Что такое опн в электрике – ГОСТ Р 52725-2007 Ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ. Общие технические условия (с Поправкой)

Ограничитель перенапряжения Википедия

Ограничитель перенапряжения является безыскровым разрядником.

Устройство ограничителя перенапряжений

Основной элемент ОПН — варистор ( varistor, от англ. Vari(able) (Resi)stor — переменное, изменяющееся сопротивление). Основная активная часть ОПН состоит из набора варисторов, соединённых последовательно и составляющих так называемую «колонку». В зависимости от требуемых характеристик ОПН и его конструкции ограничитель может состоять из одной колонки или из ряда колонок, соединённых последовательно либо параллельно. Отличие материала варисторов ОПН от материала резисторов вентильных разрядников состоит в том, что у нелинейных резисторов ограничителей перенапряжения присутствует повышенная пропускная способность, а также высоконелинейная вольт-амперная характеристика (ВАХ), благодаря которой возможно непрерывное и безопасное нахождение ОПН под напряжением, при котором обеспечивается высокий уровень защиты электрооборудования. Данные качества позволили исключить из конструкции ОПН искровые промежутки.

Материал нелинейных резисторов ОПН состоит в основном из оксида (окиси) цинка ( ZnO ) и оболочки в виде глифталевой эмали, повышающей пропускную способность варистора. В процессе изготовления оксид цинка смешивается с оксидами других металлов. Варисторы на основе оксида цинка являются системой, состоящей из последовательно и параллельно включённых p – n переходов. Именно эти p – n переходы определяют нелинейность ВАХ варистора.

ОПН  конструктивно представляет собой колонку варисторов, заключённых в высокопрочный полимерный корпус из высокомолекулярного каучука (в случае полимерной изоляции прибора), либо колонку варисторов, прижатую к боковой поверхности стеклопластиковой трубы, расположенной внутри фарфора (в случае фарфоровой изоляции). В ОПН с полимерной изоляцией пространство между стеклопластиковой трубой и колонкой варисторов заполняется низкомолекулярным каучуком, а сама труба имеет расчётное количество отверстий для обеспечения взрывобезопасности конструкции при прохождении токов короткого замыкания. У ограничителей перенапряжений с фарфоровой изоляцией на торцевых сторонах покрышки располагают мембраны и герметизирующие резиновые уплотнительные кольца, а на фланцах устанавливают специальные крышки с выхлопными отверстиями. На крышке ограничителя перенапряжений имеется контактный болт для подключения к токоведущей шине. ОПН снабжён изолированной от земли плитой основания. Внутренняя стеклопластиковая труба, мембраны и крышки обеспечивают взрывобезопасность конструкции при прохождении токов короткого замыкания.

Принцип действия

Защитное действие ограничителя перенапряжений обусловлено тем, что появление опасного для изоляции перенапряжения, вследствие высокой нелинейности резисторов через ограничитель перенапряжений протекает значительный импульсный ток, в результате чего величина перенапряжения снижается до уровня, безопасного для изоляции защищаемого оборудования.

В нормальном рабочем режиме ток через ограничитель имеет емкостный характер и составляет десятые доли миллиампера. Но при возникновении перенапряжений резисторы ОПН переходят в проводящее состояние и ограничивают дальнейшее нарастание перенапряжения до уровня, безопасного для изоляции защищаемой электроустановки. Когда перенапряжение снижается, ограничитель вновь возвращается в непроводящее состояние.

Вольт-амперная характеристика ограничителя состоит из 3 участков:

  1. – область малых токов;
  2. – область средних токов;
  3. – область больших токов.
  • Вольт-амперная характеристика ОПН.

В первой области варисторы работают под рабочим напряжением, не превышающим наибольшее допустимое рабочее напряжение (сопротивление варисторов велико, через них п

Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) в районных и распределительных сетях

 

Вентильные разрядники, как правило, применявшиеся ранее для защиты от перенапряжений в районных и распределительных сетях заменяют ограничители перенапряжения (ОПН). Не имея искровых промежутков, ОПН более эффективно защищают электрооборудование от всех видов перенапряжений, которые могут возникнуть в электрических сетях.

ОПН на металлооксидных сопротивлениях

Принцип действия ОПН на металлооксидных сопротивлениях основан на использовании нелинейной вольтамперной характеристики оксида цинка. При приложении к ОПН номинального напряжения ток через него носит емкостный характер и очень мал, при возникновении перенапряжений ток через него лавинообразно растет и может достичь нескольких тысяч ампер. После прохождения импульса тока, обусловленного ростом напряжения на ОПН, его изоляция восстанавливается, и ток через него вновь возвращается до номинальных десятков микроампер.

ОПН, которые приходят на смену вентильным разрядникам, могут устанавливаться совместно с ними в одной электроустановке. Поэтому реконструкция системы защиты от перенапряжения может производится постепенно.

Преимущества ОПН

  • простота конструкции и высокая надежность; по сравнению с разрядниками, более глубокое ограничение перенапряжения;
  • стойкость к внешнему загрязнению изоляционного корпуса;
  • способность ограничивать внутренние перенапряжения; большая взрывобезопасность у ограничителей перенапряжения с полимерным корпусом; меньшие габариты и масса, чем у разрядников; могут использоваться в сетях постоянного тока.

Как выбрать ОПН?

С технической стороны выбор ОПН сводится к его вольтамперной характеристике — для его безопасной работы в электрической сети ВАХ поднимают (снижается тепловая стабильность и ток проводимости ОПН, при снижении классификационного напряжения), а с другой, для того чтобы обеспечить координационный интервал для защищаемой изоляции, ВАХ необходимо снижать.

Из таблицы (при отсутствии точных значений) берется наибольшее рабочее напряжение сети в месте установки ОПН:

Класс напряжения электрооборудования, кВ Наибольшее рабочее напряжение электрооборудования, кВ Номинальное напряжение электрической сети, кВ Наибольшее длительно допустимое напряжение в электрической сети, кВ
6 7,2 6,0 6,9
6 7,2 6,6 7,2
10 12 10,0 11,5
10 12 11,0 12,0
27 30 27 30
35 40,5 35 40,5

Наибольшее рабочее напряжение сети — определяющая величина при выборе ОПН.

