Ограничитель перенапряжений опн

Виды УЗИП и принципы работы

Все приборы УЗИП имеют одно назначение, защиту оборудования в электросетях от импульсного перенапряжения. Достижение этой цели осуществляется разными путями, поэтому изделия отличаются по принципу работы и конструкции.

На графиках справа показано как УЗИП срезает импульс перенапряжения

Искровые разрядники – работают по принципу искрового разряда в промежутках между проводниками фазы и заземления.

В перемычку между этими линиями ставится разрядник с разрывом цепи, воздушный зазор рассчитан на пороговое значение перенапряжения. При превышении установленного порога, воздушный зазор пробивается, ток с фазного проводника уходит в контур заземления, не доходя до бытовой техники и другого оборудования.

Вентильные разрядники – работают по такому же принципу, но с одной стороны воздушного зазора находится сопротивление, которое рассеивает энергию импульса напряжения.

Модели УЗИП на разрядном принципе имеют большие габариты, используются в сетях высокого напряжения на участках между ЛЭП и трансформаторных подстанций, это старые, но надежные конструкции. Постепенно их вытесняют ОПН (Ограничители напряжения).

Ограничители перенапряжения — в данном случае в качестве перемычки ставят варисторы обладающие свойствами нелинейного резистора. Для не посвященных, варисторы обладают уникальными вольт — амперными характеристиками для пропускания больших токов высокого напряжения.

Основой состава варистора является оксид цинка с добавлением окисей разных металлов, в такой смеси создается структура последовательности p-n переходов. Пропорции состава примесей и концентрация определяют пороговое напряжение, при котором p-n переходы открываются и ток устремляется в заземляющий контур. После снижения напряжения до установленной нормы p-n переходы закрываются, ток снижается до нулевого значения. Таким образом, импульсы перенапряжения отводятся от цепи потребителей.

Виды малогабаритных варисторов

Преимущество последней технологии в том, что она позволяет изготовить приборы компактные приборы в широком диапазоне величин напряжения, которые можно устанавливать в РЩ квартир и частных домов.

Недостаток приборов на варисторах в том, что элементы тепловой защиты после срабатывания подлежат замене, это снижает ресурс работы до 20 срабатываний. Для быстрого извлечения и установки УЗИП в цепи предусматривают специальные съемники.

Как работает защитник от перенапряжений

Защитой обеспечиваются устройства, питаемые от шнуров сети 220V, подключенных к разряднику в распределительной коробке. Это касается как фазных, так и нейтральных проводников (в зависимости от выбранного типа защиты).

Общее правило заключается в том, что на одной стороне защитного устройства соединяем фазные проводники и, возможно, нейтральный проводник, а с другой стороны — защитный провод.

Когда напряжение в системе в норме, сопротивление между проводами очень велико, порядка нескольких ГигаОм. Благодаря этому ток не течет через разрядник.

Когда происходит скачок напряжения в сети, ток начинает протекать через ограничитель на землю.

В защитных устройствах класса B основным элементом является искровой промежуток. При нормальной работе сопротивление его очень велико. В случае искрового промежутка это сопротивление является гигантским, поскольку искровой промежуток это фактически разрыв цепи. Когда молния ударяет в элемент электрической установки напрямую, сопротивление искрового промежутка падает почти до нуля благодаря электрической дуге. Из-за появления очень большого электрического потенциала в искровом промежутке между ранее разделенными элементами создается электрическая дуга.

Благодаря этому, например, фазовый провод, в котором имеется большой всплеск напряжения и защитный провод, создают короткое замыкание и большой ток протекает прямо на землю, минуя внутреннюю электрическую установку. После разряда искровой промежуток возвращается в нормальное состояние — то есть разрывает цепь.

Полезное: Digispark ATTINY85: схема подключения модуля, прошивка и испытание

Ограничитель класса C имеет внутри варистор. Варистор представляет собой специфический резистор, который обладает очень высоким сопротивлением при низком электрическом потенциале. Если в системе происходит скачок напряжения из-за разряда, его сопротивление быстро уменьшается вызывая протекание тока на землю и аналогичную ситуацию, как в случае искрового промежутка.

Разница между классом B и классом C заключается в том, что последний способен ограничивать всплески напряжения с меньшим потенциалом, чем прямой удар молнии. Недостатком этого решения является довольно быстрый износ варисторов.

