Варистор: что это такое, как работает и как проверить мультиметром

Разбираем, что такое варистор, как он работает и чем отличается от предохранителя и TVS-диода. Показываем, как проверить устройство с варистором мультиметром и какими приборами проверяют параметры.

Во вскрытом блоке питания на входе обнаруживается сгоревший небольшой «таблеточный» элемент. Сразу возникают два вопроса: что это за деталь и можно ли включить устройство без неё. Так большинство электриков и ремонтников впервые сталкиваются с варистором. Между тем этот компонент отвечает за то, чтобы короткий выброс напряжения не дошёл до электроники в полном объёме.

В статье разберём простыми словами, что такое варистор и почему его называют нелинейным резистором, как он меняет сопротивление при импульсе, какие бывают исполнения — дисковые, силовые и SMD, какие строки в документации действительно определяют выбор компонента. Отдельно — как проверить мультиметром устройство с варистором внутри и какими приборами проверяют параметры самого варистора.

Материал рассчитан на специалистов, которые подбирают, заменяют и проверяют варисторы: инженеров, электриков, специалистов по снабжению и ремонту оборудования. Расчёты схем защиты, монтаж и координацию ступеней УЗИП здесь не рассматриваем — для этого есть отдельные технические бюллетени.

Дисковый оксидно-цинковый варистор производства «Ключевого Компонента» (фото: k2el.ru)

Содержание статьи:

• Что такое варистор и для чего он нужен
• Как устроен и работает варистор
• Какие бывают варисторы
• Основные параметры, маркировка и выбор варистора
• Как включают варистор и где его применяют
• Чем варистор отличается от предохранителя, TVS-диода и разрядника
• Как проверить устройство с варистором: мультиметр и приборы К2
• Почему варистор выходит из строя и как правильно его заменить
• Часто задаваемые вопросы

Что такое варистор и для чего он нужен

Варистор — это двухвыводный полупроводниковый компонент, сопротивление которого зависит от приложенного к нему напряжения. В англоязычной документации распространено обозначение MOV — металл-оксидный варистор. Его задача — ограничивать кратковременные импульсные перенапряжения, отводя (шунтируя) через себя часть импульсного тока.

Простыми словами: при обычном рабочем напряжении варистор ведёт себя почти как изолятор и на работу цепи практически не влияет — через него течёт лишь малый ток утечки. Когда напряжение резко возрастает выше порога, характерного для конкретного типономинала, сопротивление варистора падает на несколько порядков, и импульсный ток уходит через компонент, а не через защищаемую нагрузку.

По функциональной классификации варистор относится к резисторам — это нелинейный резистор. Отличие от обычного постоянного резистора принципиальное: у обычного резистора сопротивление в рабочем диапазоне практически не зависит от напряжения, а у варистора вольт-амперная характеристика резко нелинейна.

Чего варистор не делает:

• не стабилизирует напряжение с заданной точностью — он лишь ограничивает выброс до уровня, зависящего от тока импульса;
• не отключает цепь, как автоматический выключатель или предохранитель;
• не заменяет собой готовое устройство защиты от импульсных перенапряжений, внешнюю молниезащиту и заземление объекта.

Импульсы, от которых он защищает, возникают при грозовых воздействиях (прямых и, чаще, наведённых), а также при коммутациях внутри электроустановки: отключении двигателей, трансформаторов, контакторов, реле, катушек и другой индуктивной нагрузки.

Как устроен и работает варистор

Типовой металл-оксидный варистор — это спечённая поликристаллическая керамика на основе оксида цинка ZnO с добавками других оксидов. На две противоположные поверхности нанесены электроды, к ним присоединены выводы, корпус покрыт изоляционным составом (у дисковых исполнений — характерный компаунд синего или оранжевого цвета).

Как работает варистор: нормальный режим, импульс, перегрузка и симметричная ВАХ

Токопроводящие зёрна ZnO разделены тонкими межзёренными границами. Именно эти границы ведут себя как множество последовательно-параллельно соединённых нелинейных переходов: при низком напряжении они практически не проводят ток, при повышении напряжённости поля начинают проводить резко и одновременно. Отсюда и поведение компонента — эффект возникает не в одной точке, а распределён по всему объёму керамики.