Далее принимаются во внимание: длительность и ток однофазного замыкания на землю, наиболее вероятные виды перенапряжения, кратность внутреннего перенапряжения, структура сети и характеристики ее элементов (при установке в кабельных сетях — расстояние от источника питания к защищаемой электроустановке), для коммутационных перенапряжений — значения осциллограмм во время коммутаций на защищаемом оборудовании.

Следует принять во внимание уже установленное оборудование по защите от перенапряжений и места их установки.

Климатическое исполнение ОПН выбирается в соответствии с тем, планируете ли устанавливать его в закрытом распредустройстве или на открытом воздухе, с учетом загрязненности атмосферы.

Некоторые моменты выбора

При защите силовых трансформаторов от грозового перенапряжения ОПН должен устанавливаться до коммутационного аппарата и присоединяться наикратчайшим путем от вводов трансформатора к заземляющему устройству подстанции.

При установке ОПН в одной ячейке с трансформатором напряжения рекомендуется присоединять ОПН до предохранителя, чтобы предотвратить перегорание предохранителя при прохождении импульсных токов.

При наличии на присоединениях трансформаторов на стороне 3…20 кВ токоограничивающих реакторов ОПН должны быть установлены на шинах 3…20 кВ независимо от наличия ОПН возле трансформаторов.

Обмотки трансформаторов, которые не используются, должны быть соединены в треугольник или звезду (в соответствии с заводскими схемами), защищены ОПН и заземлены. Защита обмоток, которые не используются, не нужна, если к ним постоянно присоединена кабельная линия длиной не менее 30 м, которая имеет металлическую заземленную оболочку или броню.

Если к сборным шинам электростанции или подстанции присоединены вращающиеся электрические машины (электродвигатели, генераторы) и ВЛ на железобетонных опорах, то в начале защищенного молниезащитным тросом ввода должен быть установлен комплект ОПН с присоединением к заземлению.

Высоковольтные двигатели могут быть перегружены повторными запусками при отключениях во время разгона. Это справедливо, когда ток отключения меньше 600 А. Чтобы защитить эти двигатели, рекомендуется устанавливать ограничители непосредственно у выводов двигателя или, как альтернатива, у выключателя.

Монтаж ОПН

ОПН, как правило, присоединяются параллельно защищаемому оборудованию по схеме «фаза-земля», причем подключение ОПН к шине заземления осуществляется жестко с применением болта, а к фазной шине — по кратчайшему пути с помощью одножильного медного проводника сечением не менее 6 мм2 или алюминиевого проводника сечением не менее 16 мм2. Допускается применение гибкой шины толщиной 1 мм и шириной 20…30 мм. Расстояния между ограничителями и другими заземленными и токоведущими частями электроустановки нормируются согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ). Для обеспечения максимальной эффективности защиты электрооборудования от перенапряжения ОПН следует устанавливать как можно ближе к защищаемому оборудованию, на расстоянии не далее 3…6 м.

Усилие, прилагаемое к затяжке болтов при креплении ОПН к заземляющей шине и проводника к ОПН, не должно превышать 25±5 Нм. Применение контргаек или пружин

ных шайб для предотвращения самовольного ослабления контакта обязательно.

Эксплуатация ОПН

В процессе эксплуатации ОПН не подлежат ремонту и не требуют проведения профилактических испытаний повышенным напряжением в течение всего срока службы. Нормативный срок службы ОПН составляет 25 лет при гарантийном сроке хранения и эксплуатации 5 лет. При эксплуатации ОПН в районах с повышенным уровнем загрязненности атмосферы рекомендуется проводить их осмотр и периодическую очистку внешней поверхности. Очистку следует производить сухой ветошью, не оставляющей волокон, а места сильного загрязнения протирать тампоном, смоченным спиртом. Применение масел, бензина, бензола, ацетона и металлических щеток запрещается.

Запрещается использование ОПН в качестве опорных изоляторов и их жесткое крепление к шинам (между шинами), где существует вероятность возникновения изгибающих усилий выше 300 Н (динамическое воздействие на шины при прохождении импульса тока) и внешнего нагрева контактной арматуры ОПН (контактных площадок) выше 40°С.

По желанию потребителя допускается измерение сопротивления ОПН мегомметром на 2500 В. Сопротивление отключенного от токоведущих частей ОПН должно быть не менее 10 000 МОм при рабочем напряжении сети 6 (10) кВ.

При профилактических испытаниях изоляции электрооборудования повышенным напряжением сами ОПН должны быть отключены от токоведущих частей электроустановки с принятием мер, исключающих их пробой (видимый разрыв цепи).

www.forca.ru

Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) в районных и распределительных сетях

Разместить публикацию Мои публикации Написать
26 октября 2011 в 10:00

Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) в районных и распределительных сетях

Вентильные разрядники, как правило, применявшиеся ранее для защиты от перенапряжений в районных и распределительных сетях заменяют ограничители перенапряжения (ОПН). Не имея искровых промежутков, ОПН более эффективно защищают электрооборудование от всех видов перенапряжений, которые могут возникнуть в электрических сетях.

ОПН на металлооксидных сопротивлениях

Принцип действия ОПН на металлооксидных сопротивлениях основан на использовании нелинейной вольтамперной характеристики оксида цинка. При приложении к ОПН номинального напряжения ток через него носит емкостной характер и очень мал, при возникновении перенапряжений ток через него лавинообразно растет и может достичь нескольких тысяч ампер. После прохождения импульса тока, обусловленным ростом напряжения на ОПН, его изоляция восстанавливается, и ток через него вновь возвращается до номинальных десятков микроампер.

Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) в районных и распределительных сетях

 

 

 

ОПН, которые приходят на смену вентильным разрядникам, могут устанавливаться совместно с ними в одной электроустановке. Поэтому реконструкция системы защиты от перенапряжения может производится постепенно.

