ограничитель перенапряжения опн

Что такое ограничитель перенапряжения?

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 короткого замыкания. 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 din-рейку. В зависимости от категории сложности, могут быть обустроены индикацией режимов работы и дистанционным управлением.

Устройство модульного ограничителя перенапряжения предоставлено на фото:

1. Корпус
2. Предохранитель
3. Сменный варисторный модуль
4. Указатель износа варисторного модуля
5. 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:

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

Технические характеристики

1. Максимально действующее напряжение. Под этим понятием необходимо понимать величину наибольшего значения величины напряжения, при котором ограничитель способен сохранять свою работоспособность без ограничения по времени.
2. Номинальное напряжение, эквивалентно величине, воздействие которого ОПН способен выдерживать в течение 10 минут.
3. Ток проводимости. Величина тока, в цепи нелинейных резисторов в период воздействия номинальных значений приложенного напряжения. Как правило, имеет мизерное значение.
4. Номинальный разрядный ток. Параметр, определяющий классификацию ограничителя в условиях грозового режима.
5. Расчетный ток коммутационного перенапряжения. Значение тока, определяющее классификацию при коммутационных перенапряжениях.
6. Токовая пропускная способность. Величина эквивалентная классу разряда линии.
7. 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.

Будет интересно прочитать:

Общие понятия про ограничители перенапряжения

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

Буква Н в аббревиатуре ОПН означает нелинейный, а не напряжение.

Устройство опн

Нелинейным в устройстве ОПНа является сопротивление — переменное сопротивление (варистор).

Его переменность важна при изменении токов и видна на вольтамперной характеристике о-пэ-эн-а.

Сопротивления выпускаются в виде дисков, которые состоят из металлооксидной керамики. Они соединяются последовательно и параллельно внутри изоляционного корпуса, в зависимости от класса напряжения и пропускной способности ОПН.

Для каждого ОПН важно, чтобы все сопротивления имели одинаковые вольтамперные характеристики. В обратном случае, отдельные сопротивления будут нагреваться сильнее, что будет приводить к разрушениям самих сопротивлений и всего ОПН в целом.

Нелинейные сопротивления располагаются внутри корпуса из изоляции. Раньше для изоляции использовали фарфор, керамику. В настоящее время можно встретить ОПН, внешняя изоляции которых выполнена из полимерного изоляционного материала.

Наружная изоляция выполнена сложной формы, количество и форма ребер определяется требованием пути утечки внешней изоляции. Сама характеристика пути утечки определяет минимальный размеры ОПН.

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

Внутренняя изоляции более мощная и прочная, чем внешняя.

Кроме сопротивлений и изоляции, в состав аппарата входят выводы подключения. Ограничитель подключается между фазой и землей.

опн обозначение на схеме

Ниже рассмотрим как выглядит ОПН на однолинейной схеме. Переменный резистор, который обозначается FV, как и разрядник.

Как работает опн

Принцип действия ОПН в снижении перенапряжения, за счет поглощения варисторами броска тока, выделяемого при уменьшении их сопротивления при возникновении перенапряжения. Путано написал, но думаю сейчас более подробно разберемся и станет доступнее.

Для понимания принципа работы ОПН рассмотрим обобщенную вольт-амперную характеристику переменного резистора.

Условно её можно разделить на три зоны по оси икс — зона малых токов, зона средних токов и зона высоких токов. По оси игрик также можно разбить на зону рабочего напряжения, зону низкого напряжения и зону перенапряжений.

На каждом из этих участков сопротивление ведет себя по-разному. В первой зоне ОПН находится в рабочем состоянии, сопротивление резисторов велико и по ОПНу течет малый ток.

При возникновении перенапряжения варистор переходит на участок 2 своей ВАХ. Перенапряжение создает импульс тока на ОПН, резисторы переходят в проводящее состояние, поглощают импульс тока и рассеивают его тепловой энергией.

За счет отведенного импульса тока перенапряжение уменьшается и резистор возвращается в зону 1. Аналогично и в зоне 3, но там перегиб кривой еще больше и бросок тока становится еще сильнее.

Ограничитель перенапряжений: типы, характеристики, назначение

В наше время практически в каждом доме имеется та или иная техника, причем не в единичном экземпляре. В особенности ее много в большинстве административных зданий, торговых центров и прочих заведений. Как всем известно, любое отклонение рабочего напряжения от нормы не идет на пользу электрооборудованию. В лучшем случае это приведет к ремонту, а в худшем — к полному выходу из строя. Поэтому с целью обеспечения защиты электрических приборов целесообразно использовать ограничитель перенапряжений (ОПН).

Жилые дома и административные здания в этом плане защищены при поддержке обслуживающих организаций. Владельцам же частной собственности приходится самостоятельно справляться с этой распространенной проблемой. Но что такое ОПН, не каждый себе представляет, хотя, скорее всего, слышали все о нем нередко.

Что это такое?

ОПН, как можно понять из названия, являются высоковольтной аппаратурой, которая предназначена для защиты электрических приборов от отклонений напряжения в сторону значительно превышающей номинальные показатели. Как правило, эти сильные отклонения носят импульсный характер, поэтому такие устройства называются ограничителями импульсных напряжений (ОИН).

Ранее для этой цели использовали вентильные разрядники – устройства, которые были основаны на технологии искрового промежутка. В настоящее время технологии значительно улучшились, и теперь успешно применяется ограничитель перенапряжений, который тоже можно назвать разрядником. Только в нем уже отсутствует искровой промежуток.

Чтобы более точно представить всю картину, рассмотрим, какие могут быть причины таких перепадов напряжения.

