Что такое ограничитель перенапряжения

Что такое ограничитель перенапряжения?

Рассмотрение конструкции, принципа действия и области применения различного вида ограничителей перенапряжения (высоковольтных и модульных).

Для создания условий безаварийной и долгосрочной эксплуатации огромной массы электрооборудования, используемого, как в промышленности, так и в повседневной деятельности, в первую очередь необходимо обеспечить безопасный способ доставки и стабильность параметров электроэнергии. Особую опасность для электрических потребителей представляет кратковременное многократное превышение значение величины номинального напряжения в электрической сети. В электротехнике это явление известно, как перенапряжение. Как правило, причиной его проявления является воздействие на линии электропередач грозовых явлений или же коммутационных процессов внутри электрической установки. Возникающие импульсы высокого напряжения могут безвозвратно вывести из строя дорогостоящее оборудование, быть причиной возникновения пожаров и взрывов. Для защиты от возникающих пиковых значений напряжения, служат специальные высоковольтные устройства, ограничители перенапряжения, принцип работы и назначение которых мы и рассмотрим далее. Содержание:

  • Назначение
  • Устройство
  • Принцип работы
  • Виды ОПН
  • Технические характеристики

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.

Виды ОПН

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.
Читайте также:  Монтаж электрощитка в квартире своими руками

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:

  • Испытания ограничителей перенапряжения нелинейных
  • Для чего нужно реле напряжения
  • Как защититься от помех в электросети


Ограничители перенапряжения: назначение, устройство и принцип действия

В наше время практически в каждом доме имеется та или иная техника, причем не в единичном экземпляре. В особенности ее много в большинстве административных зданий, торговых центров и прочих заведений. Как всем известно, любое отклонение рабочего напряжения от нормы не идет на пользу электрооборудованию. В лучшем случае это приведет к ремонту, а в худшем – к полному выходу из строя. Поэтому с целью обеспечения защиты электрических приборов целесообразно использовать ограничители перенапряжения (ОПН). Жилые дома и административные здания в этом плане защищены при поддержке обслуживающих организаций. Владельцам же частной собственности приходится самостоятельно справляться с этой распространенной проблемой.

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.

Назначение ОПН

Ограничители перенапряжения 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.

Конструкция ОПН

Конструктивно ограничители перенапряжения 10 КВ состоят из колонки варисторов, спрятанной под изоляционной оболочкой. При этом, исходя из необходимых характеристик и конструкции устройства, таких колонок может быть несколько. В качестве оболочки обычно выступает стеклопластиковая труба, которая способна воспринимать практически любой вид механической нагрузки, тем самым обеспечивая необходимую прочность устройству. На эту трубу путем бесшовного прессования помещена трекингостойкая кремнийорганическая резина, которая образует внешнюю защитную оболочку с ребрами. Колонку варисторов с двух сторон поджимают два вывода в виде фланцев, которые ввернуты в трубу с двух сторон. Для их изготовления используется электротехнический алюминий, стойкий к коррозии. Чтобы ограничители перенапряжения ОПНП хорошо выполняли свою задачу, они хорошо герметизированы. Осуществляется это надежным соединением фланцев, а также заполнением внутренней полости трубы желеподобным кремнийорганическим (силиконовым) каучуком. На случай внутреннего пробоя в трубе ограничителя предусмотрены отверстия, расположенные на определенном расстоянии друг от друга и закрытые защитной оболочкой. Это позволяет сбросить внутреннее давление устройства без разрушения на части.

Читайте также:  Что такое реле напряжения

Принцип работы

Работа ограничителя основывается на вольт-амперной характеристике нелинейного характера. То есть, если на устройство поступает большое напряжение, то происходит падение электрического сопротивления практически до нулевого значения. В итоге высоковольтный импульс номиналом в несколько киловольт направляется прямиком в заземляющую цепь. Время, которое затрачивается на падение сопротивления, а затем на восстановление до исходного значения ничтожно малое. Благодаря этому ограничитель перенапряжения ОПН способен выдерживать не один скачок напряжения, а целую серию высоковольтных импульсов.

Что такое ограничитель перенапряжений(ОПН)

Возникновение аварийных ситуаций при эксплуатации электрических сетей и оборудования в большинстве ситуаций вызываются импульсными скачками напряжения в результате замыкания линий, воздействия атмосферного электричества, ошибок при коммутационных переключениях. Для исключения подобного применяются ОПН.

