ул.Симферопольская
дом 5, офис 9
Пн-Вс с 9:00 до 18:00
Корзина
Корзина пуста
Область применения и принцип работы ограничителей перенапряжения (ОПН). Опн принцип работы
Область применения и принцип работы ограничителей перенапряжения (ОПН)
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:
- Высокая взрывобезопасность
- Высокая герметичность
- Небольшой вес
- Простота монтажа
- Возможность работы в загрязненных условиях
- 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:
- Высокая масса и габариты
- Взрывоопасность
- Низкая герметичность из-за низких эксплуатационных характеристик резиновых уплотнителей
- Худшие в сравнении с ОПНп тепловые характеристики
- < Назад
- Вперёд >
myelectro.com.ua
Смотри! Ограничитель перенапряжения опн импульсный класс
Электроприборы являются важной частью жизни каждого из нас. Ежедневно мы используем в быту стиральные машины, насосы, электрические печи, водонагреватели и другую полезную технику, благодаря которой человек имеет возможность создавать вокруг себя условия для комфортной жизни.
СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ:
Назначение
Современные электрические сети достаточно часто подвержены импульсным всплескам напряжения, которые вызваны коммутациями различных электроприборов, атмосферными разрядами или другими факторами. Попавший в воздушную электролинию, небольшой грозовой разряд может стать причиной перенапряжения, значение которого в некоторых случаях может достигать превышать десятки кВ.
Но даже если говорить о единичных значениях, приборам в доме или другом помещении может быть нанесен существенный вред. Это связано с тем, что большинство электрических приборов, которые окружают нас в быту, имеет устойчивость всего лишь к 1,5 кВ.
Ограничители напряжения можно применять для защиты оборудования от последствий:
- коммутационных скачков, которые могут иметь место на подстанциях, вследствие отключения или подключения мощности потребления энергии;
- бросков перенапряжения, распространяемых другими единицами оборудования;
- электростатических разрядов, которые могут появляться между работающими рядом устройствами.
Ограничители напряжения представляют собой самое доступное решения для безопасного и полноценного использования различных электрических приборов.
Несмотря на то, что такие скачки или перенапряжение могут длиться всего лишь долю секунды, этого времени часто бывает достаточно для того, чтоб сделать пробой в изоляции и спровоцировать короткое замыкание, последствия которого могут быть весьма разрушительны. Для исключения возникновения короткого замыкания, необходимо позаботиться о более надежной изоляции, которая приводит к существенному увеличению стоимости оборудования. По этой причине более выгодным и целесообразным становится использование ограничителей напряжения.
Ограничители напряжении используются в:
- Устройствах вводного и распределительного типа.
- Распределительных щитах главного назначения.
- Распределительных щитах в квартирах.
Устройство
Современные ограничители, которые используются для подавления импульсов перенапряжения, представляют собой небольшие эргономичные устройства, оснащенные сменными модульными элементами. Системы ограничения могут устанавливаться в основных и второстепенных распределительных щитах.
Главным рабочим элементом ограничителя является варистор, который представляет собой реостат из плотно расположенных варисторных таблеток. Таблетки изготавливаются из смеси оксида цинка, оксидов висмута, кобальта и других металлов. Сопротивление устройства уменьшается с увеличением силы тока, и благодаря этому:
- электрическая техника может пропускать сверхтоки и компактно гасить их без искровых промежутков;
- обеспечивается срабатывание защиты в кратчайший срок;
- практически моментально возвращается в исходное изоляционное состояние и в готовность принять очередной поток импульсов.
Варистор размещается в модульной вставке. После выхода из строя этот элемент можно легко заменить. Модульные устройства производятся в широком диапазоне пропускной токовой способности. Это обусловлено тем, что ограничители призваны защищать приборы от скачков различной мощности.
Стоит отметить, что при использовании комплектных ограничителей одного производителя, для увеличения токовой способности допускается их параллельная установка.
Ограничитель устанавливается в сеть на весь период использования участка проводки, который нуждается в протекции. Периодической замене подлежит только сменная вставка. Габариты этого элемента часто рассчитаны на возможность использования только вместе с прибором с конкретной пропускной токовой способностью. Пока по проводке идет энергия стандартного назначения, варистор пропускает ток. Как только клеммы прибора зафиксируют аномальный всплеск, аппарат выполнит свое предназначение. При возникновении напряжения равного по значению воспламенению, термический предохранитель прервет работу ограничителя.