Преимущества ОПН:

  • простота конструкции и высокая надежность;
  • по сравнению с разрядниками, более глубокое ограничение перенапряжения;
  • стойкость к внешнему загрязнению изоляционного корпуса;
  • способность ограничивать внутренние перенапряжения;
  • большая взрывобезопасность у ограничителей перенапряжения с полимерным корпусом;
  • меньшие габариты и масса, чем у разрядников.
  • могут использоваться в сетях постоянного тока.

Как выбрать ОПН?

Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) в районных и распределительных сетях

 

С технической стороны выбор ОПН сводится к его вольтамперной характеристике – для его безопасной работы в электрической сети ВАХ поднимают (снижается тепловая стабильность и ток проводимости ОПН, при снижении классификационного напряжения), а с другой, для того чтобы обеспечить координационный интервал для защищаемой изоляции, ВАХ необходимо снижать.

Из таблицы (при отсутствии точных значений) берется наибольшее рабочее напряжение сети в месте установки ОПН:

Класс напряжения электрооборудования, кВ Наибольшее
рабочее напряжение электрооборудования, кВ
Номинальное
напряжение
электрической
сети,
кВ
Наибольшее
длительно
допустимое
напряжение в
электрической
сети, кВ
6 7,2 6,0 6,9
6 7,2 6,6 7,2
10 12 10,0 11,5
10 12 11,0 12,0
27 30 27 30
35 40,5 35 40,5

Наибольшее рабочее напряжение сети – определяющая величина при выборе ОПН.

Далее принимаются во внимание: длительность и ток однофазного замыкания на землю, наиболее вероятные виды перенапряжения, кратность внутреннего перенапряжения, структура сети и характеристики ее элементов (при установке в кабельных сетях – расстояние от источника питания к защищаемой электроустановке), для коммутационных перенапряжений – значения осциллограмм во время коммутаций на защищаемом оборудовании.

Следует принять во внимание уже установленное оборудование по защите от перенапряжений и места их установки.

Климатическое исполнение ОПН выбирается в соответствии с тем, планируете ли устанавливать его в закрытом распредустройстве или на открытом воздухе, с учетом загрязненности атмосферы.

Некоторые моменты выбора:

Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) в районных и распределительных сетях

 

При защите силовых трансформаторов от грозового перенапряжения ОПН должен устанавливаться до коммутационного аппарата и присоединяться наикратчайшим путем от вводов трансформатора к заземляющему устройству подстанции.

При установке ОПН в одной ячейке с трансформатором напряжения рекомендуется присоединять ОПН до предохранителя, чтобы предотвратить перегорание предохранителя при прохождении импульсных токов.

При наличии на присоединениях трансформаторов на стороне 3…20 кВ токоограничивающих реакторов ОПН должны быть установлены на шинах 3…20 кВ независимо от наличия ОПН возле трансформаторов.

Обмотки трансформаторов, которые не используются, должны быть соединены в треугольник или звезду (в соответствии с заводскими схемами), защищены ОПН и заземлены. Защита обмоток, которые не используются, не нужна, если к ним постоянно присоединена кабельная линия длиной не менее 30 м, которая имеет металлическую заземленную оболочку или броню.

Если к сборным шинам электростанции или подстанции присоединены вращающиеся электрические машины (электродвигатели, генераторы) и ВЛ на железобетонных опорах, то в начале защищенного молниезащитным тросом ввода должен быть установлен комплект ОПН с присоединением к заземлению.

Высоковольтные двигатели могут быть перегружены повторными запусками при отключениях во время разгона. Это справедливо, когда ток отключения меньше 600 А. Чтобы защитить эти двигатели, рекомендуется устанавливать ограничители непосредственно у выводов двигателя или, как альтернатива, у выключателя.

Монтаж ОПН

Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) в районных и распределительных сетях

ОПН, как правило, присоединяются параллельно защищаемому оборудованию по схеме «фаза-земля», причем подключение ОПН к шине заземления осуществляется жестко с применением болта, а к фазной шине — по кратчайшему пути с помощью одножильного медного проводника сечением не менее 6 мм2 или алюминиевого проводника сечением не менее 16 мм2. Допускается применение гибкой шины толщиной 1 мм и шириной 20…30 мм. Расстояния между ограничителями и другими заземленными и токоведущими частями электроустановки нормируются согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ). Для обеспечения максимальной эффективности защиты электрооборудования от перенапряжения ОПН следует устанавливать как можно ближе к защищаемому оборудованию, на расстоянии не далее 3…6 м.

Усилие, прилагаемое к затяжке болтов при креплении ОПН к заземляющей шине и проводника к ОПН, не должно превышать 25±5 Нм. Применение контргаек или пружинных шайб для предотвращения самовольного ослабления контакта обязательно.

Эксплуатация ОПН

 

В процессе эксплуатации ОПН не подлежат ремонту и не требуют проведения профилактических испытаний повышенным напряжением в течение всего срока службы. Нормативный срок службы ОПН составляет 25 лет при гарантийном сроке хранения и эксплуатации 5 лет. При эксплуатации ОПН в районах с повышенным уровнем загрязненности атмосферы рекомендуется проводить их осмотр и периодическую очистку внешней поверхности. Очистку следует производить сухой ветошью, не оставляющей волокон, а места сильного загрязнения протирать тампоном, смоченным спиртом. Применение масел, бензина, бензола, ацетона и металлических щеток запрещается.

Запрещается использование ОПН в качестве опорных изоляторов и их жесткое крепление к шинам (между шинами), где существует вероятность возникновения изгибающих усилий выше 300 Н (динамическое воздействие на шины при прохождении импульса тока) и внешнего нагрева контактной арматуры ОПН (контактных площадок) выше 40°С.

По желанию потребителя допускается измерение сопротивления ОПН мегомметром на 2500 В. Сопротивление отключенного от токоведущих частей ОПН должно быть не менее 10000 МОм при рабочем напряжении сети 6 (10) кВ.

При профилактических испытаниях изоляции электрооборудования повышенным напряжением, сами ОПН должны быть отключены от токоведущих частей электроустановки с принятием мер, исключающих их пробой (видимый разрыв цепи).

