Ограничитель перенапряжения: устройство, виды, технические характеристики

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.

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

Рис. 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

Рис 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.

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.

Видео по теме статьи

www.asutpp.ru

принцип работы, классы и разница между ними

Современный человек, стараясь идти в ногу со временем, насыщает свой дом электроприборами самого различного назначения. Но не каждый домовладелец задумывается о том, что в случае возникновения в сети даже очень кратковременного импульсного напряжения в разы превышающего номинальное, весь его дорогостоящий парк электротехники и электроники может выйти из строя. Что примечательно, воздействие перенапряжения на электрические потребители пагубно тем, что пораженная техника, как правило, становится не пригодной для ремонта. Данный форс-мажор пусть не часто, но гарантировано может быть следствием перенапряжения в сетях, вызванного воздействием грозы, аварийным перехлестом фаз или коммутационных процессов. Защитить электрооборудование призваны так называемые устройства защиты от импульсных перенапряжений. Принцип работы УЗИП, классы и разницу между ними мы рассмотрели ниже.

Классификация УЗИП

Аппараты защиты от импульсных напряжений являются широким и обобщенным понятием. В эту категорию устройств входят приборы, которые можно подразделить на классы:

• I класс. Предназначены для защиты от непосредственного воздействия грозового разряда. Данными устройствами в обязательном порядке должны укомплектовываться вводно-распределительные устройства (ВРУ) административных и промышленных зданий и жилых многоквартирных домов.
• II класс. Обеспечивают защиту электрических распределительных сетей от перенапряжений, вызванных коммутационными процессами, а также выполняющие функции второй ступени защиты от воздействия удара молнии. Монтируются и подключаются к сети в распределительных щитах.
• III класс. Применяются, чтобы обезопасить аппаратуру от импульсных перенапряжений, вызванных остаточными бросками напряжений и несимметричным распределением напряжения между фазой и нулевым проводом. Устройства данного класса работают также в режиме фильтров высокочастотных помех. Наиболее актуальны для условий частного дома или квартиры, подключаются и устанавливаются непосредственно у потребителей. Особой популярностью пользуются устройства, которые изготавливаются, как модули, оснащенные быстросъемным креплением для установки на din-рейку, либо имеют конфигурацию электрических штепсельных розеток или сетевых вилок.

Типы устройств

Все устройства, обеспечивающие защиту от импульсных перенапряжений, подразделяются на два типа, которые отличаются по конструкции и принципу действия. Рассмотрим, как работает УЗИП разных видов.

Вентильные и искровые разрядники. Принцип действия разрядников основан на использовании эффекта искровых промежутков. В конструкции разрядников предусмотрен воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы линии электропередач с заземляющим контуром. При номинальной величине напряжения цепь в перемычке разорвана. В случае воздействия грозового разряда в результате перенапряжения в ЛЭП происходит пробой воздушного зазора, цепь между фазой и землей замыкается, импульс высокого напряжения уходит напрямую в землю. Конструкция вентильного разрядника в цепи с искровым промежутком предусматривает резистор, на котором происходит гашение высоковольтного импульса. Разрядники в большинстве случаев находят применение в сетях высокого напряжения.

Ограничители перенапряжения (ОПН). Данные устройства пришли на смену устаревшим и громоздким разрядникам. Для того чтобы понять, как работает ограничитель, надо вспомнить свойства нелинейных резисторов, принцип работы ОПН построен на использовании их вольтамперных характеристик. В качестве нелинейных резисторов в УЗИП используется варистор. Для людей не искушенных в тонкостях электротехники, немного информации, из чего состоит и как он работает. В качестве основного материала для изготовления варисторов служит оксид цинка. В смеси с окислами других металлов создается сборка, состоящая из p-n переходов, обладающая вольтамперными характеристиками. Когда величина напряжения в сети соответствует номинальным параметрам, ток в цепи варистора близок к нулю. В момент возникновения перенапряжения на p-n переходах происходит резкое возрастание тока, что приводит к снижению напряжения до номинальной величины. После нормализации параметров сети варистор возвращается в непроводящий режим и влияние на работу устройства не оказывает.

