1.4. Классификация ограничителей перенапряжений. / Методика выбора ОПН 110
1.4. Классификация ограничителей перенапряжений.
Нелинейные ограничители перенапряжений условно обозначаются материалом внешней изоляции, номинальным напряжением сети, максимальным расчетным рабочем напряжением сети в точке установки защитного аппарата, номинальным разрядным током грозовых импульсов, классом пропускной способности (класс разряда линии, пропускная способность в режиме ограничения коммутационных токов), климатическим исполнением и категорией размещения аппарата по ГОСТ 15150. Так, например, аппарат ОПН-П-110/73/10/2 УХЛ1, является полимерным ограничителем, предназначенным для работы в сети 110 кВ. Он рассчитан на 73 кВ максимального длительного напряжения, 10 кА импульсного тока, 2 класс по пропускной способности (смотри таблицу 1.1), на климатические условия УХЛ и категорию размещения 1 (для работы на открытом воздухе) по ГОСТ 15150-69.
Стандартные значения номинальных напряжений ограничителей 110 кВ и выше в настоящее время таковы: 110; 150; 220, 330, 500 и 750 кВ. Кроме того, могут быть и нестандартные номинальные напряжения, например, для преобразовательных комплексов для передачи электроэнергии зарубеж или для выполнения различных технологических процессов в промышленности.
Однако ЗАО «Полимер-Аппарат» может производить ограничители перенапряжений с номинальным рабочим напряжением в соответствии с рекомендациями МЭК [4], то есть через каждые 6 кВ — в диапазоне от 54 до 96 кВ, 12 кВ — в диапазоне от 96 до 288 кВ, 18 кВ — в диапазоне от 288 до 396 кВ и 24 кВ — в диапазоне от 396 до 756 кВ.
Известно, что в настоящее время по различным причинам линии электропередачи “ненагружены”. По этой причине во многих частях электрических сетей и систем уровень напряжения оказывается выше, чем номинальное. Поэтому в ряде случаев при э.д.с Е > Eном приходится изготавливать ограничители перенапряжений с расчетным длительно допустимым напряжением Uрнр величиной выше номинального Uнр.
Таблица 1.1.
Классы пропускной способности ОПН.
Класс пропускной способности | 1 | 2 | 4 | 5 | |
Пропускная способность, А | 250-400 | 401-750 | 751-1100 | 1100-1600 | 1601-2100 |
Удельная энергия, не менее кДж/кВ Uнр | 1,0 | 2,0 | 4,5 | 7,1 |
Стандартная номинальная частота для Российской Федерации и СНГ 50 Гц. Однако на практике частота может изменяться в пределах от 48 до 52 Гц.
Стандартными номинальными разрядными токами 8/20 мкс в сетях 110 кВ и выше являются 5 кА, 10 кА, и 20 кА. Ограничители должны работать без повреждений в нормальных или анормальных условиях.
К нормальным эксплуатационным условиям относятся:
— температура окружающего воздуха в диапазоне от -40 до +400С;
— высота над уровнем моря не более 1000 м;
— частота не менее 48 Гц, не более 52 Гц;
— напряжение промышленной частоты, приложенное длительно между выводами ограничителя, не превышает его длительного рабочего напряжения;
— механические воздействия не превосходят величин, оговоренных покупателем;
— условия загрязнения соответствуют выбранной длине утечки.
Анормальными условиями эксплуатации считаются условия, отличные от нормальных, и требующие специального рассмотрения при их проектировании, производстве и эксплуатации.
1) вольтамперные характеристики ограничителей при грозовых импульсах и внутренних (коммутационных) перенапряжениях;
2) уровень частичных разрядов при напряжении, составляющем 105% от наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения;
3) способность к рассеиванию энергии при прямоугольном импульсе;
4) электрическая прочность внешней изоляции (корпуса) ограничителя с учетом ее загрязнения и увлажнения.
Ограничители перенапяжения ОПН — полимерный корпус; ежедневные отправки; наличие на складе.
Без зазрения совести можно сказать, что нелинейные ограничители перенапряжений ОПН не зря увенчаны ореолом популярной славы, лаврами, кимвалами, орденами, лентами и аттестатами. И в настоящее время нелинейные ограничители перенапряжений ОПН являются основными аппаратами защиты электрооборудования электрических сетей от грозовых и коммутационных перенапряжений, повсеместно заменяющими вентильные разрядники.
Улучшенные характеристики ограничителей перенапряжений по сравнению с вентильными разрядниками обусловлены заменой материала рабочего сопротивления – вилит был заменён варистором – полупроводником на основе окиси цинка (ZnO). Так как варистор обладает гораздо более нелинейной зависимостью тока от приложенного напряжения (вольт-амперной характеристикой) (рисунок 1) это позволило отказаться от использования искровых промежутков, что в свою очередь устранило все связанные с ними недостатки. В итоге, в отличие от своего предшественника вентильного разрядника, ограничитель перенапряжения электрически постоянно включён в сеть.
