Клапаны РОСМА

Клапаны РОСМА: технические характеристики, конструктивные особенности и область применения

Клапаны РОСМА представляют собой линейку высоковольтных вентильных разрядников, предназначенных для защиты электрооборудования сетей переменного тока частотой 50 и 60 Гц от коммутационных и грозовых перенапряжений. Продукция разрабатывается и производится в России, что обеспечивает ее полную адаптацию к требованиям отечественных энергосистем и стандартов, а также независимость от импортных поставок. Основное функциональное назначение – ограничение опасных перенапряжений в сетях от 6 до 750 кВ и выше, шунтирование переходных процессов на землю и защита изоляции силовых трансформаторов, реакторов, вращающихся машин и другого дорогостоящего оборудования.

Принцип действия и ключевые конструктивные элементы

Принцип действия вентильных разрядников РОСМА основан на нелинейной вольт-амперной характеристике (ВАХ) последовательного набора варисторов на основе оксида цинка (ZnO). В нормальном режиме работы сети при рабочем напряжении ток через варисторный блок ничтожно мал (единицы миллиампер) и носит емкостной характер. При возникновении перенапряжения сопротивление варисторов резко, нелинейно уменьшается на несколько порядков, что позволяет разряднику пропустить через себя импульсный ток (ток молнии или коммутационный ток), ограничив при этом напряжение на своих выводах до безопасного для защищаемого оборудования уровня – остаточного напряжения. После снятия импульса перенапряжения разрядник самостоятельно возвращается в высокоомное состояние, не требуя срабатывания каких-либо отключающих устройств.

Конструкция современных разрядников РОСМА включает следующие основные элементы:

• Варисторные блоки (диски): Изготовлены из высокооднородной оксидно-цинковой керамики с добавками оксидов других металлов. Обладают высокой пропускной способностью по току и стабильностью ВАХ в течение всего срока службы.
• Стеклопластиковый стержень (шпилька): Предназначен для механического скрепления варисторных блоков в колонну. Обладает высокой механической прочностью на растяжение и сжатие.
• Герметизирующая оболочка: Изготавливается из высокопрочной полимерной (силиконовой) гидрофобной покрышки. Обеспечивает защиту внутренних элементов от атмосферных воздействий (УФ, влага, загрязнения), исключает необходимость обслуживания, предотвращает поверхностные перекрытия и повышает стойкость к вандальным воздействиям.
• Металлические фланцы и крышки: Обеспечивают электрический контакт и механическое крепление. Верхний фланец служит для подключения к защищаемой цепи, нижний – для заземления.
• Предохранительное устройство (делитель давления): Опциональный элемент. Устанавливается в разрядниках на средние и высокие напряжения. Предназначен для механического разрушения корпуса и отключения поврежденного разрядника от сети в случае его теплового пробоя, предотвращая тем самым разрушение оборудования.
• Опорный изолятор: В конструкциях для внутренней установки (КРУЭ) или специального исполнения.

Классификация и серии клапанов РОСМА

Ассортимент клапанов РОСМА делится по нескольким ключевым признакам: номинальному напряжению, назначению, конструктивному исполнению и месту установки.

По номинальному напряжению сети:

• Разрядники на средние напряжения (СН): от 6 кВ до 36 кВ. Широко применяются в распределительных сетях, для защиты двигателей, сухих трансформаторов, в КРУ.
• Разрядники на высокие напряжения (ВН): от 110 кВ до 220 кВ. Используются на подстанциях, для защиты силовых трансформаторов и реакторов.
• Разрядники на сверхвысокие напряжения (СВН): 330 кВ, 500 кВ, 750 кВ и выше. Применяются на магистральных сетях и крупнейших узловых подстанциях.

По назначению и конструктивным особенностям:

• Стандартные полимерные разрядники (серия РВП): Универсальные разрядники для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений. Имеют легкую полимерную конструкцию, не требуют обслуживания.
• Разрядники для защиты вращающихся машин (серия РВД): Специализированные разрядники с пониженным уровнем остаточного напряжения, предназначенные для защиты изоляции генераторов и крупных электродвигателей, которая имеет более низкую электрическую прочность по сравнению с силовыми трансформаторами.
• Разрядники для защиты понижающих трансформаторов (серия РВТ): Устанавливаются со стороны нейтрали силовых трансформаторов для ограничения перенапряжений при однофазных замыканиях на землю.
• Разрядники для ОПН (ограничителей перенапряжений нелинейных) в КРУЭ: Компактные конструкции, предназначенные для монтажа в ячейках комплектных распределительных устройств элегазовых (КРУЭ) или воздушных (КРУ).
• Специальные исполнения: С усиленной защитой от загрязнений (удлиненная юбка), для сейсмических районов, с дистанционным указателем срабатывания.