Обратите внимание, что применение ограничителей является возможным только при наличии системы заземления.
Виды ограничителей
На сегодняшний день можно выделить три основных вида ограничителей:
- ОПН класса А. Системы ограничителей, предназначенные для защиты от сверхтоков, вызванных прямым попаданием грозовых разрядов в сеть. Устанавливаются и крепятся чаще всего с наружной стороны объекта, в точке перехода воздушной линии в кабельное продолжение.
- ОПН класса В. Обеспечивают протекцию от всплесков импульсов и скачков в пределах 4 кВ. Монтируются на вводе здания и защищают силовую сеть распределительного типа.
- ОПН класса С. Ограничители, которые сбрасывают все, что пропустила защита устройств категории В. Монтируются в водном щите квартир и офисов, защищают внутреннюю электропроводку.
- ОПН класса D. Предназначены для защиты устройств, чувствительных к коротким сверхтокам. Устанавливаются в квартирных щитах или непосредственно в оборудовании.
Виды ограничителей лучше всего учитывать при выборе защиты. Это необходимо для того, чтоб не приобрести прибор, который будет обладать абсолютно ненужными характеристиками.
Технические характеристики
Ограничители напряжения устанавливаются на DIN-рейку распределительных щитовых из металла. Для сброса показателей импульсной тепловой энергии необходимо обязательное наличие заземляющего проводника РЕ. Ограничители устанавливаются между землей и фазой или землей и нулевым проводником. Ограничитель срабатывает за считанные доли секунд и тем самым гарантирует приборам надежную защиту от повреждения электрооборудования.
Для обеспечения автономного строения, которое не оснащено грозовой защитой, лучше всего использовать трехступенчатое сооружение А-В-С, которое сможет ограничивать волны импульсов с показателями 6-4-2,5 кВ.
Полезное видео
Подробнее о конструкции, принципе действия и вариантах исполнения ограничителей перенапряжения вы можете узнать из видео ниже:
Использование таких приборов, безусловно, необходимо для безопасного и качественного функционирования электрических приборов. Но для достижения максимального эффекта специалисты рекомендуют использовать систему из приборов класса B, C и D.
elektrika.wiki
Ограничитель перенапряжения - это... Что такое Ограничитель перенапряжения?
Ограничитель перенапряжений (ОПН)
Разря́дник — электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях.
Применение
В электрических сетях часто возникают импульсные всплески напряжения, вызванные коммутациями электроаппаратов, атмосферными разрядами или иными причинами. Несмотря на кратковременность такого перенапряжения, его может быть достаточно для пробоя изоляции и, как следствие, короткого замыкания, приводящего к разрушительным последствиям.[1] Для того, чтобы устранить вероятность короткого замыкания, можно применять более надежную изоляцию, но это приводит к значительному увеличению стоимости оборудования. В связи с этим в электрических сетях целесообразно применять разрядники.
Устройство и принцип действия
Разрядник состоит из двух электродов и дугогасительного устройства.
Электроды
Один из электродов крепится на защищаемой цепи, второй электрод заземляется. Пространство между электродами называется искровым промежутком. При определенном значении напряжения между двумя электродами искровой промежуток пробивается, снимая тем самым перенапряжение с защищаемого участка цепи. Одно из основных требований, предъявляемых к разряднику — гарантированная электрическая прочность при промышленной частоте (разрядник не должен пробиваться в нормальном режиме работы сети).
Дугогасительное устройство
После пробоя импульсом искровой промежуток достаточно ионизирован, чтобы пробиться фазным напряжением нормального режима, в связи с чем возникает короткое замыкание и, как следствие, срабатывание устройств РЗиА, защищающих данный участок. Задача дугогасительного устройства — устранить это замыкание в наиболее короткие сроки до срабатывания устройств защиты.
Виды разрядников
Трубчатый разрядник
Трубчатый разрядник представляет собой дугогасительную трубку из полихлорвинила, с разных концов которой закреплены электроды. Один электрод заземляется, а второй располагается на небольшом расстоянии от защищаемого участка (расстояние регулируется в зависимости от напряжения защищаемого участка). При возникновении перенапряжения пробиваются оба промежутка: между разрядником и защищаемым участком и между двумя электродами. В результате пробоя в трубке возникает интенсивная газогенерация, и через выхлопное отверстие образуется продольное дутье, достаточное для погашения дуги .
