Обмежувач перенапруги: пристрій, види, технічні характеристики

1. Пристрій і принцип дії
2. застосування
3. види ОПН
4. порцелянові
5. полімерні
6. Одноколонковие
7. Многоколонковие
8. Технічні характеристики
9. Обслуговування та діагностика ОПН

Одним з найбільш небезпечних аварійних режимів в електричних мережах є імпульсний стрибок напруги при атмосферних розрядах, перехльостами ліній або комутаційних операціях. Ця величина значно випереджає наростання імпульсного струму і впливає на ізоляцію електрообладнання та інших пристроїв, тому класичні автомати та інші захисту, що реагують на зміну номінального струму, проти неї не ефективні.

значення перенапруги може в рази перевищувати номінальну робочу величину, тому таке явище наражає на небезпеку все обладнання і елементи мережі. Для запобігання значним збитків і наступних витрат на відновлення в електроустановках використовуються обмежувачі перенапруги (ОПН).

Пристрій і принцип дії

Конструктивно обмежувач перенапруги включає в себе напівпровідниковий елемент з нелінійної величиною опору. Як правило, в ролі таких елементів виступають вілітовие диски, виготовлені на основі оксидів цинку з включенням в з складу тих чи інших домішок. Зовні диски закриваються захисною оболонкою, а на кінцях мають електричні висновки, один з яких підводиться до захищається електричної мережі, а другий заземлюється. Приклад окремого випадку пристрої обмежувача перенапруги представлений на малюнку 1 нижче:

Малюнок 1: пристрій обмежувача перенапруги

Робота ОПН схожа зі звичайним варистором, відмінною рисою обмежувача є деякі відмінності з характеристикою варістора в частині провідності і швидкості наростання. Принцип дії обмежувача перенапруги полягає в його нелінійної вольт-амперної характеристики (ВАХ). Це означає, що при номінальній напрузі опір варисторів досить велика і струм через них не протікає - його опір ізоляції можна порівняти з ізоляцією кабелів, ізоляторів і електричних приладів.

У робочому режимі при виникненні грозових розрядів або інших високовольтних імпульсів опір нелінійних резисторів всередині обмежувача різко знижується. Як правило, ця величина наближається до нуля або незрівнянно менше опору мережі і всіх підключених до неї приладів. Тому при комутаційних або грозових перенапруженнях струм розряду протікає тільки через обмежувач перенапруги на землю, чим і забезпечується захист електрообладнання.

Межі спрацювання обмежувача перенапруг на розряди блискавок або інші імпульсні перенапруги визначаються його ВАХ.

Рис. 2: вольтамперная характеристика ОПН

Як бачите з малюнка 2, при роботі обмежувача перенапруги до 600В, що протікає через нього струм буде дорівнює нулю. Як тільки це значення перетне позначку в 600В, опір різко зменшитися і протікає струм збільшитися до сотень і тисяч ампер.

Тут крива характеристики представлена трьома ділянками:

• 1 - область нульових або надмалих струмів;
• 2 - область середніх струмових навантажень;
• 3 - область максимального струму.

застосування

Обмежувач перенапруги застосовується для запобігання наростання перенапруги на електричному обладнанні з подальшим переведенням імпульсу розряду на землю.

Рис. 3: приклад використання ОПН

Широке застосування нелінійних обмежувачів поширене в лініях електропередач, де вони виступають в ролі блискавкозахисту, а самі дроти є блискавкоприймачами. У промислових цілях обмежувачі перенапруги використовуються для захисту різних електричних апаратів і персоналу, наприклад, на тягових і трансформаторних підстанціях, розподільчих пристроях і т.д. У побутових пристроях ОПН застосовуються для установки в електричних щитках на вводі в будинок або для захисту будь-якого цінного обладнання.

види ОПН

У зв'язку з великим спектром вирішуваних завдань обмежувачі перенапруги поділяються на кілька видів, які відрізняються за такими параметрами:

• Клас напруги - робоча величина, на яку розрахований обмежувач, розділяється на пристрої до 1 кВ і вище, як правило, номінал напруги відповідає стандартному значенню електричних параметрів мережі (6, 10, 35 кВ).
• Матеріал сорочки - визначає тип ізоляції зовнішнього шару, найбільш часто використовуються порцелянові або полімерні моделі.
• Клас захищеності - визначає можливість установки або на відкритій частині, або тільки всередині приміщення.
• Кількості елементів або фаз - число обмежувачів перенапруги залежить від числа захищаються фаз і величини живлячої їх напруги.

Так для кожної з фаз в електроустановці може встановлюватися окрема колонка або одна для всіх. Також слід зазначити, що в електроустановках на 110 кВ і більше ОПН для однієї фази може збиратися з декількох однотипних елементів, наприклад, з трьох на 35 кВ.

Залежно від причин виникнення перенапруги в мережі пристрій захисту має вибудовуватися відповідно до вимог стандартів:

• ГОСТ Р 50571.18-2000 - від можливих перенапруг в низьковольтних мережах при замиканнях по високій стороні.
• ГОСТ Р 50571.19-2000 - від стрибків, утворених впливом блискавки і виникають в результаті перемикання електроустановок.
• ГОСТ Р 50571.20-2000 - від перенапруг генеруються електромагнітними впливами.

