Что Такое Опн В Электрике

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.)

Что такое ограничитель перенапряжения и как он работает?

Одним из наиболее опасных аварийных режимов в электрических сетях является импульсный скачек напряжения при атмосферных разрядах, перехлесте линий или коммутационных операциях. Эта величина значительно опережает нарастание импульсного тока и воздействует на изоляцию электрооборудования и других устройств, поэтому классические автоматы и другие защиты, реагирующие на изменение номинального тока, против нее не эффективны.

Значение перенапряжения может в разы превышать номинальную рабочую величину, поэтому такое явление подвергает опасности все оборудование и элементы сети. Для предотвращения значительных убытков и последующих затрат на восстановление в электроустановках используются ограничители перенапряжения (ОПН).

Устройство и принцип действия

Конструктивно ограничитель перенапряжения включает в себя полупроводниковый элемент с нелинейной величиной сопротивления. Как правило, в роли таких элементов выступают вилитовые диски, изготовленные на основе оксидов цинка с включением в из состав тех или иных примесей. Снаружи диски закрываются защитной рубашкой, а на концах имеют электрические выводы, один из которых подводится к защищаемой электрической сети, а второй заземляется. Пример частного варианта устройства ограничителя перенапряжения представлен на рисунке 1 ниже:

Рисунок 1: устройство ограничителя перенапряжения

Работа ОПН схожа с обычным варистором, отличительной особенностью ограничителя являются некоторые различия с характеристикой варистора в части проводимости и скорости нарастания. Принцип действия ограничителя перенапряжения заключается в его нелинейной вольт-амперной характеристике (ВАХ). Это означает, что при номинальном напряжении сопротивление варисторов достаточно большое и ток через них не протекает – его сопротивление изоляции соизмеримо с изоляцией кабелей, изоляторов и электрических приборов.

В рабочем режиме при возникновении грозовых разрядов или других высоковольтных импульсов сопротивление нелинейных резисторов внутри ограничителя резко снижается. Как правило, эта величина приближается к нулю или несоизмеримо меньше сопротивления сети и всех подключенных к ней приборов. Поэтому при коммутационных или грозовых перенапряжениях ток разряда протекает только через ограничитель перенапряжения на землю, чем и обеспечивается защита электрооборудования.

Пределы срабатывания ограничителя перенапряжений на разряды молний или другие импульсные перенапряжения определяются его ВАХ.

Рис. 2: вольтамперная характеристика ОПН

Как видите из рисунка 2, при работе ограничителя перенапряжения до 600В, протекающий через него ток будет равен нулю. Как только это значение пересечет отметку в 600В, сопротивление резко уменьшиться и протекающий ток увеличиться до сотен и тысяч ампер.

Здесь кривая характеристики представлена тремя участками:

  • 1 – область нулевых или сверхмалых токов;
  • 2 – область средних токовых нагрузок;
  • 3 – область максимального тока.

Применение

Ограничитель перенапряжения применяется для предотвращения нарастания перенапряжения на электрическом оборудовании с последующим переводом импульса разряда на землю.

Рис. 3: пример использования ОПН

Широкое применение нелинейных ограничителей распространено в линиях электропередач, где они выступают в роли молниезащиты, а сами провода являются молниеприемниками. В промышленных целях ограничители перенапряжения используются для защиты различных электрических аппаратов и персонала, к примеру, на тяговых и трансформаторных подстанциях, распределительных устройствах и т.д. В бытовых устройствах ОПН применяются для установки в электрических щитках на вводе в здание или для защиты какого-либо ценного оборудования.

В связи с большим спектром решаемых задач ограничители перенапряжения подразделяются на несколько видов, которые отличаются по таким параметрам:

  • Класс напряжения – рабочая величина, на которую рассчитан ограничитель, разделяется на устройства до 1кВ и выше, как правило, номинал напряжения соответствует стандартному значению электрических параметров сети (6, 10, 35 кВ).
  • Материал рубашки – определяет тип изоляции наружного слоя, наиболее часто используются фарфоровые или полимерные модели.
  • Класс защищенности – определяет возможность установки или на открытой части, или только внутри помещения.
  • Количеству элементов или фаз – число ограничителей перенапряжения зависит от числа защищаемых фаз и величины питающего их напряжения.