Важность испытаний

Пожалуй, основной нормативный документ, который мы используем и с которым чаще всего сталкиваемся при производстве приемо-сдаточных испытаний – это ПУЭ. Применительно к ограничителям перенапряжения в нем существует глава 1.8, а конкретно пункт 1.8.3. Он устанавливает нормы и объемы испытаний для ОПН и вентильных разрядников.

Кроме приемо-сдаточных, в соответствии с вышеприведенными документами, могут проводиться такие испытания:

• периодическое;
• квалификационное;
• типовое.

Квалификационная проверка данных устройств нужна для того, чтобы определить имеет ли готовность предприятие для выпуска продукции в данном объеме. Это касается первой промышленной серии либо установочной партии. Немаловажным этапом здесь является проверка взрывобезопасности.

В процессе эксплуатации ОПН вследствие воздействия различных факторов, одним из которых является нерасчетный режим применения, внутри него может возникать повышенное давление.

Как результат возможен взрыв, который влечет за собой повреждения оборудования, которое установлено поблизости, а также, что самое главное – людей, работающих на объекте.

Давайте подробнее остановимся на рассмотрении приемо-сдаточных испытаний. Как отмечалось выше, они регламентируются главой 1.8 ПУЭ п. 1.8.3. Если свести все данные из нее, то получим удобную табличку:

Таким образом, для ОПН существует методика измерения сопротивления и тока проводимости. Как проверить эти параметры рассмотрим ниже.

Замер тока проводимости

На картинке представлены различные схемы подключения для проведения испытаний ОПН, связанных с измерением тока проводимости:

В основном нормативное значение тока проводимости завод изготовитель указывает в техническом паспорте к изделию. Это значение берется на основании проводимых на предприятии испытаний и напрямую зависит от наибольшего длительно прикладываемого напряжения.

Измерение величины тока проводится амперметром или миллиамперметром. К выводам собранной схемы подключается лабораторный источник питания. При подаче нагрузки проводятся измерения тока. Нагрузка должна соответствовать величине наибольшего допустимого длительного напряжения.

Нужно отметить, что работы должны проводиться при установившейся температуре окружающей среды 20 ±15°С, на очищенных и вытертых досуха ограничителях перенапряжения, которые необходимо предварительно отключить от сети.

Замер сопротивления изоляции

Исходя из данных, приведенных в выше представленной таблице, видно, что при испытании ОПН до 3 кВ необходимо использовать мегомметр напряжением 1000 В, если свыше 3 кВ – нужен мегомметр на 2500 В.

Измеренное сопротивление для ОПН до 3 кВ должно быть выше 1000 мОм, напряжением от 3 до 35 кВ – должно быть в пределах рекомендованного изготовителем значения, выше 110 кВ – должно составлять не меньше 3000 мОм, в то же время результат не должен отличаться больше чем на ±30% от ранее произведенных испытаний или значений, указанных изготовителем.

О том, как правильно пользоваться мегаомметром, мы рассказали в соответствующей статье, с которой настоятельно рекомендуем ознакомиться!

По окончании замеров составляется протокол о проведении испытаний ОПН.

В нем указывается наименование и тип ограничителя, значения замеров сопротивления изоляции и тока проводимости, погодные условия, а также приборы, с помощью которых были произведены замеры. Образец протокола приведен ниже:

Напоследок рекомендуем ознакомиться с полезным материалом, предоставленном на видео (качество видеоролика не очень, но все же информация изложена понятно):

Вот и все, что мы хотели рассказать о методике испытания ОПН. Теперь вы знаете, как проводятся работы и для чего это нужно делать!

Интересное по теме:

Методы внепочечного очищения

Гемодиализ и неритонеальный диализ

Гемодиализ — это метод коррекции водно-электролитного и кислотно-щелочного равновесия и выведения различных токсических веществ из организма; метод основан на диализе и ультрафильтрации крови аппаратом «искусственная почка». Артериовенозный шунт необходим для проведения процедуры. При проведении процедуры нужно вводить гепарин, чтобы избежать свертывания крови.

Перитонеальный диализ — интракорпоральный диализ, который заключается во введении диализирующего раствора в брюшную полость на несколько часов. Диализат почти всегда находится в брюшной полости на протяжении 4-6 часов, после этого нужна его замена. Составляющие типичного диализирующего раствора:

• лактат
• натрий
• хлор
• кальций
• магний
• декстроза

Постоянный катетер Тенкхоффа необходим, чтобы ввести и вывести раствор. Он оборудован специальной муфтой для профилактики инфицирования. Перитонеальный диализ назначают в основном лицам с нефротоксической ОПН и нестабильной гемодинамикой, а также при риске кровотечения.

