Ограничитель перенапряжения: устройство, виды, технические характеристики

Одним из наиболее опасных аварийных режимов в электрических сетях является импульсный скачек напряжения при атмосферных разрядах, перехлесте линий  или коммутационных операциях. Эта величина значительно опережает нарастание импульсного тока и воздействует на изоляцию электрооборудования и других устройств, поэтому классические автоматы и другие защиты, реагирующие на изменение номинального тока, против нее не эффективны.

Значение перенапряжения может в разы превышать номинальную рабочую величину, поэтому такое явление подвергает опасности все оборудование и элементы сети. Для предотвращения значительных убытков и последующих затрат на восстановление в электроустановках используются ограничители перенапряжения (ОПН).

Устройство и принцип действия

Конструктивно ограничитель перенапряжения включает в себя полупроводниковый элемент с нелинейной величиной сопротивления. Как правило, в роли таких элементов выступают вилитовые диски, изготовленные на основе оксидов цинка с включением в из состав тех или иных  примесей. Снаружи диски закрываются защитной рубашкой, а на концах имеют электрические выводы, один из которых подводится к защищаемой электрической сети, а второй заземляется. Пример частного варианта устройства ограничителя перенапряжения представлен на рисунке 1 ниже:

Рисунок 1: устройство ограничителя перенапряжения

Работа ОПН схожа с обычным варистором, отличительной особенностью ограничителя являются некоторые различия с характеристикой варистора в части проводимости и скорости нарастания. Принцип действия ограничителя перенапряжения заключается в его нелинейной вольт-амперной характеристике (ВАХ). Это означает, что при номинальном напряжении сопротивление варисторов достаточно большое и ток через них не протекает – его сопротивление изоляции соизмеримо с изоляцией кабелей, изоляторов и электрических приборов.

В рабочем режиме при возникновении грозовых разрядов или других высоковольтных импульсов сопротивление нелинейных резисторов внутри ограничителя резко снижается. Как правило, эта величина приближается к нулю или несоизмеримо меньше сопротивления сети и всех подключенных к ней приборов. Поэтому при коммутационных или грозовых перенапряжениях ток разряда протекает только через ограничитель перенапряжения на землю, чем и обеспечивается защита электрооборудования.

Пределы срабатывания ограничителя перенапряжений на разряды молний или другие импульсные перенапряжения определяются его ВАХ.

Рис. 2: вольтамперная характеристика ОПН

Как видите из рисунка 2, при работе ограничителя перенапряжения до 600В, протекающий через него ток будет равен нулю. Как только это значение пересечет отметку в 600В, сопротивление резко уменьшиться и протекающий ток увеличиться до сотен и тысяч ампер.

Здесь кривая характеристики представлена тремя участками:

• 1 – область нулевых или сверхмалых токов;
• 2 – область средних токовых нагрузок;
• 3 – область максимального тока.

Применение

Ограничитель перенапряжения применяется для предотвращения нарастания перенапряжения на электрическом оборудовании с последующим переводом импульса разряда на землю.

Рис. 3: пример использования ОПН

Широкое применение нелинейных ограничителей распространено в линиях электропередач, где они выступают в роли молниезащиты, а сами провода являются молниеприемниками. В промышленных целях ограничители перенапряжения используются для защиты различных электрических аппаратов и персонала, к примеру, на тяговых и трансформаторных подстанциях, распределительных устройствах и т.д. В бытовых устройствах ОПН применяются для установки в электрических щитках на вводе в здание или для защиты какого-либо ценного оборудования.

Виды ОПН

В связи с большим спектром решаемых задач ограничители перенапряжения подразделяются на несколько видов, которые отличаются по таким параметрам:

• Класс напряжения – рабочая величина, на которую рассчитан ограничитель, разделяется на устройства до 1кВ и выше, как правило, номинал напряжения соответствует стандартному значению электрических параметров сети (6, 10, 35 кВ).
• Материал рубашки – определяет тип изоляции наружного слоя, наиболее часто используются фарфоровые или полимерные модели.
• Класс защищенности – определяет возможность установки или на открытой части, или только внутри помещения.
• Количеству элементов или фаз – число ограничителей перенапряжения зависит от числа защищаемых фаз и величины питающего их напряжения.

Так для каждой из фаз в электроустановке может устанавливаться отдельная колонка или одна для всех. Также следует отметить, что в электроустановках на 110 кВ и более ОПН для одной фазы может собираться из нескольких однотипных элементов, к примеру, из трех на 35 кВ.

В зависимости от причин возникновения перенапряжения в сети устройство защиты должно выстраиваться в соответствии с требованиями стандартов:

• ГОСТ Р 50571.18-2000 – от возможных перенапряжений в низковольтных сетях при замыканиях по высокой стороне.
• ГОСТ Р 50571.19-2000 – от скачков, образованных воздействием молнии и возникающих в результате переключения электроустановок.
• ГОСТ Р 50571.20-2000 – от перенапряжений генерируемых электромагнитными воздействиями.

Комбинация нескольких видов позволяет выстраивать многофункциональные или ступенчатые ограничители.

Фарфоровые

Рис. 4: фарфоровые ОПН

Достаточно распространенным вариантом являются ограничители коммутационных перенапряжений с фарфоровым корпусом. Такие модели отличаются своими эксплуатационными  параметрами, так как керамика невосприимчива к воздействию солнечной радиации, а находящийся внутри вентильный разрядник практически не зависит от температуры внешней среды.

Также весомым преимуществом этих ограничителей является большая механическая прочность на сжатие и разрыв, благодаря чему их можно использовать и в качестве опорной конструкции. Но фарфоровые ОПН характеризуются сравнительно большим весом, а также представляют значительную угрозу в случае разрыва, так как осколки фарфора поражают близлежащие здания и могут травмировать персонал.

Полимерные

Рис 5: полимерные ОПН

С развитием химической отрасли и распространением полимеров в качестве диэлектриков они значительно вытеснили фарфоровые ограничители. Полимерные ОПН представляют собой устройства с рубашкой из каучука, винила, фторопласта или других подобных материалов.

Полимерные ограничители куда боле устойчивы к воздействию влаги, отличаются меньшим весом и большей взрывобезопасностью, так как в случае разрушения корпуса избыточным давлением внутри колонки, рубашка повреждается по линии разлома, но не разлетается острыми осколками. Значительным преимуществом полимерных моделей является их устойчивость к динамическим нагрузкам.

К недостаткам полимерных ОПН относится способность к накоплению пыли и прочих засорителей на поверхности диэлектрика, которые со временем приводят к повышению пропускной способности, увеличению тока утечки и пробою изоляции. Также полимеры боятся солнечной радиации и температурных колебаний в окружающей среде.

Одноколонковые

Такие ограничители перенапряжения представляют собой один конструктивный элемент с нелинейным сопротивлением. Число полупроводниковых дисков в них набирается в соответствии с категорией защищаемой электроустановки. В зависимости от количества и типа осаживающейся на поверхности пыли и засорителей, одноколонковые ОПН  подразделяются по классам от II до IV согласно градуировке ГОСТ 9920.

Многоколонковые

В отличии от предыдущих устройств борьбы с коммутационными перенапряжениями, эти средства защиты высоковольтного оборудования имеют несколько колонок, модулей или блоков, объединяемых в одну систему. Данный вид ОПН характеризуется большей надежностью по отношению к защищаемым объектам, так как способен реагировать и на одиночные, и на дифференциальные перенапряжения.