Основные технические параметры и характеристики

Выбор конкретного типа разрядника РОСМА осуществляется на основе анализа его технических параметров, которые должны соответствовать условиям эксплуатации в электрической сети.

Таблица 1. Ключевые технические параметры разрядников РОСМА

Параметр	Обозначение / Ед. изм.	Описание и значение для разных классов напряжения
Номинальное напряжение разрядника	Uн, кВ	Действующее значение наибольшего рабочего напряжения частоты 50 Гц, которое может быть приложено к разряднику в течение всего срока службы. Например: 6; 10; 35; 110; 220; 500.
Классификационное напряжение	Uкл, кВ (действ.)	Действующее значение напряжения промышленной частоты, приложенное к разряднику, при котором через него протекает ток 1-5 мА. Характеризует точку срабатывания на ВАХ.
Остаточное напряжение при импульсном токе 8/20 мкс	Uост.имп, кВ (ампл.)	Пиковое значение напряжения на выводах разрядника при пропускании стандартного грозового импульса тока заданной амплитуды (например, 5, 10, 20 кА). Критический параметр для защиты изоляции.
Остаточное напряжение при коммутационном импульсе тока	Uост.ком, кВ (ампл.)	Пиковое значение напряжения при пропускании длительного импульса тока (форма 30/60, 100/200 мкс и др.). Важно для защиты от коммутационных перенапряжений.
Номинаный разрядный ток (грозовой)	Iном, кА (ампл.)	Пиковое значение тока импульса 8/20 мкс, которое разрядник способен многократно пропускать без изменения характеристик. Стандартные значения: 5, 10, 20 кА.
Пропускная способность по току молнии	Imax, кА (ампл.)	Максимальный пиковый ток импульса 8/20 мкс, который разрядник может пропустить однократно. Превышает номинальный в 1.5-2 раза.
Удельная энергия поглощения	Вт·с/кВ Uкл	Способность поглощать и рассеивать тепловую энергию, выделяющуюся при срабатывании. Ключевой параметр для стойкости к коммутационным перенапряжениям.
Степень загрязнения	–	Определяет конструкцию внешней изоляции (длину пути утечки). Исполнения для нормальной (III) и тяжелой (IV) степени загрязнения.

Преимущества полимерной конструкции разрядников РОСМА

Современные разрядники РОСМА выполняются в полимерной, а не в традиционной фарфоровой оболочке, что дает ряд существенных эксплуатационных преимуществ:

• Высокая механическая прочность и безопасность: Полимерный корпус не подвержен хрупкому разрушению, как фарфор. При внутреннем повреждении разрядника и срабатывании предохранительного устройства оболочка разрушается по предусмотренным слабым линиям, исключая разлет осколков.
• Меньший вес и удобство монтажа: Масса полимерного разрядника в 2-3 раза меньше фарфорового аналога, что упрощает транспортировку и установку, особенно на высоких уровнях напряжения.
• Гидрофобность и стойкость к загрязнениям: Поверхность силикона обладает водоотталкивающими свойствами, что препятствует образованию сплошной проводящей пленки влаги и снижает риск поверхностных перекрытий в условиях загрязненной атмосферы.
• Устойчивость к вандализму и климатическим воздействиям: Полимерная оболочка более стойка к выстрелам из пневматического оружия и ударам мелких предметов. Не подвержена разрушению из-за циклических температурных расширений.
• Отсутствие необходимости обслуживания: Конструкция является полностью герметичной и не требует контроля давления газа или состояния абсорбента.