Компактные размеры ОПН и обширный диапазон разновидностей данных приборов позволили значительно расширить область применения этих устройств, появилась возможность использования УЗИП, как средства защиты от перенапряжений для частного дома или квартиры. Однако ограничители импульсных напряжений, собранные на варисторах, несмотря на все свои преимущества по сравнению с разрядниками, имеют один существенный недостаток – ограничение ресурса работы. Вследствие встроенной в них тепловой защиты, прибор после срабатывания остается некоторое время неработоспособным, по этой причине на корпусе УЗИП предусмотрено быстросъемное устройство, позволяющее произвести быструю замену модуля.

Более подробно о том, что такое УЗИП и какое у него назначение, вы можете узнать из видео:

Как обустроить защиту?

Прежде чем приступить к установке и подключению средств защиты от импульсных перенапряжений, необходимо сделать заземление в доме, иначе все работы по обустройству УЗИП потеряют весь смысл. Классическая схема предусматривает 3 уровня защиты. На вводе устанавливаются разрядники (УЗИП класс I) , обеспечивающие грозозащиту. Следующее защитное устройство класс II, как правило, ОПН подключается в распределительном щите дома. Степень его защиты должна обеспечивать снижение величины перенапряжения до параметров безопасных для бытовых приборов и сети освещения. В непосредственной близости электронных изделий, чувствительных к колебаниям по току и напряжению желательно подключить УЗИП класса III.

При подключении УЗИП необходимо предусмотреть их токовую защиту и защиту от коротких замыканий вводным автоматическим выключателем или плавкими предохранителями. Подробнее о монтаже данных защитных устройств мы расскажем в отдельной статье.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео, в котором подробно рассмотрена классификация устройств защиты от перенапряжений, принцип действия и советы по выбору подходящего аппарата:

Вот мы и рассмотрели принцип работы УЗИП, классы и разницу между ними. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной!

Будет интересно прочитать:

samelectrik.ru

УЗИП: особенности выбора и применения

Что такое УЗИП и для чего оно нужно?

Ограничитель перенапряжения в электроустановках напряжением до 1 кВ называют устройством защиты от импульсных перенапряжений – УЗИП. Устройства защиты от импульсных перенапряжений – как раз и призваны защитить электрооборудование от подобных ситуаций. Они служат для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсов тока на землю, снижения амплитуды перенапряжения до уровня, безопасного для электрических установок и оборудования. УЗИП применяются как в гражданском строительстве, так и на промышленных объектах.

Основной российский документ, определяющий, что такое УЗИП, это ГОСТ Р 51992-2002, «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах».

УЗИП призваны обеспечить защиту от ударов молнии в систему молниезащиты здания (объекта) или воздушную линию электропередач (ЛЭП), защитить высокочувствительное оборудование и технику от импульсных перенапряжений и коммутационных бросков питания. Широкое распространение получили УЗИП с быстросъемным креплением для установки на DIN-рейку.

Аппараты защиты от импульсных напряжений включают в себя устройства нескольких категорий.

Конструкция УЗИП постоянно совершенствуется, повышается их надежность, снижаются требования по техническому обслуживанию и контролю.

Как работает УЗИП?

УЗИП устраняет перенапряжения:

·         Несимметричный (синфазный) режим: фаза — земля и нейтраль – земля.

·         Симметричный (дифференциальный) режим: фаза — фаза или фаза – нейтраль.

В несимметричном режиме при превышении напряжением пороговой величины устройство защиты отводит энергию на землю. В симметричном режиме отводимая энергия направляется на другой активный проводник.

Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S. В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП. В нем нет контакта для подключения нулевого проводника.

По принципу действия УЗИП разделяются вентильные и искровые разрядники, нередко применяемые в сетях высокого напряжения, и ограничители перенапряжения с варисторами.

