Ограничитель перенапряжения: устройство и принцип работы

Для создания условий безаварийной и долгосрочной эксплуатации огромной массы электрооборудования, используемого, как в промышленности, так и в повседневной деятельности, в первую очередь необходимо обеспечить безопасный способ доставки и стабильность параметров электроэнергии. Особую опасность для электрических потребителей представляет кратковременное многократное превышение значение величины номинального напряжения в электрической сети. В электротехнике это явление известно, как перенапряжение. Как правило, причиной его проявления является воздействие на линии электропередач грозовых явлений или же коммутационных процессов внутри электрической установки. Возникающие импульсы высокого напряжения могут безвозвратно вывести из строя дорогостоящее оборудование, быть причиной возникновения пожаров и взрывов. Для защиты от возникающих пиковых значений напряжения, служат специальные высоковольтные устройства, ограничители перенапряжения, принцип работы и назначение которых мы и рассмотрим далее.

Назначение

ОПН предназначены для защиты электроприборов и оборудования от воздействия высоковольтных импульсов напряжения. Благодаря простоте конструкции и надежности, они нашли широкое применение в области энергоснабжения. Данные устройства защиты пришли на смену устаревшим, весьма громоздким вентильным разрядникам. В отличие от предшественников, принцип действия ограничителя заключается не в использовании искровых промежутков. В качестве главного рабочего элемента в ОПН используются нелинейные резисторы, выполненные из материала, основу которого составляет окись цинка.

Устройство

Первичным и основным элементом, из чего состоит ограничитель перенапряжения, служит варистор, выполняющий роль нелинейного переменного резистора. Конструктивно ОПН состоят из варисторов, размещенных в корпусе, изготовленном из фарфора или высокопрочного полимера. Конструкция ограничителя выполнена с учетом условий, обеспечивающих взрывобезопасность, в случае возникновения токов короткого замыкания. В зависимости от назначения и места установки ОПН могут быть исполнены в различных вариантах. Для ограничителей, используемых для защиты линий электропередач и оборудования промышленных объектов, на крышке корпуса предусмотрен контактный болт для подключения к сети, в комплект ОПН входит изолированная от контакта с землей плита основания.

Устройства, предназначенные для защиты от пиковых импульсов напряжения электрохозяйства квартиры или дачного домика, очень компактны, имеют привлекательный дизайн, а также снабжены устройством для крепления на din-рейку. В зависимости от категории сложности, могут быть обустроены индикацией режимов работы и дистанционным управлением.

Устройство модульного ограничителя перенапряжения предоставлено на фото:

где:

1. Корпус
2. Предохранитель
3. Сменный варисторный модуль
4. Указатель износа варисторного модуля
5. Насечки на зажимах

Принцип работы

Принцип действия ОПН объясняется нелинейным характером вольтамперных характеристик (ВАХ) варисторов. Для их изготовления применяется материал, где находит применение окись цинка в смеси с оксидами других металлов. Благодаря составу данной смеси, колонка, собранная из варисторов является комбинацией параллельных и последовательных включений p-n переходов, что и обуславливает природу вольтамперных характеристик нелинейных резисторов ограничителей.

Когда характеристики напряжения в сети соответствуют номинальным значениям, ограничитель находится в режиме непроводящего состояния. Величина тока в варисторах имеет мизерные значения и объясняется емкостным характером. При появлении в сети импульса напряжения, величина которого может вызвать пробой изоляции электрооборудования, в цепи нелинейных резисторов ОПН, в соответствии с их вольтамперными характеристиками, будет иметь место возникновение значительного импульса тока. В конечном итоге это снижает величину перенапряжения до параметров безопасных для безаварийной эксплуатации оборудования. Когда напряжение в сети нормализуется, ОПН вновь возвращается в непроводящий режим.

Виды ОПН

Конструкции ОПН, предлагаемые производителями энергетикам весьма разнообразны, их различают по следующим признакам:

1. Типу изоляции (фарфор или полимер).
2. Конструктивному исполнению (одна или несколько колонок).
3. Величине рабочего напряжения.
4. Месту установки ограничителя.