Вольт-амперная характеристика варистора

На ВАХ варистора выделяют три области:

• область малых токов — рабочее напряжение цепи, через варистор течёт лишь небольшой ток утечки, компонент фактически «не виден» схеме;
• нелинейная область — основной рабочий режим при импульсе: ток растёт на порядки при небольшом росте напряжения на компоненте;
• область больших токов — характеристика приближается к линейной, здесь уже определяющим становится сопротивление самих зёрен; при выходе за нормированные значения импульсного тока и энергии возможно повреждение варистора.

У типового MOV характеристика симметрична относительно начала координат, поэтому полярности у него нет: выводы можно менять местами, и компонент одинаково работает в цепях переменного напряжения при обеих полуволнах.

Что происходит во время импульса

При выбросе варистор переходит в проводящее состояние и напряжение на нём фиксируется около уровня, который в документации называют напряжением ограничения (в даташитах K2EL — Vc, максимальное при нормированном импульсе формы 8/20 мкс). Этот уровень не постоянная величина: чем больше амплитуда импульсного тока, тем выше остаточное напряжение на варисторе.

В реальном устройстве уровень защиты определяет не только сам компонент. Длина выводов и печатных проводников, площадь образованной ими петли дают паразитную индуктивность, на которой при быстром фронте импульса возникает дополнительное падение напряжения. Поэтому варистор располагают как можно ближе к защищаемому узлу и с короткими соединениями. Тот же принцип действует при монтаже готовых УЗИП: проводники подключения делают максимально короткими.

Какие бывают варисторы

Делить варисторы только на «низковольтные» и «высоковольтные» неудобно: напряжение задаётся типономиналом внутри каждой серии. Практичнее классификация по конструктивному исполнению и импульсной нагрузочной способности.

Силовой варистор ВР25Д431К2С1 как один из конструктивных видов варисторов (фото: k2el.ru)

Дисковые варисторы

Самое распространённое исполнение: керамический диск с двумя радиальными выводами под монтаж в отверстия платы. Применяются на сетевых входах блоков питания, в бытовой технике, светотехнике, цепях управления. В производственной программе «Ключевого Компонента» это, например, ДИСКОВЫЕ ВАРИСТОРЫ серии КВС, изготавливаемые по РБНМ.434122.001 ТУ с учётом требований ГОСТ 61051-2 и ГОСТ Р 70496-2022.

Силовые варисторы

Керамические элементы большего диаметра, часто в исполнении под винтовое или контактное присоединение. Отличаются повышенной способностью отводить импульсный ток и поглощать энергию, поэтому используются в промышленном оборудовании, преобразовательной технике и как ограничивающий элемент в защитных устройствах. Конкретные значения импульсного тока и энергии приводятся для каждого типономинала: СИЛОВЫЕ ВАРИСТОРЫ в пределах одной серии различаются по этим параметрам весьма существенно.

SMD-варисторы

Компоненты для поверхностного монтажа, в том числе многослойные. Применяются в низковольтных и сигнальных цепях, во встраиваемой электронике, где нет места для выводного диска. Здесь помимо напряжения критична ёмкость: в документации она нормируется как верхняя граница — например, ≤85 пФ, ≤230 пФ или ≤300 пФ для разных типономиналов. Для быстрых интерфейсов это ограничение бывает определяющим. Ассортимент типоразмеров и напряжений смотрите в разделе SMD-ВАРИСТОРЫ.

Размер корпуса косвенно связан с импульсной стойкостью: диск большего диаметра при прочих равных отводит больший ток. Но подбирать замену «по диаметру» нельзя — при одинаковом размере типономиналы различаются напряжением, а серии различаются составом керамики и нормируемыми импульсными параметрами.

Основные параметры, маркировка и выбор варистора

Главная ошибка при подборе — считать, что у варистора есть одно «напряжение». Их как минимум три, и они означают разное.

