ОПН расшифровка: назначение и принцип работы ограничителя перенапряжения

Автор Влада Вавилова November 17, 2023

Ограничители перенапряжения (ОПН) - важные элементы системы электроснабжения. Они защищают оборудование от опасных выбросов напряжения. Но не каждый знает, что из себя представляют эти устройства. Давайте разберемся, что означает расшифровка ОПН, в чем заключается принцип работы ограничителя перенапряжения и какие функции он выполняет. Эта информация поможет специалистам и обычным пользователям лучше понять роль ОПН в обеспечении надежности электроснабжения.

1. Расшифровка аббревиатуры ОПН

ОПН является аббревиатурой, расшифровка которой звучит как "ограничитель перенапряжений нелинейный". Давайте разберем значение каждого слова в этом словосочетании:

Ограничитель - это устройство, которое ограничивает какие-либо параметры в электрической цепи, в данном случае - уровень напряжения.
Перенапряжение - повышенное, выходящее за допустимые пределы напряжение.
Нелинейный - означает, что вольт-амперная характеристика ОПН является нелинейной, то есть зависимость тока от напряжения выражается нелинейной функцией.

Таким образом, ОПН представляет собой устройство, которое при возникновении опасных перенапряжений в электрической сети нелинейным образом ограничивает их уровень, защищая от повреждений чувствительное к выбросам напряжения оборудование. ОПН стали активно применяться в электроэнергетике с 1970-1980-х годов в качестве альтернативы традиционным вентильным разрядникам. Основными преимуществами ОПН являются простота конструкции, высокая надежность, устойчивость параметров во времени и широкий диапазон рабочих температур.

В документации ОПН часто обозначают аббревиатурой с дополнительными буквенно-цифровыми индексами, указывающими класс напряжения, номинальные токи и другие параметры конкретной модели. Например, ОПН-10-200 означает ограничитель перенапряжений нелинейный на 10 кВ с номинальным разрядным током 200 кА. На электрических схемах для ОПН используется условное графическое обозначение в виде двух полукругов. При работе с документацией важно правильно расшифровывать обозначение конкретных моделей ОПН, чтобы избежать ошибок при подборе и эксплуатации.

2. Назначение и функции ОПН

Основным назначением ОПН является защита электрооборудования - трансформаторов, кабелей, двигателей и других элементов системы электроснабжения от опасных перенапряжений, которые могут привести к пробою изоляции и выходу оборудования из строя.

Перенапряжения в сети делятся на несколько основных типов:

Грозовые перенапряжения, вызванные разрядами молний.
Коммутационные перенапряжения при операциях с выключателями и разъединителями.
Резонансные перенапряжения, связанные с резонансными явлениями в сети.

При возникновении перенапряжения ОПН включается в работу и благодаря нелинейности вольт-амперной характеристики быстро ограничивает уровень напряжения до безопасных значений. Это позволяет предотвратить пробой изоляции и выход из строя дорогостоящего оборудования. В отличие от разрядников, ОПН являются безыскровыми устройствами, что повышает их ресурс и надежность.

ОПН имеют ряд важных преимуществ по сравнению с традиционными вентильными разрядниками - более высокий уровень защиты, отсутствие искровых промежутков, простота и надежность конструкции. Это обуславливает их широкое применение в современных системах электроснабжения.

Помимо основной защитной функции, некоторые модели ОПН могут выполнять дополнительные задачи, такие как:

Контроль состояния изоляции сети
Сигнализация о срабатывании защиты
Мониторинг параметров сети
Защита от перенапряжений в системах молниезащиты

Таким образом, ОПН являются важнейшим элементом комплексной системы защиты от перенапряжений. При выборе конкретной модели ОПН необходимо учитывать параметры защищаемой сети и подключаемого оборудования, чтобы обеспечить оптимальный уровень защиты.

3. Конструкция и составные части ОПН

Рассмотрим более подробно конструкцию типового ОПН. Основным функциональным элементом ОПН является столб (колонка) нелинейных резисторов - варисторов на основе оксида цинка. Варисторы соединяются последовательно в необходимом количестве для получения требуемых параметров защиты.