20 января в 18:18 12

20 января в 18:17 15

20 января в 18:15 10

20 января в 13:55 14

20 января в 13:17 15

20 января в 13:14 17

20 января в 10:02 13

19 января в 15:22 20

4 июня 2012 в 11:00 85318

12 июля 2011 в 08:56 19279

14 ноября 2012 в 10:00 10776

25 декабря 2012 в 10:00 9994

28 ноября 2011 в 10:00 9411

21 июля 2011 в 10:00 8899

24 мая 2017 в 10:00 7777

29 февраля 2012 в 10:00 7727

16 августа 2012 в 16:00 7300

27 февраля 2013 в 10:00 6921

Методические указания по применению ограничителей перенапряжений нелинейных в электрических сетях 6-35 кВ

Искать все виды документовДокументы неопределённого видаISOАвиационные правилаАльбомАпелляционное определениеАТКАТК-РЭАТПЭАТРВИВМРВМУВНВНиРВНКРВНМДВНПВНПБВНТМ/МЧМ СССРВНТПВНТП/МПСВНЭВОМВПНРМВППБВРДВРДСВременное положениеВременное руководствоВременные методические рекомендацииВременные нормативыВременные рекомендацииВременные указанияВременный порядокВрТЕРВрТЕРрВрТЭСНВрТЭСНрВСНВСН АСВСН ВКВСН-АПКВСПВСТПВТУВТУ МММПВТУ НКММПВУП СНЭВУППВУТПВыпускГКИНПГКИНП (ОНТА)ГНГОСТГОСТ CEN/TRГОСТ CISPRГОСТ ENГОСТ EN ISOГОСТ EN/TSГОСТ IECГОСТ IEC/PASГОСТ IEC/TRГОСТ IEC/TSГОСТ ISOГОСТ ISO GuideГОСТ ISO/DISГОСТ ISO/HL7ГОСТ ISO/IECГОСТ ISO/IEC GuideГОСТ ISO/TRГОСТ ISO/TSГОСТ OIML RГОСТ ЕНГОСТ ИСОГОСТ ИСО/МЭКГОСТ ИСО/ТОГОСТ ИСО/ТСГОСТ МЭКГОСТ РГОСТ Р ЕНГОСТ Р ЕН ИСОГОСТ Р ИСОГОСТ Р ИСО/HL7ГОСТ Р ИСО/АСТМГОСТ Р ИСО/МЭКГОСТ Р ИСО/МЭК МФСГОСТ Р ИСО/МЭК ТОГОСТ Р ИСО/ТОГОСТ Р ИСО/ТСГОСТ Р ИСО/ТУГОСТ Р МЭКГОСТ Р МЭК/ТОГОСТ Р МЭК/ТСГОСТ ЭД1ГСНГСНрГСССДГЭСНГЭСНмГЭСНмрГЭСНмтГЭСНпГЭСНПиТЕРГЭСНПиТЕРрГЭСНрГЭСНсДИДиОРДирективное письмоДоговорДополнение к ВСНДополнение к РНиПДСЕКЕНВиРЕНВиР-ПЕНиРЕСДЗемЕТКСЖНМЗаключениеЗаконЗаконопроектЗональный типовой проектИИБТВИДИКИМИНИнструктивное письмоИнструкцияИнструкция НСАМИнформационно-методическое письмоИнформационно-технический сборникИнформационное письмоИнформацияИОТИРИСОИСО/TRИТНИТОсИТПИТСИЭСНИЭСНиЕР Республика КарелияККарта трудового процессаКарта-нарядКаталогКаталог-справочникККТКОКодексКОТКПОКСИКТКТПММ-МВИМВИМВНМВРМГСНМДМДКМДСМеждународные стандартыМетодикаМетодика НСАММетодические рекомендацииМетодические рекомендации к СПМетодические указанияМетодический документМетодическое пособиеМетодическое руководствоМИМИ БГЕИМИ УЯВИМИГКМММНМОДНМонтажные чертежиМос МУМосМРМосСанПинМППБМРМРДСМРОМРРМРТУМСанПиНМСНМСПМТМУМУ ОТ РММУКМЭКННАС ГАНБ ЖТНВННГЭАНДНДПНиТУНКНормыНормы времениНПНПБНПРМНРНРБНСПНТПНТП АПКНТП ЭППНТПДНТПСНТСНЦКРНЦСОДМОДНОЕРЖОЕРЖкрОЕРЖмОЕРЖмрОЕРЖпОЕРЖрОКОМТРМОНОНДОНКОНТПОПВОПКП АЭСОПНРМСОРДОСГиСППиНОСНОСН-АПКОСПОССПЖОССЦЖОСТОСТ 1ОСТ 2ОСТ 34ОСТ 4ОСТ 5ОСТ ВКСОСТ КЗ СНКОСТ НКЗагОСТ НКЛесОСТ НКМОСТ НКММПОСТ НКППОСТ НКПП и НКВТОСТ НКСМОСТ НКТПОСТ5ОСТНОСЭМЖОТРОТТПП ССФЖТПБПБПРВПБЭ НППБЯПВ НППВКМПВСРПГВУПереченьПиН АЭПисьмоПМГПНАЭПНД ФПНД Ф СБПНД Ф ТПНСТПОПоложениеПорядокПособиеПособие в развитие СНиППособие к ВНТППособие к ВСНПособие к МГСНПособие к МРПособие к РДПособие к РТМПособие к СНПособие к СНиППособие к СППособие к СТОПособие по применению СППостановлениеПОТ РПОЭСНрППБППБ-АСППБ-СППБВППБОППРПРПР РСКПР СМНПравилаПрактическое пособие к СППРБ АСПрейскурантПриказПротоколПСРр Калининградской областиПТБПТЭПУГПУЭПЦСНПЭУРР ГазпромР НОПРИЗР НОСТРОЙР НОСТРОЙ/НОПР РСКР СМНР-НП СРО ССКРазъяснениеРаспоряжениеРАФРБРГРДРД БГЕИРД БТРД ГМРД НИИКраностроенияРД РОСЭКРД РСКРД РТМРД СМАРД СМНРД ЭОРД-АПКРДИРДМРДМУРДПРДСРДТПРегламентРекомендацииРекомендацияРешениеРешение коллегииРКРМРМГРМДРМКРНДРНиПРПРРТОП ТЭРС ГАРСНРСТ РСФСРРСТ РСФСР ЭД1РТРТМРТПРУРуководствоРУЭСТОП ГАРЭГА РФРЭСНрСАСанитарные нормыСанитарные правилаСанПиНСборникСборник НТД к СНиПСборники ПВРСборники РСН МОСборники РСН ПНРСборники РСН ССРСборники ценСБЦПСДАСДАЭСДОССерияСЗКСНСН-РФСНиПСНиРСНККСНОРСНПСОСоглашениеСПСП АССП АЭССправочникСправочное пособие к ВСНСправочное пособие к СНиПСправочное пособие к СПСправочное пособие к ТЕРСправочное пособие к ТЕРрСРПССНССЦСТ ССФЖТСТ СЭВСТ ЦКБАСТ-НП СРОСТАСТКСТМСТНСТН ЦЭСТОСТО 030 НОСТРОЙСТО АСЧМСТО БДПСТО ВНИИСТСТО ГазпромСТО Газпром РДСТО ГГИСТО ГУ ГГИСТО ДД ХМАОСТО ДОКТОР БЕТОНСТО МАДИСТО МВИСТО МИСТО НААГСТО НАКССТО НКССТО НОПСТО НОСТРОЙСТО НОСТРОЙ/НОПСТО РЖДСТО РосГеоСТО РОСТЕХЭКСПЕРТИЗАСТО САСТО СМКСТО ФЦССТО ЦКТИСТО-ГК «Трансстрой»СТО-НСОПБСТПСТП ВНИИГСТП НИИЭССтП РМПСУПСССУРСУСНСЦНПРТВТЕТелеграммаТелетайпограммаТематическая подборкаТЕРТЕР Алтайский крайТЕР Белгородская областьТЕР Калининградской областиТЕР Карачаево-Черкесская РеспубликаТЕР Краснодарского краяТЕР Мурманская областьТЕР Новосибирской областиТЕР Орловской областиТЕР Республика ДагестанТЕР Республика КарелияТЕР Ростовской областиТЕР Самарской областиТЕР Смоленской обл.ТЕР Ямало-Ненецкий автономный округТЕР Ярославской областиТЕРмТЕРм Алтайский крайТЕРм Белгородская областьТЕРм Воронежской областиТЕРм Калининградской област