Технические характеристики

При выборе конкретной модели ограничителя перенапряжения обязательно учитываются такие  параметры устройства:

• Время срабатывания – характеризует скорость открытия полупроводникового элемента ограничителя после нарастания напряжения.
• Рабочее напряжение – определяет величину электрической энергии, которую ОПН может выдерживать без нарушения работоспособности в течении любого промежутка времени.
• Номинальное повышенное напряжение – значение рабочей величины, которое ОПН способен выдерживать в течении 10 секунд, также нормируется совместно с остаточным напряжением, которое остается в сети.
• Ток утечки – возникает как результат приложения напряжения к ограничителю перенапряжения и определяется его омическим сопротивлением или параметрами резисторов. В исправном состоянии этот параметр составляет сотые или тысячные доли ампер, перетекающие по рубашке и полупроводнику от источника к проводу заземления.
• Разрядный ток – величина, образующаяся при импульсных скачках, в зависимости от источника перенапряжения разделяется на атмосферные, электромагнитные и коммутационные импульсы.
• Устойчивость к току волны перенапряжения – определяет способность сохранять целостность всех элементов конструкции в аварийном режиме.

Обслуживание и диагностика ОПН

В процессе эксплуатации ограничители перенапряжения не являются одноразовым элементом. Поэтому могут многократно производить операции перевода импульсного разряда на заземляющую шину автоматически. Из-за особенностей протекания и величины перенапряжения ОПН может утрачивать заводские параметры, снижать эффективность работы до полного выхода со строя. Для предотвращения подобных ситуаций они подвергаются периодической проверке в процессе эксплуатации, которая регламентируется п.2.8.7 ПТЭЭП.  При этом проверяется:

• Сопротивление – не менее раза в 6 лет, измеряется при помощи мегаомметра.
• Ток проводимости – проверяется только при условии снижения предыдущего параметра.
• Пробивное напряжение и герметичность проверяются только после заводского ремонта или при приемке в эксплуатацию на заводе. Самостоятельно электроснабжающими и эксплуатирующими организациями такие меры диагностики для ограничителей не производятся.
• Тепловизионные измерения должны выполняться в соответствии с регламентом изготовителя или местными планово-предупредительными ремонтами.

Также в процессе эксплуатации может выполняться внешний осмотр устройства на наличие подгаров, сколов, загрязнения или других дефектов в изоляции.

Видео по теме статьи

Обозначение опн на однолинейной схеме

Расшифруем понятие ОПН в энергетике (электрике) — ограничитель напряжения нелинейный. Это электрический аппарат, предназначенный для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений изоляции электроустановок в сетях низкого и высокого напряжения.

Буква Н в аббревиатуре ОПН означает нелинейный, а не напряжение.

Устройство опн

Нелинейным в устройстве ОПНа является сопротивление — переменное сопротивление (варистор).

Его переменность важна при изменении токов и видна на вольтамперной характеристике о-пэ-эн-а.

Сопротивления выпускаются в виде дисков, которые состоят из металлооксидной керамики. Они соединяются последовательно и параллельно внутри изоляционного корпуса, в зависимости от класса напряжения и пропускной способности ОПН.

Для каждого ОПН важно, чтобы все сопротивления имели одинаковые вольтамперные характеристики. В обратном случае, отдельные сопротивления будут нагреваться сильнее, что будет приводить к разрушениям самих сопротивлений и всего ОПН в целом.

Нелинейные сопротивления располагаются внутри корпуса из изоляции. Раньше для изоляции использовали фарфор, керамику. В настоящее время можно встретить ОПН, внешняя изоляции которых выполнена из полимерного изоляционного материала.

Наружная изоляция выполнена сложной формы, количество и форма ребер определяется требованием пути утечки внешней изоляции. Сама характеристика пути утечки определяет минимальный размеры ОПН.

Важной характеристикой состояния изоляции является чистота ОПНа, поэтому важно очищать его от пыли, грязи, так как эти факторы портят прочность внешней изоляции.

Внутренняя изоляции более мощная и прочная, чем внешняя.

Кроме сопротивлений и изоляции, в состав аппарата входят выводы подключения. Ограничитель подключается между фазой и землей.

опн обозначение на схеме

Ниже рассмотрим как выглядит ОПН на однолинейной схеме. Переменный резистор, который обозначается FV, как и разрядник.

Как работает опн

Принцип действия ОПН в снижении перенапряжения, за счет поглощения варисторами броска тока, выделяемого при уменьшении их сопротивления при возникновении перенапряжения. Путано написал, но думаю сейчас более подробно разберемся и станет доступнее.

Для понимания принципа работы ОПН рассмотрим обобщенную вольт-амперную характеристику переменного резистора.

Условно её можно разделить на три зоны по оси икс — зона малых токов, зона средних токов и зона высоких токов. По оси игрик также можно разбить на зону рабочего напряжения, зону низкого напряжения и зону перенапряжений.

На каждом из этих участков сопротивление ведет себя по-разному. В первой зоне ОПН находится в рабочем состоянии, сопротивление резисторов велико и по ОПНу течет малый ток.

При возникновении перенапряжения варистор переходит на участок 2 своей ВАХ. Перенапряжение создает импульс тока на ОПН, резисторы переходят в проводящее состояние, поглощают импульс тока и рассеивают его тепловой энергией.

За счет отведенного импульса тока перенапряжение уменьшается и резистор возвращается в зону 1. Аналогично и в зоне 3, но там перегиб кривой еще больше и бросок тока становится еще сильнее.

ГОСТ Р 55167-2012

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОГРАНИЧИТЕЛИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НЕЛИНЕЙНЫЕ ДЛЯ ТЯГОВОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Общие технические условия

Surge arresters for power supply systems of electrified railways. General specifications

ОКС 29.130.10
ОКП 31 8530

Дата введения 2013-06-01

1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (ОАО «ВНИИЖТ»)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 45 «Железнодорожный транспорт»

4 Настоящий стандарт может быть применен на добровольной основе для соблюдения требований технических регламентов Таможенного союза «О безопасности инфраструктуры железнодорожного транспорта», «О безопасности высокоскоростного железнодорожного транспорта»

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

1 Область применения

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН) на основе высоконелинейных металлооксидных резисторов, не содержащих искровые промежутки, предназначенные для ограничения уровня грозовых и коммутационных перенапряжений в тяговой сети, на шинах распределительных устройств напряжением 27,5 и 3,3 кВ тяговых подстанций, в линейных устройствах тягового электроснабжения, на вводах электроустановок, питающихся от линий электропередачи «провод-рельсы» и «два провода-рельсы» и на входах тяговых преобразователей системы тягового электроснабжения электрифицированных железных дорог.

Настоящий стандарт не распространяется на используемые в устройствах электроснабжения железных дорог ОПН общепромышленного применения для электроустановок напряжением от 3 до 750 кВ, требования к которым установлены в ГОСТ Р 52725.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 8.568-97 Государственная система обеспечения единства измерений. Аттестация испытательного оборудования. Основные положения

ГОСТ Р 52082-2003 Изоляторы полимерные опорные наружной установки на напряжение 6-220 кВ. Общие технические условия

ГОСТ Р 52725-2007 Ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ. Общие технические условия

ГОСТ Р 53685-2009 Электрификация и электроснабжение железных дорог. Термины и определения

ГОСТ 20.57.406-81 Комплексная система контроля качества. Изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнические. Методы испытаний

ГОСТ 1516.2-97 Электрооборудование и электроустановки переменного тока на напряжение 3 кВ и выше. Общие методы испытаний электрической прочности изоляции

ГОСТ 14192-96 Маркировка грузов

ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ 16504-81 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения

ГОСТ 16962.2-90 Изделия электротехнические. Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам

ГОСТ 17516.1-90 Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам

ГОСТ 18311-80 Изделия электротехнические. Термины и определения основных понятий

ГОСТ 18620-86 Изделия электротехнические. Маркировка

ГОСТ 20074-83 Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов

ГОСТ 23216-78 Изделия электротехнические. Хранение, транспортирование, временная противокоррозионная защита, упаковка. Общие требования и методы испытаний

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 53685, ГОСТ 16504, ГОСТ 18311, а также следующие термины с соответствующими определениями:

ограничитель перенапряжений нелинейный; ОПН: Аппарат, предназначенный для защиты изоляции электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений, представляющий собой последовательно и (или) параллельно соединенные металлооксидные варисторы без каких-либо последовательных или параллельных искровых промежутков, заключенные в изоляционный корпус.