Рисунок 1. ВАХ варистора, тервита, вилита, тирита
Основные параметры. Конструкция
К основным параметрам ограничителя перенапряжений относятся:
- Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение Uнр – наибольшее действующее значение напряжения промышленной частоты, которое может быть непрерывно приложено к ОПН в течении всего срока его службы и не приводит к повреждению ограничителя.
- Номинальный разрядный ток Iн – амплитудное значение грозового импульса тока 8/20 мкс.
- Пропускная способность Iпр (ток пропускной способности) – максимальное значение прямоугольного импульса тока длительностью 2мс. Без возникновения повреждений ограничитель перенапряжений ОПН должен выдерживать последовательность из 18 таких импульсов.
- Удельная энергия, кДж/кВ – рассеиваемая ограничителем энергия, полученная при прохождении одного импульса тока пропускной способности, отнесённая к величине наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения.
- Остающиеся напряжения при нормированных токах – максимальное значение напряжения на ограничителе перенапряжений ОПН при прохождении через него импульса тока заданной величины и длительности.
Конструктивно ограничители перенапряжений ОПН состоят из колонки варисторов, заключённой в герметизированный полимерный корпус – стеклопластиковый цилиндр, механически удерживающий колонку варисторов, и нанесённое на поверхность цилиндра трекинг-эрозийное покрытие из кремнийорганической резины. Корпус в совокупности с покрытием дает возможность ОПН чувствовать себя комфортно при вынужденных променадах на колесах.
Именно колонкой варисторов – набором варисторных дисков – и определяются электрические характеристики ограничителей перенапряжений.
Пропускная способность. Классификационный ток
Классификация ограничителей перенапряжений ОПН производится по двум параметрам:
- по величине номинального разрядного тока – 5000 А, 10000 А, 20000 А;
- по току пропускной способности и удельной энергии.
| Класс пропускной способности | Пропускная способность, А | Удельная энергия, кДж/кВ, не менее |
| 1 | От 250 до 400 включ | 1,0 |
| 2 | От 401 до 750 включ. | 2,0 |
| 3 | От 751 до 1100 включ. | 3,2 |
| 4 | От 1101 до 1600 включ. | 4,5 |
| 5 | Св. 1601 | 7,1 |
ООО Северная Торговая Компания производит ограничители перенапряжений с пропускной способностью 1-го и 2-го классов и номинальным разрядным током 5 кА и 10 кА.
Также обязательным является нормирование классификационного тока ограничителя перенапряжения.
Классификационный ток Iкл – амплитудное значение активной составляющей тока промышленной частоты, которое используется для определения классификационного напряжения.
Измерение классификационного напряжения проводится на каждом ограничителе перенапряжений при приёмосдаточных испытаниях. Действующее значение напряжения промышленной частоты, при котором через ограничитель протекает классификационный ток, и называется классификационным напряжением. При этом рекомендованный диапазон классификационного тока – от 0,05 до 1 мА на 1 см2 площади варистора одноколонкового ОПН. Полученные измеренные значения должны быть не ниже, чем заявленные производителем.
Структурное обозначение ограничителя перенапряжений ОПН-10
Возможные комбинации электро-механических характеристик предлагаемых ограничителей перенапряжений можно уточнить на страницах, посвящённых этим ОПН. Однако достаточно часто с точки зрения электрических параметров сети не обладают какими-то особенностями и поэтому выбор ограничителя перенапряжения может быть основан лишь на таком параметре, как класс сети. Преимущественно это касается сетей среднего напряжения. Например, выбирая ограничитель перенапряжения ОПН-6 (класс напряжения 6 кВ) можно больше не указывать дополнительных параметров. То же касается и выбора ограничителя перенапряжения ОПН-10 (класс напряжения 10 кВ) – достаточно лишь одного параметра. Но если установка ограничителя перенапряжения производится в сеть класса напряжения 35 кВ (ограничитель перенапряжения ОПН-35), вероятнее всего нужно будет указать необходимо ли наличие изолированного вывода.
Длина пути утечки внешней изоляции
Ещё одним важным параметром ограничителя перенапряжения есть длина пути утечки внешней изоляции. Требования к величине данного параметра зависят от степени загрязнения условий на работу в которых рассчитан ограничитель. Рекомендуемые значения приведены в таблице 2.