Аббревиатура ОПН расшифровывается как ограничитель перенапряжения. Данные устройства предназначены для защиты линий и оборудования в ситуациях, когда по той или иной причине нагрузка возрастает в разы, с опасностью возникновения аварии. Рассмотрим особенности конструктивного устройства данных элементов, применяемые разновидности и их технические характеристики, прочие сопутствующие моменты.

  1. Конструкция
  2. Принцип действия
  3. Виды
  4. Материал
  5. Технические характеристики
  6. Применение и требования к эксплуатации
  7. Техническое обслуживание

Конструкция

ОПН представляет собой полупроводниковый элемент, отличающийся нелинейным значением сопротивления. Он выполнен в виде вилитовых дисков, в качестве материала которого используется оксид цинка с добавлением различных примесей.

Указанные диски снабжены защитным покрытием, с электрическими выводами на концах. На один из контактов подаётся напряжение, второй выводится на землю.

ОПН состоит из следующих конструктивных элементов:

  • электрода,
  • полиамидного корпуса,
  • термоусадочной трубки,
  • варистора,
  • силиконовой оболочки.

Конструкция ОПН до 1000 В Конструкция ОПН выше 1000 В

Принцип действия

В основу принципа действия данного элемента заложена нелинейная характеристика сопротивления. При штатных характеристиках напряжения, его величина близка к нулю, поэтому цепь не замыкается через указанный прибор.

При резком возрастании напряжения, одновременно увеличивается сопротивление. В результате ток проходит через ОПН, замыкаясь на землю. Таким способом обеспечивается выполнение защитной функции.

В связи с большим разнообразием выполняемых функций, ОНП классифицируют по следующим показателям:

Структура условного обозначение ОПН

  • Классу напряжения, на которое рассчитан элемент. Эта характеристика определяется параметрами сети, на которой используется устройство,
  • Материалу защитного покрытия – наибольшее распространение получили элементы с использованием фарфора и полимеров,
  • Классу защищённости – в зависимости от того, используется защитный блок внутри помещении или на открытой электроустановке,

Климатическое-исполнение: У, ХЛ, УХЛ и другие

  • Числу элементов и фаз – с учётом параметров оборудования или линии.
  • Может использоваться комбинация нескольких устройств, с выполнением ступенчатой защиты.

    Обозначение ОПН и разрядников на схема

    Материал

    В зависимости от применённого материала защитной рубашки, защита может производиться посредством следующих видов устройств:

    1. Фарфоровых – наиболее распространённая разновидность. Керамика устойчива к ультрафиолетовому излучению, поэтому может свободно применяться на открытых установках. Благодаря большой механической прочности, такие элементы могут одновременно выполнять роль опорной конструкции. К недостаткам следует отнести большой вес и хрупкость, что грозит травмами персонала при разлёте осколков в результате разрушения элемента.
    2. Полимерных – в качестве материала наружного покрытия используется каучук, винил и другие искусственные составы. Данные устройства не поддаются воздействию влаги, обладают меньшим весом и хорошими диэлектрическими свойствами, способны выдерживать значительные механические воздействия, но накапливают на поверхности атмосферную влагу и плохо реагируют на солнечный свет.
    3. Одноколонковых – в виде полупроводникового элемента с нелинейными характеристиками напряжения, с количеством дисков, в зависимости от категории оборудования.
    4. Многоколонковых – используются на высоковольтном оборудовании и состоят из нескольких компонентов, объединённых в единый узел. Отличаются повышенной надёжностью и способностью реагировать на различные характеристики нагрузки.

    Выбор вида ОПН зависит от параметров оборудования и условий его эксплуатации.

    Технические характеристики

    Конкретная модель отличается следующими техническими характеристиками:

    • временем срабатывания – в зависимости от скорости реакции на перепад напряжения;
    • рабочим напряжением – значением данной величины, при которой элемент способен функционировать без разрушения на определённый временной промежуток;
    • номинальным повышенным напряжением – величиной, которую изделие способно выдержать в течение 10 секунд;
    • током утечки – от воздействия напряжения на ОПН и зависит от омического сопротивления элемента. Значение указанной характеристики – в сотых или тысячных долях ампер, перетекающих по защитному покрытию и полупроводниковому элементу;
    • разрядным током – значение при импульсном скачке напряжения;
    • устойчивостью к току волны перенапряжения – способностью не подвергаться разрушению при воздействии повышенного напряжения.

    ОПН стандартизированы по величине указанных характеристик.

    Применение и требования к эксплуатации

    Указанные защитные устройства широко применяются для защиты линий электропередач, различных электроустановок промышленного назначения, трансформаторных подстанций, распределительных узлов. В быту ОПН используются для защиты вводных распределительных щитков или оборудования высокой ценности.

