Varistor

Um varistor ou VDR (do inglês Voltage Dependent Resistor) é um componente eletrônico cujo valor de resistência elétrica é inversamente proporcional ao valor da tensão aplicada aos seus terminais. Isto é, a medida que a diferença de potencial sobre o varistor aumenta, sua resistência diminui.

Varistor de Óxido de Metal para 385 Volts

Os VDRs são geralmente utilizados como elemento de proteção contra transientes de tensão em circuitos, tal como em filtros de linha. Montados em paralelo com o circuito que se deseja proteger, impedem que surtos de pequena duração os atinjam, por apresentarem uma característica de "limitador de tensão". No caso de picos de tensão de maior duração, a alta corrente que circula pelo componente faz com que o dispositivo de proteção, disjuntor ou fusível, desarme, desconectando o circuito da fonte de alimentação. O VDR protege o equipamento a jusante desviando a sobretensão, ou sobrecorrente, para o terra, pois comporta-se como um curto-circuito submetido a altas tensões.

Histórico

Varistor de alta tensão

A primeira publicação sobre materiais varistores data de 1957, quando Kh. S. Valee e M. D. Mashkovich descobriram que o sistema binário ZnO-TiO₂ possuía propriedades não ôhmicas. Outros estudos em sistemas binários ZnO-Bi₂O₃ e ZnO-Al₂O₃ realizados por M.S. Kosman e colaboradores (1961) e S. Ivamov e colaboradores (1963) respectivamente, também mostraram que esses sistemas poderiam ser utilizados como varístores.

Em 1971, Matsuoka e colaboradores, fizeram varístores cerâmicos multicomponentes com propriedades muito melhores que aquelas obtidas para sistemas binários. A não linearidade nas características corrente-tensão para esse sistema foi de a=50. Um típico sistema com essas propriedades é 97%ZnO-1%Sb₂O₃-0,5%MnO-0,5%CoO-0,5%Cr₂O₃, sendo essas porcentagens molares.

Atualmente, uma ampla variedade de composições são utilizadas para a obtenção de varistores. Os varistores comercialmente mais usados ainda são a base de óxido de zinco (ZnO), mas varistores de dióxido de estanho (SnO₂) e dióxido de titânio (TiO₂) possuem um grande potencial tecnológico que ainda não foi utilizado. É exatamente esse o objetivo das pesquisas que estão sendo realizadas no CMDMC-LIEC, que visam otimizar as propriedades dos varistores a base de SnO₂, para utilização em altas tensões, a base de (Sn,Ti)O₂ e TiO₂ para utilização em baixas tensões, para que esses dispositivos possam em um futuro bem próximo substituir os varistores a base de ZnO.

Modelo

Curva da tensão vs. corrente de um varistor obtida experimentalmente.

A relação tensão-corrente de um varistor pode ser dada aproximadamente pela seguinte equação empírica:

${\displaystyle V=CI^{\beta }\!\ }$

onde

V é a tensão aplicada nos terminais do varistor,

I é a corrente que circula pelo componente,

C (resistência não-ôhmica) e ${\displaystyle \beta }$ (coeficiente de não-linearidade) são constantes características do componente.

Dessa relação, nota-se que quanto maior o valor de ${\displaystyle \beta }$, maior será a sua sensibilidade a variação de tensão.

Aplicações

Umas das aplicações mais encontradas atualmente é a utilização dos varistores em equipamentos de proteção indireta contra surtos (picos) de tensão da rede elétrica. Um exemplo desses equipamentos é o filtro de linha, que quando é autêntico possui varistores com o objetivo de "ceifar" a sobretensão que chega da rede.

Esse "ceifamento" se deve a característica do varistor de diminuir a sua própria resistência interna com o aumento da tensão aplicada aos seus terminais. Assim o varistor tem um certo potencial de condutividade, ou seja, é capaz de deixar passar tensões de até um certo limite (300 Volts por exemplo). A tensão excedente do "ceifamento" é convertida em energia térmica.

O varistor possui também um limite de conversão de energia elétrica em térmica, normalmente medido em Watts (W). Uma vez excedido esse limite, ou seja, por algum motivo a sobretensão exceda um certo valor causando uma diminuição da resistência e corrente, o que, consequentemente causará a queima do varistor.

Para evitar a queima do varistor por exposição a uma sobretensão acima do tempo suportável, são utilizados fusíveis de proteção, os quais interrompem o circuito (queimam) antes que ocorram danos àquele componente.

Observações e cuidados na aplicação dos varistores

Em dispositivos de proteção contra surtos, apenas a presença de varistores (MOV-) não é suficiente para uma completa proteção contra os distúrbios no fornecimento de energia elétrica, tais como picos de corrente.

O varistor, e outros tipos de supressores, não provêem proteção para os equipamentos quando as sobretensões são mantidas por um período longo. A energia térmica convertida pode não ser satisfatoriamente esgotada do equipamento ou grande demais até para o próprio varistor. Nesses casos há risco de início de fogo e/ou queima do componente. Bons protetores ou filtros de linha possuem componentes que medem o calor emitido pelo varistor e cortam a energia, para prevenir sobreaquecimento.

Os filtros de linha nacionais (brasileiros), em geral, ainda não possuem proteção térmica, o que os limita a varistores de pequena capacidade, por questões de segurança. Filtros importados possuem tanto proteção térmica quanto varistores de maior capacidade, os quais suportam maior fluxo de energia.