Если говорить об ограничителях перенапряжения, устанавливаемых на DIN-рейку, то тут устройства первоначально разделяются на однофазные и трехфазные. Помимо этого модульные ОПН (они же УЗИП), делятся на три основных класса: B, C и D. Ограничители класса B устанавливаются на вводе в здание, C — непосредственно в распределительном щите квартиры либо дома, D — на отдельное оборудование, которое нужно защитить от помех, если с этим не справились ОПН класса B и C. Подробнее о модульных ограничителях перенапряжения вы можете узнать из видео:

Технические характеристики

1. Максимально действующее напряжение. Под этим понятием необходимо понимать величину наибольшего значения величины напряжения, при котором ограничитель способен сохранять свою работоспособность без ограничения по времени.
2. Номинальное напряжение, эквивалентно величине, воздействие которого ОПН способен выдерживать в течение 10 минут.
3. Ток проводимости. Величина тока, в цепи нелинейных резисторов в период воздействия номинальных значений приложенного напряжения. Как правило, имеет мизерное значение.
4. Номинальный разрядный ток. Параметр, определяющий классификацию ограничителя в условиях грозового режима.
5. Расчетный ток коммутационного перенапряжения. Значение тока, определяющее классификацию при коммутационных перенапряжениях.
6. Токовая пропускная способность. Величина эквивалентная классу разряда линии.
7. Устойчивость к короткому замыканию. Категория способности ОПН противостоять токам короткого замыкания, сохраняя при этом целостность защитной оболочки.

Защита электрохозяйства административных зданий, многоквартирных домов и предприятий возлагается на соответствующие службы энергетических компаний, оградить свой дом от нежелательных последствий грозового разряда возложена на домовладельца. В настоящее время этот вопрос решается просто. В специализированных магазинах представлен широкий выбор ограничителей перенапряжения различной степени сложности и ценового диапазона.

На рисунке ниже показано подключение ОПН к однофазной сети и условное обозначение на схеме. Подключить ограничитель перенапряжения к домашней электросети не сложно, но выполнение этой операции лучше доверить специалисту, если вы не имеете опыта в электромонтажных работах.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на котором наглядно рассматривается конструкция и принцип действия ограничителей перенапряжения нелинейных:

Вот мы и рассмотрели устройство, назначение и принцип действия ограничителя перенапряжения. Как вы видите, существует различные виды и конструктивные исполнения данных устройств, благодаря чему можно подобрать подходящий вариант для собственных условий применения.

Будет интересно прочитать:

Область применения и принцип работы ограничителей перенапряжения (ОПН)

Подробности

Опубликовано 28.03.2017 19:56

 

Область применения ограничителей напряжения

Ограничители перенапряжения (ОПН) — это высоковольтные аппараты, широко применяемые в промышленности. Область их применения распространяется на сети среднего и высокого классов напряжения переменного тока промышленной частоты. ОПН используются для защиты от повышенного сетевого и атмосферного напряжения

ОПН широко используются для защиты:

• двигателей
• трансформаторов
• подстанций подвижного состава
• компенсаторов напряжения
• различных электроустановок и электрических машин

 

                                               ОПН для защиты трансформатора 

Конструкция ограничителя перенапряжения

Основным элементом ОПН является варистор с нелинейным сопротивлением. При нормальном напряжении сопротивление варистора высокое, поэтому он не проводит электрический ток. В случае  скачков напряжения варистор мгновенно переключается в проводящий режим, защищая электрооборудование от высокого напряжения. В конструкцию ОПН заложены одна или несколько последовательных/ парралельных цепочек варисторов.

Варисторы в основном состоят из окиси цинка в оболочке из глифталевой эмали для улучшения проводимости. В процессе изготовления в оксид цинка добавляют примеси других металлов образуя p-n переходы, которые обеспечивают нелинейность вольт-ампеной характеристики варистора.

 

Принцип действия ОПН

Защитная функция ограничителя перенапряжения состоит в том, что при нормальном напряжении, ограничитель перенапряжений опн пропускает минимальный ток в доли миллиампера. В случае возникновения импульсных скачков напряжения, ток через ограничитель резко возрастает, ограничивая тем самым максимальное напряжение, приложенное к электроустановке.

Принцип работы ОПН можно увидеть из вольт-амперной характеристики ограничителя.

На 1-м участке характеристики ОПН работает при нормальном напряжении, на 2-м участке ограничитель переходит в проводящее состояние при возрастании приложенного напряжения. 3-й участок является аварийным и характеризуется резким возрастанием сопротивление ОПН.