Параметры ограничителей перенапряжений

ограничители перенапряжений Тошиба

При определении перечня нормируемых параметров ОПН используется утвержденный Международной электротехнической комиссией (МЭК) в 1991 г. Стандарт 99-4, требования которого дополнены и несколько изменены (как правило, ужесточены) в соответствии с отечественными традициями разработки защитных аппаратов. Таким образом, основными параметрами нелинейных ограничителей перенапряжений являются:
номинальное напряжение (класс напряжения) ограничителя (Uном) — номинальное напряжение сети, для работы в которой предназначен ОПН;
номинальная частота ограничителя (nном) — частота рабочего напряжения сети, для работы в которой предназначен ОПН;
наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение на ограничителе   — наибольшее действующее значение напряжения промышленной (номинальной) частоты, которое длительно (в пределе — в течение всего срока службы аппарата) может быть приложено к выводам ОПН;
вольт-временная характеристика ограничителя — зависимость действующего значения напряжения промышленной частоты от допустимого времени его приложения к ОПН;
номинальный разрядный ток ограничителя (Iном) — наибольшее значение испытательного грозового импульса тока, при котором определяется защитный уровень ОПН при грозовых перенапряжениях и который используется для классификации ОПН. Номинальный ток также называют расчетным током грозовых перенапряжений (Iрг = Iном). Испытательный импульс грозового тока имеет форму апериодической волны 8/20 мкс. Установлен стандартный ряд номинальных разрядных токов: 1500, 2500, 5000, 10000, 20000 А. По этому параметру производится координация других характеристик ограничителя, а также норм и методов его испытаний;
расчетный ток коммутационных перенапряжений (Iр к) — максимальное значение испытательного апериодического импульса тока 30/60 мкс, при котором определяется защитный уровень ОПН при коммутационных перенапряжениях;
остающееся напряжение (UOCT) — максимальное значение падения напряжения на ограничителе при протекании по его нелинейному рабочему резистору импульса тока;
защитный уровень при ограничении грозовых перенапряжений — остающееся напряжение при расчетном токе грозовых перенапряжений (Ur). Этому параметру эквивалентна кратность ограничения грозовых перенапряжений Kr = Ur/UHр.фт;
вольт-амперная характеристика ограничителя при грозовых импульсах тока — зависимость остающегося на ОПН напряжения от максимального значения импульсов тока 8/20 мкс при их варьировании в диапазоне (0,1 2,0) /ном;
защитный уровень при ограничении коммутационных перенапряжений — остающееся напряжение при расчетном токе коммутационных перенапряжений (UK). Этому параметру эквивалентна кратность ограничения коммутационных перенапряжений прямоугольный импульс тока — импульс тока, форма которого близка к прямоугольной. Используется для определения пропускной способности ОПН;
пропускная способность ограничителя при прямоугольных импульсах — максимальное значение прямоугольных импульсов тока (/п) длительностью 2000 мкс, которые ОПН без каких-либо повреждений выдерживает при их двадцатикратном приложении;
пропускная способность ограничителя при грозовых импульсах — максимальное значение импульсов тока 8/20 мкс, которые ОПН без каких-либо повреждений выдерживает при их двадцатикратном приложении;
пропускная способность ограничителя при импульсах большого тока — максимальное значение импульсов тока 4/10 мкс, которые ОПН без каких-либо повреждений выдерживает при их двукратном приложении.
Кроме перечисленных основных характеристик для координации параметров ОПН согласно Стандарту МЭК используются: нормативное напряжение ограничителя   — действующее значение напряжения промышленной частоты, допустимое к приложению в течение 10 с;
класс разряда линии — параметр, определяющийся максимально гарантированным значением энергии, которое ОПН способен поглотить из сети при ограничении грозового или коммутационного перенапряжения без выхода из строя, и зависящий от Uнорм и UK. Класс разряда линии нормируется только для ограничителей с номинальными разрядными токами 10 000 и 20 000 А.
Для отечественных ОПН эти параметры, как правило, не задаются, однако в настоящее время все большее распространение находит нормирование способности к поглощению и рассеиванию энергии, определяемой как отношение максимально гарантированного значения поглощаемой ограничителем энергии к его наибольшему длительно допустимому рабочему напряжению, что практически эквивалентно классу разряда линии.
Одно из немногочисленных преимуществ вентильных разрядников по сравнению с нелинейными ограничителями перенапряжений состоит в том, что последние имеют меньшую зону защиты — длину участка линии или распределительного устройства, на котором перенапряжения превышают напряжение в точке установки ОПН не более чем на 1 — 2%. Тем не менее, уровень перенапряжений, воздействующих на изоляцию собственно ограничителя значительно ниже максимальных значений перенапряжений на изоляции электрооборудования, установленного на некотором расстоянии от ОПН. Поэтому нормы испытаний изоляционных конструкций нелинейных ограничителей должны быть ниже требований к электрической прочности изоляции всего остального оборудования подстанций и линий электропередачи, приведенных в ГОСТ 1516.1, ГОСТ 20690 и РД 16.556. Испытательные напряжения изоляции ОПН в соответствии с нормами связаны с их защитными уровнями и приведены в табл. 1.
Испытаниям подвергается только изоляционная покрышка (корпус) ограничителя, из которого предварительно удаляется HP. Методы испытаний дан в ГОСТ 1516.2. Изоляция ОПН наружной установки (категория размещения 1 по ГОСТ 15150) испытывается коммутационными импульсами и напряжением промышленной частоты как в сухом состоянии, так и под искусственным дождем. Испытания корпусов ограничителей внутренней установки проводятся только в сухом состоянии.
Требования к нелинейным ограничителям в части других электрических, а также механических и климатических воздействий нормируются, как и для вентильных разрядников.

