Нелинейные ограничители перенапряжений. Смотреть что такое "Ограничитель перенапряжения" в других словарях

Любое жилое или административное здание оборудовано большим количеством техники, питаемой от электросети. Значительное увеличение значений рабочего напряжения и тока в этой сети может привести к выходу из строя всего этого электрического оборудования. Если защитой от таких явлений в многоквартирных домах, промышленных и административных зданиях занимаются обслуживающие организации, то владельцы частных домов должны сами заботиться о ней. И в этом поможет ограничитель перенапряжения.

Как следует из названия, ограничитель чрезмерно высокого напряжения (ОПН) служит для защиты электрической техники от напряжения, значительно превышающего номинальные значения. Это высокое напряжение или, другими словами, перенапряжение обычно носит импульсный характер. Поэтому еще одно название для таких устройств - ограничитель импульсных напряжений (ОИН).

Чтобы лучше разобраться с областями применения ОПН, рассмотрим вкратце причины, вызывающие такие скачки напряжения. Импульсы перенапряжения могут быть коммутационными. В этом случае они возникают в результате:

переключений (коммутаций) в мощных силовых электроустановках и системах энергообеспечения;
при резком изменении нагрузки в распределительных системах;
при возникновении повреждений в энергоустановках, вызывающих короткое замыкание.

Эти случаи носят производственный характер и устранением их последствий занимаются профессионалы. В таких цепях устанавливаются промышленные устройства, например, ОПН-110, где число 110 указывает на напряжение сети в кВ. Для нас интереснее будет защита от импульсных перенапряжений частного жилого дома. Обычно эти перенапряжения возникают во время грозы при разряде молнии. При этом импульсы перенапряжения возникают когда:

молния ударяет непосредственно в линию электропередач (ЛЭП) за пределами дома;
разряд молнии происходит между облаками или в находящийся рядом с домом объект. Возникшее электромагнитное поле индуцирует в электрических цепях мощный импульс;
удар молнии происходит в грунт недалеко от дома. Ток разряда, протекающий в земле, может вызвать значительную разность потенциалов.

В этих случаях во внешних воздушных линиях до 380В могут возникать импульсы величиной до 10 кВ, а во внутренней проводке домов - до 6 кВ. Чтобы избежать пагубного влияния таких высоких напряжений на домовую электрическую сеть и бытовые электроприборы существуют простые меры. По Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) на входе силового электрического кабеля в дом должны устанавливаться ограничители импульсных напряжений (ОИН). Схема подключения ОИН простая. Устройство включается в цепь между силовым кабелем и заземляющим контуром. На рынке существует достаточно предложений различных производителей, одним из которых является концерн «Энергомера».

Как работают

В основе работы ОПН лежит нелинейная вольтамперная характеристика устройства. Благодаря ей при поступлении на ОПН больших токов высокого напряжения электрическое сопротивление устройства резко падает практически до нуля. В результате импульс напряжения в несколько кВ уходит через заземляющую цепь.

Время срабатывания на уменьшение сопротивления, как и время восстановления в исходное положение, у ОПН очень мало. Поэтому устройство при необходимости готово реагировать на целую серию импульсов.

Видео «Ограничитель высокого напряжения»

Виды и классы

С середины прошлого века до недавнего времени основными ОПН были вентильные разрядники. Но они имели целый ряд недостатков и были вытеснены нелинейными варисторами, созданными на основе металлооксидных материалов. Конструктивно они представляют собой варисторные таблеки, заключенные в укрепленный полимерный корпус. Такое решение позволяет избежать взрыва и разлета осколков устройства в случае поступления на него таких высоких напряжений, на которые оно не рассчитано.

По способам монтажа и крепления ОИН можно обозначить такие виды. Обычный вид, когда в устройство традиционным способом заводятся силовые провода. Специальный вид для крепления на дин-рейку. Этот способ, с креплением на дин-рейку, находит все большее применение благодаря удобству и простоте. По месту установки ОИН и схеме подключения можно выделить такие классы устройств. Условно их можно обозначить буквами латинского алфавита, хотя возможен и другой способ обозначения.

Устройства класса А предназначены для защиты от импульсного перенапряжения при попадании молнии в ЛЭП или разряде возле нее. Устанавливаются в месте соединения ЛЭП с кабелем, идущим в жилое строение. Выдерживают импульсы напряжения до 6 кВ. ОИН класса B монтируется в месте ввода силового кабеля в дом и должен выдерживать напряжение до 4 кВ. Подразумевается, что устройство класса А уже установлено.

Устройства класса C устанавливаются в электрощитах внутри дома и рассчитаны на напряжение 2,5 кВ. Одними из таких устройств являются ОИН-1 и ОИН-2 производства концерна «Энергомера». Первое устройство не содержит индикатор работоспособности, второе имеет такой индикатор.

Ограничители перенапряжения класса D рассчитаны на скачки напряжения до 1,5 кВ. Они предназначены для защиты чувствительной электронной аппаратуры и устанавливаются неподалеку от нее, например, в монтажных коробках. Несмотря на кажущуюся простоту, монтаж таких устройств желательно поручить квалифицированному специалисту.

Любое электротехническое оборудование создается для работы с определённой электрической энергией, зависящей от тока и напряжения в сети. Когда их величина становится больше запроектированной нормы, то возникает аварийный режим.

Предотвратить возможность его образования или ликвидировать разрушение электрооборудования призваны защиты. Они создаются под конкретные условия возникновения аварии.

Особенности защит домашней электропроводки от повышенного напряжения

Изоляция бытовой электрической сети рассчитывается на предельное значение напряжения чуть выше одного-полутора киловольт. Если оно возрастает больше, то через диэлектрический слой начинает проникать искровой разряд, который может перерасти в дугу, образующую пожар.

Чтобы предотвратить его развитие создают защиты, работающие по одному из двух принципов:

1. отключения электрической схемы дома или квартиры от повышенного напряжения;

2. отвода опасного потенциала перенапряжения от защищаемого участка за счет быстрого его перенаправления на контур земли.

При незначительном повышении напряжения в сети исправить положение призваны также . Но, в большинстве своем они создаются для поддержания рабочих параметров электроснабжения в ограниченном диапазоне его регулирования на входе, а не как защитное устройство. Их технические возможности ограничены.

В домашней проводке напряжение может повыситься:

1. на относительно продолжительный срок, когда происходит отгорание нуля в трехфазной схеме и потенциал нейтрали смещается в зависимости от сопротивления случайно подключенных потребителей;

2. кратковременным импульсом.

С первым видом неисправности успешно справляется реле контроля напряжения. Оно постоянно занимается мониторингом входных параметров сети и при достижении ими уровня верхней уставки отключает схему от питания до момента устранения аварии.

Причинами появления кратковременно возникающих импульсов перенапряжения могут быть две ситуации:

1. одновременное отключение нескольких мощных потребителей на питающей линии, когда трансформаторная подстанция не успевает мгновенно стабилизировать систему;

2. ударе грозового разряда молнии в электрооборудование ЛЭП, подстанции или дома.

Второй вариант развития аварии представляют наибо́льшую опасность, чем во всех предыдущих случаях. Сила тока молнии достигает огромных величин. При усредненных расчетах ее принимают в 200 кА.

Она при ударе в молниеприемник и нормальной работе молниезащиты здания протекает по молниеотводу на . В этот момент во всех рядом расположенных проводниках по закону индукции наводится ЭДС, величина которой измеряется киловольтами.

Она может появиться даже в отключенной от сети проводке и сжечь ее оборудование, включая дорогостоящие телевизоры, холодильники, компьютеры.

Молния может ударить и в питающую здание воздушную ЛЭП. В этой ситуации нормально работают разрядники линии, гася ее энергию на потенциал земли. Но полностью ликвидировать его они не способны.

Часть высоковольтного импульса по проводам подключенной схемы станет растекаться во все возможные стороны и придет на ввод жилого дома, а с него — ко всем подключенным приборам чтобы сжечь их наиболее слабые места: электродвигатели и электронные компоненты.

В итоге мы получили два варианта повреждения дорогостоящего бытового электрооборудования жилого здания при нормальном ликвидации штатными защитами последствий удара молнии в молниеприемник собственного здания или питающую ЛЭП. Напрашивается вывод: необходимо устанавливать для них автоматическую защиту от импульсных разрядов .

Виды ограничителей перенапряжения для домашней электропроводки

Ассортимент подобных защит создается для работы в разных условиях, отличается конструкцией, применяемыми материалами, технологией работы.

Принципы формирования элементной базы ОПН

При создании защит от перенапряжения учитываются технические возможности различных конструкторских решений. Для газонаполненных разрядников характерно то, что они после окончания прохождения импульса разряда поддерживают протекание дополнительного тока, близкого по величине к нагрузке короткого замыкания. Его называют сопровождающим током.

Разрядники, обеспечивающие ток сопровождения порядка 100÷400 ампер, сами могут стать источником пожара и не обеспечить защиту. Их нельзя устанавливать для защиты изоляции от пробоя между любой фазой, рабочим и защитным нулем. Модели других типов разрядников работают вполне надежно внутри сети 0,4 кВ.

В домашней проводке приоритет в защитах от перенапряжения получили варисторные устройства . При нормальных условиях эксплуатации электроустановки они создают очень маленькие токи утечек до нескольких миллиампер, а во время прохождения высоковольтного импульса напряжения максимально быстро переводятся в туннельный режим, когда способны пропускать до тысяч ампер.

Классы стойкости изоляции домашней электропроводки к импульсным перенапряжениям

Электрооборудование жилых зданий создается по четырем категориям, которые обозначаются римскими цифрами IV÷I и характеризуются предельной величиной допустимого перенапряжения в 6, 4, 2,5 и 1,5 киловольта. Под эти зоны и проектируются защиты от импульсных перенапряжений.

В технической литературе их принято называть «УЗИП» , что расшифровывается как устройство защиты от импульсного перенапряжения . Производители электрооборудования в маркетинговых целях ввели более понятное для простого населения определение — ограничители. В интернете можно встретить и другие названия.

Поэтому, чтобы не запутаться в используемой терминологии, рекомендуется обращаться к техническим характеристикам устройств, а не только к их наименованию.

Основные параметры взаимосвязи категорий стойкости изоляции с зонами опасности здания и применением для них трех классов УЗИП поможет понять приведенный ниже рисунок.

Он демонстрирует, что на участке от трансформаторной подстанции по линии электропередач до вводного щита может прийти импульс в 6 киловольт. Его величину должен снизить ограничитель перенапряжения класса I в зоне 1 до четырех кВ.

В распределительном щитке зоны 2 работает ограничитель класса II, снижая напряжение до 2,5 кВ. Внутри жилой комнаты с зоной 3 УЗИП класса III обеспечивает итоговое снижение импульса до 1,5 киловольта.

Как видим, все три класса ограничителей работают комплексно, последовательно и поочередно снижают импульс перенапряжения до допустимой для изоляции электропроводки величины.

Если хоть один из составных элементов этой цепочки защит окажется неисправным, то откажет вся система и возникнет пробой изоляции на конечном приборе. Использовать их необходимо комплексно, а в процессе эксплуатации требуется проверять исправность технического состояния хотя бы внешним осмотром.

Подбор варисторов для разных классов ограничителей перенапряжений

Производители оборудования устройства УЗИП снабжают моделями варисторов, подобранных по вольт-амперным характеристикам. Их вид и рабочие пределы показаны на соответствующем графике.

Каждому классу защиты соответствует свое напряжение и ток открытия. Устанавливать их можно только на свое место.

Принципы формирования схем включения ограничителей перенапряжения

Для защиты линии электроснабжения квартиры могут использоваться различные принципы подключения УЗИП:

В первом случае выполняется продольный принцип защиты каждого провода от перенапряжений относительно контура земли, а во втором — поперечный между каждой парой проводов. На основе сбора статистических данных обработки неисправностей и их анализа выявлено, что возникающие противофазные импульсные перенапряжения создают бо́льшие повреждения и поэтому считаются самыми опасными.

Комбинированный способ позволяет объединять оба предшествующих метода.

Варианты схем подключения ограничителей перенапряжения для системы заземления TN-S

Схема с электронными УЗИП и разрядниками

В этой схеме УЗИП всех трех классов устраняют импульсы перенапряжений между фазами линии и рабочим нулем N по цепочкам «провод - провод». Функция снижения синфазных перенапряжений возложена на разрядники определённого класса за счет их подключения между рабочим и защитным нулем.

Этот способ позволяет гальванически разъединять PE и N между собой. Положение нейтрали трехфазной сети зависит от симметрии приложенных нагрузок по фазам. Она всегда имеет какой-то потенциал, который может быть от долей до нескольких десятков вольт.

Если в системе работают блоки питания с импульсной нагрузкой, то от них высокочастотные помехи могут передаваться по цепям уравнивания потенциалов и заземления через РЕ-проводник к чувствительным электронным приборам, мешать их работе.

Включение разрядников в этом случае уменьшает воздействие перечисленных факторов за счет лучшей гальванической развязки, чем у электронных ограничителей на варисторах.

Схемы с электронными УЗИП в классах защит I и II

В этой схеме зашита от импульсных напряжений в вводном и распределительном щитах выполняется только электронными ОПН.

Они устраняют все синфазные перенапряжения (любых проводов относительно контура земли).

В классе III работает предыдущая схема с электронным ОПН и разрядником, обеспечивая защиту (провод — провод) для оконечного потребителя.

Особенности использования различных моделей ОПН с учетом очередности работы каскадов

При эксплуатации ступеней защит от импульсного перенапряжения требуется их согласование, координация. Она осуществляется удалением ступеней по кабелю на расстояние более 10 метров.

Объясняется это требование тем, что при попадании в схему высоковольтного импульса с крутой формой волны за счет индуктивного сопротивления жил на них происходит падение напряжения. Оно сразу прикладывается к первому каскаду, вызывает его срабатывание. Если это требование не выполнять, то происходит шунтирование ступеней, когда защита работает неправильно.

По такому же принципу подключаются и последующие каскады защит.

Когда по конструктивным особенностям оборудования оно расположено близко, то в схему искусственно включают дополнительные разделительные дроссели импульсного типа, создающие цепочку задержки. Их индуктивность настраивают в пределах 6÷15 микрогенри в зависимости от типа используемого ввода электропитания в здание.

Вариант такого подключения при близком расположении вводного и распределительного щитов и удаленном монтаже оконечных потребителей показан на схеме.

Монтируя дросселя по такой системе следует учитывать их возможность надежно работать при создаваемых нагрузках, выдерживать их предельные значения.

В целях удобства обслуживания защиты от импульсного перенапряжения вместе с дроссельными устройствами могут быть помещены в отдельный защитный щиток, последовательно связывающий вводное устройство с ГРЩ дома.

Один из вариантов подобного исполнения для здания, выполненного по системе зазамления TN-C-S, показан на схеме ниже.

При таком монтаже можно все три класса ограничителей размещать в одном месте, что удобно при обслуживании. Для этого надо последовательно между ступенями защит смонтировать разделительные дроссели.

Конструктивно вводное устройство, ГРЩ и защитный щиток при таком способе монтажа схемы следует располагать как можно ближе.

Комбинированное расположение УЗИП и дросселей в одном месте — защитном щитке позволяет исключить попадание импульсов перенапряжения уже на оборудование ГРЩ, в котором выполняется разделение PEN проводника.

Подключение силовых кабелей к ГЗЩ имеет особенности: их необходимо прокладывать по кратчайшим путям, избегая совместного соприкосновения для участков защищенной схемы и без защит.

Современные производители постоянно модифицируют свои разработки УЗИП, используя встроенные импульсные разделительные дроссели. Они позволили не только располагать ступени защит на близком расстоянии по кабелю, но и объединять их в отдельном блоке.

Сейчас на рынке, с учетом реализации этого метода, появились конструкции УЗИП комбинированных классов I+II+III или I+II. Различный ассортимент моделей таких разрядников выпускает российская копания Hakel.

Они создаются под разные системы заземления здания, работают без установки дополнительных ступеней защит, но требуют выполнения определенных технических условий монтажа по длине подключаемого кабеля. В большинстве случаев он должен быть менее 5 метров.

Для нормальной работы электронного оборудования и защиты его от помех высокой частоты выпускаются различные фильтры, в которые включают УЗИП класса III. Они нуждаются в подключении к контуру заземления через РЕ проводник.

Особенности защиты сложной бытовой техники от импульсов перенапряжений

Жизнь современного человека диктует необходимость использования различных электронных устройств, обрабатывающих и передающих информацию. Они довольно чувствительны к высокочастотным помехам и импульсам, плохо работают или вообще отказывают при их появлении. Для устранения подобных сбоев используют индивидуальное заземление корпуса прибора, называемое функциональным.

Его электрически отделяют от защитного РЕ проводника. Однако, при ударе молнии в молниезащиту между заземлениями здания или линии и функциональным электронного прибора по контуру земли потечет ток разряда, вызванный приложенным высоковольтным импульсом перенапряжения.

Устранить его можно выравниванием потенциалов этих контуров за счет монтажа специального разрядника между ними, который будет выравнивать потенциалы контуров при авариях и обеспечивать гальваническую развязку в повседневных условиях эксплуатации.

На выпуске подобных разрядников также специализируется копания Hakel.

Дополнительное требование к защите ОПН от коротких замыканий

Все УЗИП включаются в схему для выравнивания потенциалов между различными ее частями в критических ситуациях. При этом необходимо учитывать, что они сами, несмотря на наличие встроенной тепловой защиты варисторов, могут быть повреждены и стать из-за этого источником короткого замыкания, перерастающего в пожар.

Защита на варисторах может отказать при длительном превышении номинального напряжения, связанного, например, с отгоранием нуля в трехфазной питающей сети. Разрядники же, в отличие от электроники, вообще не снабжаются тепловой защитой.

По этим причинам все конструкции УЗИП дополнительно защищаются предохранителями, работающими при перегрузках и коротких замыканиях. Они обладают специальной сложной конструкцией и сильно отличаются от моделей с простой плавкой вставкой.

Применение автоматических выключателей для таких ситуаций не всегда оправданно: они повреждаются от импульсов грозовых разрядов, когда происходит сваривание силовых контактов.

Используя схему защиты УЗИП предохранителями необходимо соблюдать принцип создания ее иерархии методами селективности.

Как видим, чтобы обеспечить надежную защиту домашней электропроводки от импульсных перенапряжений необходимо скрупулезно подойти к этому вопросу, проанализировать вероятность возникновения аварий в проектной схеме с учетом работающей системы заземления и под нее выбрать наиболее подходящие ограничители ОПН.

Сетевой фильтр или ограничитель перенапряжения представляет собой устройство, подключенное к сети питания, для того чтобы предотвратить повреждение электронного оборудования от скачков напряжения. В нашей статье мы рассмотрим их виды, основные правила установки и советы по эксплуатации.

Данные защитные устройства, предназначены в первую очередь для связи между проводником электрической системы и заземлением, чтобы ограничить величину переходных перенапряжений на оборудование.

Ограничитель перенапряжения ОПН состоит из дисков, изготовленных из оксида цинка материала, который обладает низким сопротивлением при высоком напряжении и высокой стойкостью при низком напряжении. Диски помещены в фарфоровые корпуса для обеспечения физической поддержки, отвода тепла, и изоляции от загрязнений внутренних деталей. В случае удара молнии или коммутационных перенапряжений, импульсный ток ограничивается специальной встроенной схемой.

Устройство защиты от перенапряжений направляет избыточный заряд в провод заземления розетки, защищая от него через электронные устройства и в то же время позволяя нормальному напряжению поступать к аппаратуре. Перепады в электрической сети могут повредить компьютерное оборудование, сжечь провода, и даже уничтожить любые сохраненные данные. Сетевые фильтры также могут защитить телефонных и кабельных линий.

Видео: принципы работы ограничителя перенапряжения

Перед тем, как купить ограничитель перенапряжения ОПН, нужно определить цель, для которой он необходим, и решить некоторые монтажные вопросы:

1. Сколько точек вам нужно?

Определить, сколько элементов будет подключено к одной розетке, и приобрести один ограничитель напряжения, который будет отвечать количество устройств. Помните, что трансформаторные пробки шире стандартного разъема ограничителя. Многие сетевые фильтры предназначены для размещения в трансформаторе УЗО, чтобы не блокировать соседние розетки. Данные показатели не важны для устройств типа ОПН-10, ОПН 6 и ОПНП, которые подключаются непосредственно сеть.

2. Замерить напряжение

Отраслевым стандартом для оценки электрической энергии являются джоули. Именно в Джоулях сетевой фильтр сообщает нам, сколько энергии устройство защиты от перенапряжений может поглотить, прежде чем оно выходит из строя. Большее число указывает на большую защиту. Соответственно, для дома с большим количество мощных электрических приборов понадобится хороший импульсный ограничитель.

3. Подключаемое оборудование

Бытовая электроника, компьютеры, оргтехника и инструменты домашнего мастера имеют разные потребности в защите. Желательно выбрать сетевой фильтр для защиты всего оборудования, и, в том числе телефонных линий (RJ-11), компьютерные сети (RJ-45), разъемы и кабельные (коаксиальный). Для этих целей подойдут модели типа abb.

4. Индикаторы работы

Большинство ограничителей оснащены диагностическими светодиодами, которые подтверждают наличие питания и рабочее состояние защиты. После неоднократных скачков напряжения, защитные схемы могут выгореть, поэтому наличие дисплея или хотя бы сигнализирующих ламп очень важно (на моделях ОПНП, ОПН-П и ОПС типа УХЛ отсутствует).

Виды ограничителей

Существует огромное количество разнообразных защитных устройств:

ограничитель высоковольтный нелинейный, предназначений дл перенапряжений сети от 800 В – abb, ОПС1 и все серии ОПН;

импульсные устройства типа варисторов, представлены моделями ECOTEC;
сетевые фильтры для защиты оргтехники – OVR;
реле контроля – применяется не только для защиты сети, но и её диагностики.

Устанавливаем ограничитель в щиток

При установке линейных ограничителей ОПН 10 необходимо зажать контакты устройства при помощи специальных клемм. Один контакт обязательно отводится на заземляющее устройство, либо трансформатор, второй – на сеть.

Последовательность работы следующая:

снять контр-гайку, болты и ниппели у ограничителя;
закрепить гровер между шайбой и контр-гайкой;
закрепить следующий электростатический диск;
прикрепить секции к ОПН при помощи болтов и гаек.

Схема подключения опн

Схема: как подключить опн

Для установки оборудования в частном доме (имеется в виде, не на производстве), допускается использование до 5 защитных пластин (в прайсе стоимости обязательно указывается цена за одну пластину).

Ограничитель перенапряжения нельзя собирать в горизонтальном положении;
Длина провода, отходящего от ОПН должна быть не более 3 метров, иначе нагрузка на устройство будет слишком большой и фильтр быстрее выйдет из строя;
Все провода, идущие от ОПН должны быть короткими, петли закругленными, а контакты изолированными;
Керамические ограничители допускается использовать как опоры для шин, если общая масса не превышает 30 килограмм.

Стоимость защитных устройств может варьироваться от нескольких десятков до сотен и даже тысяч. Все зависит от максимально допустимого напряжения и способности рассеивать энергию.

Область применения

Ограничители используются в частных домах, квартирах многоэтажек, на производстве, для защиты помещений от замыканий и ударов молний (импульсных скачков напряжения).

На сайт Балтэнерго поступает много вопросов, связанных с ОПН. Часть из них носит конкретный характер, например, по дополнительным данным на приобретённый ограничитель. На подобные вопросы мы стараемся отвечать незамедлительно. Но часть вопросов носит общий характер. К примеру, по параметрам ограничителей, в том числе и по толкованию самих терминов, которые приведены в документации производителей ОПН. Это связано с тем, что в настоящее время практически не издаётся популярная научно-техническая литература по электротехнике, к тому же дешёвая, подобно широко известной в то время “Библиотеке электромонтёра” или “Массовой библиотеке инженера”. А несмотря на свою кажущуюся конструктивную простоту, ОПН - сложный электротехнический аппарат. Скажем так: ОПН – это просто, но не очень… И у теоретиков и у практиков есть много нерешенных вопросов. Достаточно сказать, что до сих пор не принят основополагающий документ по ОПН – ГОСТ, а целый ряд существующих документов имеют разночтения. Тем не менее, активное внедрение ограничителей в практику, тем более учитывая их роль в энергосистемах, ставит вопрос о более глубокой теоретической и практической подготовке обслуживающего персонала. Поэтому мы пришли к выводу о необходимости поместить на нашем сайте ряд взаимосвязанных статей по основам теории и практике ОПН, не особо теоретизируя и в то же время не упрощая подачу материала с тем, чтобы он был доступен широкому кругу практиков. Но так как большинству читателей –практиков основы защиты энергетических систем от перенапряжений известны (по применению, например, вентильных разрядников), то общеизвестных истин повторять не будем. Конечно, при указанном подходе возможны некоторые упрощения, могут быть и неточности. Но мы открыты для любой критики, тем более конструктивной. Особенно ценны предложения по тематике будущих статей. По возможности, будем ссылаться на используемые источники- учебные пособия, статьи, документы и др. , но если вдруг кто-то из авторов не найдёт ссылки на свой труд - не обвиняйте нас в плагиате – ведь никаких коммерческих выгод от этих публикаций мы не получим.

Этот цикл статей назовём непритязательно - “ Школа молодого опнщика”. И так – урок первый. Начнём с назначения и принципа действия.

Урок 1. Назначение и принцип действия ОПН

Ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН)-электрические аппараты, предназначенные для защиты оборудования систем электроснабжения 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 нелинейной вольт-амперной характеристики (ВАХ) и повышенной пропускной способности. Применение в ОПН высоконелинейных резисторов позволило исключить из конструкции аппарата искровые промежутки, что устраняет целый ряд недостатков, присущих вентильным разрядникам.

Основной компонент материала резисторов ОПН – оксид (окись) цинка ZnO . Оксид цинка смешивают с оксидами других металлов – закисью и окисью кобальта, окисью висмута и др. Технология изготовления оксидно-цинковых резисторов весьма сложна и трудоёмка и близка к требованиям при производстве полупроводников – применение химически чистого исходного материала, выполнение требований по чистоте и т. д. Основные операции при изготовлении – перемешивание и измельчение компонентов, формовка (прессование) и обжиг. Микроструктура варисторов включает в себя кристаллы оксида цинка (полупроводник n – типа) и междукристаллической прослойки (полупроводник p – типа). Таким образом, варисторы на основе оксида цинка ZnO являются системой последовательно – параллельно включённых p – n переходов. Эти p – n переходы и определяют нелинейные свойства варисторов, то есть нелинейную зависимость величины тока, протекающего через варистор, от приложенного к нему напряжения.

В настоящее время варисторы для ограничителей изготовляются как цилиндрические диски диаметром 28 – 150 мм, высотой 5 – 60 мм (рис 1). На торцевой части дисков методом металлизации наносятся алюминиевые электроды толщиной 0.05-0.30 мм. Боковые поверхности диска покрывают глифталевой эмалью, что повышает пропускную способность при импульсах тока с крутым фронтом.

Рис. 1. Нелинейный резистор – варистор

Диаметр варистора (точнее - площадь поперечного сечения) определяет пропускную способность варистора по току, а его высота - параметры по напряжению.

При изготовлении ОПН то или иное количество варисторов соединяют последовательно в так называемую колонку. В зависимости от требуемых характеристик ОПН и его конструкции и имеющихся на предприятии варисторов ограничитель может состоять из одной колонки (состоящей даже из одного варистора) или из ряда колонок, соединённых между собой последовательно/ параллельно.

Для защиты электрооборудования от грозовых или коммутационных перенапряжений ОПН включается параллельно оборудованию (рис. 2 ).

Защитные свойства ОПН объясняются вольт–амперная характеристикой варистора.

Вольт – амперная характеристика конкретного варистора зависит от многих факторов, в том числе от технологии изготовления, рода напряжения - постоянного или переменного, частоты переменного напряжения, параметров импульсов тока, температуры и др.

Типовая вольт- амперная характеристика варистора с наибольшим длительно допустимым напряжением 0.4 кВ в линейном масштабе приведена на рис. 3.

Рис. 3. Вольт – амперная характеристика варистора

На вольт – амперной характеристике варистора можно выделить три характерных участка: 1) область малых токов; 2) средних токов и 3) больших токов. Область малых токов – это работа варистора под рабочим напряжением, не превышающим наибольшее допустимое рабочее напряжение. В данной области сопротивление варистора весьма значительно. В силу неидеальности варистора сопротивление хотя и велико, но не бесконечно. поэтому через варистор протекает ток, называемый током проводимости. Этот ток мал - десятые доли миллиамперметра.

При возникновении грозовых или коммутационных импульсов перенапряжений в сети варистор переходит в режим средних токов. На границе первой и второй областей происходит перегиб вольт – амперной характеристики, при этом сопротивление варистора резко уменьшается (до долей Ома). Через варистор кратковременно протекает импульс тока, который может достигать десятков тысяч ампер. Варистор поглощает энергию импульса перенапряжения, выделяя затем её в виде тепла, рассеивая в окружающее пространство. Импульс перенапряжения сети “ срезается” (рис. 4).

В третьей области (больших токов) сопротивление варистора снова резко увеличивается. Эта область для варистора является аварийной.

Для создания условий безаварийной и долгосрочной эксплуатации огромной массы электрооборудования, используемого, как в промышленности, так и в повседневной деятельности, в первую очередь необходимо обеспечить безопасный способ доставки и стабильность параметров электроэнергии. Особую опасность для электрических потребителей представляет кратковременное многократное превышение значение величины номинального напряжения в электрической сети. В электротехнике это явление известно, как . Как правило, причиной его проявления является воздействие на линии электропередач грозовых явлений или же коммутационных процессов внутри электрической установки. Возникающие импульсы высокого напряжения могут безвозвратно вывести из строя дорогостоящее оборудование, быть причиной возникновения пожаров и взрывов. Для защиты от возникающих пиковых значений напряжения, служат специальные высоковольтные устройства, ограничители перенапряжения, принцип работы и назначение которых мы и рассмотрим далее.

Назначение

ОПН предназначены для защиты электроприборов и оборудования от воздействия высоковольтных импульсов напряжения. Благодаря простоте конструкции и надежности, они нашли широкое применение в области энергоснабжения. Данные устройства защиты пришли на смену устаревшим, весьма громоздким вентильным разрядникам. В отличие от предшественников, принцип действия ограничителя заключается не в использовании искровых промежутков. В качестве главного рабочего элемента в ОПН используются нелинейные резисторы, выполненные из материала, основу которого составляет окись цинка.

Устройство

Первичным и основным элементом, из чего состоит ограничитель перенапряжения, служит варистор, выполняющий роль нелинейного переменного резистора. Конструктивно ОПН состоят из варисторов, размещенных в корпусе, изготовленном из фарфора или высокопрочного полимера. Конструкция ограничителя выполнена с учетом условий, обеспечивающих взрывобезопасность, в случае возникновения токов . В зависимости от назначения и места установки ОПН могут быть исполнены в различных вариантах. Для ограничителей, используемых для защиты линий электропередач и оборудования промышленных объектов, на крышке корпуса предусмотрен контактный болт для подключения к сети, в комплект ОПН входит изолированная от контакта с землей плита основания.

Устройства, предназначенные для защиты от пиковых импульсов напряжения электрохозяйства квартиры или дачного домика, очень компактны, имеют привлекательный дизайн, а также снабжены устройством для крепления на . В зависимости от категории сложности, могут быть обустроены индикацией режимов работы и дистанционным управлением.

Устройство модульного ограничителя перенапряжения предоставлено на фото:

Корпус
Предохранитель
Сменный варисторный модуль
Указатель износа варисторного модуля
Насечки на зажимах

Принцип работы

Принцип действия ОПН объясняется нелинейным характером вольтамперных характеристик (ВАХ) варисторов. Для их изготовления применяется материал, где находит применение окись цинка в смеси с оксидами других металлов. Благодаря составу данной смеси, колонка, собранная из варисторов является комбинацией параллельных и последовательных включений p-n переходов, что и обуславливает природу вольтамперных характеристик нелинейных резисторов ограничителей.

Когда характеристики напряжения в сети соответствуют номинальным значениям, ограничитель находится в режиме непроводящего состояния. Величина тока в варисторах имеет мизерные значения и объясняется емкостным характером. При появлении в сети импульса напряжения, величина которого может вызвать пробой изоляции электрооборудования, в цепи нелинейных резисторов ОПН, в соответствии с их вольтамперными характеристиками, будет иметь место возникновение значительного импульса тока. В конечном итоге это снижает величину перенапряжения до параметров безопасных для безаварийной эксплуатации оборудования. Когда напряжение в сети нормализуется, ОПН вновь возвращается в непроводящий режим.

Конструкции ОПН, предлагаемые производителями энергетикам весьма разнообразны, их различают по следующим признакам:

Типу изоляции (фарфор или полимер).
Конструктивному исполнению (одна или несколько колонок).
Величине рабочего напряжения.
Месту установки ограничителя.

Если говорить об ограничителях перенапряжения, устанавливаемых на DIN-рейку, то тут устройства первоначально разделяются на однофазные и трехфазные. Помимо этого модульные ОПН (они же УЗИП), делятся на три основных класса: B, C и D. Ограничители класса B устанавливаются на вводе в здание, C — непосредственно в распределительном щите квартиры либо дома, D — на отдельное оборудование, которое нужно защитить от помех, если с этим не справились ОПН класса B и C. Подробнее о модульных ограничителях перенапряжения вы можете узнать из видео:

Технические характеристики

Максимально действующее напряжение. Под этим понятием необходимо понимать величину наибольшего значения величины напряжения, при котором ограничитель способен сохранять свою работоспособность без ограничения по времени.
Номинальное напряжение, эквивалентно величине, воздействие которого ОПН способен выдерживать в течение 10 минут.
Ток проводимости. Величина тока, в цепи нелинейных резисторов в период воздействия номинальных значений приложенного напряжения. Как правило, имеет мизерное значение.
Номинальный разрядный ток. Параметр, определяющий классификацию ограничителя в условиях грозового режима.
Расчетный ток коммутационного перенапряжения. Значение тока, определяющее классификацию при коммутационных перенапряжениях.
Токовая пропускная способность. Величина эквивалентная классу разряда линии.
Устойчивость к короткому замыканию. Категория способности ОПН противостоять токам короткого замыкания, сохраняя при этом целостность защитной оболочки.

Защита электрохозяйства административных зданий, многоквартирных домов и предприятий возлагается на соответствующие службы энергетических компаний, оградить свой дом от нежелательных последствий грозового разряда возложена на домовладельца. В настоящее время этот вопрос решается просто. В специализированных магазинах представлен широкий выбор ограничителей перенапряжения различной степени сложности и ценового диапазона.

На рисунке ниже показано подключение ОПН к однофазной сети и условное обозначение на схеме. Подключить ограничитель перенапряжения к домашней электросети не сложно, но выполнение этой операции лучше доверить специалисту, если вы не имеете опыта в электромонтажных работах.

Вот мы и рассмотрели устройство, назначение и принцип действия ограничителя перенапряжения. Как вы видите, существует различные виды и конструктивные исполнения данных устройств, благодаря чему можно подобрать подходящий вариант для собственных условий применения.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