Так для каждой из фаз в электроустановке может устанавливаться отдельная колонка или одна для всех. Также следует отметить, что в электроустановках на 110 кВ и более ОПН для одной фазы может собираться из нескольких однотипных элементов, к примеру, из трех на 35 кВ.

В зависимости от причин возникновения перенапряжения в сети устройство защиты должно выстраиваться в соответствии с требованиями стандартов:

  • ГОСТ Р 50571.18-2000 – от возможных перенапряжений в низковольтных сетях при замыканиях по высокой стороне.
  • ГОСТ Р 50571.19-2000 – от скачков, образованных воздействием молнии и возникающих в результате переключения электроустановок.
  • ГОСТ Р 50571.20-2000 – от перенапряжений генерируемых электромагнитными воздействиями.
Читать еще:  Skoda Octavia 1 8 Tsi Отзывы

Комбинация нескольких видов позволяет выстраивать многофункциональные или ступенчатые ограничители.

Фарфоровые

Достаточно распространенным вариантом являются ограничители коммутационных перенапряжений с фарфоровым корпусом. Такие модели отличаются своими эксплуатационными параметрами, так как керамика невосприимчива к воздействию солнечной радиации, а находящийся внутри вентильный разрядник практически не зависит от температуры внешней среды.

Также весомым преимуществом этих ограничителей является большая механическая прочность на сжатие и разрыв, благодаря чему их можно использовать и в качестве опорной конструкции. Но фарфоровые ОПН характеризуются сравнительно большим весом, а также представляют значительную угрозу в случае разрыва, так как осколки фарфора поражают близлежащие здания и могут травмировать персонал.

Полимерные

С развитием химической отрасли и распространением полимеров в качестве диэлектриков они значительно вытеснили фарфоровые ограничители. Полимерные ОПН представляют собой устройства с рубашкой из каучука, винила, фторопласта или других подобных материалов.

Полимерные ограничители куда боле устойчивы к воздействию влаги, отличаются меньшим весом и большей взрывобезопасностью, так как в случае разрушения корпуса избыточным давлением внутри колонки, рубашка повреждается по линии разлома, но не разлетается острыми осколками. Значительным преимуществом полимерных моделей является их устойчивость к динамическим нагрузкам.

К недостаткам полимерных ОПН относится способность к накоплению пыли и прочих засорителей на поверхности диэлектрика, которые со временем приводят к повышению пропускной способности, увеличению тока утечки и пробою изоляции. Также полимеры боятся солнечной радиации и температурных колебаний в окружающей среде.

Одноколонковые

Такие ограничители перенапряжения представляют собой один конструктивный элемент с нелинейным сопротивлением. Число полупроводниковых дисков в них набирается в соответствии с категорией защищаемой электроустановки. В зависимости от количества и типа осаживающейся на поверхности пыли и засорителей, одноколонковые ОПН подразделяются по классам от II до IV согласно градуировке ГОСТ 9920.

Многоколонковые

В отличии от предыдущих устройств борьбы с коммутационными перенапряжениями, эти средства защиты высоковольтного оборудования имеют несколько колонок, модулей или блоков, объединяемых в одну систему. Данный вид ОПН характеризуется большей надежностью по отношению к защищаемым объектам, так как способен реагировать и на одиночные, и на дифференциальные перенапряжения.

Технические характеристики

При выборе конкретной модели ограничителя перенапряжения обязательно учитываются такие параметры устройства:

  • Время срабатывания – характеризует скорость открытия полупроводникового элемента ограничителя после нарастания напряжения.
  • Рабочее напряжение – определяет величину электрической энергии, которую ОПН может выдерживать без нарушения работоспособности в течении любого промежутка времени.
  • Номинальное повышенное напряжение – значение рабочей величины, которое ОПН способен выдерживать в течении 10 секунд, также нормируется совместно с остаточным напряжением, которое остается в сети.
  • Ток утечки – возникает как результат приложения напряжения к ограничителю перенапряжения и определяется его омическим сопротивлением или параметрами резисторов. В исправном состоянии этот параметр составляет сотые или тысячные доли ампер, перетекающие по рубашке и полупроводнику от источника к проводу заземления.
  • Разрядный ток – величина, образующаяся при импульсных скачках, в зависимости от источника перенапряжения разделяется на атмосферные, электромагнитные и коммутационные импульсы.
  • Устойчивость к току волны перенапряжения – определяет способность сохранять целостность всех элементов конструкции в аварийном режиме.

