Правильное размещение ограничителей перенапряжений в линии электропитания имеет принципиальное значение для корректной работы спроектированной системы защиты от перенапряжений.
Как уже отмечалось ранее, при организации систем защиты от перенапряжений силового электроэнергетического оборудования ограничители монтируются в следующих местах:
- снаружи строительного объекта, в зоне молниезащиты 0B, на входе питающих кабелей к устройствам (чаще это ограничители классов II, иногда класса I);
- в месте перехода силовых кабелей через стену здания (в зависимости от уровня угрозы это ограничители класса I или II) – в кабельном соединении, заземленным кратчайшим путем к заземляющему устройству;
- внутри строительного объекта:
- в локальных распределительных щитах (в зависимости от уровня угрозы это ограничители классов II или III);
- поблизости от защищаемых устройств (чаще это ограничители класса III, иногда — класса II, с точки зрения слишком малого номинального тока ограничителей класса III, составляющего чаще всего 16 A).
Необходимо здесь подчеркнуть, что из всех мест расположения ограничителей перенапряжений, предложенных в разделе 443 нормы IEC 60364-4, единственно правильным является расположение в кабельном соединениии при условии, что соединение находится в стене защищаемого здания.
Рекомендованное нормой размещение ограничителей в воздушной линии или в оборудовании здания нецелесообразно для защиты объекта.
Размещение ограничителей в воздушной линии:
В случае размещения ограничителей в воздушной линии, нельзя забывать о возможности проникновения ударов перенапряжений к силовому кабелю на трассе «столб воздушной линии – здание», что делает это размещение бесполезным.
Размещение ограничителей внутри здания:
Полная версия статьи доступна только зарегистрированным пользователям!
Получите доступ ко всем материалам на сайте совершенно бесплатно!
Назначение и принцип действия ОПН
Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) – это широко распространенные в промышленности высоковольтные аппараты, применяемые в сетях среднего и высокого классов напряжения переменного тока. Нелинейные ограничители защищают изоляцию электрооборудования подстанции и электрических сетей от скачков коммутационных и атмосферных перенапряжений.
Ограничители предназначены для эксплуатации при температуре от – 60°С до + 45°С (для внутренней установки максимальная температура + 55°С) и до 1000 метров над уровнем моря.
Защитная функция ОПН состоит в том, что при номинальной работе электроустановки ток, ограничитель перенапряжения пропускает ничтожно малый – доли миллиампера. Если происходит импульсный скачек напряжения, сопротивление ограничителя мгновенно падает до единиц Ом, варисторы при этом переходят в проводящее состояние и ограничивают дальнейшее нарастание перенапряжения, преобразовывая энергию импульса в тепловую энергию, которая рассеивается в окружающую среду. Ограничитель возвращается вновь в непроводящее состояние после окончания волны перенапряжения. ОПН может эффективно ограничивать высокочастотные скачки перенапряжения за счет мгновенного перехода в проводящее состояние.
Рисунок 1 – График изменения напряжения на оборудовании и тока через ОПН при воздействии перенапряжений.
Необходимость защиты от импульсных перенапряжений
Для избегания пиковых величин разработаны специализированные приборы – ограничители перенапряжения
Импульсное перенапряжение — резкое увеличение разности потенциалов в сети, превышающее максимальную границу рабочего напряжения. Скачок короткий — до 1 наносекунды (1•10-9 сек.), поэтому обычные УЗМ могут не успеть сработать и пропустить импульс во внутреннюю электросеть. Амплитуда может превосходить номинальную в 10 раз.
Происхождение:
- атмосферное (грозовое) — вызваны попаданием молнии с усреднённой силой тока 200кА в молниеотвод дома или в объекты рядом с ним (ток уходит в землю, но в проводке дома возникает ЭДС);
- коммутационное — неполадки или замены коммутационного оборудования/участков цепи, запуск мощного электрооборудования, выход из строя трансформатора.
Вне зависимости от характера возникновения подобные неполадки несут с собой риск для всех подключённых приборов: возгорание изоляции проводки (рассчитана на 1-1,5 кВ), повреждение электросхем приборов и их полная непригодность ремонту.
Обозначение ОПН на схемах. Принципиальные схемы подключения
Стандартное графическое обозначение элемента схемы ОПН приведено на рисунке 2.
Рисунок 2 – Графическое обозначение ОПН
Рисунок 3 – Схема подключения ОПН для защиты промышленных и жилых потребителей.
Рисунок 4 – Защита РУ 10 кВ от набегающих грозовых волн с ВЛ напряжением 10 кВ на деревянных опорах.
Как подключить УЗИП в частном доме?
Установка УЗИП производится в зависимости от показателя напряжения: 220В (одна фаза) и 380В (три фазы).
Схема подключения может быть направлена на бесперебойность или на безопасность, нужно определить приоритеты. В первом случае может временно отключиться молниезащиты для того, чтобы не допустить перебоя в снабжении потребителей. Во втором же случае недопустимо отключение молниезащиты, даже на несколько секунд, но возможно полное отключение снабжения.
Схема подключения в однофазной сети системы заземления TN-S
При использовании однофазной сети TN-S к УЗИП нужно подключить фазный, нулевой рабочий и нулевой защитный проводник. Фаза и ноль сначала подключаются к соответствующим клеммам, а затем шлейфом к линии оборудования. К защитному проводнику подключается заземляющий проводник. УЗИП устанавливается сразу после вводного автомата. Для облегчения процесса подключения все контакты на устройстве обозначены, поэтому сложностей не должно возникнуть.
Пояснение к схеме: А, В, С – фазы электрической сети, N – рабочий нулевой проводник, PE – защитный нулевой проводник.
Схема подключения в трехфазной сети системы заземления TN-S
Отличительной особенностью трехфазной сети TN-S от однофазной является то, что от источника питания исходит пять проводников, три фазы, рабочий нулевой и защитный нулевой проводники. К клеммам подключается три фазы и нулевой провод. Пятый защитный проводник подключается к корпусу электроприбора и земле, то есть служит некой перемычкой.
Схема подключения в трехфазной сети системы заземления TN-C
В системе подключения заземления TN-C рабочий и защитный проводник объединены в один провод (PEN), это и является главным отличием от заземления TN-S.
Как подобрать стабилизатор напряжения для частного дома или квартиры?
Система TN-C является более простой и уже довольно устаревшей, и распространена в устаревшем жилом фонде. По современным нормам применяется система заземления TN-C-S, в которой находятся по отдельности нулевой рабочий и нулевой защитный проводники.
Переход на более новую систему необходим для того, чтобы избежать поражения электрическим током обслуживающего персонала, и ситуаций с возникновений пожара. Ну и конечно же в системе TN-C-S лучше защита от резких импульсных перенапряжений.
Во всех трех вариантах подключения при перенапряжении ток направляется на землю через кабель заземления или же через общий защитный провод, что не дает импульсу навредить всей линии и оборудованию.
ОПН типа КР, РТ, РВ, РК
ОПН–КР предназначены для защиты электрооборудования в сетях от 6 до 10 кВ. Рекомендуются для защиты трансформаторов и двигателей.
ОПН-РТ рекомендованы для защиты ответственного электрооборудования в сетях от 3 до 10 кВ при частых воздействиях перенапряжений. Используются для защиты трансформаторов электродуговых печей, электрических генераторов и др.
ОПН-РВ рекомендуются для применения вместо вентильных разрядников серии РВО. Ограничители типа ОПН-РВ не требуют проведения предварительных расчетов, так как отстроены от перенапряжений при однофазных дуговых замыканиях.
ОПН-РК предназначены для эксплуатации в районах 1-3 степени загрязнения атмосферы, применяются в сетях 35-110 кВ. Разработаны специально для защиты изоляции нейтрали трансформаторов 110 кВ.
Что использовать перед УЗИП — автоматы или предохранители
Для постоянного снабжения помещения энергией рекомендуется подключать автоматический выключатель, который будет выключать УЗИП.
После попадания молнии
Подключение этого автомата определяется также тем, что в период отвода импульса образуется, как говорят, сопровождающий ток.
Но гораздо легче приобрести модульные предохранители. Рекомендуется выбирать устройство типа GG.
Они могут защищать весь диапазон сверхтоков. Даже если ток вырос несильно, то предохранитель такого типа все равно его выключит.
Конструкция ОПН
Ограничители типов КР, РТ и РВ представляют собой высоковольтные аппараты, состоящие из последовательно соединенных варисторов, размещенных внутри изоляционного корпуса. Безопасное нахождение ОПН под напряжением обеспечивает высоко-нелинейная вольтамперная характеристика варисторов. При изготовлении ограничителей классов напряжения 3-10кВ, колонка резисторов находится между металлическими электродами и запрессовывается в оболочку из особого атмосфероустойчивого полимера. Ограничители типа РК состоят из блоков варисторов соединенных последовательно, находящихся внутри покрышки. Покрышка состоит из стеклопластикового цилиндра.