 

Виды ограничителей перенапряжения:

Для промышленного применения чаще всего используются два вида ОПН:

 

ОГРАНИЧИТЕЛИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НЕЛИНЕЙНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ (ОПНп)

В данных аппаратах колонки варисторов расположены в полимерном корпусе из высокомолекулярного каучука. К недостаткам ОПНп относят небольшую механическую прочность и влияние перепадов температур на сопротивление изоляции.

Преимущества полимерных ограничителей перенапряжения:

1. Высокая взрывобезопасность
2. Высокая герметичность
3. Небольшой вес
4. Простота монтажа
5. Возможность работы в загрязненных условиях
6. Хорошие разрядные характеристики

ОГРАНИЧИТЕЛИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НЕЛИНЕЙНЫЕ ФАРФОРОВЫЕ (ОПН)

Фарфоровые ОПН состоят из колонки варисторов, прижатой к боковой поверхности стеклопластиковой трубы, внутри фарфоровой покрышки. Фарфоровые ОПН отлично переносят перепады температур и обладают прекрасными механическими харктеристиками. В последнее время фарфоровые ОПН стали заменять на полимерные из-за ряда недостатков.

Недостатки фарфоровых ограничителей перенапряжения:

 

1. Высокая масса и габариты
2. Взрывоопасность
3. Низкая герметичность из-за низких эксплуатационных характеристик резиновых уплотнителей
4. Худшие в сравнении с ОПНп тепловые характеристики

 

• < Назад
• Вперёд >

УЗИП и ОПН — что это и как работает, какие разновидности бывают

К устройствам защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) в соответствии с ГОСТ Р 51992-2011 относятся приборы, предназначенные для защиты электроустановок и электрических сетей от последствий перенапряжений, возникающих в переходных режимах, а также вследствие ударов молнии, про них и поговорим на СтабЭксперт.ру.

УЗИП предназначены для подключения к сетям переменного тока, имеющего частоту 50 – 60 Гц напряжением до 1000 вольт, а также к цепям постоянного тока напряжением до 1500 вольт.

Классификация устройств

Стандартом предусмотрена классификация устройств по следующим параметрам:

• числу вводов;
• по способу осуществления защитных функций;
• по месту расположения;
• по способу монтажа;
• по набору защитных функций;
• по степени защиты наружной оболочки;
• по роду тока питания.

Так выглядят устройства для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Читайте еще: что такое узо и зачем нужен автоматический выключатель тока?

По признаку количества вводов приборы защиты делятся на одновводные, то есть, имеющие один ввод и двухвводные. Защита может осуществляться различными способами, существуют устройства коммутирующего типа, приборы, осуществляющие ограничение напряжения, а также аппараты комбинированного типа. Место установки защиты зависит от вида защищаемого оборудования. Установка может осуществляться как наружно, так и внутри помещений. Способ установки аппаратов может быть стационарным либо переносным. Виды защит, содержащиеся в приборе, могут составлять комбинации из схем различных типов:

• защиты теплового типа;
• защиты, реагирующей на появление токов утечки;
• защиты от сверхтока.

Степень защиты по IP должна соответствовать условиям эксплуатации. Приборы могут питаться переменным или постоянным током.

Типы УЗИП

Основной принцип защиты сетей и электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений заключается в подключении заземляющего контура для принятия импульсного разряда и снижение волны перенапряжения. Осуществляется это двумя путями:

• разрядом импульса перенапряжения через воздушный промежуток;
• снижением уровня перенапряжения посредством применения нелинейного элемента.

Разрядники

Принцип работы разрядников основан на способности высокого напряжения пробивать воздушный промежуток. Напряжение пробоя промежутка зависит главным образом от величины воздушного зазора.

Воздушный разрядник

Конструкция воздушного разрядника очень проста. Величина воздушного зазора между фазным и заземляющим проводом выбирается таким образом, что он гарантированно не пробивается при рабочем напряжении, но в случае кратного увеличения этого значения происходит пробой. При этом образуется электрическая цепь через дуговой разряд между фазой и защитным заземлением. Импульс тока, уходящий в заземляющее устройство, снимает перенапряжение и защищает силовые цепи от повреждения.

Вентильный разрядник

Усовершенствованной моделью воздушного разрядника является разрядник вентильного типа. Конструкция вентильного разрядника включает в себя несколько компонентов:

• искровой промежуток, разделённый на несколько воздушных зазоров;
• резистора.