[ГОСТ Р 52725-2007, пункт 3.1]

3.2 класс напряжения ОПН: Номинальное напряжение электроустановки, для защиты которой предназначен ОПН.

Примечание — Для ОПН переменного тока — действующее значение напряжения промышленной частоты, для ОПН постоянного тока — среднее значение.

3.3 наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение ОПН: Наибольшее значение напряжения, которое может быть приложено непрерывно к ОПН в течение всего срока его службы и не приводит к повреждению или термической неустойчивости ОПН при нормированных воздействиях.

Примечание — Для ОПН переменного тока — действующее значение напряжения промышленной частоты, для ОПН постоянного тока — среднее значение.

3.4 номинальное напряжение ОПН: Напряжение, которое ограничитель может выдерживать в течение 10 с в процессе рабочих испытаний.

Примечание — Для ОПН переменного тока — действующее значение напряжения промышленной частоты, для ОПН постоянного тока — среднее значение.

импульс: Униполярная волна напряжения или тока, возрастающая без заметных колебаний с большой скоростью до максимального значения и уменьшающаяся, обычно с меньшей скоростью, до нуля с небольшими, если это будет иметь место, переходами в противоположную полярность. Параметрами, определяющими импульсы напряжения или тока, являются полярность, максимальное значение (амплитуда), условная длительность фронта и условная длительность импульса.

[ГОСТ Р 52725-2007, пункт 3.9]

условная длительность импульса: Время, выраженное в микросекундах, между условным началом импульса и моментом, когда напряжение или ток уменьшаются до половины максимального значения.

[ГОСТ Р 52725-2007, пункт 3.12]

3.8 прямоугольный импульс тока большой длительности: Прямоугольный импульс, который быстро возрастает до максимального значения, остается практически постоянным в течение некоторого периода времени, а затем быстро падает до нуля.

3.9 треугольный коммутационный импульс тока (для ОПН постоянного тока): Импульс разрядного тока 1500/4000 мкс, по форме близкий к треугольному, с длительностью фронта от 1,0 до 2,0 мс, длительностью от 3,5 до 4,5 мс, и характеризующий способность ОПН выдерживать импульсы разрядного тока с максимальной энергией при аварийных коммутациях в цепях постоянного тока.

разрядный ток ОПН: Импульс тока, который течет через ОПН.

[ГОСТ Р 52725-2007, пункт 3.17]

грозовой импульс тока ОПН: Импульс разрядного тока 8/20 мкс при длительности фронта импульса в диапазоне от 7 до 9 мкс и длительности импульса в диапазоне от 18 до 22 мкс.

[ГОСТ Р 52725-2007, пункт 3.19]

номинальный разрядный ток ОПН: Максимальное (амплитудное) значение грозового импульса тока 8/20 мкс, используемое для классификации ОПН.

[ГОСТ Р 52725-2007, пункт 3.20]

импульс большого тока ОПН: Максимальное (амплитудное) значение разрядного тока, имеющего форму импульса 4/10 мкс, который используется для проверки устойчивости ограничителя к прямым разрядам молнии.

[ГОСТ Р 52725-2007, пункт 3.21]

3.14 классификационный ток ОПН: Величина тока через ОПН, которая используется для определения классификационного напряжения ОПН и нормируется изготовителем.

Примечание — Для ОПН переменного тока — амплитудное значение (более высокое амплитудное значение из двух полярностей, если ток асимметричен) активной составляющей тока промышленной частоты

3.16 ток пропускной способности ОПН: Максимальное значение 18 прямоугольных импульсов тока через ОПН с принятой последовательностью их приложения длительностью 2000 мкс (для ОПН переменного тока) или амплитуда 18 треугольных импульсов тока 1500/4000 мкс (для ОПН постоянного тока класса 3,3 кВ для защиты электроустановок тяговых подстанций и линейных устройств тягового электроснабжения железных дорог), которые он способен выдержать без потери рабочих качеств.

остающееся напряжение ОПН: Максимальное значение напряжения на ограничителе при протекании через него импульсного тока с данной амплитудой и формой импульса.

[ГОСТ Р 52725-2007, пункт 3.26]

характеристика «напряжение-время»: Зависимость выдерживаемого напряжения (для ОПН переменного тока — действующее значение напряжения промышленной частоты) от длительности его приложения к ОПН. Показывает максимальный промежуток времени, в течение которого к ОПН может быть приложено напряжение, превышающее наибольшее рабочее, не вызывая повреждения или термической неустойчивости.

[ГОСТ Р 52725-2007, пункт 3.28]

термическая неустойчивость ОПН: Состояние, при котором выделяющаяся в ОПН мощность превышает его способность рассеивания тепла, что приводит к росту температуры ограничителя, потере его тепловой стабильности и разрушению.

[ГОСТ Р 52725-2007, пункт 3.30]

взрывобезопасность: Отсутствие взрывного разрушения при внутреннем повреждении ОПН или разрушение ОПН с разлетом осколков в нормируемой зоне.

[ГОСТ Р 52725-2007, пункт 3.34]

3.21 рабочие испытания ОПН: Испытания ОПН определенного объема и последовательности (в составе периодических или типовых испытаний), моделирующие совокупность воздействий на ОПН, возникающих в процессе эксплуатации.

4 Классификация

4.1 ОПН разделяют на следующие категории:

1) ОПН переменного тока,

2) ОПН постоянного тока;

б) по классу напряжения: 1,35; 3; 3,3; 6,6; 27,5 кВ;

в) по величине номинального разрядного тока: 5; 10; 20 кА;

г) по материалу корпуса:

1) с фарфоровым корпусом,

2) с полимерным корпусом;

д) по назначению:

1) для защиты электроустановок тяговых подстанций и линейных устройств тягового электроснабжения железных дорог,

2) для защиты контактной сети,

3) для защиты тяговых преобразователей системы тягового электроснабжения железных дорог.

4.2 Рекомендуемая структура условного обозначения ОПН приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 — Рекомендуемая структура условного обозначения ОПН

Рисунок 1 — Рекомендуемая структура условного обозначения ОПН

Пример — Условное обозначение ОПН:

ОПН-П-27, 5КС-1-10-УХЛ1 — ОПН с полимерным корпусом, класса напряжения 27,5 кВ для применения на контактной сети системы тягового электроснабжения железных дорог переменного тока, для эксплуатации на открытом воздухе в районах с умеренным и холодным климатом.

5 Технические требования

5.1 Основные электрические параметры

5.1.1 В технических условиях (или в другом документе изготовителя, устанавливающем технические требования к конкретному типу ОПН) должны быть указаны значения классификационного тока и соответствующего ему классификационного напряжения, а также приведена характеристика «напряжение-время» (в графической или табличной форме) для диапазона напряжений от наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения до номинального напряжения ОПН для случая отсутствия предварительного токового воздействия.

5.1.2 ОПН должны выдерживать без повреждений или потери термической устойчивости совокупность воздействий, возникающих при эксплуатации, моделируемую рабочими испытаниями:

— 20 импульсов номинального разрядного тока и два импульса большого тока с амплитудой 65 кА — для ОПН с номинальным разрядным током 5 кА;

— 20 импульсов номинального разрядного тока, два импульса большого тока с амплитудой 100 кА, два треугольных импульса тока 1500/4000 мкс — для ОПН постоянного тока для защиты электроустановок тяговых подстанций и линейных устройств тягового электроснабжения железных дорог с номинальным разрядным током 10 и 20 кА;

— 20 импульсов номинального разрядного тока, два импульса большого тока с амплитудой 100 кА, два импульса тока пропускной способности (прямоугольный импульс длительностью 2000 мкс) для остальных типов ОПН с номинальным разрядным током 10 и 20 кА.