Таблица 1
Значения испытательных напряжений изоляции ОПН


Номинальный разрядный ток ‘ном- А

Испытательное напряжение полного грозового импульса

Испытательное напряжение коммутационного импульса 250/2500 мкс (максимальное значение)

Испытательное кратковременное (одно- минутное) напряжение промышленной частоты (действующее значение)

1500, 2500. 5000

1,3  

1,25 U к(1)

0.88  

10 000. 20 000

1.3  

1,25 25 U к (2)

1.06   (3)

 
Ограничитель перенапряжений присоединен к сети в течении всего срока службы, поэтому через его варисторы, образующие нелинейное сопротивление, непрерывно протекает ток. Допустимая плотность активного тока составляет (1,0 5,0)-10_6 А/см2 при плотности полного тока (10 -г- 30)-10″6 А/см2. Ограничитель сохраняет работоспособность до тех пор, пока в результате воздействия рабочего напряжения и импульсов перенапряжений активная составляющая тока не превысит критического значения, при котором количество теплоты, выделяемой в HP, превысит возможности конструкции ОПН по его рассеянию в окружающую среду, т.е. пока не нарушится тепловое равновесие аппарата. Поглощение ограничителем энергии из сети снижает уровень перенапряжений, что обеспечивает защиту изоляции линий электропередачи. По этой причине при проектировании нелинейного ограничителя необходимо создать условия для удовлетворения двух, в значительной степени противоречивых, требований. С одной стороны, должны быть обеспечены необходимые защитные характеристики аппарата при ограничении как коммутационных, так и грозовых перенапряжений. С другой стороны аппарат должен обладать достаточным ресурсом пропускной способности при импульсных токовых воздействиях и стабильностью параметров как при приложении рабочего напряжения (нормальный эксплуатационный режим), так при воздействии квазистационарных перенапряжений.
Относительная простота ОПН (необходимым элементом аппарата является только нелинейный резистор), компактность, способность ОЦВ работать в различных средах, возможность регулирования характеристик ОЦВ привели к разработке большого количества конструкций и схем ОПН. Например, при создании разъединителей ограничители могут использоваться в качестве опорных изоляционных конструкций. В трансформаторах ограничители могут размещаться внутри бака, что в дополнение к основной функции ограничения перенапряжений позволяет выравнить распределение напряжения по витковой изоляции. Широко распространено размещение ОПН в герметичных РУ с элегазовым заполнением.
Однако наибольшее количество производимых в настоящее время ограничителей представляют собой отдельно стоящие аппараты в фарфоровых корпусах (рис. 1, а), подобных применяемым в вентильных разрядниках. Основным конструктивным элементом ОПН является нелинейный рабочий резистор, образованный одной или несколькими параллельно соединенными колонками 1 поставленных один на другой оксидно-цинковых варисторов. Для удобства размещения внутри изолирующего снаружи оребренного фарфорового корпуса 2 HP разделен на блоки высотой 0,3 — 1,0 м. По концам корпуса закреплены металлические фланцы 3 со смонтированными узлами герметизации и взрывобезопасности 4 и контактными пластинами 5. Фланцы также являются контактными выводами ограничителя, к которым изнутри присоединяется нелинейный рабочий резистор, а снаружи (к контактным пластинам) — фазный провод и проводник системы заземления распредустройства. Аппараты на напряжение 110 кВ и более снабжаются экранной арматурой, обеспечивающей выравнивание распределения напряжения по высоте колонок варисторов, ограничение стримерной короны на элементах ограничителя и необходимую электрическую прочность его внешней изоляции. Экран обычно выполняется в виде одиночного или расщепленного тороида 6 с по крайней мере двумя экранодержателями 7.
Конструктивные исполнения нелинейных ограничителей перенапряжений
Рис. 1. Конструктивные исполнения нелинейных ограничителей перенапряжений в фарфоровом (а) и полимерном (б) корпусах