Рабочий резистор представляет собой набор последовательно соединённых между собой дисков, изготовленных из вилита или тирита. Свойства этих материалов таковы, что вольт-амперная характеристика рабочего сопротивления является нелинейной. Это свойство позволяет пропускать большие импульсные токи перенапряжений при малом падении напряжения на самом элементе. Благодаря нелинейности характеристики разрядник получил название вентильный. Срабатывание вентильных разрядников происходит практически бесшумно, кроме этого, не наблюдается такое обильное выделение газа и пламени как в случае с воздушным разрядником.

ОПН — ограничители перенапряжения

Ограничители перенапряжения являются следующим этапом эволюции устройств, защищающих от импульсных бросков напряжения. Данный прибор не содержит воздушных промежутков. Основным элементом устройства является варистор. Если быть более точным, набор варисторов. Для получения необходимых рабочих характеристик варисторы соединяются между собой в последовательные или параллельно – последовательные блоки.

Основу варистора составляет оксид цинка. В процессе изготовления варистора добавляются также оксиды других металлов. СтабЭксперт.ру напоминает, что в результате, готовое изделие представляет собой набор p–n переходов, соединённых параллельно и последовательно. Наличие данных полупроводниковых переходов определяет нелинейные свойства варистора. Варисторы заключены в фарфоровый или полимерный корпус ограничителя перенапряжения. Сопротивление варисторов ОПН очень велико в диапазоне рабочего напряжения. При возникновении импульсного броска напряжения, сопротивление ОПН резко падает, пропуская импульсный ток на землю.

Ограничители перенапряжения имеют некоторые конструктивные и функциональные различия. Классификация ОПН осуществляется по следующим признакам:

• материалу изоляции;
• конструкции устройств;
• рабочему напряжению;
• месту монтажа.

По поводу изоляции уже было сказано, применяется фарфор либо полимерная композиция. Конструктивно ограничители перенапряжения бывают одноколонковыми и многоколонковыми. ОПН выпускаются для каждого класса напряжения: 6-10 киловольт и выше. Монтируются ограничители перенапряжения в закрытых или открытых распределительных устройствах (ЗРУ, ОРУ).

Домашние модульные УЗИП для установки в распределительных устройствах 0,4 кВ

Для защиты внутридомовой электропроводки и бытовой техники от бросков напряжения, имеющих грозовую и переходную природу, многие производители электротехники выпускают компактные приборы модульного исполнения, которые удобно располагаются в распределительных шкафах.

Подобные УЗИП ставят на DIN-рейку.

Монтаж

Подключаются модульные УЗИП между фазным и защитным заземляющим проводом. Присоединение должно осуществляться после автоматического выключателя. При этом в момент возникновения перенапряжения и открывания варистора устройства, повышенный ток варистора протекает через выключатель, вызывая срабатывание защиты. Отключаясь, автоматический выключатель разрывает связь нагрузки с внешней сетью, являющейся источником повышенного напряжения.

Видео на тему работы модульных УЗИП

Далее:

принцип действия, классификация и область применения

Не только производственное, офисное, но и домашнее электрооборудование постоянно находится под угрозой поломок, а то и полного выхода из строя. Причинами тому могут быть как грозовые разряды, так и сбои на линиях передач и в работе трансформаторных станций, провоцирующие резкие скачки напряжения. С защитой от подобных проблем успешно справляются, благодаря принципу действия ОПН.

От разрядников к ограничителям

Электросети — это не только линии высоковольтных передач. В широком смысле в систему входит множество оборудования, установок, приспособлений, к ней подключены промышленные и обычные потребители. Последствия сбоев здесь могут быть весьма серьезны. Пока рынок не стали занимать современные ограничители напряжения, те же задачи решали другие устройства — разрядники.

Особенности их таковы:

• Работа простейшего разрядника состояла в приеме ненормативной электроэнергии и безопасном сбросе ее через систему заземления.
• В обычное состояние разрядник возвращал дугогаситель. Он нейтрализовал повышенную ионизацию.
• Главной особенностью этих устройств являлся искровой промежуток. От ширины его зависела мощность системы. Но и увеличивать до бесконечности приборы было тоже нельзя.
• Слабым местом таких «предохранителей» считалась опасность запаздывания устройства в нормативный режим после всплеска напряжения.
• Разрядники постоянно совершенствовались. Изобретались и внедрялись воздушные, газовые, вентильные модели. Но все они имели недостатки, и в итоге на смену им пришли устройства нового типа — ОПН.

