Что такое опн в электрике

Что такое ограничитель перенапряжения и как он работает?

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.

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:

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:

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:

Комбинация нескольких видов позволяет выстраивать многофункциональные или ступенчатые ограничители.

Фарфоровые

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

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:

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:

Также в процессе эксплуатации может выполняться внешний осмотр устройства на наличие подгаров, сколов, загрязнения или других дефектов в изоляции.

Источник

Онлайн помощник домашнего мастера

Ограничитель перенапряжения (ОПН): применение в сетях, основные типы и советы по монтажу. Обзор самых эффективных методов защиты!

Первым делом, о чем задумывается человек при работе с электрооборудованием и сетями, так это о безопасной работе всей это системы без аварий и перебоев. Это относится и к простым домам и квартирам, и к целым промышленным комплексам. Везде нуждаются в стабильной и безопасной поставке электроэнергии до конечного потребителя.

Наибольшую опасность вызывают падение и рост напряжения в многократных пределах на короткой дистанции. На это влияют и классические грозы, от которых никто не убережет, а также процессы коммутации внутри электроустановки.

Импульсы могут быстро поломать любое дорогое оборудование, да и от возникновения пожара вы не будете застрахованы. Для избегания пиковых величин разработаны специализированные приборы – ограничители перенапряжения.

Краткое содержимое статьи:

Назначение

Сначала нужно разобраться, как работает ограничитель перенапряжения. Его главная черта – это предохранение электрических приборов от высоковольтных перегрузок, влияющих на напряжение. Энергетики решили отдать предпочтение именно этому виду устройств, так как они достаточно просты и надежны в применении.

Предшествующие образцы работали с промежутками искр. Здесь же уже в бой идут нелинейные резисторы. Они выполнены на основе, где главной составляющей является окись цинка.

Устройство

Если посмотреть на фото ограничителя от перенапряжения, то можно быстро разобраться даже на глаз во многих частях, из которых он состоит. Во главе угла тут варистор, который берет на себя роль переменного нелинейного резистора. Их в составе несколько штук. Все они размещаются в корпусе, которые выполнен из фарфоровой части и полимеров высокой прочности.

По конструкции ОПН создается таким образом, чтобы вся система была полностью безопасна от возгораний и взрывов. Особенно это характерно в моменты, когда происходит замыкание.

Очень многое в данном случае зависит от того, куда вы хотите поставить этот прибор. Из-за этого фактора подбираются виды ограничителей перенапряжения. Есть те, кто созданы для защитных функций на линиях электропередач и на оборудовании громоздких промышленных объектах.

На корпусе можно увидеть болт для контактов. Через него и подключаются к системе. Основание должно быть полностью защищено от любых контактов с поверхностью земли.

Если же говорим про приборы, используемые в квартирах, частных домах и дачах, то они компактны. Их главная функция – предохранение электрических устройств от пиковых показателей.

У них всегда есть удобные крепежные элементы, да и над дизайном уже стали неплохо работать, хотя обычно это элементы находятся далеко от человеческих глаз. Уже есть специальные пульты дистанционного управления и индикаторы, которые влияют на режимы работы.

Некоторые технические характеристики опн вам уже известны, а вот принципы их жизнедеятельности не совсем. Вольтамперные характеристики (ВАХ) действуют нелинейно у варисторов. Для их трудоспособности необходим материал с примесями окиси цинка и оксидами иных металлов.

Получается своеобразная колонка из цепи варисторов, которая работает как с параллельными, так и с последовательными подключениями p-n переходов. Это и обуславливает природу ВАХ резисторных ограничителей

Резистор находится в состоянии покоя, когда напряжение соответствует значениям по номиналу. В варисторах совсем незначительные величины, что объясняется характером емкости.

Если возникает какой-то импульс, который может в конечном итоге привести к поломке изоляционных свойств, то ОПН переносит серьезные колебания тока. Перенапряжения не происходит, а величина в электрооборудовании быстро снижается до безопасных величин.