В разрядниках при воздействии грозового разряда в результате перенапряжения пробивает воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы с заземляющим контуром, и импульс высокого напряжения уходит в землю. В вентильных разрядниках гашение высоковольтного импульса в цепи с искровым промежутком происходит на резисторе.

УЗИП на основе газонаполненных разрядников рекомендуется к применению в зданиях с внешней системой молниезащиты или снабжаемых электроэнергией по воздушным линиям.

В варисторных устройствах варистор подключается параллельно с защищаемым оборудованием. При отсутствии импульсных напряжений, ток, проходящий через варистор очень мал (близок к нулю), но как только возникает перенапряжение, сопротивление варистора резко падает, и он пропускает его, рассеивая поглощенную энергию. Это приводит к снижению напряжения до номинала, и варистор возвращается в непроводящий режим.

УЗИП имеет встроенную тепловую защиту, которая обеспечивает защиту от выгорания в конце срока службы. Но со временем, после нескольких срабатываний, варисторное устройство защиты от перенапряжений становится проводящим. Индикатор информирует о завершении срока службы. Некоторые УЗИП предусматривают дистанционную индикацию.

Как выбрать УЗИП?

При проектировании защиты от перенапряжений в сетях до 1 кВ, как правило, предусматривают три уровня защиты, каждая из которых рассчитана на определенный уровень импульсных токов и форму фронта волны. На вводе устанавливаются разрядники (УЗИП класса I), обеспечивающие молниезащиту. Следующее защитное устройство класса II подключается в распределительном щите дома. Оно должно снижать перенапряжения до уровня, безопасного для бытовых приборов и электросети. В непосредственной близости от оборудования, чувствительного к броскам в сети, можно подключить УЗИП класса III. Предпочтительнее использовать УЗИП одного вендора.

Для координации работы ступеней защиты устройства должны располагаться на определенном расстоянии друг от друга — более 10 метров по питающему кабелю. При меньших дистанциях требуется включение дросселя, возмещающего недостающие активно-индуктивные сопротивления проводов. Также рекомендуется защищать УЗИП с помощью плавких вставок.

При каскадной защите требуется минимальный интервал 10 м между устройствами защиты.

Классы УЗИП не являются унифицированными и зависят от конкретной страны. Каждая строительная организация может ссылаться на один из трех классов испытаний. Европейский стандарт EN 61643-11 включает определенные требования по стандарту МЭК 61643-1. На основе МЭК 61643 создан российский ГОСТ Р 51992.

Оценка значимости защищаемого оборудования.

Необходимость защиты, экономические преимущества устройств защиты и соответствующие устройства защиты должны определяться с учетом факторов риска: соответствующие нормы прописаны в МЭК 62305-2. Критерии проектирования, монтажа и техобслуживания учитываются для трех отдельных групп. Первая группа включает меры защиты для минимизации риска ущерба имуществу и вреда здоровью людей (МЭК 62305-3), вторая группа — меры защиты для минимизации отказов электрических и электронных систем (МЭК 62305-4), третья группа — для минимизации рисков ущерба имуществу и отказов инженерных систем (МЭК 62305-5).

Оценка риска воздействия на объект.

Нормы установки молниезащитных разрядников прописаны в международном стандарте МЭК 61643-12 (Принципы выбора и применения). Несколько полезных разделов содержит международный стандарт МЭК 60364 (Электроустановки зданий):

·         МЭК 60364-4-443 (Защита для обеспечения безопасности). Если установка запитывается от воздушной линии или включает в себя такую линию, должно предусматриваться устройство защиты от атмосферных перенапряжений, если грозовой уровень для рассматриваемого объекта соответствует классу внешних воздействий AQ 1 (более 25 дней с грозами в год).