Таблица 2. Длина пути утечки внешней изоляции| Степень загрязнения | Длина пути утечки/наибольшее рабочее напряжение сети, см/кВ, не менее |
| I | 1,8 |
| II | 2,0 |
| III | 2,5 |
| IV | 3,1 |
Ограничители, производимые Северной Торговой Компанией, выполняются с запасом по длине пути утечки внешней изоляции для степени загрязнения IV.
Контроль состояния ОПН и подключение регистратора срабатываний
Со временем от нагреваний и токовых пробоев происходит старение и разрушение оксид цинкового варистора, при этом значение классификационного тока (тока проводимости) значительно возрастает при неизменном классификационном напряжении – то есть полупроводник теряет свои нелинейные, а значит – защитные, свойства. Что бы осуществлять непрерывный контроль состояния ограничителя перенапряжений к нему подключают измерительные приборы – регистраторы срабатываний. Северная Торговая Компания предлагает два типа регистраторов срабатываний – с миллиамперметром и без.
Первый, помимо стандартного отображения количества срабатываний, ещё и показывает ток проводимости.
Для подключения требуются ограничители перенапряжений специального исполнения – с изолированным выводом. Северная Торговая Компания изготавливает такой тип ограничителей также.
Как производители ограничителей, мы предоставляем гарантийный срок эксплуатации – 3 года со дня ввода в эксплуатацию.
Как указано на нашем сайте – вся продукция задекларирована. Мы предоставляем декларации на конкретный вид оборудования по требованию заказчика.
Назначение и расшифровка ограничителей перенапряжений
Ограничители перенапряжений ОПНп (ОПН) – аппараты современного поколения, пришедшие на смену вентильным разрядникам. Ограничители перенапряжений ОПНп предназначены для защиты электрооборудования распределительных электрических сетей переменного тока с изолированной, компенсированной или эффективно заземлённой нейтралью от грозовых и коммутационных перенапряжений в соответствии с их вольт-амперными характеристиками и пропускной способностью.
Преимущества ограничителей перенапряжения по сравнению с вентильными разрядниками.
Отсутствие искрового промежутка обеспечивает постоянное подключение ограничителей перенапряжений к защищаемому оборудованию. По сравнению с вентильными разрядниками ограничители перенапряжений обладают следующими преимуществами:
- глубоким уровнем ограничения всех видов перенапряжений;
- отсутствием сопровождающего тока после затухания волны перенапряжения;
- простотой конструкции и высокой надежностью в эксплуатации;
- стабильностью характеристик и устойчивостью к старению;
- оборудования системы электроснабжения буровых установок, погружных электродвигателей, станков-качалок, компрессорных и насосных станций, другого оборудования предприятий нефте- и газодобычи;
- способностью к рассеиванию больших энергий;
- стойкостью к атмосферным загрязнениям;
- малыми габаритами, весом и стоимостью.
Область применения
Ограничители перенапряжений ОПНп (ОПН) применяются для защиты:
- глубоким уровнем ограничения всех видов перенапряжений;
- отсутствием сопровождающего тока после затухания волны перенапряжения;
- простотой конструкции и высокой надежностью в эксплуатации;
- стабильностью характеристик и устойчивостью к старению;
- оборудования системы электроснабжения буровых установок, погружных электродвигателей, станков-качалок, компрессорных и насосных станций, другого оборудования предприятий нефте- и газодобычи;
- способностью к рассеиванию больших энергий;
- стойкостью к атмосферным загрязнениям;
- малыми габаритами, весом и стоимостью.
Расшифровка условного обозначения типа ограничителя:
Например: ОПНп — 10/12/10/1-III УХЛ1
ОПНп — ограничитель перенапряжений нелинейный. П – обозначение материала внешней изоляции корпуса – полимерный; (ф— фарфоровый)
10 — класс напряжение сети, кВ;
12 — наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение в кВ;
10 — номинальный разрядный ток, кА
1 — класс пропускной способности 1-300А; 2-500A и более
III — степень загрязнения изоляции по ГОСТ 9920
УХЛ1 — климатическое исполнение по ГОСТ 15150
Наибольшее (длительно допустимое) рабочее напряжение
Наибольшее (длительно допустимое) рабочее напряжение ОПН — наибольшее действующее значение напряжения промышленной частоты Uнро, которое неограниченно долго может быть приложено к ОПН (при напряжении большем, чем наибольшее рабочее, ток через ОПН начинает заметно возрастать, что может привести перегреву и повреждению аппарата).
Номинальный разрядный ток
Номинальный разрядный ток ОПН, кА — максимальное значение импульса тока 8/20 мкс, используемое для классификации ОПН и характеризующее его свойства в режиме ограничения грозовых перенапряжений, вызванных удаленными от ОПН ударами молнии.