5.1.3 Основные электрические параметры ОПН должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 1.

Таблица 1 — Основные электрические параметры ОПН

Любые электрические цепи могут быть представлены в виде чертежей (принципиальных и монтажных схем), оформление которых должно соответствовать стандартам ЕСКД. Эти нормы распространяются как на схемы электропроводки или силовых цепей, так и электронные приборы. Соответственно, чтобы «читать» такие документы, необходимо понимать условные обозначения в электрических схемах.

Нормативные документы

Учитывая большое количество электроэлементов, для их буквенно-цифровых (далее БО) и условно графических обозначений (УГО) был разработан ряд нормативных документов исключающих разночтение. Ниже представлена таблица, в которой представлены основные стандарты.

Таблица 1. Нормативы графического обозначения отдельных элементов в монтажных и принципиальных электрических схемах.

Номер ГОСТа	Краткое описание
2.710 81	В данном документе собраны требования ГОСТа к БО различных типов электроэлементов, включая электроприборы.
2.747 68	Требования к размерам отображения элементов в графическом виде.
21.614 88	Принятые нормы для планов электрооборудования и проводки.
2.755 87	Отображение на схемах коммутационных устройств и контактных соединений
2.756 76	Нормы для воспринимающих частей электромеханического оборудования.
2.709 89	Настоящий стандарт регулирует нормы, в соответствии с которыми на схемах обозначаются контактные соединения и провода.
21.404 85	Схематические обозначения для оборудования, используемого в системах автоматизации

Следует учитывать, что элементная база со временем меняется, соответственно вносятся изменения и в нормативные документы, правда это процесс более инертен. Приведем простой пример, УЗО и дифавтоматы широко эксплуатируются в России уже более десятка лет, но единого стандарта по нормам ГОСТ 2.755-87 для этих устройств до сих пор нет, в отличие от автоматических выключателей. Вполне возможно, в ближайшее время это вопрос будет урегулирован. Чтобы быть в курсе подобных нововведений, профессионалы отслеживают изменения в нормативных документах, любителям это делать не обязательно, достаточно знать расшифровку основных обозначений.

Виды электрических схем

В соответствии с нормами ЕСКД под схемами подразумеваются графические документы, на которых при помощи принятых обозначений отображаются основные элементы или узлы конструкции, а также объединяющие их связи. Согласно принятой классификации различают десять видов схем, из которых в электротехнике, чаще всего, используется три:

• Функциональная, на ней представлены узловые элементы (изображаются как прямоугольники), а также соединяющие их линии связи. Характерная особенность такой схемы – минимальная детализация. Для описания основных функций узлов, отображающие их прямоугольники, подписываются стандартными буквенными обозначениями. Это могут быть различные части изделия, отличающиеся функциональным назначением, например, автоматический диммер с фотореле в качестве датчика или обычный телевизор. Пример такой схемы представлен ниже. Пример функциональной схемы телевизионного приемника
• Принципиальная. Данный вид графического документа подробно отображает как используемые в конструкции элементы, так и их связи и контакты. Электрические параметры некоторых элементов могут быть отображены, непосредственно в документе, или представлены отдельно в виде таблицы. Пример принципиальной схемы фрезерного станка

Если на схеме отображается только силовая часть установки, то она называется однолинейной, если приведены все элементы, то – полной.

Пример однолинейной схемы

• Монтажные электрические схемы. В данных документах применяются позиционные обозначения элементов, то есть указывается их место расположения на плате, способ и очередность монтажа. Монтажная схема стационарного сигнализатора горючих газов

Если на чертеже отображается проводка квартиры, то места расположения осветительных приборов, розеток и другого оборудования указываются на плане. Иногда можно услышать, как такой документ называют схемой электроснабжения, это неверно, поскольку последняя отображает способ подключения потребителей к подстанции или другому источнику питания.

Разобравшись с электрическими схемами, можем переходить к обозначениям указанных на них элементов.

Графические обозначения

Для каждого типа графического документа предусмотрены свои обозначения, регулируемые соответствующими нормативными документами. Приведем в качестве примера основные графические обозначения для разных видов электрических схем.

Примеры УГО в функциональных схемах

Ниже представлен рисунок с изображением основных узлов систем автоматизации.

Примеры условных обозначений электроприборов и средств автоматизации в соответствии с ГОСТом 21.404-85

Описание обозначений:

• А – Основные (1) и допускаемые (2) изображения приборов, которые устанавливаются за пределами электрощита или распределительной коробки.
• В – Тоже самое, что и пункт А, за исключением того, что элементы располагаются на пульте или электрощите.
• С – Отображение исполнительных механизмов (ИМ).
• D – Влияние ИМ на регулирующий орган (далее РО) при отключении питания:

1. Происходит открытие РО
2. Закрытие РО
3. Положение РО остается неизменным.

• Е – ИМ, на который дополнительно установлен ручной привод. Данный символ может использоваться для любых положений РО, указанных в пункте D.
• F- Принятые отображения линий связи:

1. Общее.
2. Отсутствует соединение при пересечении.
3. Наличие соединения при пересечении.

УГО в однолинейных и полных электросхемах

Для данных схем существует несколько групп условных обозначений, приведем наиболее распространенные из них. Для получения полной информации необходимо обратиться к нормативным документам, номера государственных стандартов будут приведены для каждой группы.

Источники питания.

Для их обозначения приняты символы, приведенные на рисунке ниже.

УГО источников питания на принципиальных схемах (ГОСТ 2.742-68 и ГОСТ 2.750.68)

Описание обозначений:

• A – источник с постоянным напряжением, его полярность обозначается символами «+» и «-».
• В – значок электричества, отображающий переменное напряжение.
• С – символ переменного и постоянного напряжения, используется в тех случаях, когда устройство может быть запитано от любого из этих источников.
• D – Отображение аккумуляторного или гальванического источника питания.
• E- Символ батареи, состоящей из нескольких элементов питания.

Линии связи

Базовые элементы электрических соединителей представлены ниже.

Обозначение линий связи на принципиальных схемах (ГОСТ 2.721-74 и ГОСТ 2.751.73)

Описание обозначений:

• А – Общее отображение, принятое для различных видов электрических связей.
• В – Токоведущая или заземляющая шина.
• С – Обозначение экранирования, может быть электростатическим (помечается символом «Е») или электромагнитным («М»).
• D – Символ заземления.
• E – Электрическая связь с корпусом прибора.
• F – На сложных схемах, из нескольких составных частей, таким образом обозначается обрыв связи, в таких случаях «Х» это информация о том, где будет продолжена линия (как правило, указывается номер элемента).
• G – Пересечение с отсутствием соединения.
• H – Соединение в месте пересечения.
• I – Ответвления.

Обозначения электромеханических приборов и контактных соединений

Примеры обозначения магнитных пускателей, реле, а также контактов коммуникационных устройств, можно посмотреть ниже.

УГО, принятые для электромеханических устройств и контакторов (ГОСТы 2.756-76, 2.755-74, 2.755-87)

Описание обозначений:

• А – символ катушки электромеханического прибора (реле, магнитный пускатель и т.д.).
• В – УГО воспринимающей части электротепловой защиты.
• С – отображение катушки устройства с механической блокировкой.
• D – контакты коммутационных приборов:

1. Замыкающие.
2. Размыкающие.
3. Переключающие.

• Е – Символ для обозначения ручных выключателей (кнопок).
• F – Групповой выключатель (рубильник).

УГО электромашин

Приведем несколько примеров, отображения электрических машин (далее ЭМ) в соответствии с действующим стандартом.