Таблица 1. Какие параметры варистора указаны в документации

Какие строки искать в техническом описании

Практичная последовательность выбора выглядит так:

• Определить тип цепи и характер напряжения — переменное или постоянное.
• Выбрать Vm с запасом относительно максимального длительного напряжения в точке установки, учитывая допустимые отклонения сети.
• Проверить, какой уровень напряжения ограничения допустим для защищаемой нагрузки.
• Оценить ожидаемую форму и амплитуду импульса, энергию и частоту повторения воздействий.
• Учесть температуру эксплуатации, допустимую ёмкость, габариты и способ монтажа.

Как расшифровать маркировку

Распространённая логика кодирования на дисковых компонентах — диаметр, буква исполнения, напряжение и допуск. Например, в записи вида 14D471K первые цифры соответствуют диаметру диска в миллиметрах, далее три цифры кодируют классификационное напряжение (471 — «47» и один ноль, то есть 470 В), а буква обозначает допуск. Это только иллюстрация типичного подхода: единого формата маркировки не существует, каждый производитель описывает свою систему обозначений, и расшифровку нужно сверять с документацией на конкретную серию.

Поэтому универсального ответа «какой варистор ставить в сеть 230 В» в статье не будет. Вместо этого — параметры из даташита и условия цепи. Подобрать ВАРИСТОРЫ K2EL по нужному напряжению, импульсному току и исполнению можно по каталожным листам, где для каждого типономинала приведены Vv, Vm, Vc, Iимп, Q и ёмкость.

Как включают варистор и где его применяют

Варистор включают параллельно защищаемой цепи — между проводниками, между которыми возможен выброс. Этим он принципиально отличается от предохранителя, который ставится последовательно: предохранитель разрывает цепь, а варистор создаёт для импульса обходной путь.

Варистор в блоке питания и электронной схеме

Типовые применения:

• сетевые входы импульсных блоков питания, драйверов светодиодного освещения, зарядных устройств;
• бытовая техника и офисное оборудование;
• промышленная автоматика, датчики, интерфейсные модули;
• цепи коммутации: параллельно катушкам реле, контакторов, электромагнитных клапанов, параллельно контактам для снижения дуги;
• электроприводы и преобразовательная техника;
• автомобильная и транспортная электроника.

В блоках питания варистор обычно стоит после входного предохранителя, во входном фильтре. Такая последовательность не случайна: если варистор выйдет из строя коротким замыканием, цепь должна разорвать именно последовательный аппарат защиты.

Варистор в составе УЗИП

В большинстве УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ для силовых сетей ограничивающим элементом служит именно варистор. Но готовое УЗИП — это не «варистор в корпусе»: в зависимости от исполнения оно содержит конструктивный корпус с креплением на DIN-рейку, узлы присоединения, средства индикации состояния, а в ряде исполнений — тепловое отключение, отсоединяющее повреждённый элемент от сети.

Требования и методы испытаний УЗИП установлены ГОСТ IEC 61643-11-2013. Варистор в таком устройстве — только ограничивающий элемент: вместе с корпусом, индикацией состояния и тепловым отключением он образует готовое изделие. Требования к монтажу (длина проводников, сечения, аппарат защиты в цепи УЗИП) относятся ко всему устройству, а не к отдельному варистору на плате.

Для отдельного варистора на плате действуют компонентные стандарты и технические условия изготовителя. Подробнее о защитных компонентах и о координации ступеней защиты — в техническом бюллетене: СРАВНЕНИЕ РАЗРЯДНИКА, ВАРИСТОРА И TVS-ДИОДА.

И принципиальное: варистор внутри прибора защищает только этот прибор от того, что дошло до его входа. Он не отменяет необходимость внешней молниезащиты, заземления и правильно выбранных УЗИП класса I, II, III на вводе объекта.

Чем варистор отличается от предохранителя, TVS-диода и разрядника

Запрос «самовосстанавливающийся предохранитель — это варистор» встречается часто, и ответ на него отрицательный. Это разные компоненты с разными управляющими величинами: варистор реагирует на напряжение, предохранители — на ток и собственный нагрев.