Причины перенапряжения

Причин, по которым происходит перенапряжение, может быть несколько. Прежде всего стоит отметить, что к электросети подключено немалое количество потребителей, включая объекты промышленного и строительного назначения. Казалось бы, какое это имеет значение? Но дело в том, что если, к примеру, тысяча человек одновременно включит приборы высокой мощности, к которым относятся чайники, СВЧ-печи, кондиционеры, стиральные машины и ряд некоторой техники, то случится скачок напряжения.

Иногда по вечерам можно наблюдать такое явление, о чем сигнализируют лампочки. Однако при этом серьезной опасности для техники не существует. Совсем иначе обстоит дело, если на всем заводе или крупном строительном объекте сразу будут включены или отключены все приборы.

В этом случае только ограничитель перенапряжений и спасает ситуацию. Такое может произойти, если электросеть сообщается с каким-нибудь крупным предприятием или строительством.

Среди прочих причин можно выделить:

• резкое изменение нагрузки распределительной системы;
• повреждения энергоустановок, вызывавших короткое замыкание;
• человеческий фактор;
• прохождение грозового разряда вблизи линии электропередачи (ЛЭП);
• удар молнии непосредственно в ЛЭП.

При этом импульсы могут достигать значения около 10 кВ по воздушным линиям. Во внутренней проводке домов оно равняется обычно примерно 6 кВ. А так как большинство электроприборов устойчиво к значению не более 1,5 кВ, поэтому установка таких защитных устройств просто необходима.

Классификация ОПН

Существуют следующие типы ограничителей перенапряжения:

К классу A относятся устройства, которые обеспечивают защиту от перенапряжения, вызванного ударом молнии в ЛЭП либо в объект, стоящий недалеко от нее. Способны выдержать импульс напряжением до 6 кВ, а рабочее сопротивление не более 10 Ом. В большинстве случаев монтаж ограничителей производится снаружи в месте соединения ЛЭП с кабелем.

Ограничители класса B устанавливаются на участке ввода кабеля непосредственно в дом. Они служат защитой от импульсов номиналом 4 кВ. Также они являются своего рода 1 ступенью защиты объекта, поскольку предполагается, что ограничитель перенапряжения ОПН предыдущей категории уже установлен, что является прерогативой компании, которая обслуживает ЛЭП.

Все, что пропустила предыдущая защита, должны сбросить в заземление ограничители класса C. Только они могут выдерживать меньшее значение – лишь до 2,5 кВ. Устанавливаются уже внутри дома в электрощитах и, как правило, работают в паре.

Устройства, относящиеся к классу C, защищают от скачков напряжения не более 1,5 кВ. Они особенно актуальны для чувствительных электрических приборов. Однако если техника без электронной начинки, то можно обойтись без этих устройств. Местом их установки является монтажная коробка в квартирах. Несмотря на то что монтаж таких устройств кажется легким, лучше чтобы этим занимались квалифицированные специалисты.

Нелинейные ограничители

Конструктивно ограничители перенапряжения 10 КВ состоят из колонки варисторов, спрятанной под изоляционной оболочкой. При этом, исходя из необходимых характеристик и конструкции устройства, таких колонок может быть несколько. В качестве оболочки обычно выступает стеклопластиковая труба, которая способна воспринимать практически любой вид механической нагрузки, тем самым обеспечивая необходимую прочность устройству.

На эту трубу путем бесшовного прессования помещена трекингостойкая кремнийорганическая резина, которая образует внешнюю защитную оболочку с ребрами. Колонку варисторов с двух сторон поджимают два вывода в виде фланцев, которые ввернуты в трубу с двух сторон. Для их изготовления используется электротехнический алюминий, стойкий к коррозии.

Чтобы ограничители перенапряжения ОПНП хорошо выполняли свою задачу, они хорошо герметизированы. Осуществляется это надежным соединением фланцев, а также заполнением внутренней полости трубы желеподобным кремнийорганическим (силиконовым) каучуком.

На случай внутреннего пробоя в трубе ограничителя предусмотрены отверстия, расположенные на определенном расстоянии друг от друга и закрытые защитной оболочкой. Это позволяет сбросить внутреннее давление устройства без разрушения на части.

Принцип работы

Работа ограничителя основывается на вольт-амперной характеристике нелинейного характера. То есть, если на устройство поступает большое напряжение, то происходит падение электрического сопротивления практически до нулевого значения. В итоге высоковольтный импульс номиналом в несколько киловольт направляется прямиком в заземляющую цепь.

Время, которое затрачивается на падение сопротивления, а затем на восстановление до исходного значения ничтожно малое. Благодаря этому ограничитель перенапряжения ОПН способен выдерживать не один скачок напряжения, а целую серию высоковольтных импульсов.

Характеристика ОПН

Определяющей характеристикой ограничителя является максимальное значение действия рабочего напряжения переменного тока, который подводится к выводам устройства неограниченного временными рамками. При этом отсутствуют какие-либо повреждения или термическая неустойчивость.

К другому показателю относится ток проводимости, который проходит через ОПН. Его величина измеряется в реальных условиях эксплуатации и обычно равна нескольким сотням микроампер.

Среди прочих характеристик можно выделить:

• Величину предельного разрядного тока.
• Токовую пропускную способность.
• Устойчивость к короткому замыканию.
• Расчетный ток коммутационного перенапряжения.
• Номинальный разрядный ток.

Помимо этого, любой ограничитель перенапряжений стойко переносит медленно изменяющееся значение напряжения. Иными словами, ОПН не должен разрушаться при превышении напряжения в течение определенного промежутка времени.