УЗИП: особенности выбора и применения
Даже кратковременные импульсные броски напряжения, в несколько раз превышающие номинальное, могут нанести непоправимый ущерб дорогостоящей электротехнике и электронике, а то и стать причиной пожара. Перенапряжение в сетях может возникать из-за грозы, аварий или переходных процессов. Например, импульсные перенапряжения могут стать следствием попадания молнии в систему молниезащиты или линию электропередач, переключения мощных индуктивных потребителей, таких как электродвигатели и трансформаторы, коротких замыканий.
Стандартный разрядник B или C (возможно, B + C) состоит из двух компонентов:
- Основа ограничителя
- Сменная вставка с защитным элементом
Основа
Основание защитного устройства установлено на DIN-рейке TS35. Оно имеет два хомута. Подключите провод фазы ( L ) или нейтральный ( N ) на котором может появиться слишком большой электрический потенциал. С другой стороны подсоедините защитный провод PE, который подключен к защитной линии распределительного устройства.
Защитный проводник должен иметь минимальное поперечное сечение 4 мм2, но не повредит взять ещё больше. В конце концов есть вероятность, что будет течь очень высокий ток.
Есть 3 контакта под терминалом PE. По стандарту в комплект входит вилка, которая вставлена в нужное место и позволяет соединять провода. Благодаря этим зажимам есть возможность удаленного уведомления в случае повреждения вставки или ее перегорания. Этот сигнал может быть подключен, например, к входу блока управления сигнализацией (смотрите схему). В этом случае панель управления будет проинформирована о повреждении вставки размыканием электрической цепи между красным и зеленым проводами.
Вставка
Вставка содержит все наиболее важные элементы, благодаря которым защитник правильно функционирует:
- Класс B (тип I) — основным элементом является просто искровой промежуток.
- Класс C (тип II) — здесь деталь варистор является основным элементом.
Выбор ОПН
При выборе ОПН для конкретного случая, необходимо применять официальные рекомендации международных стандартов или методические указания (МЭК 60099-5). Параметры ограничителя выбирают исходя из назначения, места установки, необходимого уровня ограничения перенапряжений, схемы сети и ее параметров (способа заземления нейтрали, максимального рабочего напряжения сети, степени компенсации емкостного тока на землю и его величины и т.д.).
По назначению ограничители применяют для защиты оборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений. Места для установки, а так же расстояния от защищаемого оборудования до ограничителей должны соответствовать требованиям «Правил устройства электроустановок», раздел 4 седьмое издание ПУЭ.
Трехфазная установка
В трехфазной схеме увеличивается ширина ограничителя и количество защищаемых соединений. Однако принцип функционирования ограничителя остается неизменным. Наиболее часто используемые трехслойные системные защитные устройства, работающие в системе 4 + 0, что означает присоединение к разряднику следующих линий:
- 3-фазные провода
- 1 нейтральный провод
Каждый из проводов подлежащих защите имеет равные права, то есть возможные перенапряжения устраняются путем подачи тока на защитную установку и, как результат, на землю.
Конечно для установок TN-C (установка без отдельного защитного провода) можно приобрести защитные устройства только с 3 защищаемыми разъемами. Затем с нижней стороны подключите ограничитель к полосе PEN (нейтральная защита).
Технические характеристики ОПН
Таблица 1 – Технические характеристики ограничителей типа ОПН 6 – 10кВ (ОПН-КР/TEL–X/X УХЛ1(2)10/11.5)
| Наименование параметров | 6/6.0 | 6/6.9 | 10/10.5 | 10/11.5 | 10/12 |
| Класс напряжения сети, кВ | 6 | 6 | 10 | 10 | 10 |
| Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение Uнд; кВ | 6.0 | 6.9 | 10.5 | 11.5 | 12.0 |
| Номинальный разрядный ток 8/20 мкс, Iн; кА | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Остаточное напряжение Uост; кВ; не более: | |||||
| – при коммутационном импульсе тока | |||||
| 125 А 30/60мкс | 14.3 | 16.2 | 24.8 | 26.9 | 29.7 |
| 250 А 30/60мкс | 14.6 | 16.5 | 25.4 | 27.6 | 30.4 |
| 500 А 30/60мкс | 15.0 | 17.5 | 26.1 | 28.3 | 31.3 |
| – при грозовом импульсе тока | |||||
| 5000 А, 8/20мкс | 17.7 | 20.0 | 30.7 | 33.3 | 36.9 |
| 10000 А, 8/20мкс | 19.0 | 21.5 | 33.0 | 35.8 | 39.6 |
| 20000 А, 8/20мкс | 21.2 | 24.0 | 36.7 | 39.9 | 44.1 |
| при крутом импульсе тока 10000А, 1/10мкс | 21.3 | 24.1 | 36.9 | 40.1 | 44.3 |
| Емкостный ток проводимости Iс, мА, не более: | |||||
| амплитуда | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| действующее значение | 0.45 | 0.45 | 0.45 | 0.45 | 0.45 |
| Удельная энергия ОПН, кДж/кВ Uнд, не менее | 3.6 | 3.6 | 3.6 | 3.6 | 3.6 |
| Максимальная амплитуда импульса тока 4/10мкс, кА | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Взрывобезопасный ток при коротком замыкании Iкз, кА | 16 | 16 | 16 | 16 | 16 |
| Максимальное изгибающее усилие, Н | 305 | 305 | 305 | 305 | 305 |
Характеристики ОПН представленные на рисунках 5 и 6 получены для ограничителей производителя TEL. Характеристика «напряжение-время» ограничителей 6 — 10кВ типа ОПН–КР при образовании квазистационарных перенапряжений показана на рисунке – 5.
Рисунок 5 – Характеристика «напряжение–время»: 1 – с предварительным нагружением 3.6 кДж/кВ Uнд; 2 — без предварительного нагружения энергией.
Таблица 2 – Технические характеристики ограничителей типа ОПН 35 – 110 – 220 кВ (ОПН/TEL–X/X–550 УХЛ1)
| Наименование параметров | 35/40.5 | 110/78 | 110/84 | 220/146 | 220/156 | 220/168 |
| Класс напряжения сети, кВ | 35 | 110 | 110 | 220 | 220 | 220 |
| Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение Uнд; кВ | 40.5 | 78 | 84 | 146 | 156 | 168 |
| Номинальный разрядный ток 8/20 мкс, Iн; кА | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Остаточное напряжение Uост; кВ; не более: | ||||||
| – при коммутационном импульсе тока | ||||||
| 125 А 30/60мкс | 93 | 178 | 191 | 334 | 356 | 386 |
| 250 А 30/60мкс | 98 | 188 | 202 | 352 | 376 | 404 |
| 500 А 30/60мкс | 101 | 192 | 207 | 362 | 384 | 414 |
| – при грозовом импульсе тока | ||||||
| 5000 А, 8/20мкс | 119 | 230 | 247 | 428 | 460 | 494 |
| 10000 А, 8/20мкс | 130 | 250 | 269 | 468 | 500 | 538 |
| 20000 А, 8/20мкс | 146 | 295 | 301 | 524 | 560 | 602 |
| при крутом импульсе тока 10000А, 1/10мкс | 153 | 295 | 317 | 552 | 590 | 634 |
| Емкостный ток проводимости Iс, мА, не более: | ||||||
| амплитуда | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 0.9 | 0.9 |
| действующее значение | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 |
| Удельная энергия ОПН, кДж/кВ Uнд, не менее | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 |
| Максимальная амплитуда импульса тока 4/10мкс, кА | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Взрывобезопасный ток при коротком замыкании Iкз, кА | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| Максимальное изгибающее усилие, Н | 580 | 600 | 600 | 640 | 640 | 640 |
Характеристика «напряжение–время» ограничителей 35 – 220кВ типа ОПН–35,110,220 при образовании квазистационарных перенапряжений показана на рисунке – 6 .
Рисунок 6 – Характеристика «напряжение–время»: 1 — с предварительным рассеиванием энергии 5.5 кДж/кВ Uнд; 2 — без предварительного рассеивания энергии
Внешний вид и размеры ОПН 6-750кВ
Ограничители подвесного исполнения на классы напряжения 6-35кВ приведены на рисунке 7.
Рисунок 7 – ОПН подвесного исполнения: а) ОПН 6кВ; б) ОПН 10кВ; в) ОПН 35кВ
Внешний вид и размеры ОПН 110-220кВ подвесного исполнения представлены на рисунке 8.
Рисунок 8 – ОПН подвесного исполнения: а) ОПН 110кВ; б) ОПН 220кВ
Внешний вид и размеры ОПН 330-750кВ представлены на рисунках 9 и 10.
Рисунок 9 – а) ОПН 330кВ; б) ОПН 500кВ
Рисунок 10 – ОПН 750кВ
ГОСТы ОПН
1. ГОСТ Р 52725-2007. Ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ. Общие технические условия.
2. ГОСТ Р 53735.5-2009 Разрядники вентильные и ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Часть 5. Рекомендации по выбору и применению.
3. ГОСТ 34204-2017 Ограничители перенапряжений нелинейные для тяговой сети железных дорог. Общие технические условия.
4. Правила устройства электроустановок.
