Защита от гнева богов. Устройства защиты от импульсных перенапряжений / Блог компании RUVDS.com / Хабр

ОПН расшифровка обозначения

Причины перенапряжения 

Причин, по которым происходит перенапряжение, может быть несколько. Прежде всего стоит отметить, что к электросети подключено немалое количество потребителей, включая объекты промышленного и строительного назначения. Казалось бы, какое это имеет значение? Но дело в том, что если, к примеру, тысяча человек одновременно включит приборы высокой мощности, к которым относятся чайники, СВЧ-печи, кондиционеры, стиральные машины и ряд некоторой техники, то случится скачок напряжения. Иногда по вечерам можно наблюдать такое явление, о чем сигнализируют лампочки. Однако при этом серьезной опасности для техники не существует. Совсем иначе обстоит дело, если на всем заводе или крупном строительном объекте сразу будут включены или отключены все приборы. В этом случае только ограничитель перенапряжений и спасает ситуацию. Такое может произойти, если электросеть сообщается с каким-нибудь крупным предприятием или строительством. 

Среди прочих причин можно выделить:

  • резкое изменение нагрузки распределительной системы;
  • повреждения энергоустановок, вызывавших короткое замыкание;
  • человеческий фактор;
  • прохождение грозового разряда вблизи линии электропередачи (ЛЭП);
  • удар молнии непосредственно в ЛЭП.

При этом импульсы могут достигать значения около 10 кВ по воздушным линиям. Во внутренней проводке домов оно равняется обычно примерно 6 кВ. А так как большинство электроприборов устойчиво к значению не более 1,5 кВ, поэтому установка таких защитных устройств просто необходима.

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:

Устройство ограничителя перенапряженияРисунок 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.

Вольтамперная характеристика ОПНРис. 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.

Для чего предназначены внутренние устройства молниезащиты и как они работают при разрядах

Стихийное возникновение молнии происходит внезапно, создавая огромные разрушения.

Защитить дом от него позволяет внешняя молниезащита, состоящая из молниеприемника, распложенного над крышей, а также молниеотвода и контура заземления.

Ток разряда, проникающий кратковременным импульсом по подготовленной цепи, имеет очень большую величину. Он наводит в близкорасположенной проводке здания и токопроводящих частях перенапряжения, способные сжечь изоляцию, повредить бытовые приборы.

Предотвратить опасные последствия грозового разряда предназначены внутренние устройства молниезащиты, представляющие собой комплекс технических устройств и приборов на основе модулей УЗИП с подключением их к системе заземления.

Они надежно работают не только при непосредственном ударе молнии по дому, но и гасят разряды, попадающие в:

  1. питающую ЛЭП;
  2. близлежащие деревья и строения;
  3. почву, расположенную рядом со зданием.

Если с ударом по ЛЭП обычно вопросов не возникает, то в последних двух случаях перенапряжение способно импульсом проникнуть в домашнюю проводку по контуру земли, трубам водопровода, канализации, другим металлическим магистралям, как показано на самой первой картинке

Работа внутренней молниезащиты происходит за счет подключения проникшего высоковольтного импульса на специально подобранный разрядник или электронный элемент — варистор.

Как работает варистор

Он включается на разность двух потенциалов и для обычного напряжения обладает очень большим сопротивлением, когда токи через него ограничиваются, не превышают нескольких миллиампер.

Вольтамперные характеристики варисторов

При попадании на схему варистора аварийный импульс открывает полупроводниковый переход, замыкая его накоротко. Через него начинает стекать опасный потенциал на защитное заземление.

После варистора опасное напряжение значительно ограничивается. На базе этих электронных компонентов созданы современные модули защиты — УЗИП.

УЗИП IEK

Классификация устройств

Стандартом предусмотрена классификация устройств по следующим параметрам:

  • числу вводов;
  • по способу осуществления защитных функций;
  • по месту расположения;
  • по способу монтажа;
  • по набору защитных функций;
  • по степени защиты наружной оболочки;
  • по роду тока питания.

uzip-start.jpg

Так выглядят устройства для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений.

По признаку количества вводов приборы защиты делятся на одновводные, то есть, имеющие один ввод и двухвводные. Защита может осуществляться различными способами, существуют устройства коммутирующего типа, приборы, осуществляющие ограничение напряжения, а также аппараты комбинированного типа. Место установки защиты зависит от вида защищаемого оборудования. Установка может осуществляться как наружно, так и внутри помещений. Способ установки аппаратов может быть стационарным либо переносным. Виды защит, содержащиеся в приборе, могут составлять комбинации из схем различных типов:

  • защиты теплового типа;
  • защиты, реагирующей на появление токов утечки;
  • защиты от сверхтока.