При использовании фарфоровой покрышки в ОПН предусматривается сквозная демпфирующая полость 8, обеспечивающая передачу избыточного давления при аварийном дуговом перекрытии внутри корпуса на клапаны взрывобезопасности 4 и предохраняющая аппарат от взрывного разрушения. Все свободное пространство внутри покрышки, не занятое колонками ОЦВ, элементами их крепления к корпусу и фланцам и демпфирующей полостью, заполняется веществом 9, обладающим высокой теплопроводностью (например, чистым кварцевым песком) и служащим для отвода теплоты от варисторов на корпус ограничителя. После сборки внутренняя полость аппарата вакуумируется, а затем заполняется осушенным азотом, элегазом или каким-либо инертным газом при атмосферном давлении. Система герметизации предотвращает проникновение вовнутрь покрышки влаги и загрязнений, которые могли бы вызвать перекрытие ОПН по внутренней полости и выход его из строя.
Серийно производимые АО «Корниловский фарфоровый завод» (г. Санкт-Петербург) ограничители перенапряжений в фарфоровых корпусах серии ОПН(И) вплоть до номинального напряжения 500 кВ выпускаются в виде одного модуля (рис. 2, а — в). Аппараты на напряжение 750 и 1150 кВ изготавливаются состоящими из двух идентичных, поставленных один на другой модулей (рис. 2, г). Нелинейный рабочий резистор этих ограничителей набран из варисторов диаметром (28±0,5) мм и высотой (10±0,5) мм. Полный перечень параметров ограничителей 110 — 500 кВ приведен в табл. 2, а компиляция основных параметров ОПН 35 — 1150 кВ, включая массо-габаритные характеристики, — в табл. 2.
Ограничители этой серии на напряжение 35 — 220 кВ имеют нижние чугунные фланцы с тремя или четырьмя приливами с отверстиями для крепления к фундаменту (заземленному подножнику). Фланец изолирован от фундамента посредством фарфоровых дисков и изолирующих (как правило, паронитовых) прокладок. Ограничители на 330 — 1150 кВ устанавливаются непосредственно на подножник без изолирующих прокладок, однако в этих аппаратах нелинейный рабочий резистор не присоединен к нижнему фланцу. Подключение HP к системе заземления подстанции осуществляется через изолирующий вывод в днище ограничителя (рис. 2, в — д). Изоляция HP от «земли» выполняется для подключения к ОПН регистраторов срабатываний и профилактических испытаний аппаратов под напряжением (например, для измерения тока проводимости HP).
В настоящее время для изготовления изоляционных корпусов ограничителей все более широко стали применяться полимерные материалы (рис. 1, б). Основу этих полимерных корпусов составляет стеклопластиковая труба 10, которая обеспечивает необходимую механическую прочность и жесткость конструкции ограничителя. Трекингоэрозионную и дуговую стойкость, а также требуемые влагоразрядные характеристики внешней изоляции обеспечивает специальное ребристое покрытие 11, выполняемое обычно на основе силиконовой или этиленпропиленовой электротехнической резины. Ограничители в полимерных корпусах практически взрывобезопасны, что позволяет исключить из конструкции аппарата устройства, предохраняющие его от взрывного разрушения (предохранительные клапаны, демпфирующие полости и т.д.), и тем самым уменьшить объем ограничителя на 25 — 40%.
ОПН   и ОПНИ
Рис. 2. Аппараты серии ОПН (о — г) и ОПНИ (<5) в фарфоровых корпусах на напряжение:
а — 35 и 110 кВ: б — 150 н 220 кВ; в — 330 » 500 кВ; г — 750 и 1150 кВ, д — 500 кВ
ОПН 500 кВ
Рис. 2, д
Полимерные корпуса идеально подходят для   ограничителей, нелинейные рабочие резисторы которых выполнены в виде одиночной колонки варисторов 1 большого диаметра (рис. 1, б). В этом случае создаются наилучшие условия для охлаждения HP. Тепловую устойчивость аппарата также повышает использование для заполнения пространства между колонкой варисторов и стеклопластиковой трубой специальных полимерных композиций (компаундов) 12, теплопроводность которых искусственно повышается наполнителям.
Таблица 2
Параметры ограничителей перенапряжения 110 — 500 кВ


Параметр

ОПН-110- ПН-УХЛ1

ОПН-220- ПН-УХЛ1

ОПН-330-
ПН-У1

ОПН-500- ПН-УХЛ1

Номинальное напряжение, кВ Наибольшее длительно

110

220

330

500

допустимое рабочее напряжение, кВ

73

146

210

303

Напряжение на ограничителе, допустимое в течении времени, кВ (не более):

 

 

 

 

20 мин

88

175

250

365

20 с

95

190

270

390

3,5 с

100

200

290

420

1,0 с

105

210

305

440

0,15 с

112

225

325

470

Номинальный разрядный ток. А

5000

5000

10 000

10 000

Расчетный ток коммутационных перенапряжений, А

280

420

700

1200

Защитный уровень при ограничении грозовых перенапряжений, кВ

250

460

700

920

Кратность ограничения грозовых перенапряжений

2,42

2,23

2,36

2,15

Защитный уровень при ограничении коммутационных перенапряжений, кВ

180

360

520

750

Кратность ограничения коммутационных перенапряжений

1,74

1,74

1,75

1,75

Остающееся напряжение, кВ (не более), при импульсах тока 8/20 мкс с максимальным значением:

 

 

 

 

3000 А

230

430

620

825

5000 А

250

460

650

860

10 000 А

280

500

700

920

Пропускная способность:

 

 

 

 

20 импульсов тока 1,2/2,5 мс с максимальным значением, А

280

420

630

1200

20 импульсов тока 8/20 мкс

 

 

 

 