Обозначение электродвигателей и генераторов на принципиальных схемах (ГОСТ 2.722-68)

Описание обозначений:

• A – трехфазные ЭМ:

1. Асинхронные (ротор короткозамкнутый).
2. Тоже, что и пункт 1, только в двухскоростном исполнении.
3. Асинхронные ЭМ с фазным исполнением ротора.
4. Синхронные двигатели и генераторы.

• B – Коллекторные, с питанием от постоянного тока:

1. ЭМ с возбуждением на постоянном магните.
2. ЭМ с катушкой возбуждения.

Обозначение электродвигателей на схемах

УГО трансформаторов и дросселей

С примерами графических обозначений данных устройств можно ознакомиться на представленном ниже рисунке.

Правильные обозначения трансформаторов, катушек индуктивности и дросселей (ГОСТ 2.723-78)

Описание обозначений:

• А – Данным графическим символом могут быть обозначены катушки индуктивности или обмотки трансформаторов.
• В – Дроссель, у которого имеется ферримагнитный сердечник (магнитопровод).
• С – Отображение двухкатушечного трансформатора.
• D – Устройство с тремя катушками.
• Е – Символ автотрансформатора.
• F – Графическое отображение ТТ (трансформатора тока).

Обозначение измерительных приборов и радиодеталей

Краткий обзор УГО данных электронных компонентов показан ниже. Тем, кто хочет более широко ознакомиться с этой информацией рекомендуем просмотреть ГОСТы 2.729 68 и 2.730 73.

Примеры условных графических обозначений электронных компонентов и измерительных приборов

Описание обозначений:

1. Счетчик электроэнергии.
2. Изображение амперметра.
3. Прибор для измерения напряжения сети.
4. Термодатчик.
5. Резистор с постоянным номиналом.
6. Переменный резистор.
7. Конденсатор (общее обозначение).
8. Электролитическая емкость.
9. Обозначение диода.
10. Светодиод.
11. Изображение диодной оптопары.
12. УГО транзистора (в данном случае npn).
13. Обозначение предохранителя.

УГО осветительных приборов

Рассмотрим, как на принципиальной схеме отображаются электрические лампы.

Пример того, как указываются лампочки на схемах (ГОСТ 2.732-68)

Описание обозначений:

• А – Общее изображение ламп накаливания (ЛН).
• В – ЛН в качестве сигнализатора.
• С – Типовое обозначение газоразрядных ламп.
• D – Газоразрядный источник света повышенного давления (на рисунке приведен пример исполнения с двумя электродами)

Обозначение элементов в монтажной схеме электропроводки

Завершая тему графических обозначений, приведем примеры отображения розеток и выключателей.

Пример изображения на монтажных схемах розеток скрытой установки

Как изображаются розетки других типов, несложной найти в нормативных документах, которые доступны в сети.

Обозначение выключатели скрытой установки Обозначение розеток и выключателей

Буквенные обозначения

В электрических схемах помимо графических обозначений также используются буквенные, поскольку без последних чтение чертежей будет довольно проблематичным. Буквенно-цифровая маркировка так же, как и УГО регулируется нормативными документами, для электро это ГОСТ 7624 55. Ниже представлена таблица с БО для основных компонентов электросхем.

Буквенные обозначения основных элементов

К сожалению, размеры данной статьи не позволяют привести все правильные графические и буквенные обозначения, но мы указали нормативные документы, из которых можно получить всю недостающую информацию. Следует учитывать, что действующие стандарты могут меняться в зависимости от модернизации технической базы, поэтому, рекомендуем отслеживать выход новых дополнений к нормативным актам.

ОПН — это… Что такое ОПН?

ОПН — Ограничитель перенапряжений (ОПН) Разрядник  электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях. Содержание 1 Применение …   Википедия

ОПН — острая печёночная недостаточность острая почечная недостаточность отделяемая полезная нагрузка отсек полезной нагрузки …   Словарь сокращений русского языка

элемент ОПН — Полностью заключенная в корпус часть ОПН, которая может быть соединена последовательно и/или параллельно с другими элементами ОПН для выполнения конструкции ОПН на более высокое наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение и/или ток.… …   Справочник технического переводчика

элемент ОПН — 3.3 элемент ОПН: Полностью заключенная в корпус часть ОПН, которая может быть соединена последовательно и/или параллельно с другими элементами ОПН для выполнения конструкции ОПН на более высокое наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

секция ОПН — Часть ОПН, необходимая для воспроизведения поведения всего ОПН при определенном испытании. Секция ОПН необязательно является элементом ОПН [ГОСТ Р 52725 2007] EN section of an arrester complete, suitably assembled part of an arrester necessary to …   Справочник технического переводчика

секция ОПН — 3.4 секция ОПН: Часть ОПН, необходимая для воспроизведения поведения всего ОПН при определенном испытании. Секция ОПН необязательно является элементом ОПН. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

комплектовочное напряжение ОПН — Uком Нормируемое изготовителем остающееся напряжение ОПН при нормированном им же максимальном значении тока грозового импульса (Iком ток комплектовки) в диапазоне 0,01 2,0 номинального разрядного тока ОПН. На данное напряжение изготовитель… …   Справочник технического переводчика

комплектовочное напряжение ОПН U_ком — 3.27 комплектовочное напряжение ОПН Uком: Нормируемое изготовителем остающееся напряжение ОПН при нормированном им же максимальном значении тока грозового импульса (Iком ток комплектовки) в диапазоне 0,01 2,0 номинального разрядного тока ОПН. На… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

классификационное напряжение ОПН — Uкл Максимальное (амплитудное) значение напряжения промышленной частоты, деленное на √2, которое должно быть приложено к ОПН для получения классификационного тока. Классификационное напряжение многоэлементного ОПН определяется как сумма… …   Справочник технического переводчика

наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение ОПН — Uнр Наибольшее действующее значение напряжения промышленной частоты, которое может быть приложено непрерывно к ОПН в течение всего срока его службы и не приводит к повреждению или термической неустойчивости ОПН при нормированных воздействиях.… …   Справочник технического переводчика

Разрядник — Википедия

Разря́дник — электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях. Первоначально разрядником называли устройство для защиты от перенапряжений, основанный на технологии искрового промежутка. Затем, с развитием технологий, для ограничения перенапряжений начали применять устройства на основе полупроводников и металл-оксидных варисторов, применительно к которым продолжают употреблять термин «разрядник».

В электрических сетях часто возникают импульсные всплески напряжения, вызванные коммутациями электроаппаратов, атмосферными разрядами или иными причинами. Несмотря на кратковременность такого перенапряжения, его может быть достаточно для пробоя изоляции или p-n переходов полупроводниковых приборов и, как следствие, короткого замыкания, приводящего к разрушительным последствиям.^[1] Для того, чтобы устранить вероятность короткого замыкания, можно применять более надёжную изоляцию и высоковольтные полупроводниковые приборы, но это приводит к значительному увеличению стоимости оборудования. В связи с этим в электрических сетях целесообразно применять разрядники.

Разрядник состоит из двух электродов и дугогасительного устройства.

Электроды[править | править код]

Один из электродов крепится на защищаемой цепи, второй электрод заземляется. Пространство между электродами называется искровым промежутком. При определенном значении напряжения между двумя электродами искровой промежуток пробивается, снимая тем самым перенапряжение с защищаемого участка цепи. Одно из основных требований, предъявляемых к разряднику — гарантированная электрическая прочность при промышленной частоте (разрядник не должен пробиваться в нормальном режиме работы сети).

Дугогасительное устройство[править | править код]

После пробоя импульсом искровой промежуток достаточно ионизирован, чтобы пробиться фазным напряжением нормального режима, в связи с чем возникает короткое замыкание и, как следствие, срабатывание устройств РЗА, защищающих данный участок. Задача дугогасительного устройства — устранить это замыкание в наиболее короткие сроки до срабатывания устройств защиты.