Для гемодиализа и перитонеального диализа показания одинаковые: рефрактерные к консервативному лечению гиперкалиемия, гиперволемия, метаболический ацидоз. Противопоказания:

• желудочное и кишечное кровотечения
• кровоизлияние в мозг
• злокачественные новообразования с метастазами
• тяжелые нарушения гемодинамики с падением артериального давления
• слабоумие
• психические расстройства

Перитонеальный диализ не назначается пациентам с ранами на передней брюшной стенке и со спаечным процессом в брюшной полости.

Осложнения. При гемодиализе могут быть такие осложнения:

• инфицирование вирусами гепатитов В и С
• тромбозы и инфицирование в области артериовенозного шунта
• диализная деменция
• аллергические реакции на материалы трубок и диализной мембраны
• амилоидоз почек (при длительном времени гемодиализа)
• бактериальный перитонит (перитонеальный диализ)

Устройство и принцип действия

Ограничитель перенапряжения является безыскровым разрядником.

Устройство ограничителя перенапряжения

Основной элемент ОПН — варистор ( varistor, от англ. Vari(able) (Resi)stor — переменное, изменяющееся сопротивление). Основная активная часть ОПН состоит из  последовательного набора варисторов, соединенных последовательно в «колонку». В зависимости от требуемых характеристик ОПН и его конструкции ограничитель может состоять из одной колонки или из ряда колонок, соединённых  последовательно либо параллельно. Отличие материала варисторов ОПН от материала резисторов вентильных разрядников состоит в том,
что у нелинейных резисторов ограничителей перенапряжения присутствует повышенная пропускная способность, а также высоконелинейная вольт-амперная характеристика (ВАХ), благодаря которой возможно непрерывное и безопасное нахождение ОПН под напряжением, при котором обеспечивается высокий уровень защиты электрооборудования. Данные качества позволили исключить из конструкции ОПН искровые промежутки.

Материал нелинейных резисторов ОПН состоит в основном из оксида (окиси) цинка — ZnO и оболочки в виде глифталевой эмали, повышающей пропускную способность варистора. В процессе изготовления оксид цинка смешивается с оксидами других металлов. Варисторы на основе оксида цинка являются системой, состоящей из последовательно и параллельно включённых p – n переходов. Именно эти p – n переходы определяют нелинейность ВАХ варистора.

ОПН  конструктивно представляет собой колонку варисторов, заключенных в высокопрочный полимерный корпус из высокомолекулярного каучука (в случае полимерной изоляции прибора), либо колонку варисторов, прижатую к боковой поверхности стеклопластиковой трубы, расположенной внутри фарфора (в случае фарфоровой изоляции). В ОПН с полимерной изоляцией  пространство между стеклопластиковой трубой и колонкой варисторов заполняется низкомолекулярным каучуком , а сама стеклопластиковая труба имеет расчетное количество отверстий для обеспечения взрывобезопасности конструкции при прохождении токов короткого замыкания. У ограничителей перенапряжений с фарфоровой изоляцией на торцевых сторонах покрышки располагают мембраны и герметизирующие резиновые уплотнительные кольца, а на фланцах устанавливают специальные крышки с выхлопными отверстиями. На крышке ограничителя перенапряжений имеется контактный болт для подключения к токоведущей шине. ОПН снабжён изолированной от земли плитой основания. Внутренняя стеклопластиковая труба, мембраны и крышки обеспечивают взрывобезопасность конструкции при прохождении токов
короткого замыкания.

Принцип действия

Защитное действие ограничителя перенапряжений обусловлено тем, что появление опасного для изоляции перенапряжения, вследствие высокой нелинейности резисторов через ограничитель перенапряжений протекает значительный импульсный ток, в результате чего величина перенапряжения снижается до уровня, безопасного для изоляции защищаемого оборудования.

В нормальном рабочем режиме ток через ограничитель имеет емкостный характер и составляет десятые доли миллиампера. Но при возникновении перенапряжений резисторы ОПН переходят в проводящее состояние и ограничивают дальнейшее нарастание перенапряжения до уровня, безопасного для изоляции защищаемой электроустановки. Когда перенапряжение снижается, ограничитель вновь возвращается в непроводящее состояние.

Вольт-амперная характеристика ограничителя состоит из 3 участков:

1. – область малых токов;
2. – область средних токов;
3. – область больших токов.

Вольт-амперная характеристика ОПН.