·         МЭК 60364-4-443-4 (Выбор оборудования установки). Этот раздел помогает в выборе уровня защиты для разрядника в зависимости от защищаемых нагрузок. Номинальное остаточное напряжение устройств защиты не должно превышать выдерживаемого импульсного напряжения категории II.

Выбор оборудования по МЭК 60364.

В качестве первой ступени лучше применять УЗИП на базе разрядников без съемного модуля. Вряд ли вам удастся найти варисторное устройство с номинальным током Iimp более 20 кА. Шкаф, в котором установлено УЗИП такого типа, должен быть из несгораемого материала.

Важнейшим параметром, характеризующим УЗИП, является уровень напряжения защиты Up. Он не должен превышать стойкость электрооборудования к импульсному напряжению. Для УЗИП I-го класса Up не превышает 4 кВ. Уровень напряжения защиты Up для устройств II-го класса не должен превышать 2,5 кВ, для III-го класса — 1,5 кВ. Это тот уровень, который должна выдерживать техника.

Ещё несколько важных параметров, которые необходимо знать для выбора УЗИП. Максимальное длительное рабочее напряжение Uc – действующее значение переменного или постоянного тока, которое длительно подаётся на УЗИП. Оно равно номинальному напряжению с учетом возможного завышения напряжения в электросети.

Минимальное требуемое значение Uc для УЗИП в зависимости от системы заземления сети.

Номинальный ток нагрузки IL – максимальный длительный переменный (действующее значение) или постоянный ток, который может подаваться к нагрузке. Этот параметр важен для УЗИП, подключаемых в сеть последовательно с защищаемым оборудованием. УЗИП обычно подключаются параллельно цепи, поэтому данный параметр у них не указывается.

Выбор защитной аппаратуры: чувствительное оборудование и оборудование здания.

Выбор защитной аппаратуры: бытовая техника и электроника.

Выбор защитной аппаратуры: производственное оборудование.

Выбор защитной аппаратуры: ответственное оборудование.

Сегодня многие крупные потребители электрической энергии с успехом используют на территории России высококачественные элементы УЗИП. Положительные результаты испытаний и эффективность применения УЗИП в России позволяют говорить о том, что их использование в российских условиях выгодно и удобно. Остается подобрать нужную модель устройства и установить ее на объекте.

russvet.ru

Ограничители импульсных напряжений (ОИН) ОИН1, ОИН2

Нормативно-правовое обеспечение

• Отвечают требованиям ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования», других стандартов и ПУЭ».
• Отвечает требованиям к защите от перенапряжений по ГОСТ Р 50571.19

Функциональные возможности

ОИН1 — ограничитель импульсных напряжений моноблок с варистором; по заказу световой индикатор наличия напряжения сети.
ОИН2 — ограничитель импульсных напряжений моноблок с варистором, световой индикатор рабочего состояния, световая индикация напряжения сети.

Конструктивные особенности

Ограничитель импульсных напряжений (ОИН) обеспечивает:

• Максимальное длительное рабочее напряжение 275 В частотой 50 Гц
• Рабочий потребляемый ток при напряжении 275 В не превышает 0,7 мА
• Выполнен в виде унифицированного модуля шириной 17,5 мм для монтажа на рейке 35/7мм
• Выдерживает воздействие импульсов комбинированной волны с напряжением разомкнутой цепи 10,0 кВ и с током короткозамкнутой цепи 5 кА
• Обеспечивает защиту оборудования от импульсного перенапряжения категории II по ГОСТ Р 50571.19-2000 (уровень напряжения защиты 2,0 кВ)
• Выдерживает без повреждений воздействие временного перенапряжения 380 В
• Классификация по тепловой защите: ОИН1 и ОИН2 — без тепловой защиты.
• Классификация по наличию индикатора состояния:
  ОИН1 — без индикатора;
  ОИН1С (по дополнительному заказу) — со световым индикатором наличия напряжения сети;
  ОИН2 — со световым индикатором рабочего состояния.
• Классификация по ремонтопригодности: ОИН1 и ОИН2 — моноблочные (неремонтируемые в условиях эксплуатации).
• Допускает присоединение проводников сечением от 4 до 16 мм

