мультиметра или LCR-метром, предварительно выпаяв деталь.

Отсюда простой вывод: если омметр показывает OL, а ёмкость близка к нулю, электроды не связаны с выводами — это обрыв. Если ёмкость в ожидаемом диапазоне, деталь по крайней мере цела механически. Износ этот шаг всё равно не показывает.

Шаг 4. Классификационное напряжение при токе 1 мА

Единственная из четырёх проверок, которая видит деградацию, — измерить напряжение, при котором через варистор течёт ток 1 мА, и сравнить его с классификационным напряжением из документации. Метод прямо следует из определения параметра. Нужен регулируемый источник постоянного напряжения выше Un с ограничением тока:

  1. Подключите варистор к источнику последовательно с миллиамперметром, ограничение тока выставьте чуть выше 1 мА.
  2. Плавно поднимайте напряжение, следя за током.
  3. Когда ток дойдёт до 1 мА, запишите напряжение на варисторе.
  4. Сравните результат с Un из документации.

Для низковольтных варисторов с порогом в несколько десятков вольт подойдёт лабораторный блок питания в режиме стабилизации тока (CC): он сам не даст току превысить заданное значение. Для сетевых варисторов на 380…430 В и выше нужен высоковольтный источник и соблюдение мер безопасности при работе с ним.

Как оценить результат: варистор считают изношенным, когда его напряжение ограничения изменилось на 10 %. Строго этот критерий относится к напряжению ограничения, но его удобно взять ориентиром и для замера при 1 мА: если напряжение заметно ниже номинала, деталь деградировала и её пора менять.

Сводная таблица способов проверки

СпособЧто показываетЧто пропускаетЧем проверить
ОсмотрРазрушение импульсом, перегревДеградацию без внешних признаковГлаза, лупа
СопротивлениеПробой: малое сопротивлениеОбрыв и износ: и там и там OLМультиметр
ЁмкостьОбрыв: ёмкость около нуляИзносМультиметр с режимом ёмкости или LCR-метр
Напряжение при 1 мАИзнос: уход от UnСамая полная из четырёх проверокИсточник с ограничением тока и миллиамперметр

Чем заменить варистор и от чего он не защищает

Новый варистор подбирают по тем же параметрам: классификационному и допустимому напряжению, энергии и импульсному току. Из правила 0,6 Un следует, что деталь с меньшим классификационным напряжением ставить нельзя: в сети она будет работать слишком близко к порогу.

Варистор — не единственный ограничитель импульсов. TVS-диод (супрессор) выдерживает меньшие импульсы, зато не изнашивается от мелких и может иметь более низкое напряжение ограничения. Газовый разрядник срабатывает при большем напряжении и медленнее, но выдерживает гораздо большие токи и многократные удары молнии без заметной деградации. Варисторы удобнее там, где напряжение и энергия импульсов велики, а стоимость защиты важна. Даже недорогой сетевой фильтр строят на варисторах: в простых моделях стоит один между фазой и нейтралью, в лучших — не меньше трёх.

Важно помнить и о пределах защиты. Варистор не спасает от длительных перенапряжений, пусковых токов, перегрузки по току при коротком замыкании и просадок напряжения. Если устройство пострадало от такого события, исправный варистор его бы не уберёг.

Итог

  • Проверку начинают с обесточивания, разряда конденсаторов и осмотра: трещины, копоть и оплавление — повод сразу менять деталь.
  • Исправный варистор на омметре показывает OL, малое сопротивление в обе стороны — пробой.
  • Обрыв на омметре выглядит как норма; его выдаёт почти нулевая ёмкость вместо 100–2 500 пФ.
  • Износ виден только по напряжению при токе 1 мА; ориентир — отклонение около 10 % от номинала.
  • Замену подбирают по классификационному и допустимому напряжению, энергии и импульсному току.

Частые вопросы о проверке варистора

Какое сопротивление должно быть у исправного варистора?

Очень большое: при напряжении мультиметра варистор почти не проводит ток, поэтому прибор на наибольшем пределе показывает OL. До десятков ом сопротивление падает только выше порогового напряжения. Малое сопротивление в обе стороны означает пробой, и такой варистор меняют.

Можно ли проверить варистор мультиметром, не выпаивая его?

Только на пробой, и то с оговоркой. Параллельно варистору на плате стоят обмотки, конденсаторы и другие цепи, и мультиметр покажет их общее сопротивление. Для точного результата выпаяйте один вывод; ёмкость и напряжение при токе 1 мА тоже проверяют на выпаянной детали.

Почему варистор сгорел или треснул?

Чаще всего через него прошёл импульс с энергией больше допустимой, например от грозы, или в сети долго держалось повышенное напряжение, скажем при обрыве нуля. Варистор рассчитан на импульсы длительностью в микросекунды, а при длительной перегрузке перегревается и может загореться.

Можно ли включать прибор без варистора?

Прибор будет работать, но без защиты от импульсных перенапряжений: следующий всплеск примут на себя остальные детали. Сгоревший варистор лучше заменить таким же по классификационному напряжению, допустимому напряжению и энергии, а заодно проверить предохранитель рядом с ним.

Чем варистор отличается от TVS-диода (супрессора)?

Оба ограничивают импульсные перенапряжения, но по-разному. Варистор поглощает большую энергию и удобен для высоких напряжений, но изнашивается от каждого импульса. TVS-диод выдерживает меньшие импульсы, зато не деградирует от мелких и может иметь более низкое напряжение ограничения.