В первой области варисторы работают под рабочим напряжением, не превышающим наибольшее допустимое рабочее напряжение (сопротивление варисторов велико, через них протекает очень малый ток утечки).  В режим средних токов варистор переходит при возникновении перенапряжения в сети. При этом на границе 1 и 2 областей происходит перегиб ВАХ, сопротивление варисторов существенно уменьшается и через них протекает кратковременный импульс тока. Варистор поглощает энергию импульса и рассеивает её в окружающее пространство в виде тепла. За счёт поглощения энергии, импульс перенапряжения резко падает. Третья область для ограничителя является аварийной, сопротивление варисторов в ней вновь резко возрастает.

Графические обозначения в электрических схемах

В части графических обозначений в электрических схемах ГОСТ 2.702-2011 ссылается на три других ГОСТ:

• ГОСТ 2.709-89 «ЕСКД. Обозначения условные проводов и контактных соединений электрических элементов, оборудования и участков цепей в электрических схемах».
• ГОСТ 2.721-74 «ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения»
• ГОСТ 2.755-87 «ЕСКД. Обозначения условные графические в электрических схемах. Устройства коммутационные и контактные соединения».

Условные графические обозначения (УГО) автоматов, рубильников, контакторов, тепловых реле и прочего коммутационного оборудования, которое используется в однолинейных схемах электрических щитов, определены в ГОСТ 2.755-87.

Однако, обозначение УЗО и дифавтоматов в ГОСТ отсутствует. Думаю, в скором времени он будет перевыпущен и обозначение УЗО будет добавлено. А пока, каждый проектировщик изображает УЗО по собственному вкусу, тем более, что ГОСТ 2.702-2011 это предусматривает. Достаточно привести обозначение УГО и его расшифровку в пояснениях к схеме.

Дополнительно к ГОСТ 2.755-87 для полноты схемы понадобится использование изображений из ГОСТ 2.721-74 (в основном для вторичных цепей).

Все обозначения коммутационных аппаратов построены на четырех базовых изображениях:

с использованием девяти функциональных признаков:

Основные условные графические обозначения, используемые в однолинейных схемах электрических щитов:

​

Обозначения проводов, шин в электрических щитах определяется ГОСТ 2.721-74.

Типы устройств

Все устройства, обеспечивающие защиту от импульсных перенапряжений, подразделяются на два типа, которые отличаются по конструкции и принципу действия. Рассмотрим, как работает УЗИП разных видов.

Вентильные и искровые разрядники. Принцип действия разрядников основан на использовании эффекта искровых промежутков. В конструкции разрядников предусмотрен воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы линии электропередач с заземляющим контуром. При номинальной величине напряжения цепь в перемычке разорвана. В случае воздействия грозового разряда в результате перенапряжения в ЛЭП происходит пробой воздушного зазора, цепь между фазой и землей замыкается, импульс высокого напряжения уходит напрямую в землю. Конструкция вентильного разрядника в цепи с искровым промежутком предусматривает резистор, на котором происходит гашение высоковольтного импульса. Разрядники в большинстве случаев находят применение в сетях высокого напряжения.

Ограничители перенапряжения (ОПН). Данные устройства пришли на смену устаревшим и громоздким разрядникам. Для того чтобы понять, как работает ограничитель, надо вспомнить свойства нелинейных резисторов, принцип работы ОПН построен на использовании их вольтамперных характеристик. В качестве нелинейных резисторов в УЗИП используется варистор. Для людей не искушенных в тонкостях электротехники, немного информации, из чего состоит и как он работает. В качестве основного материала для изготовления варисторов служит оксид цинка. В смеси с окислами других металлов создается сборка, состоящая из p-n переходов, обладающая вольтамперными характеристиками. Когда величина напряжения в сети соответствует номинальным параметрам, ток в цепи варистора близок к нулю. В момент возникновения перенапряжения на p-n переходах происходит резкое возрастание тока, что приводит к снижению напряжения до номинальной величины. После нормализации параметров сети варистор возвращается в непроводящий режим и влияние на работу устройства не оказывает.

Компактные размеры ОПН и обширный диапазон разновидностей данных приборов позволили значительно расширить область применения этих устройств, появилась возможность использования УЗИП, как средства защиты от перенапряжений для частного дома или квартиры. Однако ограничители импульсных напряжений, собранные на варисторах, несмотря на все свои преимущества по сравнению с разрядниками, имеют один существенный недостаток – ограничение ресурса работы. Вследствие встроенной в них тепловой защиты, прибор после срабатывания остается некоторое время неработоспособным, по этой причине на корпусе УЗИП предусмотрено быстросъемное устройство, позволяющее произвести быструю замену модуля.