Вентильный разрядник
Вентильный разрядник РВМК-1150
Вентильный разрядник состоит из двух основных компонентов: многократного искрового промежутка (состоящего из нескольких однократных) и рабочего резистора (состоящего из последовательного набора вилитовых дисков). Многократный искровой промежуток последовательно соединен с рабочим резистором. В связи с тем, что вилит меняет характеристики при увлажнении, рабочий резистор герметично закрывается от внешней среды. Во время перенапряжения многократный искровой промежуток пробивается, задача рабочего резистора — снизить значение сопровождающего тока до величины, которая сможет быть успешно погашена искровыми промежутками. Вилит обладает особенным свойством — его сопротивление нелинейно — оно падает с увеличением значения силы тока. Это свойство позволяет пропустить больший ток при меньшем падении напряжения. Благодаря этому свойству вентильные разрядники и получили свое название. Среди прочих преимуществ вентильных разрядников следует отметить бесшумность срабатывания и отсутствие выбросов газа или пламени.
Магнитовентильный разрядник (РВМГ)
РВМГ состоит из нескольких последовательных блоков с магнитным искровым промежутком и соответствующего числа вилитовых дисков. Каждый блок магнитных искровых промежутков представляет собой поочередное соединение единичных искровых промежутков и постоянных магнитов, заключенное в фарфоровый цилиндр.
При пробое в единичных искровых промежутках возникает дуга, которая за счет действия магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом, начинает вращаться с большой скоростью, что обеспечивает более быстрое, по сравнению с вентильными разрядниками, дугогашение.
ОПН
Различные ОПН
Ограничитель перенапряжения нелинейный (ОПН) — это разрядник без искровых промежутков. Активная часть ОПН состоит из последовательного набора варисторов. Принцип действия ОПН основан на том, что проводимость варисторов нелинейно зависит от приложенного напряжения. В нормальном режиме ОПН не пропускает ток, но как только на участке сети возникает перенапряжение, сопротивление ОПН резко снижается, чем и обуславливается эффект защиты от перенапряжения. После прохождения разряда через ОПН, его сопротивление опять возрастает. Переход из «закрытого» в «открытое» состояния занимает меньше 1 наносекунды (в отличие от разрядников с искровыми промежутками, у которых это время равняется нескольким микросекундам). Кроме быстроты срабатывания ОПН обладает еще рядом преимуществ. Одним из них является стабильность характеристики варисторов после неоднократного срабатывания вплоть до окончания указанного времени эксплуатации, что, кроме прочего, устраняет необходимость в эксплуатационном обслуживании.
Обозначение
На электрических принципиальных схемах в России разрядники обозначаются согласно ГОСТ 2.727—68.1. Общее обозначение разрядника2. Разрядник трубчатый3. Разрядник вентильный и магнитовентильный4. ОПН
Примечания
- ↑ Общие принципы выбора варисторов для защиты от импульсных напряжений
Источники
- Родштейн Л. А. Электрические аппараты: Учебник для техникумов. — 4-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. — 304 с: ил.
Wikimedia Foundation. 2010.
dic.academic.ru
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.
220v.guru
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.
Поделитесь с коллегами и сокурсниками
pomegerim.ru
Ограничитель перенапряжений ОПН
В конце 70-х годов прошлого века трансформаторы ОРДУ 135000/500 мощности 135 МВА на напряжение 500 кВ в опытно-промышленной эксплуатации были установлены сначала на Волжской ГЭС, а затем на Волгоградской ГЭС. Эти трансформаторы были спроектированы таким образом, что выбор их главной изоляции производился по допустимому рабочему напряжению. Успешная эксплуатация их открывала перспективу выпуска трансформаторов сверхвысокого напряжения со сниженным уровнем изоляции и, таким образом, большую техникоэкономическую эффективность.
Защита этих трансформаторов от перенапряжений осуществлялась специально разработанными защитными аппаратами с более низким защитным уровнем по отношению к коммутационным и грозовым перенапряжениям по сравнению с промышленно выпускаемыми ограничителями перенапряжений, а именно 720 кВ при расчетном токе грозовой волны.
За время, прошедшее с начала эксплуатации, не было отмечено каких-либо неполадок с этими трансформаторами. В то же время, защитные аппараты требуют замены и модернизации. Положительный опыт эксплуатации данного высоковольтного оборудования предполагает расширение номенклатуры защитных аппаратов данного типа за пределы класса 500 кВ.