Комбінація декількох видів дозволяє вибудовувати багатофункціональні або ступінчасті обмежувачі.

порцелянові

Рис. 4: порцелянові ОПН

Досить поширеним варіантом є обмежувачі комутаційних перенапруг з порцеляновим корпусом. Такі моделі відрізняються своїми експлуатаційними параметрами, так як кераміка несприйнятлива до впливу сонячної радіації, а знаходиться всередині вентильний розрядник практично не залежить від температури зовнішнього середовища.

Також вагомою перевагою цих обмежувачів є велика механічна міцність на стиск і розрив, завдяки чому їх можна використовувати і в якості опорної конструкції. Але порцелянові ОПН характеризуються порівняно великою вагою, а також становлять значну загрозу в разі розриву, так як осколки порцеляни вражають довколишні будівлі і можуть травмувати персонал.

полімерні

Рис 5: полімерні ОПН

З розвитком хімічної галузі і поширенням полімерів в якості діелектриків вони значно витіснили порцелянові обмежувачі. Полімерні ОПН є устрою з сорочкою з каучуку, вінілу, фторопласта або інших подібних матеріалів.

Полімерні обмежувачі куди більш стійкі до впливу вологи, відрізняються меншою вагою і більшою вибухобезпечністю, так як в разі руйнування корпусу надлишковим тиском всередині колонки, сорочка пошкоджується по лінії розлому, але не розлітається на гострі осколками. Значною перевагою полімерних моделей є їх стійкість до динамічних навантажень.

До недоліків полімерних ОПН відноситься здатність до накопичення пилу і інших засорітелей на поверхні діелектрика, які з часом призводять до підвищення пропускної спроможності, збільшення струму витоку і пробою ізоляції. Також полімери бояться сонячної радіації і температурних коливань в навколишнє середовище.

Одноколонковие

Такі обмежувачі перенапруги є один конструктивний елемент з нелінійним опором. Число напівпровідникових дисків в них набирається відповідно до категорії захищається електроустановки. Залежно від кількості і типу осаджують на поверхні пилу і засорітелей, одноколонковие ОПН поділяються за класами від II до IV згідно градуировке ГОСТ 9920.

Многоколонковие

На відміну від попередніх пристроїв боротьби з комутаційними перенапруженнями, ці засоби захисту високовольтного обладнання мають кілька колонок, модулів або блоків, що об'єднуються в одну систему. Даний вид ОПН характеризується більшою надійністю по відношенню до захищених об'єктів, так як здатний реагувати і на поодинокі, і на диференціальні перенапруги.

Технічні характеристики

При виборі конкретної моделі обмежувача перенапруги обов'язково враховуються такі параметри пристрою:

• Час спрацювання - характеризує швидкість відкриття напівпровідникового елемента обмежувача після наростання напруги.
• Робоча напруга - визначає величину електричної енергії, яку ОПН може витримувати без порушення працездатності протягом будь-якого проміжку часу.
• Номінальна підвищена напруга - значення робочої величини, яке ОПН здатний витримувати протягом 10 секунд, також нормується спільно із залишковим напругою, яке залишається в мережі.
• струм витоку - виникає як результат додатка напруги до обмежувача перенапруги і визначається його провідникові або параметрами резисторів. У справному стані цей параметр становить соті або тисячні частки ампер, що перетікають по сорочці і напівпровідника від джерела до проводу заземлення.
• Розрядний струм - величина, що утворюється при імпульсних скачках, в залежності від джерела перенапруги розділяється на атмосферні, електромагнітні і комутаційні імпульси.
• Стійкість до току хвилі перенапруги - визначає здатність зберігати цілісність всіх елементів конструкції в аварійному режимі.

Обслуговування та діагностика ОПН

В процесі експлуатації обмежувачі перенапруги не є одноразовим елементом. Тому можуть багаторазово проводити операції переказу імпульсного розряду на заземлювальну шину автоматично. Через особливості протікання і величини перенапруги ОПН може втрачати заводські параметри, знижувати ефективність роботи до повного виходу з ладу. Для запобігання подібних ситуацій вони піддаються періодичній перевірці в процесі експлуатації, яка регламентується п.2.8.7 ПТЕЕС. При цьому перевіряється:

• Опір - не менше разу на 6 років, вимірюється за допомогою мегаомметра.
• Струм провідності - перевіряється тільки за умови зниження попереднього параметра.
• Пробивна напруга і герметичність перевіряються тільки після заводського ремонту або під час приймання в експлуатацію на заводі. Самостійно електроснабжающімі і експлуатуючими організаціями такі заходи діагностики для обмежувачів не виробляються.
• Тепловізійні вимірювання повинні виконуватися відповідно до регламенту виробника або місцевими планово-попереджувальними ремонтами.

Також в процесі експлуатації може виконуватися зовнішній огляд пристрою на наявність подгара, відколів, забруднення або інших дефектів в ізоляції.

Відео по темі статті