Устройство и назначение ограничителей напряжения

Разработанные в 70-е годы в СССР и за рубежом резисторы на основе окиси цинка (ZnO) обладают значительно большей нелинейностью, чем резисторы на основе карборунда. Это позволило создать новый тип защитного аппарата без искрового промежутка (рис.16.1) - нелинейный ограничитель перенапряжений (ОПН).

Рис.17.1. Защита электрооборудования подстанции с помощью ОПН

Оксидно-цинковая (металлооксидная) керамика - это нелинейный материал, получаемый в результате высокотемпературного обжига (1280-1300⁰С) смеси состоящей из окиси цинка (ZnO) и некоторого количества оксида другого металла: висмута, сурьмы, кобальта, марганца и т.п. (масса самой весомой из добавок составляет менее 4% массы оксида цинка) (рис.17.2). Коэффициент нелинейности оксидно-цинковой керамики составляетα=0,02-0,1 и зависит от сочетания добавок к оксиду цинка и от температуры обжига материала. Нелинейность резистора ОПН значительно выше нелинейности резистора разрядника.

Такая высокая нелинейность обусловливает похождение при рабочем напряжении через нелинейные резисторы тока порядка долей миллиампера, что позволило исключить искровой промежуток и подключить резистор ОПН непосредственно к сети. Такой ток безопасен для резистора.

Применительно к ОПН отсутствуют понятия напряжения срабатывания и напряжения гашения. Когда напряжение на ОПН увеличивается, то ток через ограничитель непрерывно возрастает без задержки согласно вольт-амперной характеристике (рис.17.2). Пробоя не происходит, резисторы постепенно переходят в проводящее состояние. Когда перенапряжение затухает, ток снова уменьшается в соответствии с характеристикой и гашения сопровождающего тока не наблюдается.

Ограничители перенапряжения имеют ряд преимуществ по сравнению с разрядниками:

- меньшие габариты;

- ограничивают грозовые и коммутационные перенапряжения (большинство разрядников только грозовые);

- ниже уровень ограничения перенапряжений (грозовых до 2,0-2,4 U_ф, коммутационных до 1,65-1,8U_ф);

- большие пропускные токи.

Рис.17.2. Вольт-амперные характеристики РВТ−10 кВ и ОПН−10 кВ

=0,07-0,16).a=0,03-0,05, для грозовых -a=0,02-0,1 (для коммутационных импульсовaКоэффициент нелинейности оксидно-цинковой керамики составляет

Наиболее важный параметр для ограничителей перенапряжений − это наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение (Uндр). В ОПН нет искрового промежутка, потому через резистор ОПН токи текут постоянно. Чтобы не произошло теплового разрушения ОПН нужно правильно выбратьU_ндр. При напряженииU_ндр ограничитель перенапряжений может работать неограниченное время.

Для сети с эффективно заземленной нейтралью (К<1,4) U_ндропределяется по формуле:U_ндр>1,05 ,где множитель 1,05 является 5% запасом;U_м- максимальное напряжение сетиU_м= U_н. Например, для ОПН –110 кВ получимU_ндр73 кВ.³

Сети 6-35 кВ работают с изолированной или заземленной через реактор нейтралью. Однофазное замыкание в таких сетях немедленно не отключается и напряжение на здоровых фазах возрастает до линейного. Поэтому в сетях с изолированной или заземленной через реактор нейтралью U_ндропределяется по формуле:

U_ндр>U_м.

Например, для ОПН-10 кВ получим U_ндр12 кВ.³