Более подробно о том, что такое УЗИП и какое у него назначение, вы можете узнать из видео:

https://youtube.com/watch?v=Xp-bwkpuQBA

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).

Классы УЗИП

Существует всего три класса устройств по степени защиты:

• Устройство I класса (категория перенапряжения IV) — защищает систему от прямых ударов молнии, и устанавливается в главном распределительном щите или в вводно-распределительном устройстве (ВРУ). Обязательно нужно использовать данное устройство, если здание находится на открытой местности и окружено множеством высоких деревьев, что увеличивает риск грозового воздействия.
• Устройство II класса (категория перенапряжения III) — используется как дополнение к устройству I класса для защиты сети от коммутационного воздействия, т.е. от внутреннего перенапряжения сети. Устанавливается в распределительном щите.
• Устройство III класса (категория перенапряжения II) — применяется для защиты от остаточных атмосферных и коммутационных перенапряжений, а также для устранения высокочастотных помех прошедших через устройство II класса. Проводится монтаж как в обычные розетки или разветвительные коробки, так и в сами электроприборы, которые необходимо обезопасить.

Классификация по степени разряда тока:

• Класс В — разрядки воздушные или же газовые с током разряда от 45 до 60 кА. Устанавливаются на вводе в здание в главном щите или в вводно-распределительном устройстве.
• Класс С — варисторные модули с токами разряда порядка 40 кА. Устанавливаются в дополнительных щитах.
• Классы С и D применяются в тандеме в случае, если необходим подземный кабельный ввод.

Варианты подключения

Одним из важнейших вопросов является, как подключить УЗИП в щитке. Практически все варианты подключения идентичны и указаны в техническом паспорте изделия. Способы монтажа приборов защиты могут отличаться, в зависимости, где они будут установлены, в однофазной или трехфазной сети, также в зависимости от системы заземления.

Самой современной и отвечающая всем требованиям безопасности является система заземления tn-s, при которой нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) провод во всей системе энергоснабжения работают раздельно. Система tn-c-s представляет комбинированный вариант, при котором N и PE от источника питания до ВРУ дома объединены в один провод, после которого начинается разделение нулевого и защитного проводника. Следует помнить, что данная схема не будет работать без заземления, поэтому необходимо обязательно произвести его обустройство. Система tn-c наиболее простая и распространенная в устаревшем жилом фонде система заземления, при которой роль нулевого и рабочего проводника выполняет один провод (PEN).

Ниже на схеме показано, как подключить УЗИП класса II в однофазной сети, установленного в щитке квартиры или частного дома с двумя вариантами системы заземления. Для такого варианта подключения необходимо подобрать простейший одноблочный защитный аппарат, с соответствующим рабочим напряжением.

Схема подключения с системой заземления tn-c:

Если предусмотрена система заземления tn-s, в данном случае потребуется установка и подключение УЗИП, состоящего из двух модулей, конструкцией которого предусмотрены отдельные клеммы, для подключения фазного, нулевого рабочего и защитного проводов, обозначенные соответствующей маркировкой.

Подключение УЗИП в трехфазной сети осуществляется так, как показано на фото:

При монтаже УЗИП следует предусмотреть средства защиты сети в случае короткого замыкания в приборе и произвести его подключение через автомат или через предохранитель. Установку аппарата можно производить до и после счетчика, во втором случае прибор учета электроэнергии останется не защищенным от импульсного перенапряжения.

На видео ниже наглядно демонстрируется, как подключить данный аппарат в щитке:

https://youtube.com/watch?v=fQ9mdnDDY4o

Вот мы и рассмотрели, как должно выполняться подключение УЗИП в щитке. Надеемся, предоставленная схема, видео и фото примеры пригодились вам и помогли понять, как подключить данный защитный аппарат.

Будет полезно прочитать:

• Как сделать заземление в доме
• Для чего нужно УЗО в квартире
• Как сделать громоотвод своими руками
• Схемы подключения реле напряжения

Похожие записи:

Удельное электрическое сопротивление проводников Короткое замыкание электропроводки Распределительное устройство Подсветка колес на велосипеде 3 способами, какой вариант лучше? Глава 1 общие сведения о системе проектирования печатных плат p-cad Приложение 2. лампы, применяемые на автомобиле газ 2705