Степень защиты по IP должна соответствовать условиям эксплуатации. Приборы могут питаться переменным или постоянным током.

2. Обозначение ОПН на схемах. Принципиальные схемы подключения

Стандартное графическое обозначение элемента схемы ОПН приведено на рисунке 2.

Графическое обозначение ОПН
Рисунок 2 – Графическое обозначение ОПН

Схема подключения ОПН для защиты промышленных и жилых потребителей
Рисунок 3 – Схема подключения ОПН для защиты промышленных и жилых потребителей.

Защита РУ 10 кВ от набегающих грозовых волн с ВЛ напряжением 10 кВ
Рисунок 4 – Защита РУ 10 кВ от набегающих грозовых волн с ВЛ напряжением 10 кВ на деревянных опорах.

Применение

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

Пример использования ОПНРис. 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.

Типы УЗИП

Основной принцип защиты сетей и электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений заключается в подключении заземляющего контура для принятия импульсного разряда и снижение волны перенапряжения. Осуществляется это двумя путями:

  • разрядом импульса перенапряжения через воздушный промежуток;
  • снижением уровня перенапряжения посредством применения нелинейного элемента.

Виды ОПН

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.

Комбинация нескольких видов позволяет выстраивать многофункциональные или ступенчатые ограничители.

Фарфоровые

Фарфоровые ОПНРис. 4: фарфоровые ОПН

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

полимерные ОПНРис 5: полимерные ОПН

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.

опн обозначение на схеме

Ниже рассмотрим как выглядит ОПН на однолинейной схеме. Переменный резистор, который обозначается FV, как и разрядник.

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.

1.7. Схемы подключения ограничителей перенапряжения

В зависимости от системы заземления сети электроснабжения, используется один из видов соединения ограничителей перенапряжений, представленных на рис. 1.4, 1.5 или 1.6.

В системе сети TT существует возможность применения 4 типовых ограничителей перенапряжений или так называемой системы 3+1 (3 ограничителя перенапряжений + 1 ограничитель N-PE). Такие системы соединений касаются ограничителей классов I и II.

В случае применения ограничителей класса I, необходимо использовать системы с дополнительными предохранителями, соединенными последовательно с ограничителями. Применение предохранителей не обязательно, если выполняются соответствующие условия, описанные в разделе 1.6.

Системы соединений ограничителей перенапряжений класса I Системы соединений ограничителей перенапряжений класса I для систем питания TT, IT 

Полная версия статьи доступна только зарегистрированным пользователям!

Получите доступ ко всем материалам на сайте совершенно бесплатно!

Смотрите также:

Интернет-магазин

Обработка заказов ежедневно 8:00—20:00 (МСК) Контакты 8 800 550-52-50
shop@el.ru

Обозначение

На электрических принципиальных схемах в России разрядники обозначаются согласно ГОСТ 2.727—68.
1. Общее обозначение разрядника
2. Разрядник трубчатый
3. Разрядник вентильный и магнитовентильный
4. ОПН

Оплата

Наличными, Visa, MasterCard, Мир, по счету через банк, RBK Money, Яндекс.Деньги

Видео по теме статьи

https://www.youtube.com/watch?v=2ZZwQRD6q4I

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.

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.

Комплексный вариант безопасности - фотография 13

Принцип монтажа и работы единой системы прост:

      • Первым монтируется самый мощный аппарат.
      • В щиток устанавливается прибор меньших токовых характеристик.
      • В бытовых условиях достаточно варианта В и С или С и D.
      • Приборы работают по единому принципу. Они вступают в дело последовательно, благодаря чему напряжение снижается постепенно.

Список использованной литературы

  • М.А. Аронов, О.А.Аношин, О.Н.Кондратьев, Т.В.Лопухова. «Ограничители перенапряжений в электроустановках 6-750 кВ»   2001
  • Булат В.А. «Техника высоких напряжений» 2003
  • Александров Г.Н. «Ограничение перенапряжений в электрических сетях» 2003
  • Ю.В.Борц,  Е.В. Чекулаев «Контактная сеть» 1981
  • Базуткин В.В. Ларионов В.П. Пинталь Ю.С. «Техника высоких напряжений: Изоляция и перенапряжения в электрических системах» 1986

Видео по теме статьи

//www.youtube.com/embed/2ZZwQRD6q4I?feature=oembed

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...