Казалось бы, уберечь технику от пробоев можно, просто отключив ее от сети.

Но если с приближением грозы это еще возможно успеть сделать, то технологический сбой непредсказуем. Да и оставить без электричества, например, доменный цех или операционную вообще недопустимо. Поэтому и необходимы приборы-предохранители.

Схема работы ОПН

ОПН — ограничитель перенапряжения. В числе других устройств его следует отнести к самым современным системам, способным уберегать приборы и проводку в экстремальных ситуациях. Можно сказать, что заложенная в его основе схема успешно решает комплекс проблем, которым ранее противостояли автоматические прерыватели и разрядники, а в бытовых условиях — стабилизаторы и домашние трансформаторы.

Схема ОПН строится на таких принципах:

• Основой прибора является варистор, который мгновенно впитывает сверхнормативную энергию и отдает ее уже как тепло. Напряжение, которое поступает далее по сети, нормализуется.
• ОПН моментально возвращается в исходное состояние и сразу же способен принять еще один резкий импульс или даже их последовательную серию.
• Первоначально один варистор или несколько их (соединенные вместе) и представляли приспособление. В случае внеплановых проблем из строя выходило все устройство.
• Сейчас приборы представляют собой несколько блоков, подключенных последовательно (или параллельно). Это повышает защитные характеристики изделия, а также облегчает его ремонт, для которого бывает достаточно заменить один из модулей.
• Варисторы заизолированы в полимерные или фарфоровые корпуса. Первые имеют специальные отверстия, а вторые — мембраны и герметизирующие кольца, а также выхлопные крышки. Это повышает взрыво- и пожаробезопасность приборов при работе с нестабильным напряжением.

Фарфоровые приборы мало подвержены колебаниям температур, обладают высокой прочностью, но имеют более низкие тепловые показатели и к тому же опаснее при взрыве.

Полимерные лучше по разрядным характеристикам и сопротивляемости вибрации, но чутки к сезонным изменениям. Поэтому на очереди сейчас — новые покрытия для аппаратов.

Классификация приборов защиты

Искровой промежуток разрядников ушел в прошлое, как и массивность приборов ОПН намного компактнее. К тому же они способны лучше справиться с резкими переменами сетевой нагрузки, даже если в общей линии с жильем есть и мощное производство, и работающий стройучасток.

Приборы имеют разную классификацию и, соотвественно, область применения:

• Литера А. Эти приборы монтируются при переходах от линий электропередач к сети потребителя. Они призваны обеспечивать защиту как ЛЭП, так и принимающего объекта. Их же можно считать основными «предохранителями» промышленных установок.
• Литера В. Первая линия защиты непосредственно объекта-потребителя (например, дома или административного здания). Такие аппараты устанавливаются на входе линии в помещение.
• Литера С. Место этих устройств — распределительные щиты, в которых обязательно должна быть предусмотрена система заземления.
• Литера D. Квартирные ограничители. Их установка имеет смысл только при наличии хотя бы одной предварительной линии защиты. В то же время изделия этого класса монтируются и непосредственно в оборудовании, а также в переносной технике.
• Те же четыре категории устройств могут быть обозначены и римскими цифрами начиная от I. Есть и комбинированные устройства. Большинство из аппаратов дополнительно оснащаются предохранителями.

Контроль за работоспособностью и состоянием изделия можно проводить визуально. Для этого устройства имеют специальные окошечки, которые в случае выхода ограничителя из строя сигнализируют затемнением или красным светом. Есть и модели, оснащенные системой звуковой сигнализации.

Комплексный вариант безопасности

Чтобы доставка, получение и использование электричества были полностью безопасны, лучше всего использовать не единичный ОПН, а комплекс ограничителей импульсных перенапряжений, как их еще называют. Их установку следует доверить профессионалам.

Принцип монтажа и работы единой системы прост:

• Первым, на входе, монтируется самый мощный аппарат.
• В щиток устанавливается прибор меньших токовых характеристик, а дальше — еще меньше.
• В бытовых условиях достаточно варианта В и С или С и D.
• Приборы в любой общей схеме работают по единому принципу. Они вступают в дело последовательно. Благодаря этому, напряжение снижается постепенно, на каждом этапе.

