Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) в районных и распределительных сетях

Вентильные разрядники, как правило, применявшиеся ранее для защиты от перенапряжений в районных и распределительных сетях заменяют ограничители перенапряжения (ОПН). Не имея искровых промежутков, ОПН более эффективно защищают электрооборудование от всех видов перенапряжений, которые могут возникнуть в электрических сетях.

ОПН на металлооксидных сопротивлениях

Принцип действия ОПН на металлооксидных сопротивлениях основан на использовании нелинейной вольтамперной характеристики оксида цинка. При приложении к ОПН номинального напряжения ток через него носит емкостной характер и очень мал, при возникновении перенапряжений ток через него лавинообразно растет и может достичь нескольких тысяч ампер. После прохождения импульса тока, обусловленным ростом напряжения на ОПН, его изоляция восстанавливается, и ток через него вновь возвращается до номинальных десятков микроампер.

Графики изменения тока и напряжения на ОПН при повышении воздействующего напряжения.

ОПН, которые приходят на смену вентильным разрядникам, могут устанавливаться совместно с ними в одной электроустановке. Поэтому реконструкция системы защиты от перенапряжения может производится постепенно.

Преимущества ОПН:

- простота конструкции и высокая надежность;
- по сравнению с разрядниками, более глубокое ограничение перенапряжения;
- стойкость к внешнему загрязнению изоляционного корпуса;
- способность ограничивать внутренние перенапряжения;
- большая взрывобезопасность у ограничителей перенапряжения с полимерным корпусом;
- меньшие габариты и масса, чем у разрядников.
- могут использоваться в сетях постоянного тока.

Как выбрать ОПН?

С технической стороны выбор ОПН сводится к его вольтамперной характеристике – для его безопасной работы в электрической сети ВАХ поднимают (снижается тепловая стабильность и ток проводимости ОПН, при снижении классификационного напряжения), а с другой, для того чтобы обеспечить координационный интервал для защищаемой изоляции, ВАХ необходимо снижать.

Из таблицы (при отсутствии точных значений) берется наибольшее рабочее напряжение сети в месте установки ОПН:

Наибольшее рабочее напряжение сети – определяющая величина при выборе ОПН.

Далее принимаются во внимание: длительность и ток однофазного замыкания на землю, наиболее вероятные виды перенапряжения, кратность внутреннего перенапряжения, структура сети и характеристики ее элементов (при установке в кабельных сетях – расстояние от источника питания к защищаемой электроустановке), для коммутационных перенапряжений – значения осциллограмм во время коммутаций на защищаемом оборудовании.

Следует принять во внимание уже установленное оборудование по защите от перенапряжений и места их установки.

Климатическое исполнение ОПН выбирается в соответствии с тем, планируете ли устанавливать его в закрытом распредустройстве или на открытом воздухе, с учетом загрязненности атмосферы.

Некоторые моменты выбора:

При защите силовых трансформаторов от грозового перенапряжения ОПН должен устанавливаться до коммутационного аппарата и присоединяться наикратчайшим путем от вводов трансформатора к заземляющему устройству подстанции.

При установке ОПН в одной ячейке с трансформатором напряжения рекомендуется присоединять ОПН до предохранителя, чтобы предотвратить перегорание предохранителя при прохождении импульсных токов.

При наличии на присоединениях трансформаторов на стороне 3...20 кВ токоограничивающих реакторов ОПН должны быть установлены на шинах 3...20 кВ независимо от наличия ОПН возле трансформаторов.

Обмотки трансформаторов, которые не используются, должны быть соединены в треугольник или звезду (в соответствии с заводскими схемами), защищены ОПН и заземлены. Защита обмоток, которые не используются, не нужна, если к ним постоянно присоединена кабельная линия длиной не менее 30 м, которая имеет металлическую заземленную оболочку или броню.

Если к сборным шинам электростанции или подстанции присоединены вращающиеся электрические машины (электродвигатели, генераторы) и ВЛ на железобетонных опорах, то в начале защищенного молниезащитным тросом ввода должен быть установлен комплект ОПН с присоединением к заземлению.

Высоковольтные двигатели могут быть перегружены повторными запусками при отключениях во время разгона. Это справедливо, когда ток отключения меньше 600 А. Чтобы защитить эти двигатели, рекомендуется устанавливать ограничители непосредственно у выводов двигателя или, как альтернатива, у выключателя.

Монтаж ОПН

ОПН, как правило, присоединяются параллельно защищаемому оборудованию по схеме "фаза-земля", причем подключение ОПН к шине заземления осуществляется жестко с применением болта, а к фазной шине - по кратчайшему пути с помощью одножильного медного проводника сечением не менее 6 мм² или алюминиевого проводника сечением не менее 16 мм². Допускается применение гибкой шины толщиной 1 мм и шириной 20...30 мм. Расстояния между ограничителями и другими заземленными и токоведущими частями электроустановки нормируются согласно "Правилам устройства электроустановок" (ПУЭ). Для обеспечения максимальной эффективности защиты электрооборудования от перенапряжения ОПН следует устанавливать как можно ближе к защищаемому оборудованию, на расстоянии не далее 3...6 м.

Усилие, прилагаемое к затяжке болтов при креплении ОПН к заземляющей шине и проводника к ОПН, не должно превышать 25±5 Нм. Применение контргаек или пружинных шайб для предотвращения самовольного ослабления контакта обязательно.

Эксплуатация ОПН

В процессе эксплуатации ОПН не подлежат ремонту и не требуют проведения профилактических испытаний повышенным напряжением в течение всего срока службы. Нормативный срок службы ОПН составляет 25 лет при гарантийном сроке хранения и эксплуатации 5 лет. При эксплуатации ОПН в районах с повышенным уровнем загрязненности атмосферы рекомендуется проводить их осмотр и периодическую очистку внешней поверхности. Очистку следует производить сухой ветошью, не оставляющей волокон, а места сильного загрязнения протирать тампоном, смоченным спиртом. Применение масел, бензина, бензола, ацетона и металлических щеток запрещается.

Запрещается использование ОПН в качестве опорных изоляторов и их жесткое крепление к шинам (между шинами), где существует вероятность возникновения изгибающих усилий выше 300 Н (динамическое воздействие на шины при прохождении импульса тока) и внешнего нагрева контактной арматуры ОПН (контактных площадок) выше 40°С.

По желанию потребителя допускается измерение сопротивления ОПН мегомметром на 2500 В. Сопротивление отключенного от токоведущих частей ОПН должно быть не менее 10000 МОм при рабочем напряжении сети 6 (10) кВ.

При профилактических испытаниях изоляции электрооборудования повышенным напряжением, сами ОПН должны быть отключены от токоведущих частей электроустановки с принятием мер, исключающих их пробой (видимый разрыв цепи).

См. также:

Инструкция по эксплуатации ограничителей перенапряжения (ОПН)