Класс пропускной способности
По амплитуде двадцати прямоугольных импульсов длительностью 2000 мкс:
1 класс — 250-400 А;
2 класс — 401-750 А;
3 класс — 751-1100 А;
4 класс — 1101-1600 А;
5 класс — 1601 — 2100 А
Обозначение условий эксплуатации по ГОСТ 15150
Климатические условия (климатические исполнения)
У — для температур от + 500 С до — 450 С;
ХЛ — для температур от + 400 С до — 600 С;
УХЛ — для температур от + 500 С до — 600 С;
Т — для температур от + 500 С до — 100 С
Условия размещения (категория размещения)
1 — на открытом воздухе;
2 — под навесом;
3 — в закрытых помещениях
Назначение и расшифровка ограничителей перенапряжений
Ограничители перенапряжений ОПНп (ОПН) – аппараты современного поколения, пришедшие на смену вентильным разрядникам. Ограничители перенапряжений ОПНп предназначены для защиты электрооборудования распределительных электрических сетей переменного тока с изолированной, компенсированной или эффективно заземлённой нейтралью от грозовых и коммутационных перенапряжений в соответствии с их вольт-амперными характеристиками и пропускной способностью.
Преимущества ограничителей перенапряжения по сравнению с вентильными разрядниками.
Отсутствие искрового промежутка обеспечивает постоянное подключение ограничителей перенапряжений к защищаемому оборудованию. По сравнению с вентильными разрядниками ограничители перенапряжений обладают следующими преимуществами:
- глубоким уровнем ограничения всех видов перенапряжений;
- отсутствием сопровождающего тока после затухания волны перенапряжения;
- простотой конструкции и высокой надежностью в эксплуатации;
- стабильностью характеристик и устойчивостью к старению;
- оборудования системы электроснабжения буровых установок, погружных электродвигателей, станков-качалок, компрессорных и насосных станций, другого оборудования предприятий нефте- и газодобычи;
- способностью к рассеиванию больших энергий;
- стойкостью к атмосферным загрязнениям;
- малыми габаритами, весом и стоимостью.
Область применения
Ограничители перенапряжений ОПНп (ОПН) применяются для защиты:
- глубоким уровнем ограничения всех видов перенапряжений;
- отсутствием сопровождающего тока после затухания волны перенапряжения;
- простотой конструкции и высокой надежностью в эксплуатации;
- стабильностью характеристик и устойчивостью к старению;
- оборудования системы электроснабжения буровых установок, погружных электродвигателей, станков-качалок, компрессорных и насосных станций, другого оборудования предприятий нефте- и газодобычи;
- способностью к рассеиванию больших энергий;
- стойкостью к атмосферным загрязнениям;
- малыми габаритами, весом и стоимостью.
Расшифровка условного обозначения типа ограничителя:
Например: ОПНп — 10/12/10/1-III УХЛ1
ОПНп — ограничитель перенапряжений нелинейный. П – обозначение материала внешней изоляции корпуса – полимерный; (ф— фарфоровый)
10 — класс напряжение сети, кВ;
12 — наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение в кВ;
10 — номинальный разрядный ток, кА
1 — класс пропускной способности 1-300А; 2-500A и более
III — степень загрязнения изоляции по ГОСТ 9920
УХЛ1 — климатическое исполнение по ГОСТ 15150
Наибольшее (длительно допустимое) рабочее напряжение
Наибольшее (длительно допустимое) рабочее напряжение ОПН — наибольшее действующее значение напряжения промышленной частоты Uнро, которое неограниченно долго может быть приложено к ОПН (при напряжении большем, чем наибольшее рабочее, ток через ОПН начинает заметно возрастать, что может привести перегреву и повреждению аппарата).
Номинальный разрядный ток
Номинальный разрядный ток ОПН, кА — максимальное значение импульса тока 8/20 мкс, используемое для классификации ОПН и характеризующее его свойства в режиме ограничения грозовых перенапряжений, вызванных удаленными от ОПН ударами молнии.
Класс пропускной способности
По амплитуде двадцати прямоугольных импульсов длительностью 2000 мкс:
1 класс — 250-400 А;
2 класс — 401-750 А;
3 класс — 751-1100 А;
4 класс — 1101-1600 А;
5 класс — 1601 — 2100 А
Обозначение условий эксплуатации по ГОСТ 15150
Климатические условия (климатические исполнения)
У — для температур от + 500 С до — 450 С;
ХЛ — для температур от + 400 С до — 600 С;
УХЛ — для температур от + 500 С до — 600 С;
Т — для температур от + 500 С до — 100 С
Условия размещения (категория размещения)
1 — на открытом воздухе;
2 — под навесом;
3 — в закрытых помещениях