Области применения в электроэнергетике

Клапаны РОСМА интегрируются во все ключевые узлы энергосистем для обеспечения комплексной защиты:

• Защита подстанционного оборудования: Установка на вводах и выводах силовых трансформаторов, шунтирующих реакторов, на сборных шинах открытых распределительных устройств (ОРУ).
• Защита линий электропередачи (ЛЭП): Монтаж на опорах ВЛ для ограничения грозовых перенапряжений, особенно в районах с высокой грозовой активностью и на линиях с повышенными требованиями к надежности.
• Защита генераторов и крупных электродвигателей: Применение специализированных разрядников РВД на выводах генераторов ТЭЦ, ГЭС, а также синхронных компенсаторов и двигателей насосных/компрессорных станций.
• Защита оборудования КРУЭ и КРУН: Установка компактных ОПН непосредственно в ячейках распределительных устройств для защиты вакуумных или элегазовых выключателей, измерительных трансформаторов.
• Защита нейтралей трансформаторовРазрядники РВТ, устанавливаемые в нейтраль силовых трансформаторов 110-220 кВ, эффективно ограничивают перенапряжения при феррорезонансных явлениях и неполнофазных режимах.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем разрядник РОСМА отличается от традиционного вентильного разрядника (РВО, РВС)?

Разрядники РОСМА являются ОПН (ограничителями перенапряжений нелинейными) на основе оксидно-цинковых варисторов, в то время как старые РВО/РВС использовали вилитовые диски и последовательные искровые промежутки. ОПН не имеют искровых промежутков, срабатывают быстрее, обладают лучшей защитной характеристикой (более низким и стабильным остаточным напряжением), не требуют проверки и регулировки промежутков в эксплуатации, имеют более высокую пропускную способность.

Как часто необходимо проводить диагностику разрядников РОСМА?

В соответствии с руководящими документами (РД 153-34.3-35.125-99) рекомендуется ежегодный визуальный осмотр и периодический контроль тока проводимости под рабочим напряжением. Для разрядников РОСМА наиболее эффективным методом является измерение полного тока и его активной составляющей (tgδ) с помощью переносных или стационарных приборов мониторинга. Резкое увеличение активной составляющей тока (более чем в 1.5-2 раза от первоначального значения) свидетельствует о старении варисторов и необходимости замены.

Что такое предохранительное устройство (делитель давления) и как оно работает?

Это механическое устройство, встроенное в разрядник, которое срабатывает в случае катастрофического повреждения варисторного блока (теплового пробоя). При резком возрастании тока через поврежденный разрядник на промышленной частоте внутри делителя давления возникает дуга, которая прожигает мембрану. Это приводит к сбросу давления и механическому откидыванию верхней части корпуса, визуально сигнализируя о повреждении, и одновременно разрывает электрическую цепь, предотвращая КЗ на землю.

Как выбрать разрядник по классу напряжения для сети 10 кВ?

Для сети 10 кВ номинальное напряжение разрядника выбирается исходя из наибольшего рабочего напряжения сети. Для изолированной или компенсированной нейтрали (10 кВ) это 12 кВ, для сети с эффективно заземленной нейтралью – 12 или 17 кВ. Ключевым является соответствие классификационного напряжения Uкл и, главное, остаточного напряжения Uост выбранного разрядника уровню импульсной прочности защищаемого оборудования (например, электродвигателя или трансформатора).

Можно ли устанавливать разрядники РОСМА в условиях сильного загрязнения (вблизи моря, цементных заводов)?

Да, для таких условий выпускаются специальные исполнения с увеличенной длиной пути утечки (удлиненная юбка), соответствующие IV, а в некоторых случаях и IV+ степени загрязнения. Гидрофобные свойства силиконовой оболочки дополнительно повышают их стойкость в таких условиях. При проектировании необходимо указывать соответствующие условия эксплуатации.

Каков срок службы разрядников РОСМА и от чего он зависит?

Номинальный срок службы составляет не менее 25 лет. Фактический срок зависит от количества и энергии срабатываний, климатических условий и уровня рабочего напряжения. Основная причина старения – постепенное увеличение тока утечки варисторов под воздействием постоянной составляющей рабочего напряжения и термических циклов. Регулярный мониторинг активной составляющей тока позволяет прогнозировать остаточный ресурс.

Заключение

Клапаны РОСМА представляют собой современное, технологичное и надежное решение для защиты электрооборудования всех классов напряжения от всех видов перенапряжений. Их полимерная конструкция, основанная на высококачественных оксидно-цинковых варисторах, обеспечивает превосходные защитные характеристики, безопасность, долговечность и минимальные требования к эксплуатации. Широкий модельный ряд и специализированные серии позволяют точно подобрать разрядник для защиты конкретного вида оборудования – от силовых трансформаторов сверхвысокого напряжения до генераторов и ячеек КРУЭ. Соответствие российским стандартам и условия производства в РФ делают продукцию РОСМА стратегически важным элементом в обеспечении надежности и бесперебойности работы отечественной электроэнергетики.