Таблица 2. Варистор, предохранитель, TVS-диод и газовый разрядник: основные различия

В координированной защите эти компоненты дополняют друг друга: разрядник или мощный варистор берёт основную энергию, TVS-диод дочищает остаточный импульс на входе чувствительной схемы, а предохранитель обеспечивает отключение при отказе. Взаимозаменяемыми они не являются.

Как проверить устройство с варистором: мультиметр и приборы К2

Варистор чаще всего находится внутри устройства — блока питания, УЗИП, шкафа автоматики, — поэтому осмотреть сам компонент обычно нельзя. Практичнее проверять устройство целиком. Мультиметр показывает только грубый отказ — пробой или обрыв, а параметры варистора проверяют специальными приборами. Начинать нужно не с прибора, а с безопасности.

Простая проверка мультиметром

• Полностью отключить устройство от сети и исключить случайное повторное включение. Работы в электроустановке должен выполнять квалифицированный электрик.
• Убедиться в отсутствии опасного напряжения и в разряде накопительных конденсаторов входного фильтра и выпрямителя — безопасным способом, через разрядный резистор, а не замыканием отвёрткой. До этого не касаться элементов сетевой части.
• Осмотреть доступные части устройства: корпус, индикатор состояния (у УЗИП), следы потемнения, дуги, копоти и оплавления, сработавшее тепловое отключение. Такие признаки — основание для замены без дальнейших измерений.
• Определить по схеме или документации, к каким выводам или клеммам подключён варистор. Дисковый варистор легко спутать с дисковым конденсатором или терморезистором.
• Перевести мультиметр в режим измерения сопротивления, выбрать наибольший предел и коснуться щупами этих выводов или клемм (у УЗИП со сменными модулями — выводов модуля, извлечённого из основания). Исправный высоковольтный варистор при низком измерительном напряжении прибора показывает очень большое сопротивление или перегрузку — OL, «1».
• Если сопротивление стабильно низкое или прибор «звенит» как на коротком замыкании, сначала исключить влияние параллельных элементов схемы: конденсаторов фильтра, обмоток, цепей разряда.
• При сомнительном результате на плате отпаять хотя бы один вывод, соблюдая технологию ремонта и не перегревая компонент, и повторить измерение.

Как трактовать показания

Низкое сопротивление или короткое замыкание после отсоединения вывода — однозначный отказ, компонент подлежит замене. Очень большое сопротивление или OL означает лишь отсутствие заметной проводимости при том напряжении, которое выдаёт мультиметр, — то есть отсутствие грубого пробоя.

Чего мультиметр определить не может

Классификационное напряжение Vv измеряют при нормированном испытательном токе по методике ГОСТ 61051-2, ток утечки — при рабочем напряжении, импульсную стойкость — нормированными импульсами формы 8/20. Для этого нужны источник испытательного тока, генератор импульсов и измерительный стенд. Бытовой мультиметр не даёт ни одного из этих режимов, поэтому по нему нельзя судить ни о пороге срабатывания, ни об остаточном ресурсе. Самодельные «проверки от сети» проводить нельзя: это опасно и не информативно.

Приборы К2 для проверки варисторов и УЗИП

Параметры варистора проверяют не мультиметром, а специальными приборами. «Ключевой Компонент» выпускает ПРИБОРЫ ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ УЗИП. Они не являются средствами измерения, но позволяют оценить, исправен ли защитный элемент:

• К2Р ТЕСТЕР УЗИП 4.0 — измеряет классификационное напряжение варисторов, а также напряжение пробоя разрядников, защитных диодов и других полупроводниковых элементов в пределах до 800 В. В режиме «варистор» прибор подаёт линейно нарастающее напряжение и фиксирует значение, при котором через элемент протекает классификационный ток 1 мА. Питание — от сетевого адаптера или встроенных аккумуляторов;
• К2Р ТЕСТЕР УЗИП 1.0 — для УЗИП с уровнем напряжения защиты Up менее 1900 В. Формирует тестовый импульс 1,2/50 мкс и показывает остаточное напряжение и осциллограмму на встроенном дисплее. Питание — от сети 230 В.