Наряду со сказанным следует отметить, что состояние высоковольтного энергетического оборудования в Российской Федерации характеризуется высокой степенью его изношенности. В частности, уровни электрической прочности изоляции силовых трансформаторов на многих подстанциях снижены на 10-20 %. Поскольку современное состояние экономики и электротехнической промышленности не позволяет в массовом порядке проводить ремонты и замены высоковольтного оборудования электрических станций и подстанций, то применение защитных аппаратов со сниженным уровнем ограничения перенапряжений является вполне актуальной проблемой. Применение ограничителей, обеспечивающих более глубокое по сравнению со стандартной защитной аппаратурой ограничение перенапряжений, является для современных условий экономически оправданным решением.
В связи с этим разработка новых ограничителей перенапряжений, обладающих указанным свойством, даже при заметном усложнении их конструкции является целесообразной. Попытка решения указанной научно-технической проблемы была предпринята в ООО «Севзаппром» (г. Санкт-Петербург) совместно со специалистами испытательного центра НИЦ-26, Санкт-Петербургского государственного Политехнического университета и Всероссийского электротехнического института (ВЭИ).
Авторами был разработан искровой модуль, комплектующий модифицированные ограничители перенапряжений на классы напряжений от 110 до 750 кВ, имеющие пониженный уровень ограничения по сравнению с аналогичными аппаратами отечественных и зарубежных производителей. Искровой модуль представляет собой коммутирующее устройство на основе искровых промежутков с магнитным гашением дуги, позволяющее снизить уровень ограничения до 20 % по сравнению с величиной стандартного аппарата путем шунтирования части нелинейного резистора ОПН при достижении заданного уровня напряжения на аппарате. Принципиальная схема ограничителя перенапряжений с искровым модулем представлена на рис. 1. ОПН состоит из колонки последовательно соединенных высоконелинейных сопротивлений варисторов (1). Параллельно части высоконелинейных сопротивлений включаются коммутирующие элементы (2). Количество коммутирующих элементов определятся необходимой величиной дополнительного снижения уровня ограничения напряжения.
Внешний вид ограничителя показан на рис. 2. Под рабочим напряжением и при квазистационарных перенапряжениях модифицированный ОПН работает как стандартный ограничитель перенапряжений. При грозовых и коммутационных воздействиях в момент достижения максимально возможного расчетного уровня перенапряжения срабатывает коммутирующее устройство, отсекающее часть нелинейных сопротивлений, тем самым обеспечивая снижение уровня ограничения на величину падения напряжения на коммутирующем устройстве. В качестве элементов, составляющих коммутирующее устройство, использованы искровые промежутки, при разработке которых за основу была взята конструкция искрового промежутка (ИП) с магнитным гашением дуги, применявшегося ранее в разрядниках типа РВМГ и РВМК. Следует отметить, что производство искровых промежутков для указанных разрядников в России на сегодняшний день прекратилось.
Кроме того, характеристики старых разрядных промежутков, изоляционную основу которых составляет картон, не соответствуют современным требованиям. В частности, эксперименты, проведенные в рамках данной работы, показали неспособность искровых промежутков старого типа коммутировать грозовые импульсы тока с амплитудой 100 кА. Кроме того, в опытах была обнаружена нестабильность геометрии конструкции этих разрядников, проявляющаяся в короблении картона под воздействием различных внешних факторов. В связи с этим потребовалась разработка новых искровых промежутков, лишенных отмеченных недостатков. В качестве изоляционной основы разработанных искровых промежутков использованы современные полимерные материалы, обладающие высокой электрической и механической прочностью. В качестве материала электродов использован специальный сорт латуни с большим содержанием цинка. Положительное влияние цинка связано с тем, что наличие паров цинка в среде, где горит электрическая дуга, приводит к более стабильному ее гашению при переходе тока через нуль. Кроме этого, в процессе экспериментов была несколько изменена форма электродов, что привело к более качественной настройке промежутков и стабилизации их разрядных характеристик.
