Ограничители перенапряжений

Ограничители перенапряжений предназначены для защиты электрооборудования подстанций и сетей переменного тока частотой 50 Гц от грозовых и кратковременных коммутационных перенапряжений. Ограничитель перенапряжений состоит из высоконелинейного резистора, состоящего из последовательно-параллельно включенных варисторов, выполненных на основе окиси цинка, заключенных в герметически закрытый фарфоровый корпус (рис. 1.8б). В последнее время для изготовления корпусов стали применять полимерные материалы (стеклопластик, кремнеорганическую резину и т.д.)

ОПН не имеют искрового промежутка, поэтому через него постоянно протекает ток. В нормальном рабочем режиме ток через ОПН носит емкостный характер и составляет десятые доли милиампера. При возникновении волн перенапряжения резисторы переходят в проводящее состояние. Вследствие высокой нелинейности варисторов через ограничители протекает значительный импульсный ток, в результате чего величина перенапряжения снижается до уровня, безопасного для изоляции защищаемого электрооборудования. Когда перенапряжение снижается, ограничитель возвращается в непроводящее состояние.

Оксидно-цинковая (металлооксидная) керамика − это нелинейный материал, получаемый в результате высокотемпературного обжига (1280−1300 °С) смеси состоящей из окиси цинка (ZnO) и некоторого количества оксида другого металла: висмута, сурьмы, кобальта, марганца и т.п. (масса самой весомой из добавок составляет менее 4 % массы оксида цинка).

На вновь строящихся подстанциях ограничители перенапряжений устанавливаются для защиты от грозовых и внутренних перенапряжений вместо вентильных разрядников [3].

Допустимое рассояние от ОПН до трансформаторов или другого оборудования определяется по формуле:

Lопн = Lрв =

где Lопн – расстояние от ОПН до защищаемого оборудования, м;

Lрв – расстояние от РВ до защищаемого оборудования, м;

Uисп- испытательное напряжение защищаемого оборудования при полном грозовом импульсе, кВ;

Uопн(рв) – остающееся напряжение на ОПН (РВ) при токе 5 кА.

Если L не превышает расчетного значения, то и остающееся напряжение не превысит допустимых напряжений на изоляции электрооборудования.

Рассмотрим основные характеристики ОПН:

1. Класс напряжения – ном. напряжение сети, в которое устанавливается ограничитель перенапряжений.

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

3. Наибольшее длительное допустимое рабочее напряжение U_ндр – наиболее важный параметр для ОПН. В ОПН нет ИП, поэтому через резисторы токи текут постоянно. Чтобы не произошло теплового разрушения ОПН, нужно правильно выбрать U_ндр.

Для сети с эффективно заземленной нейтралью (Kz<1,4):

U_ндр>

где U_м – максимальное напряжение.

Сети 3-35 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: U_ндр >U_м.

4. Вольт-временная характеристика. Коммутационные и резонансные перенапряжения превышают U_ндр. Устойчивость ОПН к кратковременным перенапряжениям можно определить по вольт-временной характеристике ограничителя.

5. Остающееся напряжение – напряжение на ОПН при прохождении через него разрядного тока. Оно зависит от величины, а также от формы волны разрядного тока. Оно должно быть согласовано с вольт-секундной характеристикой защищаемого оборудования.

6. Защитная характеристика ограничителя – комбинация остающихся напряжений на резисторе для импульсов разной формы. Достаточно описывается тремя видами импульсов тока:

1/20 мкс (грозовая волна с крутым фронтом),

8/20 мкс (грозовая волна),

30/60 мкс (коммутационные перенапряжения с крутым фронтом).

7. Коэффициент нелинейности а= log (U₁/U₂)/log(I₁/I₂)

8. Пропускная способность – суммарная энергия, воздействие которой НР способен выдержать без разрушения. Допустимый ток зависит от формы (амплитуды) и длительности импульса, а их эмпирическая зависимость описывается уравнением: I∙ = const, где m – постоянная (для ОПН 0,6-0,65).