Обслуживание и диагностика ОПН

В процессе эксплуатации ограничители перенапряжения не являются одноразовым элементом. Поэтому могут многократно производить операции перевода импульсного разряда на заземляющую шину автоматически. Из-за особенностей протекания и величины перенапряжения ОПН может утрачивать заводские параметры, снижать эффективность работы до полного выхода со строя. Для предотвращения подобных ситуаций они подвергаются периодической проверке в процессе эксплуатации, которая регламентируется п.2.8.7 ПТЭЭП. При этом проверяется:

  • Сопротивление – не менее раза в 6 лет, измеряется при помощи мегаомметра.
  • Ток проводимости – проверяется только при условии снижения предыдущего параметра.
  • Пробивное напряжение и герметичность проверяются только после заводского ремонта или при приемке в эксплуатацию на заводе. Самостоятельно электроснабжающими и эксплуатирующими организациями такие меры диагностики для ограничителей не производятся.
  • Тепловизионные измерения должны выполняться в соответствии с регламентом изготовителя или местными планово-предупредительными ремонтами.

Также в процессе эксплуатации может выполняться внешний осмотр устройства на наличие подгаров, сколов, загрязнения или других дефектов в изоляции.

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Ограничитель импульсных перенапряжений и схема установки разрядника

Ограничитель перенапряжений это часто недооцениваемый, но очень важный элемент домашнего электрощитка. Этот элемент рекомендован к установке производителями электрооборудования, в то время как среди самих электриков мнения разделены. Давайте разберёмся с этим делом. Наиболее частые вопросы про ограничитель выглядит следующим образом: Каковы классы разрядников? Из чего он состоит и как работает? Как подключить ограничитель перенапряжений? Действительно ли он защищает электрические устройства?

Классы защиты ограничителей

В области напряжения ниже 1000 В ограничители делятся на 4 класса, обозначенные буквами алфавита: A, B, C и D.

  1. Ограничитель класса А не используется в бытовых установках, а применяется для защиты линий электропередач.
  2. Протектор класса B используется для защиты от высоковольтовых скачков напряжения, например, вызванных ударом молнии к линии электропередач.
  3. Ограничитель класса C предназначен для защиты от перенапряжений со слегка более низкими значениями напряжения в сети. Защитные устройства класса B и C обычно устанавливаются в бытовых распределительных устройствах.
  4. Протектор класса D используется для прямой защиты выбранных электроустройств, чувствительных к импульсным помехам и всплескам в 220 В сети. Он монтируется в распределительном щите, за розеткой в электрической коробке или непосредственно в защищаемом устройстве.

Каждое устройство защиты ограничивает электрический потенциал только определенным уровнем. Чем ближе оборудование к А классу — тем более высокая мощность. Например:

  • Класс A уменьшит уровень напряжения до 6 кВ,
  • Класс B уменьшит уровень напряжения до 2,5 кВ,
  • Класс C уменьшит уровень напряжения до 1,5 кВ,
  • Класс D уменьшит уровень напряжения до 0,8 кВ.

Поэтому ограничители отдельных классов следует применять каскадно, постепенно снижая уровень предельного напряжения. То есть если одно распределительное устройство в доме — используем защитные устройства класса как B, так и C (есть сразу 2 в 1 защитные устройства B + C).

Если здание многоэтажное, в главном распределительном щитке должны использоваться защитные устройства класса B, а ограничители класса C следует использовать в распределительных щитках в отдельных квартирах.

Если подключенное к розетке устройство чувствительно к скачкам напряжения, можем также использовать ограничители класса D. К ограничителям класса А у нас нет доступа, это забота энергетической компании.

Поскольку рассматривать будем домашнюю проводку, статья будет посвящена защитным устройствам класса B и класса C (типа I и II).