Виды ОПН

Вы уже поняли, что конструкция бывает совершенно разных типов в зависимости от способов применения, но всё-таки со всеми устройствами так и не ознакомились. Как выбрать ограничитель перенапряжения для дома вы узнаете ниже, узнав в деталях все возможные видовые особенности.

Можно потом углубиться в конкретные особенности и отличия трехфазных и однофазных приборов. Есть к тому же и классификация, которая относится к месту установки – делятся на B, C и D. Но нам куда важнее разобраться с техническими свойствами.

Технические характеристики

Разобрать обозначение опн на схеме не так уж и сложно, а вот понять все более мелки детали потруднее. Вы должны определить максимально возможное напряжение, которое не помешает работать ОПН без ввода ограничительных значений по времени.

Надо узнать и напряжение по номиналу, которое способе выдерживать прибор в рабочем состоянии в течении десяти минут. Также понять необходимо значения тока во время действия значений по номиналу. Обычно, это незначительные цифры.

Разрядный ток по номиналу – это величина, которая будет определять условие работы опн во время грозы. Есть ещё и значение тока при сильных перенапряжениях в коммутации, а также вся пропускная способность. Самое важное, это устойчивая работа при коротком замыкании, не ведущая к перегреву проводов и оболочек защиты.

Конечно, есть в интернете инструкция как подключить опн своими руками, но лучше всё-таки доверять профессионалам, если не совсем уверены в своих силах. Защищать надо не только серьезные объекты с дорогостоящим оборудованием, но и дома, квартиры и даже летние домики. Это не только обезопасить электроприборы, но и обезопасит человека, когда он будет находиться внутри помещения днем и ночью.

Сейчас это вполне себе решаемый вопрос. От вас требуется только выбрать подходящую модель. Подключить все не так уж и сложно, если есть маломальский опыт в электромонтаже. Всё это пригодится, чтобы подобрать нужный вариант по цене и качеству для конкретного случая.

Источник

Принцип работы опн

Что такое ограничитель перенапряжения и как он работает?

Одним из наиболее опасных аварийных режимов в электрических сетях является импульсный скачок 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

Ограничитель перенапряжения включает в себя полупроводниковый элемент с нелинейной величиной сопротивления. 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:

Рис. 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). 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

При работе ограничителя перенапряжения до 600В протекающий через него ток будет равен нулю.Когда значение пересечет отметку в 600В, сопротивление резко уменьшиться и протекающий ток увеличиться до сотен и тысяч ампер.

Кривая характеристики представлена тремя участками:

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

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.

Комбинация нескольких видов позволяет выстраивать многофункциональные или ступенчатые ограничители.

Фарфоровые

Рис. 4. Фарфоровые ОПН

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

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.

Многоколонковые

Эти средства имеют несколько колонок, модулей или блоков, объединяемых в одну систему. Характеризуется большей надежностью по отношению к защищаемым объектам, так как способен реагировать и на одиночные, и на дифференциальные перенапряжения.

Технические характеристики

Обслуживание и диагностика ОПН

В процессе эксплуатации ОПН может утрачивать заводские параметры, снижать эффективность работы до полного выхода со строя.

Требуется периодическая проверка параметров:

Ограничители перенапряжения: назначение, устройство и принцип действия

Причины перенапряжения

К электросети подключено немалое количество потребителей, включая объекты промышленного и строительного назначения. При одновременном массовом исользовании приборов высокой мощности может произойти скачок напряжения. Ограничитель поможет избежать отключения.

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.

Принцип работы

Работа ограничителя основывается на вольт-амперной характеристике нелинейного характера. 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, затрачиваемое 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.

Классификация приборов защиты

Приборы имеют разную классификацию и область применения:

Контроль за работоспособностью и состоянием изделия можно проводить визуально. Для этого устройства имеют специальные окошечки, которые в случае выхода ограничителя из строя сигнализируют затемнением или красным светом. Есть и модели, оснащенные системой звуковой сигнализации.

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.

Принцип монтажа и работы единой системы прост:

Схемы подключения ограничителей перенапряжения

Для защиты линий электроснабжения используют разные схемы подключения:

Источник