Разработанные искровые промежутки (рис. 3, 4) обеспечивают высокую стабильность при срабатывании и гашении сопровождающего тока. Стабильность характеристик зажигания последовательно соединенных искровых промежутков достигается путем шунтирования некоторых из них дополнительными емкостями (керамические конденсаторы). Экспериментальная осциллограмма, иллюстрирующая момент зажигания разряда в искровых промежутках и гашения дуги сопровождающего тока, приведена на рис. 4 Для группы искровых промежутков, находящихся под рабочим напряжением (кривая 1), в момент времени, обозначенный на рис. 5 символом A, подается грозовой импульс перенапряжения. После зажигания разряда через искровые промежутки протекает сопровождающий ток. В точке B на рис. 5 происходит гашение дуги, сопровождающий ток через искровые промежутки прекращается. Разброс напряжения срабатывания группы искровых промежутков, установленных на секции ОПНГ, не превосходит 5 % вне зависимости от типа импульса (грозовой или коммутационный).
Более подробно процесс зажигания разряда в искровом промежутке представлен осциллограммами рис. 6, где построены кривые тока в ИП и напряжения на элементарной ячейке шунтированной части нелинейного резистора. Из рис. 6 видно, что срабатывание искрового промежутка происходит при токе через резистор порядка 800 А. При этом напряжение на варисторе падает с десяти до долей киловольт, а ток через искровой промежуток превосходит 3000 А. Секция ОПНГ-500 с установленными на ней коммутирующими элементами показана на рис. 7. Данное техническое решение реализовано при разработке специального ограничителя перенапряжений ОПНГМ-Ф-500 УХЛ1 (см. рис. 2), предназначенного для защиты трансформаторов типа ОРДЦ-135000/500-У1 с пониженной электрической прочностью изоляции, установленных на Волжской ГЭС.
Изготовленный опытный образец ограничителя прошел все квалификационные испытания, предусмотренные ГОСТом на нелинейные ограничители перенапряжений. Кроме того, секция, оборудованная шунтирующими искровыми промежутками, успешно прошла комплекс испытаний, предусмотренных ГОСТом на разрядники, в частности, испытания на дугогасительную способность, а также предусмотренных ГОСТом на нелинейные ограничители перенапряжений. В частности, был проведен полный цикл рабочих испытаний для ОПН на секции резисторов с шунтирующими разрядниками. Таким образом, специализированный защитный аппарат для глубокого ограничения перенапряжений при защите высоковольтного оборудования класса 500 кВ с с пониженным уровнем изоляции подготовлен к серийному производству. Аналогичным образом могут быть разработаны и изготовлены ограничители перенапряжений и для других классов напряжений от 110 до 750 кВ. Для оценки эффекта от применения защитного аппарата типа ОПНГ рассмотрим результаты расчета грозовых перенапряжений для ОРУ тупиковой подстанции 500 кВ, что соответствует наиболее тяжелым воздействиям от набегающих грозовых волн.
В результате анализу подлежат процессы в схеме с одной подходящей ВЛ, одним трансформатором и одним защитным аппаратом, собранными по схеме замещения типа «рогатка» (рис. 8). Пороговое значение тока через ОПН, при котором происходит срабатывание шунтирующих разрядников, было принято равным 0,8 кА. В проведенных расчетах замыкание реализовано с помощью идеального ключа. На практике в течение некоторого периода времени параллельно 1/6 части резистора ОПН будет включено переменное сопротивление, величина которого снижается до некоторого минимального сопротивления. Расчеты проводились волновым методом с помощью программного комплекса «Минск» [2]. Приведенные результаты показывают максимальное возможное снижение перенапряжений в схеме ОРУ.
Воздействие в расчетах представлено косоугольным импульсом с фронтом 0,5-2 мкс и длиной волны 75 мкс. Его можно трактовать как волну, набегающую с ВЛ при прорыве молнии непосредственно на фазный провод при неучете перекрытия 
линейной изоляции. Причем, для амплитуды 1000 кВ это допущение является справедливым, для 10000 кВ следует ожидать перекрытия и среза набегающей волны, определяемого вольт-секундной характеристикой линейной изоляции и сопротивлением заземления опор. Результаты анализа, кривые напряжения на трансформаторе и ОПН при различных комбинациях параметров воздействия (амплитуда и ширина фронта волны перенапряжения) приведены на рис. 9. На графиках рис. 9 приведены в сравнении кривые перенапряжений при использовании стандартного ОПН, обозначенные «опн полн.», и ОПН с искровым модулем, обозначенные как «ОПН срез». Сводная характеристика перенапряжений при использовании в качестве защитного аппарата стандартного ОПН и ОПН с искровым модулем приведена в таблице. В последней колонке таблицы дано процентное снижение воздействующего на трансформатор напряжения при замене стандартного ОПН на ОПН с искровым модулем. В частности, из таблицы следует, что эффект применения ОПНГ может выражаться в 10-15 % снижении импульсного напряжения, вызываемого грозовыми волнами.