Воздушный разрядник закрытого или открытого типа (трубчатый разрядник)[править | править код]

Воздушный разрядник представляет собой дугогасительную трубку из полимеров, способных подвергаться термической деструкции с выделением значительного количества газов и без значительного обугливания — полихлорвинила или оргстекла (первоначально, в начале XX века, это была фибра), с разных концов которой закреплены электроды. Один электрод заземляется, а второй располагается на определенном расстоянии от него (расстояние определяет напряжение срабатывания, или пробоя, разрядника) и имеет прямое электрическое подключение к защищаемому проводнику линии. В результате пробоя в трубке возникает интенсивная газогенерация (плазма), и через выхлопное отверстие образуется продольное дутье, достаточное для гашения дуги. В воздушном разряднике открытого типа выброс плазменных газов осуществляется в атмосферу. Напряжение пробоя воздушных разрядников — более 1 кВ.

Газовый разрядник[править | править код]

Конструкция и принцип действия идентичны воздушному разряднику. Электрический разряд происходит в закрытом объёме (керамическая трубка), заполненном инертными газами. Процесс электрического разряда в газовой среде позволяет обеспечить лучшие характеристики скорости срабатывания и гашения разрядника. Напряжение пробоя газонаполненного разрядника — от 60 вольт до 5 киловольт. В сигнальных электрических цепях соответствующего напряжения в качестве разрядника может использоваться миниатюрная неоновая лампа.

Вентильный разрядник[править | править код]

Вентильный разрядник РВМК-1150

Вентильный разрядник состоит из двух основных компонентов: многократного искрового промежутка (состоящего из нескольких последовательно соединенных единичных искровых промежутков) и рабочего резистора (состоящего из последовательного набора вилитовых дисков). Многократный искровой промежуток последовательно соединен с рабочим резистором. В связи с тем, что вилит меняет характеристики при увлажнении, рабочий резистор герметично закрывается от внешней среды. Во время перенапряжения многократный искровой промежуток пробивается, задача рабочего резистора — снизить значение сопровождающего тока до величины, которая сможет быть успешно погашена искровыми промежутками. Вилит обладает особенным свойством — его сопротивление нелинейно — оно падает с увеличением значения силы тока. Это свойство позволяет пропустить больший ток при меньшем падении напряжения. Благодаря этому свойству вентильные разрядники и получили своё название. Среди прочих преимуществ вентильных разрядников следует отметить бесшумность срабатывания и отсутствие выбросов газа или пламени.

Магнитовентильный разрядник (РВМГ)[править | править код]

РВМГ состоит из нескольких последовательных блоков с магнитным искровым промежутком и соответствующего числа вилитовых дисков. Каждый блок магнитных искровых промежутков представляет собой поочередное соединение единичных искровых промежутков и постоянных магнитов, заключенное в фарфоровый цилиндр.

При пробое в единичных искровых промежутках возникает дуга, которая за счет действия магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом, начинает вращаться с большой скоростью, что обеспечивает более быстрое, по сравнению с вентильными разрядниками, дугогашение.

Ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН)[править | править код]

ОПН для сети 110 кВ Разные варисторы

В процессе эксплуатации изоляция оборудования электрических сетей подвергается воздействию рабочего напряжения, а также различных видов перенапряжений, таких как грозовые, коммутационные, квазистационарные. Основными аппаратами для защиты сетей от грозовых и коммутационных перенапряжений являются вентильные разрядники (РВ) и нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН). При построении или модернизации уже существующих схем защиты от перенапряжений с помощью ОПН и РВ необходимо решать две основные тесно связанные друг с другом задачи:

• выбор числа, мест установки и характеристик аппаратов, которые обеспечат надежную защиту изоляции от грозовых и коммутационных перенапряжений;
• обеспечение надежной работы самих аппаратов при квазистационарных перенапряжениях, для ограничения которых они не предназначены.

Защитные свойства РВ и ОПН основаны на нелинейности вольтамперной характеристики их рабочих элементов, обеспечивающей заметное снижение сопротивления при повышенных напряжениях и возврат в исходное состояние после снижения напряжения до нормального рабочего. Низкая нелинейность вольтамперной характеристики рабочих элементов в разрядниках не позволяла обеспечить одновременно и достаточно глубокое ограничение перенапряжений и малый ток проводимости при воздействии рабочего напряжения, от воздействия которого удалось отстроиться за счет введения последовательно с нелинейным элементом искровых промежутков. Значительно большая нелинейность сопротивлений окисно-цинковых варисторов ограничителей перенапряжений ОПН позволила отказаться от использования в их конструкции искровых промежутков, то есть нелинейные элементы ОПН присоединены к сети в течение всего срока его службы.

В настоящее время вентильные разрядники практически сняты с производства и в большинстве случаев отслужили свой нормативный срок службы. Построение схем защиты изоляции оборудования как новых, так и модернизируемых подстанций, от грозовых и коммутационных перенапряжений теперь оказывается возможным только с использованием ОПН.

Идентичность функционального назначения РВ и ОПН и кажущаяся простота конструкции последнего часто приводят к тому, что замену разрядников на ограничители перенапряжений проводят без проверки допустимости и эффективности использования устанавливаемого ОПН в рассматриваемой точке сети. Этим объясняется повышенная аварийность ОПН.

Помимо неверного выбора мест установки и характеристик ОПН еще одной причиной повреждений ОПН являются используемые при их сборке варисторы низкого качества, к которым, прежде всего, относятся китайские и индийские варисторы.

Стержневые искровые промежутки[править | править код]

Стержневые искровые промежутки также известные как «дугозащитные рога» применяются для защиты от пережога защищеных проводов и перевода однофазного к.з. в двухфазное. Для возникновения дуги необходим ток к.з., превышающий 1 кА. Вследствие относительно низкого напряжения (6-10 кВ против 20 кВ в сетях Финляндии) и высокого сопротивления заземления «дугозащитные рога» в российских сетях не срабатывают.

В настоящее время на ВЛ 6-10 кВ они запрещены «Положением о технической политике» ФСК.

Разрядник длинно-искровой[править | править код]

Фотография скользящего разряда

Принцип работы разрядника основан на использовании эффекта скользящего разряда, который обеспечивает большую длину импульсного перекрытия по поверхности разрядника, и предотвращении за счет этого перехода импульсного перекрытия в силовую дугу тока промышленной частоты. Разрядный элемент РДИ, вдоль которого развивается скользящий разряд, имеет длину, в несколько раз превышающую длину защищаемого изолятора линии. Конструкция разрядника обеспечивает его более низкую импульсную электрическую прочность по сравнению с защищаемой изоляцией. Главной особенностью длинно-искрового разрядника является то, что вследствие большой длины импульсного грозового перекрытия вероятность установления дуги короткого замыкания сводится к нулю.

Существуют различные модификации РДИ, отличающиеся назначением и особенностями воздушных линий, на которых они применяются.

РДИ предназначены для защиты воздушных линий электропередачи напряжением 6-10 кВ трехфазного переменного тока с защищёнными и неизолированными проводами от индуктированных грозовых перенапряжений и их последствий, и прямого удара молнии; рассчитаны для работы на открытом воздухе при температуре окружающего воздуха от минус 60 °C до плюс 50 °C в течение 30-и лет.

Основное преимущество РДИ: разряд развивается вдоль аппарата по воздуху, а не внутри его. Это позволяет значительно увеличить срок эксплуатации изделий и повышает их надежность.

Мультикамерный разрядник[править | править код]

Мультикамерный разрядник состоит из разрядного элемента и узла крепления. В качестве разрядного элемента используется мультикамерная система, которая включает в себя несколько дугогасящих камер.

Принцип работы мультикамерного разрядника основан на гашении дуги в импульсе, которая возникает в результате индуктированных перенапряжений.

Соотношение между прямыми ударами молнии и индуктированным перенапряжением составляет в среднем 10-20% (для средней полосы России – 20-30%) к 80-90%^[2].