Наименование характеристики	Значение параметров
Номинальное напряжение питающей сети, В	220
Номинальный разрядный ток, кА	5
Максимальный разрядный ток, кА	12,5
Остаточное напряжение при номинальном токе не выше, В	2000
Класс испытаний по ГОСТ Р 51992	II
Степень защиты, обеспечиваемая оболочками	не ниже IP20
Температура окружающего воздуха, С	от -45 до 55
Габаритные разметы, мм	80 x 17,5 x 65,5
Масса, не более, кг	0,12
Гарантийный срок эксплуатации, лет	3

www.energomera.ru

особенности проверки и применения (2012)

«Варисторные ограничители импульсных перенапряжений ОПС1 давно и с успехом используются для построения защит и предотвращения повреждений сетей электропитания и электроустановок от опасных перенапряжений. Прошу рассказать подробнее, каким образом работает эта защита и что представляет собой варистор?»

Олег КАЛИКА, г. Мариуполь, Украина

ОПС1 относится к устройствам защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) и применяется для защиты электросети от кратковременных, чрезвычайно высоких для данной электросети напряжений, возникающих между фазами либо между фазой и землей. Причины возникновения импульсных перенапряжений могут находиться как внутри электросети, так и вне нее. Внутренними источниками импульсных перенапряжения являются, как правило, коммутации реактивных нагрузок, электростатический разряд, пробой изоляции и т.п. Особенную опасность при этом представляют импульсы, возникающие при отключении индуктивной нагрузки, так как при коммутации вся запасенная энергия «выбрасывается» в сеть в виде высоковольтного импульса. Электростатический же разряд опасен главным образом тем, что при работе технологического оборудования он накапливается, и при достижении критической энергии может разрядиться в непредсказуемом месте, чем вызовет импульс перенапряжения.

Существует несколько типов устройств защиты от импульсных перенапряжений: разделительные трансформаторы, разрядники, защитные диоды. Если говорить о самом распространенном УЗИП для бытового применения в распределительных щитах, вводных распределительных устройствах жилых и промышленных помещений, то это, несомненно, устройства на базе варисторов. Основным преимуществом такого типа УЗИП являются небольшие габаритные размеры, отсутствие выброса горячего газа при срабатывании защиты, а так же простота применения.

Что такое варистор?

Варистор — это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Одна из особенностей варистора — это нелинейная симметричная вольт-амперная характеристика (ВАХ) (см. рис. 1).

То есть при приложении к варистору небольшого напряжения, ток через варистор не протекает, но если постепенно повышать напряжение, то наступит момент, при котором ток через варистор начинает проходить. Именно эту особенность варистора и используют для защиты от импульсных перенапряжений.

Для изготовления варисторов используются полупроводниковые материалы с высокой стабильностью при повышенных температурах, так как при работе варистора вся мощность выделяется в малом объеме. Существуют несколько типов варисторов, однако самыми распространенными являются два типа: варисторы, изготавливаемые с применением карбида кремния SiC и варисторы, изготавливаемые с применением оксида цинка ZnO. Варисторы, изготовленные на основе оксида цинка, обладают вольт-амперной характеристикой с высокой нелинейностью, однако значительно более сложны в изготовлении по сравнению с варисторами на основе карбида кремния.

Принцип работы варистора

Чтобы лучше понять, как работает варистор, рассмотрим технологию его изготовления на примере карбид-кремниевых варисторов (так как, напомню, технология изготовления варисторов с оксидом цинка существенно сложнее). Для изготовления карбид-кремниевых варисторов используют полупроводниковый карбид кремния SiC с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Карбид кремния размалывают в порошок до размеров кристаллов в несколько десятков микрометров, и этот порошок используют в качестве основы варистора. Сам по себе порошок уже обладает нелинейной ВАХ, однако эта нелинейность крайне нестабильна, и сильно зависит от степени сжатия порошка, размера частиц порошка, меняется при тряске и т. п. Для стабилизации параметров порошок скрепляют связующим веществом — глиной, стеклом, смолой. Порошкообразный карбид кремния и связующее вещество запрессовывают в форму и спекают при высоких температурах. Поверхность прессованного образца металлизируют и припаивают к ней выводы. Внешне варисторы оформляются в виде стержней или дисков.