Слабое место такой системы такое же, как и в любой цепи: если из строя выйдет одно звено, неработоспособной будет вся сеть. Но приборы-потребители, скорее всего, к этому моменту уже будут защищены. После замены пострадавшего блока защитная схема будет восстановлена.

Рассуждая на тему, что такое ОПН, следует признать — вне зависимости от различных рабочих характеристик это, в первую очередь, современный способ защиты электрооборудования. Риски поражений приборов и установок, степень безопасности объектов и людей при использовании надежной аппаратуры снижаются многократно.

Нелинейные ограничители перенапряжения (ОПН)

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.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

---

---

Последние статьи

---

Самое популярное

Назначение ограничителей перенапряжений

Подробности

Категория: Подстанции

Ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН) предназначены для защиты изоляции электрооборудования подстанций и электрических сетей от атмосферных и кратковременных коммутационных перенапряжений.
Применяемые в настоящее время разрядники с резисторами, имеющими недостаточную нелинейность, часто не позволяют обеспечить необходимое ограничение перенапряжений. Более глубокое снижение перенапряжений требует уменьшения нелинейного последовательного сопротивления, что приводит к существенному увеличению сопровождающих токов. Включение нелинейных сопротивлений на рабочее напряжение без искровых промежутков оказывается невозможным вследствие большого тока через нелинейное сопротивление при фазном напряжении. Применение искровых промежутков вызывает дополнительные трудности, связанные с необходимостью уменьшения сопровождающего тока до величины надежно отключаемой промежутками.
Значительное улучшение защитных характеристик разрядников может быть достигнуто при отказе от использования искровых промежутков. Это оказывается возможным в ОПН при использовании резисторов с резко нелинейной вольт-амперной характеристикой. Выполненные на основе окиси цинка варисторы отвечают этим требованиям и применяются в ограничителях перенапряжений. Высоконелинейные оксидно-цинковые варисторы в настоящее время выпускаются в виде дисков диаметров 28 мм и высотой 8 мм. Разработаны также варисторы увеличенного диаметра (45,60 и 85 мм) и, соответственно, большей пропускной токовой способности,  налажен серийный выпуск их в России. ОПН комплектуются из большого числа последовательно и параллельно соединенных оксидно-цинковых варисторов. Число последовательно соединенных в колонку варисторов и число параллельных колонок в ограничителе перенапряжений определяется номинальным напряжением сети и зависит от требований к защитному уровню напряжения и пропускной способности ограничителей по току.
Пропускная способность ОПН и характер их повреждения зависят от амплитуды и длительности протекающего через них тока. При импульсах тока большой длительности, характерных для коммутационных перенапряжениях, наблюдается существенных нагрев ОПН, в результате так воздействий может происходить про- плавление в варисторах сквозных отверстий и их разрушение при токах с амплитудой 80… 120 А. При кратковременных импульсах тока, характерных для грозовых перенапряжений, варисторы не разрушаются даже при воздействии импульсов с амплитудой 1000… 1500 А. Дальнейшее увеличение тока может приводить к их перекрытию по боковой поверхности, однако, ток перекрытия может быть значительно увеличен, если покрыть боковую поверхность варисторов специальным изоляционным лаком или залить колонку варисторов полимерным компаундом.
Принято условное буквенно-числовое обозначение ОПН на класс напряжения от 3 до 110 кВ. Например:

На рис. приведена конструкция ограничителя ОПН-П1-110-НУХЛ1
Активная часть ОПН состоит из последовательно соединенных оксидно-цинковых резисторов 4, размещенных в полимерной покрышке 3, которая представляет собой стеклопластиковую трубу с нанесенной на нее защитной ребристой оболочкой из кремнийорганической резины. Сверху покрышка закрыта фланцем 1, на котором крепится экран 2, предназначенный для выравнивания электромагнитного поля и защиты полимерной покрышки от перекрытия по наружной поверхности. Нижний фланец 6 крепится на основании 8. Внутри фланца находится полимерный композит. Заземление разрядника осуществляется с помощью болта, закрепленного на основании.