Конструктивно ОПН состоит из следующих частей:

Корпус из полимерных или керамических материалов, обеспечивающий защиту от внешних воздействий.
Внутренний электрод - стержень, на который одеваются варисторы.
Наружный электрод - охватывающая варисторы обкладка.
Токоведущие части - контакты и выводы.
Герметизирующие узлы - "юбки" для защиты от увлажнения.

Материал корпуса определяет две разновидности ОПН - с фарфоровой изоляцией и полимерной. Полимерные ОПН более современны и надежны. Для изготовления варисторов применяют керамические соединения на основе оксида цинка с различными добавками. Выбор материалов и конструкции элементов ОПН определяется классом напряжения, условиями эксплуатации и требованиями по надежности.

Современные ОПН отличаются компактностью, высокой энергоемкостью и стабильностью характеристик. Благодаря применению новых технологий и материалов удается существенно повысить качество и надежность этих важных устройств.

4. Параметры и характеристики ОПН

Рассмотрим основные параметры и характеристики, по которым производится выбор ОПН для конкретных условий применения.

Напряжение

Важнейшим параметром является напряжение сети, в которой будет установлен ОПН. Оно определяет класс напряжения ОПН. Также указываются номинальное напряжение и наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение. Последнее определяет предельный уровень, который может быть приложен к ОПН в течение неограниченного времени.

Вольт-амперная характеристика

ВАХ ОПН отражает зависимость тока утечки от приложенного напряжения. На графике видны три участка - нормальная работа, ограничение перенапряжений и предельный режим. ВАХ должна иметь достаточную нелинейность, чтобы обеспечить быстрое срабатывание ОПН.

Номинальные токи

Для ОПН нормируются такие токи:

Номинальный разрядный ток - амплитуда тока стандартной грозовой волны;
Ток пропускной способности - предельное значение для прямоугольных импульсов;
Допустимые токи при коротких замыканиях.

Эти параметры связаны с энергоемкостью ОПН и определяют уровень защиты.

Энергетические характеристики

К ним относятся:

Рассеиваемая энергия - поглощаемая ОПН энергия импульсов тока;
Удельная энергоемкость - отношение рассеиваемой энергии к рабочему напряжению.

По этим данным можно оценить способность ОПН поглощать энергию перенапряжений без повреждения.

Другие характеристики

Также у ОПН нормируются:

Быстродействие (время срабатывания);
Уровень защитного действия;
Климатическое исполнение.

При выборе ОПН необходим комплексный анализ всех параметров с учетом особенностей защищаемого оборудования и режимов работы сети.

5. Монтаж и подключение ОПН

Рассмотрим основные требования к монтажу и подключению ОПН.

Схемы подключения

ОПН подключаются между фазами и землей, а также между нулем и землей. В сетях выше 1 кВ применяется параллельное или последовательное соединение отдельных модулей. Схема подключения выбирается в соответствии с классом напряжения и конструкцией ОПН.

Место установки

Согласно ПУЭ, ОПН размещаются на расстоянии от защищаемого оборудования. Для трансформаторов - на выводах обмотки низшего напряжения. Место установки выбирается при проектировании системы молниезащиты.

Монтаж

ОПН монтируются на специальных кронштейнах, опорных конструкциях или на оборудовании. Должны соблюдаться требования по допустимой нагрузке на выводы. Обязательны измерения для проверки исправности ОПН перед вводом в эксплуатацию.

Эксплуатация

В процессе эксплуатации проводится периодический контроль параметров ОПН и состояния подключений. Неисправные ОПН подлежат своевременной замене. Регламентные работы позволяют поддерживать систему защиты в работоспособном состоянии.

6. Современные тенденции применения ОПН

Рассмотрим основные тенденции в области ОПН.

Новые материалы и технологии

Ведутся разработки ОПН с улучшенными характеристиками на основе наноструктурированных материалов, композитов, полимеров. Применяются новые технологии производства.