Нелинейность вольт-амперной характеристики варистора связана с процессами, происходящими при протекании тока в местах контактов поверхностей кристаллов карбида кремния. Поверхности кристаллов имеют разнообразную форму и расположены хаотично. При небольшом приложенном напряжении ток протекает только через участки кристаллов которые, соприкасаются друг с другом. При повышении напряжения пропорционально увеличивается ток, протекающий через эти соприкасающиеся участки, и начинает протекать ток между участками кристаллов с малыми зазорами между поверхностями, при этом участки пропускающие ток начинают разогреваться. Новые проводящие цепочки кристаллов включаются параллельно, их становится все больше. Чем выше напряжение, тем больший ток проходит через кристаллы, что влечет за собой еще больший разогрев в местах их соприкосновения. Повышение температуры полупроводникового карбида кремния приводит к уменьшению сопротивления, то есть при определенном приложенном напряжении сопротивление варистора уменьшится настолько, что через него начнет проходить ток.

Таким образом, при построении защиты от импульсных перенапряжений необходимо выбирать такие варисторы, которые не будут пропускать через себя ток при номинальном напряжении электроустановки. А при повышении напряжения будут «открываться», пропуская опасный импульс напряжения через себя, тем самым защищая установку.

При длительной работе варистора в составе ограничителя импульсных перенапряжений неизбежна деградация рабочих характеристик и изменения вольт-амперной характеристики. Причинами таких изменений являются длительное приложение номинального напряжения и импульсные воздействия.

При режиме длительного приложения номинального напряжения изменение характеристик обусловлено длительной работой варистора на номинальном напряжении и номинальной частоте. За изменения характеристик варистора при таком режиме работы отвечает связующее вещество, которое связывает кристаллы карбида кремния.

Импульсные воздействия на варистор. В процессе эксплуатации ограничитель и входящий в состав варистор, неоднократно подвергаются грозовым и коммутационным воздействиям, что, несомненно, приводит к ухудшению вольт-амперной характеристики. При этом импульс напряжения не обязательно должен быть выше порога срабатывания варистора, практика показывает, что основное изменение ВАХ происходит на участках малых токов.

Испытание классификационного напряжения

Измерение классификационного напряжения является надежным способом отслеживания изменения вольт-амперной характеристики варистора. Классификационное напряжение Uk -это напряжение на выводах, при котором через варистор начинает протекает заданный ток. Как правило, для варисторов указывается классификационное напряжение, при котором через него проходит ток 1 мА.

То есть то напряжение, при котором варистор «открывается» и пропускает через себя опасный импульс напряжения, к примеру, для ВАХ варистора, изображенной на рис. 1, классификационное напряжение будет составлять 60 В.

В измерении классификационного напряжения нет ничего сложного. К ограничителю прикладывают напряжение и постепенно поднимают его до значения, при котором через варистор начнет протекать ток 1 мА. Таким образом, измерение классификационного напряжения является контролем, не разрушающим работоспособности варистора. И проводить его можно как на новых варисторах, так и на варисторах в процессе эксплуатации.

Специалистами Технического департамента Группы компаний IEK были проведены статистические измерения классификационного напряжения для ограничителей ОПС1 торовой марки IEK®. Выборка составляла по 100 штук каждого типоисполнения ОПС1: ОПС1-В, ОПС1-С, 0nC1-D.