Ограничитель перенапряжений типа ОПН-П1-110-НУХЛ1
Ограничители перенапряжений на класс напряжения 3,3 кВ постоянного тока выполняются в фарфоровых покрышках. Они имеют ряд преимуществ перед разрядниками: низкий защитный уровень для всех видов перенапряжений; высокая удельная энергоемкость; малые габариты и масса.

Рис. 2. Ограничитель перенапряжений типа ОПН-3,3
Пример условного обозначения ограничителя:

На рис. 2 приведена конструкция ограничителя ОПН-3,3 01. Активная часть ОПН представляет собой блок нелинейных резисторов 3 из четырех параллельных колонок. Блок оксидно-цинковых резисторов размещен в герметизированной фарфоровой покрышке 2. Верхним контактным болтом 1 ОПН присоединяется к токоведущим частям электроустановки, нижний контактный болт 6 служит для заземления фланца 4. Основание 5 покрышки имеет взрывопредохраняющее устройство, которое при повреждении внутри ограничителя исключает повышение давления до значений, вызывающих взрыв фарфоровой покрышки.

нормы, проверяемые параметры, образец протокола

Из-за угрозы возникновения перенапряжений в электрических сетях, и, как следствие, поломки приборов, разрушения изоляции и последующих затрат на восстановление, применяют защиту  в виде ограничителей перенапряжений (ОПН). Которые представляют собой нелинейные приборы, изменяющие величину сопротивления в ответ на возрастание напряжения в сети. Из-за старения и нарушения свойств вилитового материала, нелинейные ОПН могут утрачивать свои характеристики, перегреваться, в результате чего может произойти взрыв, угрожающий безопасности персонала и целостности оборудования. Для предотвращения подобных инцидентов производится испытание ОПН.

Зачем проводят испытания ограничителей перенапряжения?

Проведение испытаний ОПН требуется для контроля за их состоянием. Благодаря чему обеспечивается их работоспособность, как при вводе в работу, так и  в течении всего периода эксплуатации. А организация, эксплуатирующая электроустановку,  может быть уверена в полноценной защите электрооборудования на случай возникновения аварийного скачка напряжения. В зависимости от конкретной ситуации нелинейные ОПН могут подвергаться различным видам испытаний.

Типы испытаний

В зависимости от причин проведения, все испытания ОПН подразделяются на такие категории:

• Приемо-сдаточные – выполняются для вновь смонтированных устройств с целью определения соответствия параметров уже установленных ОПН. Так как в процессе монтажа или наладки электроустановок разрядники и ОПН могли быть повреждены, из-за чего их характеристики будут отличаться от заявленных. Данная категория испытаний является обязательной для всех ограничителей перенапряжения.
• Периодические – проводятся для тех моделей, которые уже включены в работу. Производятся с целью осуществления текущего контроля за состоянием защитного оборудования посредством проверки их параметров.
• Квалификационные – предназначены для определения способности какого-либо предприятия к началу производства ОПН. При этом первая партия подвергается выборочной проверке по ряду параметров, наиболее сложный из которых — его реакция на нерасчетный режим. Во время протекания которого внешняя рубашка подвергается чрезмерному давлению изнутри и создается угроза взрыва.
• Типовые – призваны учитывать особенности различных категорий, рассчитанных на особенности электроустановок определенного типа.

Периодичность

Испытания ОПН выполняются в соответствии с требованиями международного стандарта МЭК 60099-4:2004, который лег в основу разработки отечественного ГОСТ Р 52725-2007. Помимо них каждый изготовитель самостоятельно может ужесточать требования, в зависимости от индивидуальных особенностей сетей для которых выпускаются устройства. Этими НД регламентируется частота проведения тех или иных измерений.

Сопротивление проверяется с периодичностью: для моделей наружной установки – раз в 3 года, для внутренней – раз в 6 лет. Ток утечки должен проверяться ежегодно до начала грозового периода. Также рекомендуется осуществлять тепловизионный контроль с периодичностью раз в 3 года для сетей до 35 кВ, и раз в 2 года для 110 кВ и выше.

