+7 (800) 222-22-96 +7 (861) 222-22-96

Поиск

Меню



Ограничитель перенапряжения

Импульсный скачок напряжения – один из самых опасных аварийных режимов в электрических сетях. Возникает при атмосферных разрядах коммутационных операциях или перехлёсте линий. Импульсный скачок опережает возрастание импульсного тока, поэтому действует на изоляцию различных электрических устройств. Защиты, реагирующие на изменение номинального тока, например, классические автоматы, в таком случае неэффективны.

Так как возможно превышение перенапряжения в разы относительно номинальной рабочей величины, подобное явление подвергает опасности все элементы сети вместе с оборудованием.
Поэтому используют ограничители перенапряжения (ОПН), которые позволяют избегать опасности, тем самым предотвращая затраты на восстановление электрического оборудования.

Устройство и принцип действия ограничителей перенапряжения

В ограничителе перенапряжения находится полупроводниковый элемент, имеющий нелинейную величину сопротивления. Обычно в роли подобных элементов используются вилитовые диски. Их изготавливают из оксида цинка с добавлением определённых примесей. На концах дисков есть электрические выводы: один подводится к электрической сети, которую требуется защитить, а другой заземляется. Снаружи диски покрыты защитной рубашкой.

Устройство ограничителя перенапряжения

По работе ограничитель перенапряжения похож на обычный варистор. Отличается по характеристикам проводимости и скорости нарастания. Принцип работы ОПН заключается в особенности вольт-амперной характеристики: она нелинейна. Это значит, что сопротивление варисторов при номинальном напряжении большое - ток через них не идёт. Сопротивление изоляции можно сравнить с изоляцией электрических приборов и кабелей.

При возникновении высоковольтных импульсов, таких как грозовые разряды, внутри ограничителя резко снижается сопротивление резисторов (резисторы нелинейны). Чаще всего сопротивление снижается до нуля или намного меньше сопротивления сети со всеми подключёнными к ней электрическими приборами. Именно поэтому при перенапряжениях ток разряда проходит на землю только через ограничитель перенапряжения. Этим и обеспечивается защита всего электрического оборудования.

Вольтамперная характеристика ограничителя перенапряжения определяет его пределы срабатывания на импульсные перенапряжения.

Вольтамперная характеристика ограничителя перенапряжения

Протекающий через ограничитель ток при работе до 600В, равен 0. При превышении 600В сопротивление резко уменьшается, а значит ток увеличивается вплоть до тысяч ампер.

Если изобразить график процесса, он будет иметь три участка: с нулевым или сверхмалым током; со средним током и с максимальным током.

Применение ОПН

ОПН применяют для предотвращения перенапряжения на электрооборудовании. При этом импульс разряда выводится в землю.

Пример использования ограничителей перенапряжения (ОПН)

Ограничители перенапряжения широко применяются в линиях электропередач. В этом случае они выполняют функцию молниезащиты, в то время как провода – молниеприёмники. Также ОПН применяются в промышленности: на трансформаторных и тяговых подстанциях, распределительных устройствах и пр. для защиты персонала и имеющегося электрического оборудования. ОПН используются и в быту – устанавливаются на вводе в здание в электрических щитках, а также для защиты ценного оборудования.

Виды ограничителей перенапряжения

Так как спектр решаемых ограничителями задач довольно велик, устройства разделяют на разные виды.
Виды различаются следующими характеристиками:

  • Материал рубашки. Чаще всего встречаются устройства с полимерной или фарфоровой рубашкой. Тип изоляции наружного слоя определяется материалом рубашки.
  • Количество фаз (элементов). От числа защищаемых фаз и величины питающего напряжения зависит само число ограничителей.
  • Класс напряжения. По величинам, для которых работает ограничитель, устройства делятся: 1) до 1 кВ, 2)выше 1 кВ. Номинал напряжения обычно сопоставим со стандартными величинами электрических параметров сети в кВ (6,10, 35).
  • Класс защищённости. Установка возможна либо на открытой части, либо внутри помещения.

Для каждой фазы электрической установки может использоваться отдельная колонка, но возможно использование одной колонки для всех фаз. В электроустановках от 110кВ ограничитель для одной фазы может быть собран из нескольких элементов одного типа (например, 3 на 35 кВ).

ОПН должны выстраиваться в соответствии со стандартами в зависимости от причин перенапряжения в сети:

  • 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.

При комбинации нескольких видов выстраиваются ступенчатые (многофункциональные) ограничителя перенапряжения.

Фарфоровые ОПН

Фарфоровые ОПН

Ограничители коммутационных перенапряжений с корпусом из фарфора достаточно широко распространены. Такие ОПН имеют свои преимущества: керамика не подвержена влиянию солнечной радиации; вентильный разрядник, находящийся внутри, мало зависит от температуры во внешней среде. Высокий показатель механической прочности на сжатие и разрыв позволяет использовать такие ограничители в качестве опорной конструкции. Однако вес фарфоровых ограничителей довольно большой, к тому же фарфор опасен при в случае разрыва: осколки могут травмировать людей, попадая в близлежащие здания.