Измерение классификационного напряжения производилось двумя способами. Во-первых, на испытательном стенде для измерения классификационного напряжения ОПС1 завода-изготовителя. На этом стенде завод проводит стопроцентный контроль работоспособности всех изготавливаемых ограничителей перенапряжения. И, во-вторых, с помощью прибора Е6-24 производства НПФ «Радио-Сервис». Прибор представляет собой переносной мегаомметр с функцией измерения классификационного напряжения. Прибор производит измерение классификационного напряжения варисторов в автоматическом режиме, при подаче и плавном повышении постоянного напряжения и постоянном контроле тока, протекающего через варистор. Таким образом, при помощи Е6-24 можно проводить проверку работоспособности ОПС1 с минимальными трудозатратами.

По результатам проведенных измерений классификационного напряжения были построены графики плотности вероятности значения классификационного напряжения для каждого типа ОПС1 (рис. 2). Различие в измеренных значениях классификационного напряжения двух приборов не превышает 1 процента и обусловливается погрешностями измерительного оборудования, входящего в состав приборов. Усредняя полученные данные и упрощая проведение проверки работоспособности ОПС1 для потребителя, можно принять следующие значения классификационного напряжения: ОПС1-В — 710 В, ОПС1-С — 670 В и ОПС1 — 420 В.

iekmarket.ru

Ограничитель перенапряжений. Ограничитель импульсных перенапряжений

Ограничитель импульсных перенапряжений — это один из наиболее широко известных высоковольтных приборов, использующийся для защиты сети.

Описание приспособления

Для начала стоит объяснить, из-за чего, в принципе, возникают импульсные перенапряжения и чем они опасны. Причиной появления этого процесса является нарушение в атмосферном или коммутационном процессе. Такие дефекты вполне способны нанести огромный ущерб электрическому оборудованию, которое подвергнется такому воздействию.

Тут стоит привести пример на громоотводе. Это устройство отлично справляется с отводом сильного разряда, бьющего в объект, однако оно никак не сможет помочь, если разряд попадет в сеть через воздушные линии. Если такое происходит, то первый же проводник, который попадется на пути у такого разряда, выйдет из строя, а также может стать причиной поломки другого электрического оборудования, которое подключено к этой же электрической сети. Элементарная защита — отключение всех приборов во время грозы, однако в некоторых случаях это невозможно, а потому были изобретены такие устройства, как ограничители перенапряжений ОПН.

Что даст использование устройства

Если говорить об обычных средствах защиты, то их конструктивное исполнение несколько хуже, чем у ОПН. При обычном исполнении устанавливаются карборундовые резисторы. Дополнительной конструкцией являются искровые промежутки, которые соединены между собой последовательным образом.

В ограничителях импульсных перенапряжений же имеются такие элементы, как нелинейные транзисторы. Основой для этих элементов стал оксид цинка. Таких деталей имеется несколько, и все они объединяются в одну колонку, которая помещается в специальный корпус из такого материала, как фарфор или полимер. Это обеспечивает полностью безопасное использование таких устройств, а также надежно защищает их от любых внешних воздействий.

Тут важно отметить, что основная особенность ограничителя перенапряжения — это конструкция оксидно-цинковых резисторов. Такое исполнение позволяет сильно расширить функции, которые может выполнять устройство.

Технические параметры

Как и у любого другого устройства, у ОПН имеется основная характеристика, которая определяет его работоспособность и качество. В данном случае таким показателем стала величина рабочего напряжения, которое может подводиться к клеммам устройства без какого-либо ограничения в плане времени.

Имеется еще одна характеристика — ток проводимости. Это значение тока, который проходит через прибор под воздействием напряжения. Измерить данный показатель можно лишь в условиях реального использования устройства. Основными числовыми показателями данного параметра являются емкость и активность. Общий показатель этой характеристики может достигать нескольких сотен микроампер. По полученному значению этой характеристики оценивается работоспособность ограничителя перенапряжений.