Выводы
1. Разработан специальный ограничитель перенапряжений, обеспечивающий более глубокое ограничение перенапряжений по сравнению с применением стандартного защитного аппарата.
2. ОПН успешно прошел полный комплекс испытаний, предусмотренных государственными стандартами на нелинейные ограничители перенапряжений и разрядники.
3. Анализ перенапряжений в типовых ситуациях защиты силовых трансформаторов от перенапряжений показал эффективность применения представленной разработки.
pue8.ru
Ограничитель перенапряжения что это такое | Что
» Что
Применение ограничителей перенапряжения (ОПН)
Назначение ограничителей перенапряжения (ОПН)
Ограничители перенапряжения (ОПН) относятся к высоковольтным аппаратам, предназначенным для защиты изоляции электрооборудования от атмосферных и коммутационных перенапряжении.
В отличие от традиционных вентильных разрядников с искровыми промежутками и карборундовыми резисторами/они не содержат искровых промежутков и состоят только из колонки нелинейных резисторов на основе окиси цинка, заключенных в полимерную или фарфоровую покрышку.
Оксидно-цинковые резисторы позволяют применять ОПН для более глубокого ограничения перенапряжений по сравнению с вентильными разрядниками и способны выдерживать без ограничения времени рабочее напряжение сети. Полимерная или фарфоровая покрышка обеспечивает эффективную защиту резисторов от окружающей среды и безопасность эксплуатации.
Габариты ОПН и их вес значительно меньше по сравнению с вентильными разрядниками.
Нормативные документы по использованию ограничителей перенапряжения (ОПН)
В настоящее время существуют следующие нормативные документы, которые в той или иной мере рассматривают вопросы защиты электропитающих установок от перенапряжений:
Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД 34.21.122-87)
Временные указаниях по применению УЗО в электроустановках зданий (Письмо Госэнергонадзора России от 29.04.97 № 42-6/9-ЭТ разд.6, п. 6.3)
ГОСТ Р 50571.18-2000, ГОСТ Р 50571.19-2000, ГОСТ Р 50571.20-2000.
Технические характеристики ограничителей перенапряжения (ОПН)
Наибольшее длительно действующее рабочее напряжение (Uc) - это наивысшее эффективное значение напряжения переменного тока, которое может быть подведено к зажимам ОПН без ограничения времени.
Номинальное напряжение - это нормативный параметр согласно МЭК99-4, определяющий значение переменного напряжения, которое ОПН должен выдерживать в течение 10 секунд при рабочих испытаниях.
Ток проводимости - это ток, текущий через ОПН под влиянием напряжения, приложенного к зажимам ОПН в условиях эксплуатации. Этот ток состоит из активной и емкостной составляющих и его величина составляет несколько сот микроампер, По этому току в эксплуатации производится оценка качества работы ОПН.
Устойчивость ОПН к медленно изменяющемуся напряжению -это способность ОПН выдерживать повышенный уровень напряжения промышленной частоты без разрушения в течение заданного времени. По этому значению напряжения производится настройка защитного отключения ОПН по истечению заданного времени.
Номинальный разрядный ток - это ток по которому классифицируется защитный уровень ОПН в грозовом режиме при импульсе 8/20 мкс.
Расчетный ток коммутационного перенапряжения - это ток, по которому классифицируется защитный уровень при коммутационных пере напряжениях с параметрами импульса 30/60 мкс.
Предельный разрядный ток - это пиковое значение грозового разрядного тока формой 4/10 мкс, который применяется для проверки прочности ОПН в случае прямого удара молнии в месте его установки.
Токовая пропускная способность - это норматив ресурса ОПН за весь срок эксплуатации при наиболее неблагоприятных случаях ограничения как грозовых, так и коммутационных перенапряжений. Эквивалентом пропускной способности является класс разряда линии, который по МЭК99-4 имеет 5 классов.
Устойчивость к короткому замыканию в ОПН - это способность поврежденного ограничителя выдерживать без взрыва покрышки токи короткого замыкания сети в месте установки ОПН.
