Молниезащита и ограничители перенапряжения

1.

МОЛНИЕЗАЩИТА И ОГРАНИЧИТЕЛИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ
В результате попадания молнии импульсное напряжение может
пробить изоляцию обмоток НН и заземленной нейтрали. Защита
достигается:
• снижением импульсного сопротивления заземления молниеотводов,
• выбором импульсной прочности гирлянд изоляторов и длины
воздушных промежутков,
• установкой ограничителей перенапряжения (ОПН), с нелинейной вольт-амперной характеристикой, обеспечивающих
защиту от атмосферных, коммутационных и грозовых волн
перенапряжений на шинах подстанции со стороны воздушных линий в сетях с эффективно заземленной нейтралью.

2.

Прямой удар молнии

3.

Прямой удар является наиболее опасным для поражений зданий и сооружений, подавляющее большинство пожаров и разрушений при грозовых разрядах вызвано именно прямыми ударами молнии. Рассмотрим элементы, обеспечивающие надежную
молниезащиту.
Молниеотводы
Защита зданий и сооружений от прямых ударов молнии осуществляется при помощи различных молниеотводов. Защитное
действие молниеотвода основано на особенности грозового разряда избирательно поражать заземленные и возвышающиеся
над поверхностью земли металлические предметы (их электропроводность стремится к бесконечности). Молниеотвод – устройство над защищаемым объектом, воспринимающее прямой
удар молнии и отводящее в землю токи молнии посредством
определенной системы заземления.

4.

5.

Молниеотвод независимо от типа состоит из: молниеприемника
1, непосредственно воспринимающего прямой удар молнии;
несущей конструкции 2, предназначенной для установки молниеприемника; токоотвода 3, обеспечивающего отвод тока молнии к
заземлителю; заземлителя 4, отводящего ток молнии в землю и
обеспечивающего контакт молниеприемника с землей.
Используют следующие типы молниеотводов: стержневые;
тросовые или антенные, сетчатые и комбинированные.
Наибольшее распространение получили стержневые молниеотводы, обеспечивающие высокую надежность в эксплуатации.
Хотя тросовые молниеотводы, и не уступают стержневым по
своим экономическим показателям, но с точки зрения эксплуатации они менее надежные и используются лишь для защиты
протяженных объектов.

6.

Ограничители перенапряжения (ОПН) предназначены для
защиты ЭО сетей с эффективно заземленной нейтралью
напряжением 110-750 кВ переменного тока частоты 50 Гц от
атмосферных, коммутационных и от грозовых волн перенапряжений со стороны воздушных линий.
ОПН представляет собой одноколонковую конструкцию, состоящую из последовательно-параллельного соединения резисторов, расположенных внутри фарфоровых покрышек. Для
выравнивания распределения напряжения по высоте аппарата
ограничители снабжены экранным кольцом.
Каскады ОПН состоят из элементов (блоков) оксидноцинковых резисторов, защитное действие которых определяется
их вольтамперной характеристикой, с намного более крутой
нелинейной характеристикой, чем у вентильных разрядников.

7.

Основной элемент ОПН - варистор имеет высоконелинейную
вольт-амперную характеристику (ВАХ), благодаря которой возможно непрерывное и безопасное нахождение ОПН под напряжением, при котором обеспечивается высокий уровень защиты
электрооборудования.
В нормальном режиме ток через ОПН имеет емкостный характер
и составляет десятые доли мА. Но при возникновении перенапряжений резисторы ОПН переходят в проводящее состояние и
ограничивают дальнейшее нарастание перенапряжения до безопасного для изоляции уровня. Когда перенапряжение снижается,
ОПН вновь возвращается в непроводящее состояние.
Защитное действие ОПН: вследствие высокой нелинейности резисторов через ОПН протекает большой импульсный ток, в результате чего перенапряжение снижается до уровня, безопасного для изоляции защищаемого оборудования.

8.

3 области: 1 – малых токов; 2 - средних токов; 3 - больших токов.

9.

В первой области варисторы работают под рабочим напряжением (сопротивление варисторов велико и 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.

10.

Активная часть ОПН состоит из последовательного набора варисторов, соединенных последовательно либо параллельно в
одну или ряд «колонок», заключенных в высокопрочный полимерный корпус ОПН состоит в основном из оксида (окиси) цинка
- ZnO и оболочки из глифталевой эмали, повышающей его
пропускную способность. Это система из последовательно и параллельно включённых p–n переходов. Именно эти p–n переходы определяют нелинейность ВАХ варистора.
Внутренняя стеклопластиковая труба, мембраны и крышки обеспечивают взрывобезопасность конструкции при прохождении
токов к.з.
Фарфоровые ОПН содержат колонку варисторов, прижатую к боковой поверхности стеклопластиковой трубы, расположенной
внутри фарфоровой покрышки, они мало зависят от температуры и очень прочные.

11.

1. Усиливающие элементы
2. Варисторы
3. Покрышка новой резины
4. Защитная лента
5. Фланец

12.

Наиболее применимы сегодня ОПН с полимерной покрышкой,
они в 2-3 раза легче ОПН с фарфоровой изоляцией, но имеют
худшие по сравнению с ОПНф тепловые характеристики.
Преимущества ОПНп:
• Высокая гидрофобность;
• Значительно высокая взрывобезопасность, чем у ОПНф ;
• Вандалоустойчивость;
• Малый вес;
• Лучшие чем у ОПНф электрические и разрядные хар-тики;
• Простота монтажа и транспортировки, а также стойкость к
ударным и вибрационным воздействиям;
• Способность работать в условиях естественных и промышленных загрязнений и др.

13.

К недостаткам полимерных ограничителей относятся:
•Влияние воздействия сезонных колебаний температуры окружающей среды (материалы внутри имеют значительно
отличающийся коэффициент теплового расширения, что может
привести к деформации ребер покрышки и снижению электрической прочности внешней изоляции);
•Неправильный расчет механической нагрузки может привести к
растрескиванию варисторов ограничителя.
Обслуживание ОПН
Оценку состояния ОПН производят визуально либо разборкой и
проверкой нормируемых электрических параметров резисторов.
Периодичность ТО, текущего ремонта и межремонтных испытаний ОПН составляет: для ОПН переменного тока - 1 раз в 4
года, а для ОПН постоянного тока — 1 раз в год.