Ограничитель перенапряжения Википедия

Ограничитель перенапряжения является безыскровым разрядником.

Устройство ограничителя перенапряжений

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

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

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

Принцип действия

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

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

Вольт-амперная характеристика ограничителя состоит из 3 участков:

1. – область малых токов;
2. – область средних токов;
3. – область больших токов.

• Вольт-амперная характеристика ОПН.

В первой области варисторы работают под рабочим напряжением, не превышающим наибольшее допустимое рабочее напряжение (сопротивление варисторов велико, через них протекает очень малый ток утечки).  В режим средних токов варистор переходит при возникновении перенапряжения в сети. При этом на границе 1 и 2 областей

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

Параметры ограничителей перенапряжений

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

Таблица 1
Значения испытательных напряжений изоляции ОПН

Номинальный разрядный ток ‘ном- А	Испытательное напряжение полного грозового импульса	Испытательное напряжение коммутационного импульса 250/2500 мкс (максимальное значение)	Испытательное кратковременное (одно- минутное) напряжение промышленной частоты (действующее значение)
1500, 2500. 5000	1,3	1,25 U к(1)	0.88
10 000. 20 000	1.3	1,25 25 U к (2)	1.06   (3)

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

Рис. 1. Конструктивные исполнения нелинейных ограничителей перенапряжений в фарфоровом (а) и полимерном (б) корпусах

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

Рис. 2. Аппараты серии ОПН (о — г) и ОПНИ (<5) в фарфоровых корпусах на напряжение:
а — 35 и 110 кВ: б — 150 н 220 кВ; в — 330 » 500 кВ; г — 750 и 1150 кВ, д — 500 кВ

Рис. 2, д
Полимерные корпуса идеально подходят для   ограничителей, нелинейные рабочие резисторы которых выполнены в виде одиночной колонки варисторов 1 большого диаметра (рис. 1, б). В этом случае создаются наилучшие условия для охлаждения HP. Тепловую устойчивость аппарата также повышает использование для заполнения пространства между колонкой варисторов и стеклопластиковой трубой специальных полимерных композиций (компаундов) 12, теплопроводность которых искусственно повышается наполнителям.
Таблица 2
Параметры ограничителей перенапряжения 110 — 500 кВ

Параметр	ОПН-110- ПН-УХЛ1	ОПН-220- ПН-УХЛ1	ОПН-330- ПН-У1	ОПН-500- ПН-УХЛ1
Номинальное напряжение, кВ Наибольшее длительно	110	220	330	500
допустимое рабочее напряжение, кВ	73	146	210	303
Напряжение на ограничителе, допустимое в течении времени, кВ (не более):
20 мин	88	175	250	365
20 с	95	190	270	390
3,5 с	100	200	290	420
1,0 с	105	210	305	440
0,15 с	112	225	325	470
Номинальный разрядный ток. А	5000	5000	10 000	10 000
Расчетный ток коммутационных перенапряжений, А	280	420	700	1200
Защитный уровень при ограничении грозовых перенапряжений, кВ	250	460	700	920
Кратность ограничения грозовых перенапряжений	2,42	2,23	2,36	2,15
Защитный уровень при ограничении коммутационных перенапряжений, кВ	180	360	520	750
Кратность ограничения коммутационных перенапряжений	1,74	1,74	1,75	1,75
Остающееся напряжение, кВ (не более), при импульсах тока 8/20 мкс с максимальным значением:
3000 А	230	430	620	825
5000 А	250	460	650	860
10 000 А	280	500	700	920
Пропускная способность:
20 импульсов тока 1,2/2,5 мс с максимальным значением, А	280	420	630	1200
20 импульсов тока 8/20 мкс
с максимальным значением, А	5000	5000	10 000	10 000
2 импульса тока 4/10 мкс с максимальным значением, А	_	—	65 000	65 000

Применяемые компаунды обладает высокой адгезией к оксидно-цинковой керамике. По этой причине пропускная способность HP ограничителя при грозовых импульсах тока в 1,5 — 2,0 раза выше пропускной способности составляющих его варисторов, испытанных индивидуально вне оболочки аппарата.
Таблица 3
Основные параметры ОПН 35 — 1150 кВ

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

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

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

Ограничитель перенапряжений. Ограничитель импульсных перенапряжений

Ограничитель импульсных перенапряжений — это один из наиболее широко известных высоковольтных приборов, использующийся для защиты сети.

Описание приспособления

Для начала стоит объяснить, из-за чего, в принципе, возникают импульсные перенапряжения и чем они опасны. Причиной появления этого процесса является нарушение в атмосферном или коммутационном процессе. Такие дефекты вполне способны нанести огромный ущерб электрическому оборудованию, которое подвергнется такому воздействию.

Тут стоит привести пример на громоотводе. Это устройство отлично справляется с отводом сильного разряда, бьющего в объект, однако оно никак не сможет помочь, если разряд попадет в сеть через воздушные линии. Если такое происходит, то первый же проводник, который попадется на пути у такого разряда, выйдет из строя, а также может стать причиной поломки другого электрического оборудования, которое подключено к этой же электрической сети. Элементарная защита — отключение всех приборов во время грозы, однако в некоторых случаях это невозможно, а потому были изобретены такие устройства, как ограничители перенапряжений ОПН.