Обозначение на принципиальных схемах

Основные символы, используемые при обозначении разрядников перенапряжения, следующие:

  1. Общее обозначение разрядника
  2. Разрядник трубчатый
  3. Разрядник вентильный и магнитовентильный
  4. ОПН

Установка ограничителя перенапряжений

Стандартный разрядник B или C (возможно, B + C) состоит из двух компонентов:

  1. Основа ограничителя
  2. Сменная вставка с защитным элементом

Основание защитного устройства установлено на DIN-рейке TS35. Оно имеет два хомута. Подключите провод фазы ( L ) или нейтральный ( N ) на котором может появиться слишком большой электрический потенциал. С другой стороны подсоедините защитный провод PE, который подключен к защитной линии распределительного устройства.

Защитный проводник должен иметь минимальное поперечное сечение 4 мм2, но не повредит взять ещё больше. В конце концов есть вероятность, что будет течь очень высокий ток.

Есть 3 контакта под терминалом PE. По стандарту в комплект входит вилка, которая вставлена в нужное место и позволяет соединять провода. Благодаря этим зажимам есть возможность удаленного уведомления в случае повреждения вставки или ее перегорания. Этот сигнал может быть подключен, например, к входу блока управления сигнализацией (смотрите схему). В этом случае панель управления будет проинформирована о повреждении вставки размыканием электрической цепи между красным и зеленым проводами.

Вставка содержит все наиболее важные элементы, благодаря которым защитник правильно функционирует:

  • Класс B (тип I) — основным элементом является просто искровой промежуток.
  • Класс C (тип II) — здесь деталь варистор является основным элементом.

Как работает защитник от перенапряжений

Защитой обеспечиваются устройства, питаемые от шнуров сети 220V, подключенных к разряднику в распределительной коробке. Это касается как фазных, так и нейтральных проводников (в зависимости от выбранного типа защиты).

Общее правило заключается в том, что на одной стороне защитного устройства соединяем фазные проводники и, возможно, нейтральный проводник, а с другой стороны — защитный провод.

Когда напряжение в системе в норме, сопротивление между проводами очень велико, порядка нескольких ГигаОм. Благодаря этому ток не течет через разрядник.

Читать еще:  Тойота Хайлендер Продажи В России

Когда происходит скачок напряжения в сети, ток начинает протекать через ограничитель на землю.

В защитных устройствах класса B основным элементом является искровой промежуток. При нормальной работе сопротивление его очень велико. В случае искрового промежутка это сопротивление является гигантским, поскольку искровой промежуток это фактически разрыв цепи. Когда молния ударяет в элемент электрической установки напрямую, сопротивление искрового промежутка падает почти до нуля благодаря электрической дуге. Из-за появления очень большого электрического потенциала в искровом промежутке между ранее разделенными элементами создается электрическая дуга.

Благодаря этому, например, фазовый провод, в котором имеется большой всплеск напряжения и защитный провод, создают короткое замыкание и большой ток протекает прямо на землю, минуя внутреннюю электрическую установку. После разряда искровой промежуток возвращается в нормальное состояние — то есть разрывает цепь.

Ограничитель класса C имеет внутри варистор. Варистор представляет собой специфический резистор, который обладает очень высоким сопротивлением при низком электрическом потенциале. Если в системе происходит скачок напряжения из-за разряда, его сопротивление быстро уменьшается вызывая протекание тока на землю и аналогичную ситуацию, как в случае искрового промежутка.

Разница между классом B и классом C заключается в том, что последний способен ограничивать всплески напряжения с меньшим потенциалом, чем прямой удар молнии. Недостатком этого решения является довольно быстрый износ варисторов.

Главным в ограничителях перенапряжений, независимо от используемого класса, является установка заземления с очень хорошими параметрами, то есть с очень низким электрическим сопротивлением. Если это сопротивление слишком велико — ток перенапряжения (вызванный ударом молнии) вместо протектора может протекать через электрическую систему и оставить на пути сгоревшее оборудование, включенное в данный момент к розеткам 220 вольт.

Схема подключения ограничителя к сети

Как подключить ограничитель к домашнему щитку? Начнем с основ. У нас есть однофазная сеть и одномодульный разрядник. Мы хотим защитить им фазовый провод. Тип сети — TN-S.

Подключаем фазный проводник питания непосредственно к разряднику и подключаем разрядник с другой стороны к клеммной колодке PE.