Конструкция ограничителей перенапряжения (ОПН)
Большинство крупных фирм производителей электротехнической продукции при разработке и выпуске ОПН используют те же конструкторские решения, технологии и дизайн, что и для производства других электроустановочных изделий. Это касается габаритных размеров, материала корпуса, применяемых технических решений для установки изделия в электроустановку потребителя, внешнего вида и других параметров. Дополнительно к конструкции ограничителей перенапряжений могут быть предъявлены следующие требования:
Корпус устройства должен быть выполнен с соблюдением требований по защите от прямого прикосновения (класс защиты не ниже IP20)
Отсутствие риска возгорания устройства защиты или короткого замыкания в линии в случае его выхода из строя в результате перегрузки
Наличие простой и надежной индикации выхода из строя, возможность подключения дистанционной сигнализации
Удобство монтажа на объекте (установка на стандартную DIN рейку, совместимость с автоматическими предохранителями большинства европейских производителей: ABB, Siemens, Schrack и др.)
Школа молодого опнщика, назначение и принцип действия ОПН
На сайт Балтэнерго поступает много вопросов, связанных с ОПН. Часть из них носит конкретный характер, например, по дополнительным данным на приобретённый ограничитель. На подобные вопросы мы стараемся отвечать незамедлительно. Но часть вопросов носит общий характер. К примеру, по параметрам ограничителей, в том числе и по толкованию самих терминов, которые приведены в документации производителей ОПН. Это связано с тем, что в настоящее время практически не издаётся популярная научно-техническая литература по электротехнике, к тому же дешёвая, подобно широко известной в то время “Библиотеке электромонтёра” или “Массовой библиотеке инженера”. А несмотря на свою кажущуюся конструктивную простоту, ОПН - сложный электротехнический аппарат. Скажем так: ОПН – это просто, но не очень… И у теоретиков и у практиков есть много нерешенных вопросов. Достаточно сказать, что до сих пор не принят основополагающий документ по ОПН – ГОСТ, а целый ряд существующих документов имеют разночтения. Тем не менее, активное внедрение ограничителей в практику, тем более учитывая их роль в энергосистемах, ставит вопрос о более глубокой теоретической и практической подготовке обслуживающего персонала. Поэтому мы пришли к выводу о необходимости поместить на нашем сайте ряд взаимосвязанных статей по основам теории и практике ОПН, не особо теоретизируя и в то же время не упрощая подачу материала с тем, чтобы он был доступен широкому кругу практиков. Но так как большинству читателей –практиков основы защиты энергетических систем от перенапряжений известны ( по применению, например, вентильных разрядников), то общеизвестных истин повторять не будем. Конечно, при указанном подходе возможны некоторые упрощения, могут быть и неточности. Но мы открыты для любой критики, тем более конструктивной. Особенно ценны предложения по тематике будущих статей. По возможности, будем ссылаться на используемые источники- учебные пособия, статьи, документы и др. но если вдруг кто-то из авторов не найдёт ссылки на свой труд - не обвиняйте нас в плагиате – ведь никаких коммерческих выгод от этих публикаций мы не получим.
Этот цикл статей назовём непритязательно - “ Школа молодого опнщика”. И так – урок первый. Начнём с назначения и принципа действия.
Урок 1. Назначение и принцип действия ОПН
Ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН)-электрические аппараты, предназначенные для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений. Основным элементом ОПН является нелинейный резистор – варистор ( varistor. от англ. Vari ( able ) ( Resi ) stor – переменное, изменяющееся сопротивление).
Основное отличие материала нелинейных резисторов ограничителей от материала резисторов вентильных разрядников состоит в резко нелинейной вольт-амперной характеристики (ВАХ) и повышенной пропускной способности. Применение в ОПН высоконелинейных резисторов позволило исключить из конструкции аппарата искровые промежутки, что устраняет целый ряд недостатков, присущих вентильным разрядникам.
Основной компонент материала резисторов ОПН – оксид (окись) цинка ZnO. Оксид цинка смешивают с оксидами других металлов – закисью и окисью кобальта, окисью висмута и др. Технология изготовления оксидно-цинковых резисторов весьма сложна и трудоёмка и близка к требованиям при производстве полупроводников – применение химически чистого исходного материала, выполнение требований по чистоте и т. д. Основные операции при изготовлении – перемешивание и измельчение компонентов, формовка ( прессование) и обжиг. Микроструктура варисторов включает в себя кристаллы оксида цинка (полупроводник n – типа) и междукристаллической прослойки ( полупроводник p – типа). Таким образом, варисторы на основе оксида цинка ZnO являются системой последовательно – параллельно включённых p – n переходов. Эти p – n переходы и определяют нелинейные свойства варисторов, то есть нелинейную зависимость величины тока, протекающего через варистор, от приложенного к нему напряжения.