По сравнению с длинно-искровым разрядником мультикамерный разрядник рассчитан на больший ток КЗ. Это делает его применимым для более широкого спектра ВЛ, он также обладает большей компактностью.

На электрических принципиальных схемах в России разрядники обозначаются согласно ГОСТ 2.727—68.
1. Общее обозначение разрядника
2. Разрядник трубчатый
3. Разрядник вентильный и магнитовентильный
4. ОПН

• Родштейн Л. А. Электрические аппараты: Учебник для техникумов. — 4-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. — 304 с: ил.
• Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений / Халилов Ф. Х., Евдокунин Г. А., Поляков B.C., Подпоркин Г. В., Таджибаев А. И. — СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение, 2002.- 272 с.
• Дмитриев М. В. Применение ОПН в электрических сетях 6-750 кВ Санкт-Петербург 2007 г

Применение ОПН в электрических сетях 6-750 кВ

ОПН — это… Что такое ОПН?

Ограничитель перенапряжений (ОПН)

Разря́дник — электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях.

Применение

В электрических сетях часто возникают импульсные всплески напряжения, вызванные коммутациями электроаппаратов, атмосферными разрядами или иными причинами. Несмотря на кратковременность такого перенапряжения, его может быть достаточно для пробоя изоляции и, как следствие, короткого замыкания, приводящего к разрушительным последствиям.^[1] Для того, чтобы устранить вероятность короткого замыкания, можно применять более надежную изоляцию, но это приводит к значительному увеличению стоимости оборудования. В связи с этим в электрических сетях целесообразно применять разрядники.

Устройство и принцип действия

Разрядник состоит из двух электродов и дугогасительного устройства.

Электроды

Один из электродов крепится на защищаемой цепи, второй электрод заземляется. Пространство между электродами называется искровым промежутком. При определенном значении напряжения между двумя электродами искровой промежуток пробивается, снимая тем самым перенапряжение с защищаемого участка цепи. Одно из основных требований, предъявляемых к разряднику — гарантированная электрическая прочность при промышленной частоте (разрядник не должен пробиваться в нормальном режиме работы сети).

Дугогасительное устройство

После пробоя импульсом искровой промежуток достаточно ионизирован, чтобы пробиться фазным напряжением нормального режима, в связи с чем возникает короткое замыкание и, как следствие, срабатывание устройств РЗиА, защищающих данный участок. Задача дугогасительного устройства — устранить это замыкание в наиболее короткие сроки до срабатывания устройств защиты.

Виды разрядников

Трубчатый разрядник

Трубчатый разрядник представляет собой дугогасительную трубку из полихлорвинила, с разных концов которой закреплены электроды. Один электрод заземляется, а второй располагается на небольшом расстоянии от защищаемого участка (расстояние регулируется в зависимости от напряжения защищаемого участка). При возникновении перенапряжения пробиваются оба промежутка: между разрядником и защищаемым участком и между двумя электродами. В результате пробоя в трубке возникает интенсивная газогенерация, и через выхлопное отверстие образуется продольное дутье, достаточное для погашения дуги .

Вентильный разрядник

Вентильный разрядник РВМК-1150

Вентильный разрядник состоит из двух основных компонентов: многократного искрового промежутка (состоящего из нескольких однократных) и рабочего резистора (состоящего из последовательного набора вилитовых дисков). Многократный искровой промежуток последовательно соединен с рабочим резистором. В связи с тем, что вилит меняет характеристики при увлажнении, рабочий резистор герметично закрывается от внешней среды. Во время перенапряжения многократный искровой промежуток пробивается, задача рабочего резистора — снизить значение сопровождающего тока до величины, которая сможет быть успешно погашена искровыми промежутками. Вилит обладает особенным свойством — его сопротивление нелинейно — оно падает с увеличением значения силы тока. Это свойство позволяет пропустить больший ток при меньшем падении напряжения. Благодаря этому свойству вентильные разрядники и получили свое название. Среди прочих преимуществ вентильных разрядников следует отметить бесшумность срабатывания и отсутствие выбросов газа или пламени.

Магнитовентильный разрядник (РВМГ)

РВМГ состоит из нескольких последовательных блоков с магнитным искровым промежутком и соответствующего числа вилитовых дисков. Каждый блок магнитных искровых промежутков представляет собой поочередное соединение единичных искровых промежутков и постоянных магнитов, заключенное в фарфоровый цилиндр.

При пробое в единичных искровых промежутках возникает дуга, которая за счет действия магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом, начинает вращаться с большой скоростью, что обеспечивает более быстрое, по сравнению с вентильными разрядниками, дугогашение.

ОПН

Различные ОПН

Ограничитель перенапряжения нелинейный (ОПН) — это разрядник без искровых промежутков. Активная часть ОПН состоит из последовательного набора варисторов. Принцип действия ОПН основан на том, что проводимость варисторов нелинейно зависит от приложенного напряжения. В нормальном режиме ОПН не пропускает ток, но как только на участке сети возникает перенапряжение, сопротивление ОПН резко снижается, чем и обуславливается эффект защиты от перенапряжения. После прохождения разряда через ОПН, его сопротивление опять возрастает. Переход из «закрытого» в «открытое» состояния занимает меньше 1 наносекунды (в отличие от разрядников с искровыми промежутками, у которых это время равняется нескольким микросекундам). Кроме быстроты срабатывания ОПН обладает еще рядом преимуществ. Одним из них является стабильность характеристики варисторов после неоднократного срабатывания вплоть до окончания указанного времени эксплуатации, что, кроме прочего, устраняет необходимость в эксплуатационном обслуживании.

Обозначение

На электрических принципиальных схемах в России разрядники обозначаются согласно ГОСТ 2.727—68.
1. Общее обозначение разрядника
2. Разрядник трубчатый
3. Разрядник вентильный и магнитовентильный
4. ОПН

Примечания

1. ↑ Общие принципы выбора варисторов для защиты от импульсных напряжений

Источники

• Родштейн Л. А. Электрические аппараты: Учебник для техникумов. — 4-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. — 304 с: ил.

Wikimedia Foundation. 2010.

ОПН-РВ | Ограничители перенапряжений | Высоковольтное оборудование

Назначение ОПН-РВ.

Ограничители перенапряжений ОПН-РВ предназначены для использования в качестве основных средств защиты электрооборудования станций и сетей среднего класса напряжения переменного тока промышленной частоты 48-62 Гц от коммутационных и грозовых перенапряжений. Рекомендуются для применения вместо вентильных разрядников серии РВО при проектировании, техническом перевооружении и реконструкции электроустановок. Ограничители типа ОПН-РВ отстроены от перенапряжений при однофазных дуговых замыканиях, поэтому не требуют проведения предварительных расчетов для применения в сетях потребителя.

Структура условного обозначения ОПН-РВ.

О  П  Н   —   РВ  —  Х  /  Х  /  5  /  150   УХЛ   1

О — ограничитель;
П — перенапряжений;
Н — нелинейный;
РВ — тип ограничителя;
Х — класс напряжения сети;
Х — допустимое рабочее напряжение;
5 — номинальный разрядный ток, кА
150 — ток пропускнеой способности, А;
УХЛ — климатическое исполнение по ГОСТ 15150;
1 — категория размещения по ГОСТ 15150.

ОПН-РВ предназначены для эксплуатации на высоте над уровнем моря до 1000 м при температуре окружающей среды от минус 60 °С до плюс 45 °С для наружной установки (УХЛ1 по ГОСТ 15150). По стойкости к механическим воздействиям ограничители типа ОПН-РВ соответствуют группе условий эксплуатации М6 по ГОСТ 17516.1. Ограничители типа ОПН-РВ длительно выдерживают механическую нагрузку до 300 Н от тяжения провода, в направлении перпендикулярном его вертикальной оси.

Технические характеристики ОПН-РВ.