с максимальным значением, А

5000

5000

10 000

10 000

2 импульса тока 4/10 мкс с максимальным значением, А

_

65 000

65 000

Применяемые компаунды обладает высокой адгезией к оксидно-цинковой керамике. По этой причине пропускная способность HP ограничителя при грозовых импульсах тока в 1,5 — 2,0 раза выше пропускной способности составляющих его варисторов, испытанных индивидуально вне оболочки аппарата.
Таблица 3
Основные параметры ОПН 35 — 1150 кВ
параметры ОПН 35 — 1150 кВ
В целом использование полимерных корпусов позволяет существенно (в 3 — 5 раз) снизить массу аппарата и упростить его конструкцию, что открывает возможности для создания ограничителей не только опорного, но и подвесного исполнения. В последнем варианте их можно устанавливать непосредственно на опорах линий электропередачи. При размещении трехфазных комплектов подвесных ОПН вдоль воздушных линий на расстоянии 50 — 100 км уровень коммутационных перенапряжений в любой точке BЛ будет превышать максимальное напряжение на ограничителях не более, чем на 5%.
Задача снижения уровня изоляции ЛЭП решается не только за счет улучшения защитных характеристик нелинейных ограничителей (совершенствования структуры материала и конструкции варисторов, форсировки их охлаждения в аппарате, заливки HP полимерными композициями и т.п.), но и оптимизацией схемы ОПН и формы его присоединения к сети. Описанные выше ограничители включены между фазным проводом и землей (рис. 3, а) и, таким образом, предназначены для ограничения перенапряжений, воздействующих на изоляцию электрооборудования относительно земли. Одной из важнейших задач, решение которой практически невозможно с помощью вентильных разрядников, является глубокое ограничение междуфазных перенапряжений. Применение нелинейных ограничителей в полимерных корпусах подвесного исполнения, рассчитанных на длительное воздействие линейного наибольшего рабочего напряжения линии и присоединенных между фазными проводами (рис. 3, б), естественным образом решает эту проблему. На одной типовой поддерживающей или натяжной опоре ВЛ без сколько-нибудь существенного изменения ее конструкции может быть размещено два трехфазных комплекта подвесных ОПН: ограничители фаза-земля подвешиваются параллельно гирляндам изоляторов или (при соответственном увеличении механической прочности на разрыв) вместо гирлянд и соединяются с фазными проводами и землей; ограничители междуфазных перенапряжений подвешиваются к гирляндам ниже фазных проводов и присоединяются между фазами. Также представляется перспективным установка подвесных ограничителей в РУ электрических станций и подстанций, позволяющая существенно сократить их площадь.
Низкие механические характеристики электротехнического фарфора па разрыв не позволяют изготавливать подвесные ОПН в фарфоровых корпусах. Однако разработана и успешно применяется конструкция ОПН опорного исполнения, позволяющая одновременно ограничивать как перенапряжения относительно земли, так и междуфазные перенапряжения. Схема такого защитного аппарата, получившего наименование ОПНИ, приведена на рис. 3, в, а внешний вид одной фазы ограничителя ОПНИ-500У1 — на рис. 2, д.

Схемы нелинейных ограничителей перенапряжений
Рис 3. Схемы нелинейных ограничителей перенапряжений и их присоединения к электрическим сетям
Нелинейный рабочий резистор каждой фазы ОПНИ разделен на две последовательно соединенные части (НР1 и НР2). Все фазы ограничителей соединены между собой искровыми промежутками, включенными звездой. Средняя точка звезды через емкость С соединена с землей. В нормальном эксплуатационном режиме фазное напряжение приложено к последовательно соединенным резисторам НР1 и НР2. При набегании на аппарат волн коммутационных перенапряжений, которые всегда несимметричны, пробиваются искровые промежутки ИП, резисторы НР2 всех фаз оказываются соединенными параллельно, а резисторы НР1 — попарно последовательно между соответственными фазными проводниками. Таким образом, все нелинейные рабочие резисторы трех фаз ограничителей образуют четырехлучевую звезду (рис. 1, г). Очевидно, что такая схема объединенного защитного аппарата позволяет ограничивать как фазные, так и междуфазные перенапряжения, причем уровни остающихся напряжений могут регулироваться соответствующим подбором значений НР1 и НР2.

При несимметричных КЗ распределения суммарного напряжения поврежденных фаз по искровым промежуткам ОПНИ при отсутствии емкости С может оказаться резко несимметричным. В этом случае оказывается весьма вероятным, что разрядное напряжение какого-либо ИП превысит воздействующее напряжение и его пробоя не произойдет, т.е. ограничитель не включится в режим ограничения междуфазных перенапряжений. Емкость С создает постоянный подпор напряжения на ИП и исключает возможность возникновения подобной ситуации.
Конструктивно аппарат ОПНИ-500 У1 отличается от ограничителя серии ОПН на такое же напряжение наличием отпайки от HP, которая через промежуточный изолированный вывод 1 (рис. 2), рассчитанный на напряжение 60 кВ, соединена с регистратором срабатываний 2 и последовательно с ним соединенной искровой приставкой 3. Искровая приставка содержит набор ИП, подобных используемым в вентильных разрядниках. В приставке имеется изолированный вывод на напряжение 35 кВ для подключения к аппаратам других фаз и емкости.
Ограничители перенапряжений успешно эксплуатируются в сетях 110 кВ и выше уже более 20 лет. Примером эффективности применения защитных аппаратов на основе оксидно-цинковой керамики является их использование на ОРУ 500 кВ Саяно-Шушенской ГЭС. За счет установки ограничителей серий ОПН и ОПНИ здесь были сокращены все воздушные изоляционные промежутки фаза — земля и фаза — фаза, в результате чего шаг ячейки ОРУ уменьшился с 28 — 31 м до 24 м, а длина ОРУ сократилась на 48 м. Уменьшение межконтактного промежутка разъединителей на 1,0 м позволило также уменьшить ширину ОРУ на 20 м. В целом, получившиеся размеры ОРУ 500 кВ совпадают с размерами ОРУ 330 кВ, защищенного вентильными разрядниками.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *