В некоторых случаях оборудование может оказаться под влиянием завышенного, по сравнению с номинальным, напряжения (при грозе или коммутациях электрических цепей).
В этом случае, возрастает вероятность пробоя изоляции установки. Нелинейные ограничители перенапряжений предназначены для использования в качестве основных средств защиты электрооборудования станций и сетей среднего и высокого классов напряжения переменного тока промышленной частоты от коммутационных и грозовых перенапряжений. Ограничители применяются вместо вентильных разрядников соответствующих классов напряжения и включаются параллельно защищаемому устройству или установке.
Ограничитель перенапряжения нелинейный является одним из видов разрядника. Разрядником называется электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях. Первоначально разрядником называли устройство для защиты от перенапряжений, основанный на технологии искрового промежутка. Затем, с развитием технологий, для ограничения перенапряжений начали применять устройства на основе полупроводников и металл-оксидных варисторов, применительно к которым продолжают употреблять термин «разрядник».
Рисунок 1 Условное обозначение ОПН
1. Устройство и принцип действия ОПН
1.1 Устройство ограничителя перенапряжений
Основной элемент ОПН — варистор— переменное, изменяющееся сопротивление. Основная активная часть ОПН состоит из последовательного набора варисторов, соединенных последовательно в «колонку». В зависимости от требуемых характеристик ОПН и его конструкции ограничитель может состоять из одной колонки или из ряда колонок, соединённых последовательно либо параллельно. Отличие материала варисторов ОПН от материала резисторов вентильных разрядников состоит в том, что у нелинейных резисторов ограничителей перенапряжения присутствует повышенная пропускная способность, а также высоконелинейная вольт-амперная характеристика (ВАХ), благодаря которой возможно непрерывное и безопасное нахождение ОПН под напряжением, при котором обеспечивается высокий уровень защиты электрооборудования.
Материал нелинейных резисторов ОПН состоит в основном из оксида (окиси) цинка —ZnO и оболочки в виде глифталевой эмали, повышающей пропускную способность варистора. В процессе изготовления оксид цинка смешивается с оксидами других металлов. Варисторы на основе оксида цинка являются системой, состоящей из последовательно и параллельно включённых p-n переходов. Именно эти p-n переходы определяют нелинейность ВАХ варистора.
Защита электрических сетей от перенапряжения
... от коммутационных и грозовых перенапряжений. Основным элементом ОПН является нелинейный резистор – варистор (varistor, от англ. Vari(able) (Resi)stor – переменное, изменяющееся сопротивление). Основное отличие материала нелинейных резисторов ограничителей от материала резисторов вентильных разрядников состоит в резко ...
ОПН конструктивно представляет собой колонку варисторов, заключенных в высокопрочный полимерный корпус из высокомолекулярного каучука (в случае полимерной изоляции прибора), либо колонку варисторов, прижатую к боковой поверхности стеклопластиковой трубы, расположенной внутри фарфора (в случае фарфоровой изоляции).
В ОПН с полимерной изоляцией пространство между стеклопластиковой трубой и колонкой варисторов заполняется низкомолекулярным каучуком, а сама стеклопластиковая труба имеет расчетное количество отверстий для обеспечения взрывобезопасности конструкции при прохождении токов короткого замыкания. У ограничителей перенапряжений с фарфоровой изоляцией на торцевых сторонах покрышки располагают мембраны и герметизирующие резиновые уплотнительные кольца, а на фланцах устанавливают специальные крышки с выхлопными отверстиями. На крышке ограничителя перенапряжений имеется контактный болт для подключения к токоведущей шине. ОПН снабжён изолированной от земли плитой основания. Внутренняя стеклопластиковая труба, мембраны и крышки обеспечивают взрывобезопасность конструкции при прохождении токов короткого замыкания.
Основным конструктивным элементом ОПН является нелинейный рабочий варистор, образованный одной или несколькими параллельно соединенными колонками (1) поставленных один на другой оксидно-цинковых варисторов. Для удобства размещения внутри изолирующего снаружи ребренного фарфорового корпуса (2) нелинейный разрядник разделен на блоки высотой 0,3 — 1,0 м. По концам корпуса закреплены металлические фланцы (3) со смонтированными узлами герметизации и взрывобезопасности (4) и контактными пластинами (5).
Фланцы также являются контактными выводами ограничителя, к которым изнутри присоединяется нелинейный рабочий резистор, а снаружи (к контактным пластинам) — фазный провод и проводник системы заземления распредустройства. Аппараты на напряжение 110 кВ и более снабжаются экранной арматурой, обеспечивающей выравнивание распределения напряжения по высоте колонок варисторов, ограничение стримерной короны на элементах ограничителя и необходимую электрическую прочность его внешней изоляции. Экран обычно выполняется в виде одиночного или расщепленного тороида (6) с по крайней мере двумя экранодержателями (7).
При использовании фарфоровой покрышки в ОПН предусматривается сквозная демпфирующая полость (8), обеспечивающая передачу избыточного давления при аварийном дуговом перекрытии внутри корпуса на клапаны взрывобезопасности (4) и предохраняющая аппарат от взрывного разрушения. Все свободное пространство внутри покрышки, не занятое колонками ОЦВ, элементами их крепления к корпусу и фланцам и демпфирующей полостью, заполняется веществом 9, обладающим высокой теплопроводностью (например, чистым кварцевым песком) и служащим для отвода теплоты от варисторов на корпус ограничителя. После сборки внутренняя полость аппарата вакуумируется, а затем заполняется осушенным азотом, элегазом или каким-либо инертным газом при атмосферном давлении. Система герметизации предотвращает проникновение вовнутрь покрышки влаги и загрязнений, которые могли бы вызвать перекрытие ОПН по внутренней полости и выход его из строя.
Проектирование и расчет защиты от перенапряжений
... данной курсовой работы является определение параметров системы связи, расчет влияний на аппаратуру железнодорожной автоматики, телемеханики и связи (ЖАТС), а также разработка мер и согласованных по параметрам схем защиты от перенапряжений, ...
Рис. 1 Конструктивные исполнения нелинейных ограничителей перенапряжений в фарфоровом (а) и полимерном (б) корпусах
1.2 Принцип действия
Защитное действие ограничителя перенапряжений обусловлено тем, что появление опасного для изоляции перенапряжения, вследствие высокой нелинейности резисторов через ограничитель перенапряжений протекает значительный импульсный ток, в результате чего величина перенапряжения снижается до уровня, безопасного для изоляции защищаемого оборудования.
В нормальном рабочем режиме ток через ограничитель имеет емкостный характер и составляет десятые доли миллиампера. Но при возникновении перенапряжений резисторы ОПН переходят в проводящее состояние и ограничивают дальнейшее нарастание перенапряжения до уровня, безопасного для изоляции защищаемой электроустановки. Когда перенапряжение снижается, ограничитель вновь возвращается в непроводящее состояние.
В начальной области варисторы работают под рабочим напряжением, не превышающим наибольшее допустимое рабочее напряжение (сопротивление варисторов велико, через них протекает очень малый ток утечки).
В режим средних токов варистор переходит при возникновении перенапряжения в сети. При этом происходит перегиб ВАХ, сопротивление варисторов существенно уменьшается и через них протекает кратковременный импульс тока. Варистор поглощает энергию импульса и рассеивает её в окружающее пространство в виде тепла. За счёт поглощения энергии, импульс перенапряжения резко падает.
Преимущества ОПН:
1.простота конструкции и высокая надежность;
2.по сравнению с разрядниками, более глубокое ограничение перенапряжения;
3.стойкость к внешнему загрязнению изоляционного корпуса;
4.способность ограничивать внутренние перенапряжения;
5.большая взрывобезопасность у ограничителей перенапряжения с полимерным корпусом;
6.меньшие габариты и масса, чем у разрядников;
7.могут использоваться в сетях постоянного тока;
2. Виды ОПН
2.1 Фарворовые ОПН
Фарфоровые ОПН представляют собой колонку варисторов, прижатую к боковой поверхности стеклопластиковой трубы, расположенной внутри фарфоровой покрышки. Получили большое распространение среди защитных средств, но, в последнее время мало пользуются спросом в связи с появлением ОПН с полимерной покрышкой.
К плюсам ограничителей с фарфоровой изоляцией относят:
1.Относительно малое влияние температурных колебаний на состояние аппарата;
2.Большая механическая устойчивость (это связано с тем, что основная механическая нагрузка прикладывается к изоляционному покрытию).
Недостатки ОПН в фарфоровой покрышке:
1.Недостаточное обеспечение герметичности узла крепления фланца к фарфоровой изоляционной покрышке и сохранение свойств резиновых уплотнителей в процессе длительной эксплуатации;
2.Высокая взрывоопасность (фарфоровые осколки при взрыве разлетаются в разные стороны с огромной скоростью);
3.Масса и габариты (ограничители в полимерной покрышке в 2-3 раза легче ОПН с фарфоровой изоляцией);
Защита электрических сетей от перенапряжения (2)
... (РВ), нелинейными ограничителями перенапряжений (ОПН) и схемными решениями (реакторы, конденсаторы, сопротивления актив-ные и др.). Грозозащита воздушных линий электропередач и подстанций ... ограничивают и внутренние перенапряжения. Внешние перенапряжения При эксплуатации на изоляцию воздействуют напряжения, значительно превышающие номинальные перенапряжения. Перенапряжения, возникающие в результате ...
4.Худшие по сравнению с ОПНп тепловые характеристики.
2.2 Полимерные ОПН
ОПН состоит из колонки варисторов, заключенных в высокопрочный полимерный корпус из высокомолекулярного каучука. Пространство между стеклопластиковой трубой и колонкой резисторов заполняется низкомолекулярным каучуком, а сама стеклопластиковая труба имеет расчетное количество отверстий для обеспечения взрывобезопасности конструкции при прохождении токов короткого замыкания. На данный момент полимерные ОПН (ОПНп) превзошли по масштабам использования и производства фарфоровые ОПН.
Преимущества ОПНп:
1.Высокая гидрофобность;
2.Значительно высокая взрывобезопасность, чем фарфоровые ОПН;
3.Вандалоустойчивость;
4.Малый вес;
5.Лучшие чем у ОПН в фарфоровой покрышке электрические и разрядные характеристики;
6.Простота монтажа и транспортировки, а также стойкость к ударным и вибрационным воздействиям;
7.Способность работать в условиях естественных и промышленных загрязнений и др.
К недостаткам полимерных ограничителей относятся:
1.Влияние воздействия сезонных колебаний температуры окружающей среды (внутреннее пространство имеет значительно отличающийся коэффициент теплового расширения от материала покрышки, это может привести к деформации ребер покрышки и снижению электрической прочности внешней изоляции);
2.Неправильный расчет механической нагрузки может привести к растрескиванию варисторов ограничителя.
2.3 Одноколонковые
Одноколонковые ОПН конструктивно состоят из одной колонки варисторов. Они выпускаются с длиной пути утечки внешней изоляции, которая соответствует таким степеням загрязнения (согласно ГОСТ 9920): II*, III, IV.
Существуют одноколонковые ОПН на все классы напряжения, при этом максимально используется объём корпуса аппарата, что также значительно снижает массу ОПН по сравнению с многоколонковым ОПН и существенно повышает надежность работы.
2.4 Многоколонковые
Многоколонковые ОПН представляют собой несколько блоков (модулей), которые образуются из определенного числа колонок, соединенных либо последовательно, либо параллельно между собой. Используются при больших классах напряжения сети, ОПН составляют из двух или трех частей (модулей).
Такая конструкция существенно повышает надежность работы ОПН при увлажнении и загрязнении поверхности аппарата.
3. Схемы присоединения ОПН к электрическим сетям
Задача снижения уровня изоляции ЛЭП решается не только за счет улучшения защитных характеристик нелинейных ограничителей (совершенствования структуры материала и конструкции варисторов, форсировки их охлаждения в аппарате, заливки HP полимерными композициями и т.п.), но и оптимизацией схемы ОПН и формы его присоединения к сети. Описанные выше ограничители включены между фазным проводом и землей (рис. 3, а) и, таким образом, предназначены для ограничения перенапряжений, воздействующих на изоляцию электрооборудования относительно земли. Одной из важнейших задач, решение которой практически невозможно с помощью вентильных разрядников, является глубокое ограничение междуфазных перенапряжений. Применение нелинейных ограничителей в полимерных корпусах подвесного исполнения, рассчитанных на длительное воздействие линейного наибольшего рабочего напряжения линии и присоединенных между фазными проводами (рис. 3, б), естественным образом решает эту проблему.
Коммутационные и защитные аппараты высокого напряжения
... и ограничители перенапряжения. Они должны быть установлены вблизи силовых повышающих трансформаторов и вводов воздушных линий в РУ. Они позволяют снизить требования к прочности электрической изоляции аппаратов и оборудования ...
Рис. 2 Схемы нелинейных ограничителей перенапряжений и их присоединения к электрическим сетям
На одной типовой поддерживающей или натяжной опоре ВЛ без сколько-нибудь существенного изменения ее конструкции может быть размещено два трехфазных комплекта подвесных ОПН: ограничители фаза-земля подвешиваются параллельно гирляндам изоляторов или (при соответственном увеличении механической прочности на разрыв) вместо гирлянд и соединяются с фазными проводами и землей; ограничители междуфазных перенапряжений подвешиваются к гирляндам ниже фазных проводов и присоединяются между фазами. Также представляется перспективным установка подвесных ограничителей в РУ электрических станций и подстанций, позволяющая существенно сократить их площадь. Низкие механические характеристики электротехнического фарфора па разрыв не позволяют изготавливать подвесные ОПН в фарфоровых корпусах. Однако разработана и успешно применяется конструкция ОПН опорного исполнения, позволяющая одновременно ограничивать как перенапряжения относительно земли, так и междуфазные перенапряжения. Схема такого защитного аппарата, получившего наименование ОПНИ, приведена на рис. 3, в.
Нелинейный рабочий резистор каждой фазы ОПНИ разделен на две последовательно соединенные части (НР1 и НР2).
Все фазы ограничителей соединены между собой искровыми промежутками, включенными звездой. Средняя точка звезды через емкость С соединена с землей. В нормальном эксплуатационном режиме фазное напряжение приложено к последовательно соединенным резисторам НР1 и НР2. При набегании на аппарат волн коммутационных перенапряжений, которые всегда несимметричны, пробиваются искровые промежутки ИП, резисторы НР2 всех фаз оказываются соединенными параллельно, а резисторы НР1 — попарно последовательно между соответственными фазными проводниками. Таким образом, все нелинейные рабочие резисторы трех фаз ограничителей образуют четырехлучевую звезду. Очевидно, что такая схема объединенного защитного аппарата позволяет ограничивать как фазные, так и междуфазные перенапряжения, причем уровни остающихся напряжений могут регулироваться соответствующим подбором значений НР1 и НР2.
4. Обслуживание и методы диагностики ОПН
ограничитель перенапряжение резистор электрический
Поиск неисправного ОПН занимает большое количество времени. В большинстве случаев, оценку состояния ОПН производят визуальным осмотром либо разборкой ОПН и проверкой нормируемых электрических параметров резисторов. В связи со сложностью визуального осмотра, линия, защищаемая от перенапряжений, может оказаться под угрозой. Кроме того, согласно инструкции ЦЭ-936, периодичность текущего ремонта и межремонтных испытаний ограничителей перенапряжений составляет: для ОПН переменного тока — 1 раз в 4 года, а для ОПН постоянного тока — 1 раз в год.
Методы диагностики ОПН:
1.Измерение сопротивления;
2.Измерение токов проводимости ОПН (6-35 кВ) в лабораторных условиях;
3.Измерение токов проводимости ОПН под рабочим напряжением (110-750 кВ);
4.Тепловизионное обследование (с помощью приборов инфракрасной техники с высокой разрешающей способностью по температуре (не ниже 0,5?С)).
1. Гельман, А.С. Основы сварки давлением. : учеб.для вузов/ А.С. Гельман. — M. Высш. шк., 1970.
2. Николаев, Г.А.Специальные методы сварки. учеб.для вузов/Г.А.Николаев, Н.А.Олышанский. — M.Машиностроение, 1975.
Инверторные источники питания для электродуговой сварки
... "Магма-315" и "Магма-500" и ООО "ПТК" -"Инверт-400" (ручная сварка, механизированная сварка плавящимся электродом, сварка неплавящимся электродом - 400 А, ПН - 80 %). Инвертором Инверторы совсем не ... разделки или смене пространственного положения шва. В настоящее время наиболее распространена сварка плавящимся электродом конвекционным способом с раздельным регулированием скорости подачи проволоки ...
3. Мустафаев, Р.И. Справочник молодого электросварщика.: учеб.для вузов/Р.И. Мустафаев. — М.: Высш. шк., 1992.
4. Банов, М.Д. Технология и оборудование контактной сварки. : учеб.для вузов/ М. Д. Банов. — М.:Академия, 2008.