В настоящее время варисторы для ограничителей изготовляются как цилиндрические диски диаметром 28 – 150 мм, высотой 5 – 60 мм (рис 1). На торцевой части дисков методом металлизации наносятся алюминиевые электроды толщиной 0.05-0.30 мм. Боковые поверхности диска покрывают глифталевой эмалью, что повышает пропускную способность при импульсах тока с крутым фронтом.
Рис. 1. Нелинейный резистор – варистор
Диаметр варистора ( точнее - площадь поперечного сечения ) определяет пропускную способность варистора по току, а его высота - параметры по напряжению.
При изготовлении ОПН то или иное количество варисторов соединяют последовательно в так называемую колонку. В зависимости от требуемых характеристик ОПН и его конструкции и имеющихся на предприятии варисторов ограничитель может состоять из одной колонки (состоящей даже из одного варистора) или из ряда колонок, соединённых между собой последовательно/ параллельно.
Для защиты электрооборудования от грозовых или коммутационных перенапряжений ОПН включается параллельно оборудованию (рис. 2 ).
Рис .2
Защитные свойства ОПН объясняются вольт–амперная характеристикой варистора.
Вольт – амперная характеристика конкретного варистора зависит от многих факторов, в том числе от технологии изготовления, рода напряжения - постоянного или переменного, частоты переменного напряжения, параметров импульсов тока, температуры и др.
Типовая вольт- амперная характеристика варистора с наибольшим длительно допустимым напряжением 0.4 кВ в линейном масштабе приведена на рис. 3.
Рис. 3. Вольт – амперная характеристика варистора
На вольт – амперной характеристике варистора можно выделить три характерных участка: 1) область малых токов 2) средних токов и 3) больших токов. Область малых токов – это работа варистора под рабочим напряжением, не превышающим наибольшее допустимое рабочее напряжение. В данной области сопротивление варистора весьма значительно. В силу неидеальности варистора сопротивление хотя и велико, но не бесконечно. поэтому через варистор протекает ток, называемый током проводимости. Этот ток мал - десятые доли миллиамперметра.
При возникновении грозовых или коммутационных импульсов перенапряжений в сети варистор переходит в режим средних токов. На границе первой и второй областей происходит перегиб вольт – амперной характеристики, при этом сопротивление варистора резко уменьшается (до долей Ома). Через варистор кратковременно протекает импульс тока, который может достигать десятков тысяч ампер. Варистор поглощает энергию импульса перенапряжения, выделяя затем её в виде тепла, рассеивая в окружающее пространство. Импульс перенапряжения сети “ срезается” (рис. 4).
Рис. 4
В третьей области ( больших токов) сопротивление варистора снова резко увеличивается. Эта область для варистора является аварийной.
Ограничители импульсных перенапряжений
Перенапряжением называется любое превышение напряжения относительно максимально допустимого для данной сети. К этому виду сетевых помех относятся как перенапряжения достаточно большой длительности, например, связанные с перекосом фаз, так и перенапряжения с длительностью от десятков до сотен микросекунд, вызванные, например, грозовыми разрядами.
Под импульсным перенапряжением понимается кратковременное, чрезвычайно высокое напряжение между фазами или фазой и землей с длительностью, как правило, до 1 мс.
По своей природе импульсные перенапряжения делятся на внешние и внутренние.
Внешние (атмосферные) возникают при ударе молнии в объект или вблизи объекта, поэтому делятся на индуцированные перенапряжения и перенапряжения прямого удара молнии.
Внутренние перенапряжения возникают при различных изменениях схемы сети или параметров установки (коммутационные перенапряжения).
И соответственно, ограничитель импульсных перенапряжений предназначен:
- - для защиты от грозовых импульсных перенапряжений - для защиты от коммутационных импульсных перенапряжений.
Проявление угрозы
Источники: http://electricalschool.info/main/elsnabg/220-primenenie-ogranchitelejj.html, http://baltenergo.spb.ru/articles_5.php, http://xn---23-qddzevhjx8i.xn--p1ai/opn
Комментариев пока нет!restart24.ru
Карта сайта
г.Краснодар, ул.Симферопольская дом 5, офис 9
8 (989) 212 27 02 
8 (861) 260 24 40