Проверку выполняют на УЗИП, отключённом от защищаемой линии, по руководству по эксплуатации прибора. Измеренное значение сравнивают с указанным в документации на изделие: если оно выходит за заявленный диапазон, УЗИП неисправно. Метод неразрушающий и не расходует остаточный ресурс проверяемого устройства.

Как варисторы испытывают в лаборатории производителя

В испытательной лаборатории «Ключевого Компонента» варисторы проверяют на специальных установках. Генераторы «ГИТ-А-1000» и «ГИТ-А-10000» подают импульсы тока формы 8/20 мкс с амплитудой от 1 до 1 500 А и от 300 до 10 000 А соответственно, «ГИТ-П-500» — прямоугольные импульсы тока до 500 А. На установке AT6181-L варисторы испытывают на безотказность: она моделирует старение оксидно-цинковых варисторов при заданных температуре и влажности с подачей переменного или постоянного напряжения, стандартный цикл — 1 000 часов непрерывной работы.

Установка AT6181-L для испытаний варисторов на безотказность (фото: k2el.ru)

Почему варистор выходит из строя и как правильно его заменить

Причины отказов складываются из перегрузки и неверного применения:

• превышение нормированного импульсного тока или поглощаемой энергии одиночным воздействием;
• серия повторных импульсов, суммарно превышающая допустимую нагрузку;
• длительное повышение напряжения сети выше Vm, в том числе при обрыве нулевого проводника;
• перегрев из-за высокой температуры окружающей среды или плотного монтажа;
• неверно выбранный типономинал — заниженное Vm или недостаточная импульсная стойкость;
• неверно подобранное оборудование: варистор или УЗИП, не соответствующие необходимым параметрам защиты — напряжению сети, ожидаемым импульсным токам и энергии в точке установки.

Признаки неисправности

Отказы делятся на несколько видов. Короткое замыкание — чаще всего с перегоранием последовательного предохранителя. Разрушение корпуса с растрескиванием керамики и выбросом продуктов горения. Тепловой пробой при длительном перенапряжении, когда компонент постепенно разогревается. И самый неприятный случай — деградация без внешних признаков: после серии импульсов классификационное напряжение может измениться, а ток утечки возрасти, при этом на вид и «по мультиметру» компонент останется нормальным.

• Совет специалистов «Ключевого Компонента»:
  Если мультиметр показывает OL, это означает только отсутствие заметной проводимости при низком испытательном напряжении прибора. Такое измерение не подтверждает классификационное напряжение, напряжение ограничения и оставшийся импульсный ресурс. После сильного перенапряжения, при повреждении корпуса или срабатывании тепловой защиты варистор следует заменить на компонент с параметрами, предусмотренными разработчиком устройства, одновременно проверив причину аварии и связанные элементы цепи.

Типичные ошибки при замене

Чек-лист корректной замены:

• сверить все параметры нового компонента с документацией на исходный: Vv, Vm, Vc, импульсный ток, энергию, ёмкость, габариты и шаг выводов;
• не подбирать «похожий» варистор большего диаметра или большего напряжения наугад — завышенное напряжение снижает уровень защиты, заниженное приводит к нагреву и быстрой деградации;
• проверить сопутствующие элементы: предохранитель, печатные проводники и переходные отверстия, выпрямитель, конденсаторы входного фильтра, терморезистор, элементы теплового отключения;
• найти причину перенапряжения — иначе новый компонент повторит судьбу прежнего;
• не эксплуатировать оборудование с удалённым варистором: прибор, скорее всего, включится, но останется без предусмотренной разработчиком импульсной защиты.

Часто задаваемые вопросы

Подобрать дисковые, силовые и SMD-варисторы российского производства можно в разделе «ВАРИСТОРЫ» каталога K2EL — их выпускает «Ключевой Компонент» на заводе в Ленинградской области, где в 2025 году завершено строительство второй очереди производства электронных компонентов и оксидно-цинковых варисторов. Если нужно проверить совместимость параметров с вашей цепью или выбрать компонент для нового изделия, обратитесь к специалистам «Ключевого Компонента» по телефону 8 (800) 333-28-29, на info@k2el.ru или через РАЗДЕЛ КОНТАКТОВ.