Параметры, проверяемые у ОПН

На различных этапах изготовления и последующей эксплуатации ограничители должны подвергаться тем или иным испытаниям, которые регламентируются вышеприведенными НД:

• Сопротивление изоляции – проверяется мегаомметром для контроля изоляции;
• Ток проводимости – позволяет проверить нелинейное сопротивление вилитовых дисков;
• Воздействие электрическим напряжением – для проверки прочности и устойчивости в различных режимах;
• Частичные разряды – используются для проверки устойчивости на пробой посредством амплитудных скачков тока;
• Остаточное напряжение – характеризует способность устройства к накоплению заряда;
• Механическая прочность – позволяет убедиться, что рубашка выдержит механические нагрузки; Рис. 1. Принцип проверки механической прочности
• Герметичность – определяет сопротивление корпуса проникновению влаги внутрь.

Объем и нормы приёмо-сдаточных испытаний ОПН

Все испытания приемо-сдаточного характера проводятся в соответствии с требованиями, которые устанавливает раздел 1.8.31 ПУЭ 7. Именно он регламентирует методику и те проверки, которые должны проходить вентильные разрядники и ОПН.

В зависимости от класса напряжения на  ОПН подается испытательное напряжение определенной величины, после чего регистрируется величина тока. Также в зависимости от номинального напряжения проверяется сопротивление агрегата. Но мегаомметр, при измерении сопротивления, должен выставляться на определенную величину напряжения.

Измерение тока проводимости

Одной из двух величин, измеряемых для ОПН, является ток проводимости. Перед началом испытаний ОПН необходимо отключить от сети. С его поверхности, ребер и фланцев должна удаляться пыль, мусор и прочие засорители. Категорически запрещается проводить измерения на мокрых или влажных ограничителях, необходимо дожидаться их полного высыхания. К выполнению таких работ должны приступать только работники, которые прошли обучение, имеют соответствующую группу по электробезопасности и право на выполнение таких испытаний. Для измерения тока проводимости используется следующая схема.

Рис. 2. Измерение тока проводимости

Как видите, на данной схеме к выводам испытательной установки (АИИ-70) последовательно подключается сам ОПН и миллиамперметр (мА). С началом испытаний высоковольтного оборудования напряжение от АИИ-70 должно плавно повышаться до установленной величины со скоростью, приблизительно 2 кВ в секунду. При этом температура устройства должна находиться в пределах от – 15 до +20ºС.

После установки уровня напряжения до нормативной величины производится измерение тока. Затем эту величину сравнивают с заводской, которая указывается в паспортных параметрах изготовителем.

В зависимости от уровня напряжения, на которое рассчитаны ОПН, замер тока проводимости производится:

• Устройствам до 3 кВ – величина не нормируется.
• От 3 до 35 кВ подается наибольшая величина максимально допустимого напряжения, при котором и производится замер тока. В результате его сравнивают с паспортной нормой.
• От 110 до 500 кВ на испытуемый объект подается 100 кВ промышленной частоты 50 Гц. Получаемый при этом ток сравнивается с данными заводской инструкции.

Замер сопротивления изоляции

Изоляция, при испытаниях ОПН, измеряется мегаомметром. При этом должен использоваться калиброванный прибор, имеющий отметку о такой поверке. В зависимости от уровня напряжения, на которое рассчитано устройство, изоляция электрооборудования проверяется в соответствии с такими принципами:

• Для испытаний ОПН до 3 кВ должен применяться мегаомметр на 1 кВ, а величина сопротивления должна быть не менее 1000 МОм.
• Если испытываются устройства от 3 до 35 кВ, то необходим мегаомметр на 2,5 кВ, а сопротивление, при этом, должно находиться в пределах установленных заводскими инструкциями.
• Для устройств от 110 до 500 кВ также применяется мегаомметр на 2,5 кВ, а величина сопротивления, при этом, должна быть не менее 3000 МОм. Но при этом, не должна отличаться, от регламентируемой заводскими нормами, более чем на ±30%.

Пример и описание протокола испытания ОПН

Все результаты по испытанию высоковольтного оборудования, включая те же ОПН, должны вноситься в протокол.

Рисунок 3. Пример заполнения протокола испытаний

Посмотрите на рисунок 3, как видите, протокол состоит из двух таблиц. В первой из них указываются паспортные данные. Эта таблица разделяется на 6 колонок, в которые вносятся тип, место его установки, изготовитель, присвоенный на заводе номер, даты выпуска и ввода в работу. Вся информация заносится для каждой фазы отдельно.

Во второй таблице указывается пофазный замер сопротивления. Где он сравнивается с паспортными и базовыми значениями. После проведения испытаний, в протоколе ставятся подписи работников, которые производили замеры.

Видео по теме