Основные характеристики ограничителей перенапряжений

1. Класс напряжения − номинальное напряжение сети, в которой устанавливается разрядник.

2. Номинальный разрядный ток – это амплитудное значение импульса тока длительностью 8/20 мкс, используемый для классификации ограничителя.

3. Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение (U_ндр) – это

самый важный параметр для ограничителей перенапряжений. В ОПН нет искрового промежутка, потому через резистор ОПН токи текут постоянно. Чтобы не произошло теплового разрушения ОПН нужно правильно выбрать U_ндр.

Для сети с эффективно заземленной нейтралью (k<1,4) U_ндр определяется по формуле

U_ндр > 1,05 ,

где множитель 1,05 является 5% запасом; U_м − максимальное напряжение сети U_м = 1,1∙U_н.

Например, для ОПН –110 кВ получим U_ндр ³73 кВ.

Сети 6−35 кВ работают с изолированной или заземленной через реактор нейтралью. Однофазное замыкание в таких сетях немедленно не выключается и напряжение на здоровых фазах возрастает до линейного. Поэтому в сетях с изолированной или заземленной через реактор нейтралью U_ндр определяется по формуле

U_ндр > U_м.

Например, для ОПН-10 кВ получим U_ндр ³ 12 кВ.

4. Вольт-временная характеристика.

Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение безопасно для ОПН. Однако коммутационные и резонансные перенапряжения превышают эту величину. Устойчивость ОПН к кратковременным перенапряжениям можно определить по вольт-временной характеристике ограничителя.

На рис. 2.4 приведена вольт-временная характеристика ОПН-110 кВ.

Рис. 2.4. Вольт-временная характеристика ОПН−110 кВ

Если кратности перенапряжений превышают расчетные, то они должны быть скоординированы с действием релейных защит.

5. Остающееся напряжение.

Другими важными параметрами ОПН являются остающиеся напряжения , которые должны быть согласованы с вольт-секундной характеристикой защищаемого электрооборудования. Остающееся напряжение – это напряжение на ОПН при прохождении через него разрядного тока. Оно, как и у вентильного разрядника, определяется по вольт-амперной характеристике нелинейного резистора и зависит от величины, а также от формы волны разрядного тока. На рис. 2.5 для сравнения приведены вольт-амперные характеристики РВТ−10 кВ и ОПН−10 кВ.

Рис. 2.5. Вольт-амперные характеристики РВТ−10 кВ и ОПН−10 кВ

6. Защитная характеристика ограничителя.

Уровень защиты вентильного разрядника определяется вольт−секундной характеристикой, которая строится в соответствии с характеристикой пробоя искрового промежутка и вольт-амперной характеристикой нелинейного резистора. У ОПН нет искрового промежутка, поэтому уровень защиты ОПН определяется только вольт−амперной характеристикой нелинейного резистора.

Защитная характеристика ограничителя – это комбинация остающихся напряжений на резисторе ОПН для импульсов разной формы. Защитную характеристику достаточно описать тремя видами импульсов тока: грозовой импульс с крутым фронтом (1/20 или 1/40 мкс), грозовой импульс (8/20 мкс) и коммутационный импульс (например, 30/60 мкс). Защитная характеристика ограничителя должна лежать ниже характеристики уровня изоляции электрооборудования во всем диапазоне волн (рис.1.2).

7. Коэффициент нелинейности резистора.

Коэффициент нелинейности резистора определяется по формуле

a = log(U₁/U₂)/log(I₁/I₂);

где U₁, U₂ – напряжения соседних точек на графике (рис. 2.5);

I₁, I₂ – токи в этих же точках.

Коэффициент нелинейности оксидно-цинковой керамики составляет

a = 0,02-0,16 (для коммутационных импульсов a=0,03–0,05, для грозовых –

a = 0,07–0,16).

Нелинейность резистора ОПН значительно выше нелинейности резистора разрядника. Это наглядно показано на рис. 2.6, где приведены ом–амперные характеристики ОПН−10 кВ и РВТ−10 кВ. Чем шире диапазон изменения сопротивления, тем выше нелинейность резистора.

 

Рис.2.6. Ом−амперные характеристики ОПН−10 кВ и РВТ−10 кВ

7. Пропускная способность ОПН.

К сожалению, резистор ОПН не долговечен. При каждом токовом воздействии в нелинейном резисторе выделяется большое количество энергии. Суммарную энергию, воздействие которой нелинейный резистор способен выдержать без разрушения, называют пропускной способностью ОПН. Нормированное число воздействий предельно допустимым током обычно равно двадцати. Допустимый ток сильно зависит от формы импульса и его длительности. Причем чем больше длительность импульса, тем меньше допустимый ток. На рис. 2.7 приведена эмпирическая зависимость пропускной способности ОПН −10 кВ (для 20 импульсов).

В справочниках обычно указывают два значения: для грозового импульса и для тока промышленной частоты. Например, ОПН −10 кВ может выдержать 20 импульсов 1200/2500 мкс по 280 А или 20 грозовых импульсов 8/20 мкс по 5 кА (или 2 импульса 8/20 по 15 кА).

Эмпирическая зависимость между амплитудой (I) импульса и его длительностью (t_в) описывается уравнением [5]:

где m − постоянная (для ОПН m=0,6-0,65).

При многократном воздействии больших токов различной длительности на резисторы происходит их старение. Оно проявляется в увеличении остающегося напряжения во всем диапазоне токов (т.е. смещении вольт-амперной характеристики вверх) и увеличении тока проводимости.

Рис. 2.7. Эмпирическая зависимость пропускной способности ОПН-10 кВ