    ОПН должны эксплуатироваться, согласно требованиям действующих правил и нормативов. Подбор устройств производится, исходя из особенностей эксплуатации и характеристик оборудования.

    Техническое обслуживание

    Данные ограничители не предусматривают разового применения и способны многократно выполнять свою защитную функцию, сбрасывая напряжение на заземлённую шину. Но в процессе эксплуатации элементы могут частично утрачивать рабочие характеристики, вплоть до полной негодности устройств.

    Чтобы избежать внепланового выхода элементов из строя, в ходе эксплуатации они должны подвергаться плановым проверка и техническому обслуживанию, с контролем следующих параметров:

    • сопротивления – замеряется мегомметром, не реже 1 раза в каждые 6 лет;
    • тока проводимости – необходимость его проверки возникает при снижении отмеченной выше характеристики;
    • пробивного напряжения и герметичности – проводится перед пуском в работу новых устройств или в случае проведения заводского восстановительного ремонта;
    • тепловизионных измерений – по регламенту изготовителя и составленному на предприятии графику профилактических работ.

    Также элементы осматриваются на предмет наличия внешних дефектов в виде подгораний, скопления пыли и загрязнений, разрушения изоляционного покрытия.

    Использование ОПН позволяет обеспечить штатную работу электрического оборудования, исключив опасность его повреждения при резких скачках напряжения. Но указанные ограничители должны правильно выбираться и проходить регламентированное обслуживание, для их сохранности и продления срока службы.

    Общие понятия про ограничители перенапряжения

    Расшифруем понятие ОПН в энергетике (электрике) – ограничитель напряжения нелинейный. Это электрический аппарат, предназначенный для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений изоляции электроустановок в сетях низкого и высокого напряжения.

    Буква Н в аббревиатуре ОПН означает нелинейный, а не напряжение.

    Устройство опн

    Нелинейным в устройстве ОПНа является сопротивление – переменное сопротивление (варистор).

    Его переменность важна при изменении токов и видна на вольтамперной характеристике о-пэ-эн-а.

    Сопротивления выпускаются в виде дисков, которые состоят из металлооксидной керамики. Они соединяются последовательно и параллельно внутри изоляционного корпуса, в зависимости от класса напряжения и пропускной способности ОПН.

    Для каждого ОПН важно, чтобы все сопротивления имели одинаковые вольтамперные характеристики. В обратном случае, отдельные сопротивления будут нагреваться сильнее, что будет приводить к разрушениям самих сопротивлений и всего ОПН в целом.

    Нелинейные сопротивления располагаются внутри корпуса из изоляции. Раньше для изоляции использовали фарфор, керамику. В настоящее время можно встретить ОПН, внешняя изоляции которых выполнена из полимерного изоляционного материала.

    Наружная изоляция выполнена сложной формы, количество и форма ребер определяется требованием пути утечки внешней изоляции. Сама характеристика пути утечки определяет минимальный размеры ОПН.

    Важной характеристикой состояния изоляции является чистота ОПНа, поэтому важно очищать его от пыли, грязи, так как эти факторы портят прочность внешней изоляции.

    Внутренняя изоляции более мощная и прочная, чем внешняя.

    Кроме сопротивлений и изоляции, в состав аппарата входят выводы подключения. Ограничитель подключается между фазой и землей.

    опн обозначение на схеме

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

    Как работает опн

    Принцип действия ОПН в снижении перенапряжения, за счет поглощения варисторами броска тока, выделяемого при уменьшении их сопротивления при возникновении перенапряжения. Путано написал, но думаю сейчас более подробно разберемся и станет доступнее.

    Для понимания принципа работы ОПН рассмотрим обобщенную вольт-амперную характеристику переменного резистора.

    Условно её можно разделить на три зоны по оси икс – зона малых токов, зона средних токов и зона высоких токов. По оси игрик также можно разбить на зону рабочего напряжения, зону низкого напряжения и зону перенапряжений.

    На каждом из этих участков сопротивление ведет себя по-разному. В первой зоне ОПН находится в рабочем состоянии, сопротивление резисторов велико и по ОПНу течет малый ток.

    При возникновении перенапряжения варистор переходит на участок 2 своей ВАХ. Перенапряжение создает импульс тока на ОПН, резисторы переходят в проводящее состояние, поглощают импульс тока и рассеивают его тепловой энергией.

    За счет отведенного импульса тока перенапряжение уменьшается и резистор возвращается в зону 1. Аналогично и в зоне 3, но там перегиб кривой еще больше и бросок тока становится еще сильнее.

    Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями