Omezovače OPN

Nelineární svodič přepětí (NLOA) — elektrické zařízení určené k ochraně zařízení v napájecích systémech před spínacími a bleskovými přepětími. OPN lze také nazvat lapačem jisker. Svodiče přepětí jsou dnes jedním z nejúčinnějších prostředků ochrany zařízení elektrické sítě.

přihláška

V některých případech může být zařízení vystaveno napětí, které je vyšší než jmenovitá hodnota (při bouřce nebo při spínání elektrických obvodů). V tomto případě se zvyšuje pravděpodobnost porušení izolace instalace. Nelineární svodiče přepětí jsou určeny k použití jako hlavní prostředek ochrany elektrických zařízení stanic a sítí středních a vysokých napěťových tříd střídavého proudu průmyslové frekvence před spínacími a bleskovými přepětími. Omezovače se používají místo ventilových svodičů odpovídajících napěťových tříd a připojují se paralelně k chráněnému zařízení nebo instalaci.

Zařízení a princip činnosti

Zařízení svodiče přepětí

Hlavní prvek OPN — varistor. Hlavní aktivní část svodiče přepětí tvoří sériová sada varistorů zapojených do série do „sloupce“. V závislosti na požadovaných vlastnostech svodiče přepětí a jeho provedení se může omezovač skládat z jednoho sloupce nebo z několika sloupců zapojených sériově nebo paralelně. Rozdíl mezi materiálem varistorů svodičů přepětí a materiálem odporů ventilových svodičů je ten, že nelineární odpory svodičů přepětí mají zvýšenou propustnost a také vysoce nelineární voltampérovou charakteristiku (VAC), díky které je možné, aby byl svodič přepětí trvale a bezpečně pod napětím, což zajišťuje vysokou úroveň ochrany elektrických zařízení. Tyto vlastnosti umožnily eliminovat jiskřiště z konstrukce OPN.

Materiál nelineárních rezistorů OPN se skládá převážně z oxidu zinečnatého – ZnO a pláště ve formě glyftalového smaltu, který zvyšuje propustnost varistoru. Během výrobního procesu se oxid zinečnatý mísí s jinými oxidy kovů. Varistory z oxidu zinečnatého jsou soustavou sestávající ze sériově a paralelně zapojených p-n přechodů. Právě tyto p-n přechody určují nelinearitu proudově-napěťové charakteristiky varistoru.

OPN Konstrukčně se jedná o sloup varistorů uzavřený ve vysokopevnostním polymerovém pouzdře z vysokomolekulárního kaučuku (v případě polymerové izolace zařízení), nebo o sloup varistorů přitlačený k boční ploše sklolaminátové trubky umístěné uvnitř porcelánu (v případě porcelánové izolace). V OPN s polymerní izolací je prostor mezi sklolaminátovou trubkou a odporovým sloupcem vyplněn nízkomolekulárním kaučukem a samotná sklolaminátová trubka má vypočítaný počet otvorů pro zajištění výbušné bezpečnosti konstrukce při průchodu zkratových proudů. Svodiče přepětí s porcelánovou izolací mají na čelních plochách krytu membrány a těsnící pryžové O-kroužky, na přírubách jsou instalovány speciální kryty s výfukovými otvory. Víko svodiče přepětí má kontaktní šroub pro připojení k proudové přípojnici. OPN opatřena základovou deskou izolovanou od země. Vnitřní sklolaminátové potrubí, membrány a kryty zajišťují výbuchovou bezpečnost konstrukce při průchodu zkratových proudů.

Princip

Ochranná akce svodič přepětí je způsobeno tím, že při výskytu přepětí nebezpečného pro izolaci, v důsledku vysoké nelinearity rezistorů, protéká omezovačem přepětí významný pulzní proud, v důsledku čehož se velikost přepětí snižuje na úroveň, která je bezpečná pro izolaci chráněného zařízení.

V normálním provozním režimu je proud procházející omezovačem kapacitní povahy a činí desetiny miliampéru. Při výskytu přepětí se však rezistory OPN přepnou do vodivého stavu a omezí další nárůst přepětí na úroveň, která je bezpečná pro izolaci chráněné elektroinstalace. Při poklesu přepětí se omezovač vrátí do nevodivého stavu.

Voltampérová charakteristika omezovače se skládá ze 3 částí:

• – oblast nízkého proudu;
• – oblast průměrných proudů;
• – oblast vysokých proudů.

V první oblasti pracují varistory pod pracovním napětím, které nepřekračuje nejvyšší dovolené pracovní napětí (odpor varistorů je vysoký a protéká jimi velmi malý vodivý proud). Při výskytu přepětí v síti se varistor přepne do režimu středního proudu. V tomto případě na rozhraní oblastí 1 a 2 dochází k ohybu charakteristiky proud-napětí, výrazně klesá odpor varistorů a protéká jimi krátkodobý proudový impuls. Varistor absorbuje pulsní energii a odvádí ji do okolního prostoru ve formě tepla. Vlivem absorpce energie prudce klesá rázové napětí. Třetí oblast pro omezovač je nouzová, odpor varistorů v ní opět prudce narůstá.

Typy svodičů přepětí

Svodiče přepětí jsou klasifikovány podle:

• typ izolace (polymer, porcelán);
• design (jednosloupový, vícesloupový);
• hodnoty provozního napětí (6-10 kV; 35 kV; 110 kV; 220 kV atd.);
• místa instalace (rozvaděč nebo rozvaděč).

<strong>Porcelán OPN</strong>

Jedná se o sloupec varistorů přitlačený k boční ploše sklolaminátové trubky umístěné uvnitř porcelánového krytu. Staly se široce používanými mezi ochrannými prostředky, ale v poslední době jsou málo žádané kvůli vzniku OPN s polymerovým krytem.

Mezi výhody omezovačů s porcelánovou izolací patří:

• Relativně malý vliv teplotních výkyvů na stav zařízení;
• Vysoká mechanická stabilita (je to způsobeno tím, že hlavní mechanické zatížení působí na izolační povlak).

Nevýhody OPN v porcelánovém krytu:

• nedostatečná těsnost jednotky přírubového upevnění k porcelánovému izolačnímu krytu a zachování vlastností pryžových těsnění při dlouhodobém provozu;
• Vysoké nebezpečí výbuchu (porcelánové úlomky létají různými směry vysokou rychlostí během exploze); Hmotnost a rozměry (omezovače v polymerovém krytu jsou 2-3krát lehčí než OPN s porcelánovou izolací);
• Horší tepelné charakteristiky ve srovnání s OPNp.

<strong>Polymerové svodiče</strong>

OPN se skládá ze sloupce varistorů uzavřených v pouzdru z vysokopevnostního polymeru vyrobeného z vysokomolekulární pryže. Prostor mezi sklolaminátovou trubkou a odporovým sloupcem je vyplněn nízkomolekulárním kaučukem a samotná sklolaminátová trubka má vypočítaný počet otvorů pro zajištění explozivní bezpečnosti konstrukce při průchodu zkratových proudů. V současnosti polymerní OPN (OPNp) předčily porcelánové OPN co do rozsahu použití a výroby.

Výhody OPNp:

• Vysoká hydrofobnost;
• Výrazně vyšší bezpečnost proti výbuchu než u porcelánových pojistek;
• odolný proti vandalismu;
• Lehká váha;
• Lepší elektrické a vybíjecí charakteristiky než u OPN v porcelánovém krytu;
• Snadná instalace a přeprava, stejně jako odolnost proti nárazům a vibracím;
• Schopnost pracovat v podmínkách přírodního a průmyslového znečištění atd.

Nevýhody omezovačů polymerů zahrnují:

• Vliv sezónních výkyvů okolní teploty (vnitřní prostor má výrazně odlišný koeficient tepelné roztažnosti od materiálu pneumatiky, to může vést k deformaci žeber pneumatiky a snížení elektrické pevnosti vnější izolace);
• Nesprávný výpočet mechanického zatížení může vést k prasknutí varistorů omezovače.

<strong>Jednosloupcové OPN</strong>

Konstrukčně se skládají z jednoho sloupce varistorů. Vyrábějí se s délkou únikové cesty vnější izolace, která odpovídá následujícím stupňům znečištění (podle GOST 9920): II*, III, IV.

Pro všechny napěťové třídy existují jednosloupové svodiče přepětí, přičemž je maximálně využit objem těla přístroje, což také výrazně snižuje hmotnost svodiče přepětí oproti vícesloupovému a výrazně zvyšuje spolehlivost provozu.

<strong>Vícesloupové svodiče přepětí</strong>

Představují několik bloků (modulů), které jsou tvořeny určitým počtem sloupců zapojených sériově nebo paralelně mezi sebou. Používané pro třídy vysokého síťového napětí se OPN skládají ze dvou nebo tří částí (modulů). Tato konstrukce výrazně zvyšuje spolehlivost provozu OPN, když je povrch zařízení mokrý a znečištěný.

Údržba a diagnostické metody OPN

Hledání vadného svodiče přepětí zabere spoustu času. Ve většině případů se stav svodiče přepětí posuzuje vizuální kontrolou nebo demontáží svodiče přepětí a kontrolou standardních elektrických parametrů odporů. Kvůli obtížnosti vizuální kontroly může být ohroženo vedení chráněné proti přepětí. Kromě toho je podle pokynu CE-936 četnost běžných oprav a meziopravových zkoušek svodičů přepětí: u svodičů střídavého proudu – 1x za 4 roky a u svodičů stejnosměrného proudu – 1x ročně.

Metody diagnostiky akutního selhání ledvin:

• Měření odporu;
• Měření vodivých proudů svodičů přepětí (6-35 kV) v laboratorních podmínkách;
• Měření vodivostních proudů svodičů přepětí pod provozním napětím (110-750 kV);
• Termovizní průzkum (pomocí infračervených zařízení s vysokým teplotním rozlišením (ne nižším než 0,5 ᵒС)).