Применение ограничителей перенапряжений (ограничителей тока молнии) – электротехника и электроника

Руководство по молниезащите зданий и сооружений (РД 34.21.122-87);

Применение ограничителей перенапряжения (разрядников)

Ограничители перенапряжений – это высоковольтные устройства, предназначенные для защиты изоляции электрооборудования от атмосферных и коммутационных перенапряжений.

В отличие от обычных разрядников с искровыми промежутками и карборундовыми резисторами, они не содержат искровых промежутков и состоят только из колонки нелинейных резисторов из оксида цинка, заключенных в пластиковую или фарфоровую оболочку.

Резисторы из оксида цинка позволяют применять ограничители перенапряжения глубже, чем вентильные разрядники, и способны выдерживать рабочее напряжение сети без ограничения по времени. Полимерная или фарфоровая оболочка обеспечивает эффективную защиту резисторов от воздействия окружающей среды и гарантирует безопасную эксплуатацию.

Размеры и вес разрядников значительно меньше, чем у ограничителей перенапряжения.

Правила для ограничителей перенапряжения

В настоящее время существуют следующие нормативные документы, которые так или иначе касаются защиты электроустановок от перенапряжений:

Инструкции по молниезащите зданий и сооружений (РД 34.21.122-87);

Временная инструкция по применению УЗО в электроустановках зданий (Письмо Госэнергонадзора России от 29.04.97 № 42-6/9-ЭТ раздел 6, п. 6.3);

ГОСТ Р 50571.18-2000, ГОСТ Р 50571.19-2000, ГОСТ Р 50571.20-2000.

Технические характеристики ограничителей перенапряжения

Наибольшее непрерывное рабочее напряжение (Uc) – это наибольшее эффективное переменное напряжение, которое может быть приложено к клеммам ограничителя перенапряжений без ограничения по времени.

Номинальное напряжение – это стандартный параметр согласно IEC99-4, который определяет значение переменного напряжения, которое разрядник должен выдерживать в течение 10 секунд во время рабочего испытания.

Ток проводимости – это ток, протекающий через разрядник под действием напряжения, приложенного к клеммам разрядника в рабочих условиях. Он состоит из активного и емкостного компонентов и имеет значение в несколько сотен микроампер, которое используется для оценки характеристик разрядника во время работы.

Устойчивость ОПН к медленно меняющемуся напряжению – это способность ОПН выдерживать повышенный уровень напряжения на частоте питания без перерыва в течение определенного времени. Это напряжение используется для установки уровня срабатывания разрядника по истечении заданного времени.

Номинальный ток разряда – это ток, при котором уровень защиты ограничителя перенапряжений соответствует номинальному во время импульса длительностью 8/20 мкс.

Номинальный импульсный ток – это ток, который классифицирует уровень защиты во время коммутационного перенапряжения 30/60 мкс.

Конечный ток разряда – это пиковое значение тока разряда молнии 4/10 мкс, который используется для проверки устойчивости разрядника в случае прямого удара молнии в месте его установки.

Пропускная способность по току является стандартом жизненного цикла разрядника для наихудших пределов как молнии, так и коммутационных перенапряжений. Эквивалентная допустимая нагрузка по току является классом разряда линии, который согласно IEC99-4 имеет 5 классов.

Сопротивление короткого замыкания ОПН – это способность неисправного ОПН выдерживать токи короткого замыкания в сети в месте установки ОПН без разрыва оболочки.

Конструкция ограничителей перенапряжений

Большинство крупных производителей электротехнической продукции используют при разработке и производстве ограничителей перенапряжений те же инженерные разработки, технологии и дизайн, что и при производстве других электротехнических изделий. Сюда входят габариты, материал корпуса, инженерные решения, используемые для монтажа изделия в электроустановке заказчика, внешний вид и другие параметры. Кроме того, к конструкции подавителей перенапряжений могут быть предъявлены следующие требования:

Корпус устройства должен быть выполнен в соответствии с требованиями по защите от прямого контакта (степень защиты не ниже IP20);

Отсутствие риска возгорания или короткого замыкания в линии в случае выхода из строя защитного устройства из-за перегрузки;

Простая и надежная индикация неисправностей и возможность дистанционной сигнализации;

Простота установки на объекте (монтаж на стандартную DIN-рейку, совместимость с автоматическими предохранителями большинства европейских производителей: ABB, Siemens, Schrack и т.д.).

Оказывается, это своеобразная колонка варисторов, которая работает как с параллельными, так и с последовательными p-n-переходами. В результате получаются характеристические кривые резисторных супрессоров.

Цель

Сначала нужно понять, как работает подавитель перенапряжений. Его основная функция – защита электрооборудования от высоковольтных перегрузок, влияющих на напряжение. Энергетики выбрали этот тип устройств, потому что они довольно просты и надежны в использовании.

Предыдущие образцы работали с искровыми промежутками. Однако здесь уже работают нелинейные резисторы. Они основаны на базе, главным компонентом которой является оксид цинка.

Внутренняя изоляция прочнее и долговечнее внешней.

Общие термины для ограничителей перенапряжения

Расшифруем термин ОПН в энергетике (электротехнике) – нелинейный ограничитель перенапряжений. Это электрический аппарат, предназначенный для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений изоляции электроустановок в сетях низкого и высокого напряжения.

Буква H в аббревиатуре разрядника означает нелинейность, а не напряжение.

Конструкция разрядника

Нелинейным в конструкции разрядника является переменное сопротивление (варистор).

Его изменение важно для токов и может наблюдаться на вольт-токовой характеристике операционного усилителя.

Резисторы выпускаются в виде дисков, состоящих из металлооксидной керамики. Они соединены последовательно или параллельно внутри изолирующего корпуса, в зависимости от класса напряжения и емкости ограничителя.

Для каждого ограничителя важно, чтобы все резисторы имели одинаковые вольт-амперные характеристики. В противном случае отдельные резисторы будут нагреваться сильнее, что приведет к разрушению резисторов и всего ограничителя.

Нелинейные резисторы размещаются внутри изолирующего корпуса. В прошлом для изоляции использовался фарфор или керамика. В настоящее время можно найти разрядники, внешняя изоляция которых выполнена из полимерного изоляционного материала.

Внешняя изоляция имеет сложную форму, причем количество и форма ребер зависят от требований к пути утечки внешней изоляции. Сам путь утечки определяет минимальный размер разрядника.

Важной характеристикой состояния изоляции является чистота разрядника, поэтому важно очищать его от пыли, грязи, так как эти факторы портят прочность внешней изоляции.

Внутренняя изоляция прочнее и долговечнее внешней.

Помимо сопротивления и изоляции, устройство содержит соединительные клеммы. Ограничитель подключается между фазой и землей.

Обозначение OPN на диаграмме

Ниже показано, как выглядит ограничитель на однолинейной схеме. Переменный резистор, обозначенный FV, является таким же, как и разрядник.

Как работает разрядник

Принцип работы разрядника заключается в уменьшении перенапряжений путем поглощения пускового тока, выделяемого варисторами при уменьшении их сопротивления после возникновения перенапряжения. Это запутано, но я думаю, что мы разберемся в этом и сделаем его более доступным.

Чтобы понять, как работает ограничитель, рассмотрим обобщенные вольт-амперные характеристики переменного резистора.

Его можно разделить на три зоны вдоль оси x – зону низкого тока, зону среднего тока и зону высокого тока. Ось igric также можно разделить на зону рабочего напряжения, зону низкого напряжения и зону перенапряжения.

В каждой из этих зон сопротивление ведет себя по-разному. В первой зоне разрядник работает, сопротивления высоки, и через разрядник протекает небольшой ток.

При возникновении перенапряжения варистор переходит в секцию 2 своего VAC. Перенапряжение вызывает импульс тока в разряднике, резисторы становятся проводящими, поглощают импульс тока и рассеивают его тепловую энергию.

Как только импульс тока рассеивается, перенапряжение снижается, и резистор возвращается в зону 1. Аналогично в зоне 3, но там спад кривой еще больше, и пусковой ток становится еще больше.

Классификация трансформаторов напряжения

Характеристики AP-50

Выбор типа разрядника зависит от параметров устройства и условий эксплуатации.

Технические данные

Для каждой модели имеются следующие технические данные:

  • время реакции – в зависимости от скорости реакции на падение напряжения
  • рабочее напряжение – это значение, при котором компонент способен функционировать в течение определенного времени без повреждений;
  • номинальное перенапряжение – значение, которое продукт способен выдержать в течение 10 секунд;
  • ток утечки – влияние напряжения, приложенного к разряднику, и зависит от омического сопротивления элемента. Значение этой характеристики выражается в сотых или тысячных долях ампера, протекающего через защитную оболочку и полупроводниковый элемент;
  • ток разряда – значение для импульсного всплеска напряжения;
  • устойчивость к импульсным токам – способность не повреждаться при перенапряжениях.

Разрядник стандартизирован в соответствии со значением определенной характеристики.

Ограничитель перенапряжения – это электрическое устройство, предназначенное для ограничения скачков напряжения в электрических системах и сетях.

Конструкция и принцип работы

Разрядник состоит из двух электродов и дугогасительного устройства.

Электроды

Один электрод подключается к защищаемой цепи, другой электрод заземляется. Пространство между электродами называется искровой промежуток. При определенном напряжении между двумя электродами искровой промежуток пробивается, тем самым снимая перенапряжение с защищаемой цепи. Одним из основных требований к разряднику является то, что он должен гарантировать электрическую прочность на промышленной частоте (разрядник не должен пробиваться при работе на нормальной частоте сети).

Устройство для гашения дуги

После импульса искровой промежуток ионизируется настолько, что пробивается нормальным фазным напряжением, что приводит к короткому замыканию и, соответственно, к срабатыванию защитных устройств в этой зоне. Задача подавителя дуговой вспышки – устранить это повреждение как можно быстрее, пока не сработали защитные устройства.

  • Ограничитель нелинейных перенапряжений (разрядник) – это электрическое устройство, предназначенное для защиты силового оборудования от коммутационных и грозовых перенапряжений. Такой разрядник может также называться неискрящим разрядником. Ограничители перенапряжений являются одними из самых эффективных и действенных на сегодняшний день.

Ограничитель перенапряжения

  • Нелинейный ограничитель перенапряжений – это электрическое устройство, предназначенное для защиты систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений. Такой разрядник может также называться неискрящим разрядником. В настоящее время ДНЯО является одним из наиболее эффективных

Связанные термины

Вентильные разрядники, как и другие типы разрядников, предназначены для ограничения коммутационных и атмосферных перенапряжений, возникающих в электрических сетях, с целью предотвращения возможного повреждения изоляции, разрушения оборудования и других негативных последствий.

Твердотельный стабилизированный диод, или диод Зенера, – это полупроводниковый диод, который работает с обратным смещением в режиме неисправности. Перед выходом из строя ток утечки ничтожно мал, а сопротивление очень велико. В начале разрушения ток через стабилитрон быстро возрастает, а его дифференциальное сопротивление падает до значений от долей ома до сотен ом для разных устройств. Поэтому в режиме неисправности напряжение на стабилитроне поддерживается с определенной точностью.

Читайте далее:
Сохранить статью?