Полимерные ОПН

Полимерные ОПН

Полимерные ограничители практически вытеснили фарфоровые в связи с развитием химического производства и распространением использования полимеров в качестве диэлектриков. Материал рубашки полимерных ограничителей представлен каучуком, фторопластом, винилом и подобными современными полимерами.

У полимерных ОПН также есть ряд преимуществ: они намного более устойчивы к воздействию влажности, более безопасны при взрывах, так как меньше весят и при разрушении корпуса устройства избытком давления внутри колонки, рубашка ограничителя нарушается по линии разлома, не разлетаясь при этом острыми осколками. Также довольно важным преимуществом полимерных ограничителей является высокая устойчивость к нагрузкам динамического характера.

Но у полимерных ограничителей перенапряжения есть и свои недостатки. К ним относятся: способность накапливать на поверхности диэлектрика пыль и прочие засорители. Со временем это приводит к повышению пропускной способности. Из-за этого увеличивается ток утечки и происходит пробой изоляции. Также полимерные ОПН, в отличие от фарфоровых, зависят от воздействия солнечной радиации и колебаний температуры во внешней среде.

Одноколонковые ОПН

Одноколонковые ограничители своим устройством представляют один конструктивный элемент, имеющий нелинейное сопротивление. Для определения числа набранных полупроводниковых дисков необходимо провести соответствие с категорией электроустановки, которую требуется защитить.

Согласно градуировке ГОСТ 9920, одноколонковые ограничители перенапряжения разделяются на класса от II до IV. Разделение происходит в зависимости от типа и количества осаждающейся на поверхности устройства пыли и прочих засорителей.

Многоколонковые ОПН

Многоколонковые ограничители перенапряжения, в отличие от остальных упомянутых устройств, имеют несколько блоков, модулей или колонок для защиты высоковольтного оборудования. Эти колонки/модули/блоки объединяются в одну систему. Такие ограничители защищают требуемые объекты более надёжно, так как способны реагировать сразу на несколько видов перенапряжений: как на одиночные, так и на дифференциальные.

Технические характеристики

Выбирая конкретную модель ограничителя перенапряжения, в обязательном порядке учитывают некоторые характеристики устройства:

  • Рабочее напряжение. Позволяет определить количество электроэнергии, которую ограничитель способен выдерживать в течение любого временного промежутка без нарушения своей работоспособности.
  • Номинальное повышенное напряжение. Представляет собой значение рабочей величины, которое ограничитель имеет способность выдержать в течении 10 секунд. Величина нормируется вместе с остающимся в сети остаточным напряжением.
  • Время срабатывания. Данная величина характеризует скорость, с которой открывается полупроводниковый элемент ограничителя после нарастания напряжения.
  • Ток утечки. Это значение возникает из-за приложения напряжения к ОПН и должно определяться его омическим сопротивлением. Также возможно определение параметрами резисторов. В нормальном состоянии эта характеристика должна составить сотые или тысячные доли ампер, которые перетекают от источника тока к проводу заземления через рубашку к полупроводнику.
  • Разрядный ток. Образуется при скачках импульса. Разделяется на виды импульсов в зависимости от источника перенапряжения: электромагнитные, коммутационные, атмосферные.
  • Устойчивость к току волны перенапряжения. Величина, определяющая способность ограничителя сохранять работоспособность при возникновении аварийной ситуации.

Диагностика и обслуживание ограничителей перенапряжения

Ограничители перенапряжения – элементы не для одноразовой эксплуатации. Они могут сработать несколько раз, многократно автоматически переводя импульсный разряд на заземляющую шину. Ограничитель перенапряжения может постепенно утрачивать первоначальные заводские характеристики, снижая свою эффективность до окончательного выхода из строя из-за величины перенапряжения и особенностей протекания тока. Для предотвращения полной поломки устройств, в процессе эксплуатации их периодически подвергают проверкам. Это регламентируется в п.2.8.7 ПТЭЭП.

В проверке участвуют следующие параметры:

  • Сопротивление. Измерение проводится с помощью мегаомметра, минимум 1 раз в 6 лет.
  • Ток проводимости. Проверка необходимо только в случае, если предыдущий параметр снижен.
  • Пробивное напряжение и герметичность не проверяются организациями, занимающимися электроснабжением и эксплуатацией устройств. Эти характеристики подлежат проверке только после заводского ремонта или при приёме в эксплуатацию.
  • Тепловизионные измерения должны выполняться в соответствии с регламентом изготовителя или местными планово-предупредительными ремонтами.

В процессе эксплуатации также производится внешний осмотр ограничителя на наличие изоляционных дефектов. К ним относятся загрязнения, сколы, подгоревшие участки и прочее.