Что даст использование устройства

Если говорить об обычных средствах защиты, то их конструктивное исполнение несколько хуже, чем у ОПН. При обычном исполнении устанавливаются карборундовые резисторы. Дополнительной конструкцией являются искровые промежутки, которые соединены между собой последовательным образом.

В ограничителях импульсных перенапряжений же имеются такие элементы, как нелинейные транзисторы. Основой для этих элементов стал оксид цинка. Таких деталей имеется несколько, и все они объединяются в одну колонку, которая помещается в специальный корпус из такого материала, как фарфор или полимер. Это обеспечивает полностью безопасное использование таких устройств, а также надежно защищает их от любых внешних воздействий.

Тут важно отметить, что основная особенность ограничителя перенапряжения — это конструкция оксидно-цинковых резисторов. Такое исполнение позволяет сильно расширить функции, которые может выполнять устройство.

Технические параметры

Как и у любого другого устройства, у ОПН имеется основная характеристика, которая определяет его работоспособность и качество. В данном случае таким показателем стала величина рабочего напряжения, которое может подводиться к клеммам устройства без какого-либо ограничения в плане времени.

Имеется еще одна характеристика — ток проводимости. Это значение тока, который проходит через прибор под воздействием напряжения. Измерить данный показатель можно лишь в условиях реального использования устройства. Основными числовыми показателями данного параметра являются емкость и активность. Общий показатель этой характеристики может достигать нескольких сотен микроампер. По полученному значению этой характеристики оценивается работоспособность ограничителя перенапряжений.

Описание устройства ОПН

Для того чтобы изготовить данное устройство, производители используют те же электротехнические и конструкторские методы, которые применяются в изготовлении других продуктов. Это наиболее заметно при осмотре размеров и материалов, использующихся для изготовления корпуса. Внешний вид также имеет некоторую схожесть с другими устройствами. Однако стоит отметить, что отдельного внимания удостаиваются такие вещи, как установка ограничителя перенапряжения, а также его дальнейшее подключение к общим электроустановкам потребительского типа.

Имеется несколько требований, которые предъявляются именно к этому классу устройств. Корпус ОПН должен быть полностью защищен от прямого прикосновения человека. Должен быть полностью исключен риск того, что устройство загорится из-за возможных перегрузок. Если элемент выйдет из строя, то это не должно повлечь за собой короткого замыкания в линии.

Назначение и применение ОПН

Основное предназначение нелинейных ограничителей перенапряжения — это защита изоляции электрического оборудования от атмосферных или коммутационных перенапряжений. Данное устройство относится к группе высоковольтных приборов.

В этих аппаратах отсутствует такой раздел, как искровой промежуток. Если сравнивать диапазон действия ОПН и обычного вентильного разрядника, то ограничитель способен выдерживать более глубокие перепады напряжения. Основная задача данного устройства — выдерживать эти нагрузки без ограничения по времени. Еще одно существенное отличие ограничителя перенапряжения от обычного вентильного заключается в том, что размеры, а также физический вес конструкции в данном случае гораздо ниже. Наличие такого элемента, как крышка из фарфора или полимеров, привело к тому, что внутренняя часть устройства надежно защищена от внешних воздействий окружающей среды.

ОПН-10

Устройство этого прибора несколько отличается от обычного ОПН. В данном варианте применяется колонка варисторов, которые заключены в покрышку. Для создания покрышки в данном случае используется уже не фарфор или полимеры, а стеклопластиковая труба, на которую опрессована оболочка из трекингостойкой кремнийорганической резины. Кроме того, колонка варисторов имеет алюминиевые выводы, которые поджаты с двух сторон, а также ввернуты внутрь трубы.

Ограничитель перенапряжений ОПН-10 относится к полимерной группе устройств. Основная задача данного прибора — это защита электрического оборудования распределительных устройств. Также применяются для защиты сетей элементы с классами 150 кВ, с изолированной или компенсированной нейтралью. Использовать эти приспособления можно на открытом воздухе в умеренных и холодных поясах. Диапазон рабочей температуры от минус 60 до плюс 60 градусов по Цельсию. Проводить монтажные работы, а также дальнейшую эксплуатацию оборудования можно лишь в соответствии с правилами техники безопасности.

Ограничитель импульсных перенапряжений ОПС1

Серия ограничителей импульсных напряжений ОПС1 используется также для защиты от грозовых или коммутационных перенапряжений. Устанавливается такой прибор в месте ввода электрической энергии на объект. Также может монтироваться на вводе главного распределительного щита объекта.

Существует несколько классов защиты. Агрегаты класса В применяются для того, чтобы защитить электрическую сеть от перенапряжения после прямого удара молнии. Место установки — на входе в здание, до ВРУ.

Класс С — специализируется на защите непосредственно электрического оборудования от таких процессов, как остаточное атмосферное и коммутационное воздействие. Место установки ограничителя — это местные распределительные щитки.

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

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