Наименование параметра	ОПН-РВ
	6/7.6	10/12.6
Класс напряжения сети, кВ	6	10
Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение, кВ	7,6	12,6
Номинальные разрядный ток 8/20 мкс, кА	5	5
Пропускная способность, А	150	150
Остающееся напряжение, кВ, не более
при коммутационном импульсе тока
125 А, 30/60 мкс	19,6	32,7
250 А, 30/60 мкс	20,3	33,8
500 А, 30/60 мкс	21,2	35,2
при грозовом импульсе тока
2500 А, 8/20 мкс	24,1	40,2
5000 А, 8/20 мкс	25,8	43,0
10000 А, 8/20 мкс	28,4	47,3
при крутом импульсе тока
10000 А, 1/10 мкс	32,7	54,4
Классификационное напряжение, не менее, кВ, при амплитуде классификационного тока через ОПН 1,0 мА	9,3	15,4
Ток проводимости, мА, не более (действующее значение)	0,3	0,3
Максимальная амплитуда большого импульса тока 4/10 мкс, кА	65	65
Удельная энергия, кДж/кА Uнр	0,8	0,8
Ток взрывобезопасности, кА	10	10

Характеристика «напряжение-время» ограничителя типа ОПН-РВ:

Устройство и принцип действия ОПН-РВ.

Ограничители состоят из последовательно соединенных металлооскидных резисторов, размещенных внутри трекингостойкого полимерного корпуса. По торцам корпус снабжен контактными выводами (электродами).

Для крепления ОПН-РВ, а также для присоединения потенциальных и заземляющих проводников, предназначены отверстия с резьбой М10 глубиной 10 мм, выполненные в контактных выводах.

В нормальном рабочем режиме ток через ограничитель носит емкостной характер и составляет десятые доли миллиампера. При возникновении в сети перенапряжения сопротивление ОПН-РВ резко падает до единиц Ом, варисторы ограничителя переходят в проводящее состояние и ограничивают дальнейшие нарастание перенапряжения до уровня, безопасного для изоляции защищаемого электрооборудования, поглощая энергию импульса перенапряжения, которая преобразуется в тепловую энергию и затем рассеивается в окружающую среду. Когда волна перенапряжения проходит, ограничитель вновь возвращается в непроводящее состояние. Время перехода ограничителя в проводящее состояние составляет единицы наносекунд, что позволяет ОПН-РВ эффективно ограничитель высокочастотные перенапряжения.

Обозначение	Класс напряжения сети, кВ	Длина пути утечки, мм	Высота, мм	Масса, кг
ОПН-РВ-6/7.6 УХЛ1	6	205	100	0,45
ОПН-РВ-10/12.6 УХЛ1	10	310	140	0,75

Ограничитель перенапряжения — это… Что такое Ограничитель перенапряжения?

Ограничитель перенапряжений (ОПН)

Разря́дник — электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях.

Применение

В электрических сетях часто возникают импульсные всплески напряжения, вызванные коммутациями электроаппаратов, атмосферными разрядами или иными причинами. Несмотря на кратковременность такого перенапряжения, его может быть достаточно для пробоя изоляции и, как следствие, короткого замыкания, приводящего к разрушительным последствиям.^[1] Для того, чтобы устранить вероятность короткого замыкания, можно применять более надежную изоляцию, но это приводит к значительному увеличению стоимости оборудования. В связи с этим в электрических сетях целесообразно применять разрядники.

Устройство и принцип действия

Разрядник состоит из двух электродов и дугогасительного устройства.

Электроды

Один из электродов крепится на защищаемой цепи, второй электрод заземляется. Пространство между электродами называется искровым промежутком. При определенном значении напряжения между двумя электродами искровой промежуток пробивается, снимая тем самым перенапряжение с защищаемого участка цепи. Одно из основных требований, предъявляемых к разряднику — гарантированная электрическая прочность при промышленной частоте (разрядник не должен пробиваться в нормальном режиме работы сети).

Дугогасительное устройство

После пробоя импульсом искровой промежуток достаточно ионизирован, чтобы пробиться фазным напряжением нормального режима, в связи с чем возникает короткое замыкание и, как следствие, срабатывание устройств РЗиА, защищающих данный участок. Задача дугогасительного устройства — устранить это замыкание в наиболее короткие сроки до срабатывания устройств защиты.

Виды разрядников

Трубчатый разрядник

Трубчатый разрядник представляет собой дугогасительную трубку из полихлорвинила, с разных концов которой закреплены электроды. Один электрод заземляется, а второй располагается на небольшом расстоянии от защищаемого участка (расстояние регулируется в зависимости от напряжения защищаемого участка). При возникновении перенапряжения пробиваются оба промежутка: между разрядником и защищаемым участком и между двумя электродами. В результате пробоя в трубке возникает интенсивная газогенерация, и через выхлопное отверстие образуется продольное дутье, достаточное для погашения дуги .

Вентильный разрядник

Вентильный разрядник РВМК-1150

Вентильный разрядник состоит из двух основных компонентов: многократного искрового промежутка (состоящего из нескольких однократных) и рабочего резистора (состоящего из последовательного набора вилитовых дисков). Многократный искровой промежуток последовательно соединен с рабочим резистором. В связи с тем, что вилит меняет характеристики при увлажнении, рабочий резистор герметично закрывается от внешней среды. Во время перенапряжения многократный искровой промежуток пробивается, задача рабочего резистора — снизить значение сопровождающего тока до величины, которая сможет быть успешно погашена искровыми промежутками. Вилит обладает особенным свойством — его сопротивление нелинейно — оно падает с увеличением значения силы тока. Это свойство позволяет пропустить больший ток при меньшем падении напряжения. Благодаря этому свойству вентильные разрядники и получили свое название. Среди прочих преимуществ вентильных разрядников следует отметить бесшумность срабатывания и отсутствие выбросов газа или пламени.

Магнитовентильный разрядник (РВМГ)

РВМГ состоит из нескольких последовательных блоков с магнитным искровым промежутком и соответствующего числа вилитовых дисков. Каждый блок магнитных искровых промежутков представляет собой поочередное соединение единичных искровых промежутков и постоянных магнитов, заключенное в фарфоровый цилиндр.

При пробое в единичных искровых промежутках возникает дуга, которая за счет действия магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом, начинает вращаться с большой скоростью, что обеспечивает более быстрое, по сравнению с вентильными разрядниками, дугогашение.

ОПН

Различные ОПН

Ограничитель перенапряжения нелинейный (ОПН) — это разрядник без искровых промежутков. Активная часть ОПН состоит из последовательного набора варисторов. Принцип действия ОПН основан на том, что проводимость варисторов нелинейно зависит от приложенного напряжения. В нормальном режиме ОПН не пропускает ток, но как только на участке сети возникает перенапряжение, сопротивление ОПН резко снижается, чем и обуславливается эффект защиты от перенапряжения. После прохождения разряда через ОПН, его сопротивление опять возрастает. Переход из «закрытого» в «открытое» состояния занимает меньше 1 наносекунды (в отличие от разрядников с искровыми промежутками, у которых это время равняется нескольким микросекундам). Кроме быстроты срабатывания ОПН обладает еще рядом преимуществ. Одним из них является стабильность характеристики варисторов после неоднократного срабатывания вплоть до окончания указанного времени эксплуатации, что, кроме прочего, устраняет необходимость в эксплуатационном обслуживании.

Обозначение

На электрических принципиальных схемах в России разрядники обозначаются согласно ГОСТ 2.727—68.
1. Общее обозначение разрядника
2. Разрядник трубчатый
3. Разрядник вентильный и магнитовентильный
4. ОПН

Примечания

1. ↑ Общие принципы выбора варисторов для защиты от импульсных напряжений

Источники

• Родштейн Л. А. Электрические аппараты: Учебник для техникумов. — 4-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. — 304 с: ил.

Wikimedia Foundation. 2010.