Но в этом домашнем коммутаторе больше ничего, кроме импульсного ограничителя. Добавим недостающие элементы.

Как видите, установка ограничителя перенапряжений не влияет на дальнейшую организацию компонентов в домашнем коммутационном щитке. Соединение устройства остаточного тока и автоматических выключателей осуществляется так же.

Вообще в распределительных устройствах разрядники перенапряжения класса B, C или B + C устанавливаются перед автоматическим выключателем (или автоматическими выключателями) и предохранителями токовой защиты. Но ограничитель является первым элементом, лежащим в основе защиты дома или квартиры.

Трехфазная установка

В трехфазной схеме увеличивается ширина ограничителя и количество защищаемых соединений. Однако принцип функционирования ограничителя остается неизменным. Наиболее часто используемые трехслойные системные защитные устройства, работающие в системе 4 + 0, что означает присоединение к разряднику следующих линий:

  • 3-фазные провода
  • 1 нейтральный провод

Каждый из проводов подлежащих защите имеет равные права, то есть возможные перенапряжения устраняются путем подачи тока на защитную установку и, как результат, на землю.

Конечно для установок TN-C (установка без отдельного защитного провода) можно приобрести защитные устройства только с 3 защищаемыми разъемами. Затем с нижней стороны подключите ограничитель к полосе PEN (нейтральная защита).

Безопасность и эффективность ограничителя

Каждый производитель рекомендует использовать дополнительный предохранитель защищающий сеть, в случае повреждения разрядника и короткого замыкания в фазовом проводе с защитным проводником.

В бытовых установках это не часто практикуется, потому что защита от короткого замыкания существует в виде прерывателя или предохранителя, а его малый номинальный ток безопасно защищает сеть от сбоев.

Параметры ограничителя перенапряжений

Перед тем как пойти в магазин и купить это устройство, нужно знать следующее:

  1. Количество модулей (терминалов) — зависит от типа вашей сети. 1 модуль можно купить когда есть однофазная система TN-C. 3 модуля, когда установка находится в сети TN-C трехфазной и 4 модуля когда сеть является трехфазной в TN-S или TT.
  2. Класс (тип) — можно выбирать между классами B, C или B + C. Если не уверены что перед вашей квартирой используется ограничитель типа B, стоит выбрать решение B + C. В противном случае ограничителя типа C будет достаточно.
  3. Номинальное напряжение, в котором работает ограничитель.
  4. Uc — рабочее напряжение протектора, то есть максимальный уровень напряжения который приведет к срабатыванию.
  5. In — номинальный ток ограничителя, то есть какой ток в случае короткого замыкания может протекать через разрядник.
  6. Imax — ток, который разрядник способен принимать во время атмосферного разряда. Обратите внимание, что оба значения (In = 30 000A и Imax = 60 000A) будут относительно большими по отношению к току при нормальной работе приборов в доме.
  7. Up — напряжение до которого уменьшается в случае разрыва. Например если потенциал достигает напряжения 10 000 В в случае всплеска — итоговое значение снижается до 150.

Стоит ли применять ограничитель в сети

Каждый электрик размышляет стоит ли вообще покупать разрядник. Ведь это не самый дешевый элемент электромонтажа. Теоретически, во время ремонта или строительства проводки с нуля в квартире или доме расходы 3000 рублей (в случае 4-модульного протектора) — капля в океане расходов. На практике у защитного блока не всегда будет возможность доказать, что он нужен. Даже если он сработает, снижение напряжения может не всегда защитить чувствительные электронные устройства (лучше обстоит дело с защитой класса D).

Тем не менее редакция 2Схемы.ру настоятельно рекомендует оснастить сеть этим оборудованием. Если он защитит даже одно ценное устройство, расходы сразу окупятся и даже с избытком!

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.

Читать еще:  Замена Свечей На Лансер 9

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 ).

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).

В третьей области ( больших токов) сопротивление варистора снова резко увеличивается. Эта область для варистора является аварийной.

Что такое ограничитель перенапряжения?

Назначение

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

Устройство

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

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

Устройство модульного ограничителя перенапряжения предоставлено на фото:

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

Принцип работы

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

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

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

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

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

Технические характеристики

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

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

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

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

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

Будет интересно прочитать:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector