Ограничители перенапряжений ОПНп

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.

 

 

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.

 

 

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.

 

Разрядники и ОПН

Характерные дефекты вентильных разрядников:

  • неравномерное распределение напряжения по элементам (для многоэлементных разрядников);
  • обрыв шунтирующего сопротивления;
  • увлажнение внутренней части в результате разгерметизации;
  • неправильная комплектация элементов.

У многоэлементных разрядников чаще всего из строя выходят верхние элементы из-за неравномерного распределения напряжения, которое может зависеть от высоты установки разрядника, от правильности установки элементов, конструктивного исполнения разрядника (в одну или в две колонки), размера экрана (во многих случаях экран, для РВ 110-220 кВ, не соответствует необходимым размерам, кроме того он должен быть изготовлен из трубы для уменьшения коронирования, а не из металлической полосы). При наличии в фазе разрядника элемента, имеющего обрыв шунтирующего резистора, наблюдается более интенсивный нагрев других элементов этой фазы разрядника, а сам нерабочий элемент имеет более низкую температуру.

Обследования разрядников необходимо проводить не реже 1 раза в год (желательно летом) т.к. время развития дефектов, характерных для разрядников, составляет примерно 12 мес. Большинство РВ, находящихся в эксплуатации энергосистем, выработали свой ресурс и уже не могут обеспечить эффективную защиту электрооборудования от перена- пряжений. Поэтому количество выявляемых дефектных разрядников с каждым годом увеличивается. В связи с этим на первый план выходит проблема замены их на более надёжные и простые в эксплуатации нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН), которые выпускаются как в фарфоровых, так и в полимерных корпусах. Контроль за ОПН, так же, как и за разрядниками, необходимо осуществлять 1 раз в год. Оценка их состояния, производится пофазным сравнением температур нагрева ограничителей одного присоединения. Исправный ОПН по всей высоте не должен иметь локальных нагревов, а температуры между фазами не должны отличаться друг от друга. На практике, пока не было выявлено ни одного дефектного ограничителя.

Каталог продукции

• ОПН-П-0,23кВ УХЛ1,2 ОПН-П-0,4кВ УХЛ1,2 ОПН-П-0,69кВ УХЛ1,2
• ОПН-П-3,3 КС УХЛ1,2
• ОПН-П-6кВ
• ОПН-П-10кВ
• ОПН-П-15кВ
• ОПН-П-20кВ
• ОПН-П-27,5кВ
• ОПН-П-35кВ
• ОПН-П-110кВ
• ОПН-П-150кВ
• ОПН-П-220кВ
• ОПН-П-330кВ
• ОПН-П-500кВ
• ОПН-П-750кВ

 

ОПНп-110 опорный ОПНп-110 подвесной

                                                           

ОПНп-35 КВ