Описание устройства ОПН

Для того чтобы изготовить данное устройство, производители используют те же электротехнические и конструкторские методы, которые применяются в изготовлении других продуктов. Это наиболее заметно при осмотре размеров и материалов, использующихся для изготовления корпуса. Внешний вид также имеет некоторую схожесть с другими устройствами. Однако стоит отметить, что отдельного внимания удостаиваются такие вещи, как установка ограничителя перенапряжения, а также его дальнейшее подключение к общим электроустановкам потребительского типа.

Имеется несколько требований, которые предъявляются именно к этому классу устройств. Корпус ОПН должен быть полностью защищен от прямого прикосновения человека. Должен быть полностью исключен риск того, что устройство загорится из-за возможных перегрузок. Если элемент выйдет из строя, то это не должно повлечь за собой короткого замыкания в линии.

Назначение и применение ОПН

Основное предназначение нелинейных ограничителей перенапряжения — это защита изоляции электрического оборудования от атмосферных или коммутационных перенапряжений. Данное устройство относится к группе высоковольтных приборов.

В этих аппаратах отсутствует такой раздел, как искровой промежуток. Если сравнивать диапазон действия ОПН и обычного вентильного разрядника, то ограничитель способен выдерживать более глубокие перепады напряжения. Основная задача данного устройства — выдерживать эти нагрузки без ограничения по времени. Еще одно существенное отличие ограничителя перенапряжения от обычного вентильного заключается в том, что размеры, а также физический вес конструкции в данном случае гораздо ниже. Наличие такого элемента, как крышка из фарфора или полимеров, привело к тому, что внутренняя часть устройства надежно защищена от внешних воздействий окружающей среды.

ОПН-10

Устройство этого прибора несколько отличается от обычного ОПН. В данном варианте применяется колонка варисторов, которые заключены в покрышку. Для создания покрышки в данном случае используется уже не фарфор или полимеры, а стеклопластиковая труба, на которую опрессована оболочка из трекингостойкой кремнийорганической резины. Кроме того, колонка варисторов имеет алюминиевые выводы, которые поджаты с двух сторон, а также ввернуты внутрь трубы.

Ограничитель перенапряжений ОПН-10 относится к полимерной группе устройств. Основная задача данного прибора — это защита электрического оборудования распределительных устройств. Также применяются для защиты сетей элементы с классами 150 кВ, с изолированной или компенсированной нейтралью. Использовать эти приспособления можно на открытом воздухе в умеренных и холодных поясах. Диапазон рабочей температуры от минус 60 до плюс 60 градусов по Цельсию. Проводить монтажные работы, а также дальнейшую эксплуатацию оборудования можно лишь в соответствии с правилами техники безопасности.

Ограничитель импульсных перенапряжений ОПС1

Серия ограничителей импульсных напряжений ОПС1 используется также для защиты от грозовых или коммутационных перенапряжений. Устанавливается такой прибор в месте ввода электрической энергии на объект. Также может монтироваться на вводе главного распределительного щита объекта.

Существует несколько классов защиты. Агрегаты класса В применяются для того, чтобы защитить электрическую сеть от перенапряжения после прямого удара молнии. Место установки — на входе в здание, до ВРУ.

Класс С — специализируется на защите непосредственно электрического оборудования от таких процессов, как остаточное атмосферное и коммутационное воздействие. Место установки ограничителя — это местные распределительные щитки.

fb.ru

Область применения и принцип работы ограничителей перенапряжения (ОПН)

Подробности

Опубликовано 28.03.2017 19:56

 

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:

1. Высокая взрывобезопасность
2. Высокая герметичность
3. Небольшой вес
4. Простота монтажа
5. Возможность работы в загрязненных условиях
6. 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:

 

1. Высокая масса и габариты
2. Взрывоопасность
3. Низкая герметичность из-за низких эксплуатационных характеристик резиновых уплотнителей
4. Худшие в сравнении с ОПНп тепловые характеристики

 

• < Назад
• Вперёд >

myelectro.com.ua