Ограничители перенапряжений IEK: классификация, устройство, применение и технические характеристики

Ограничители перенапряжений (ОПН) производства компании IEK GROUP представляют собой современные высоковольтные аппараты, предназначенные для защиты электрооборудования сетей переменного тока частотой 50 Гц от коммутационных и грозовых перенапряжений. Они являются нелинейными устройствами, принцип действия которых основан на свойствах варистора – элемента с резко выраженной нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ). В нормальном режиме работы ограничитель обладает высоким сопротивлением и практически не проводит ток. При возникновении перенапряжения сопротивление варистора резко падает на несколько порядков, шунтируя защищаемую цепь и ограничивая рост напряжения до безопасного уровня, после чего автоматически возвращается в исходное высокоомное состояние.

Классификация и серии ограничителей IEK

Ассортимент IEK включает несколько серий ОПН, различающихся по классу напряжения, конструкции, материалу корпуса и области применения. Основные серии можно систематизировать следующим образом.

ОПН в полимерной изоляции (серия ОПНп)

Данные ограничители характеризуются корпусом из высокопрочного полимерного материала (обычно силиконовой резины), который обеспечивает высокую стойкость к ультрафиолету, влаге и загрязнениям. Полимерный корпус исключает риск взрыва или разрыва, обладает малым весом и высокой сейсмостойкостью. Конструктивно представляет собой колонку из последовательно соединенных варисторных дисков, герметично заключенных в полимерную оболочку с ребристой поверхностью для увеличения пути утечки. Серия ОПНп применяется для защиты оборудования распределительных устройств (РУ) 6-35 кВ, а также в качестве замены устаревших вентильных разрядников.

ОПН в фарфоровой изоляции (серия ОПН)

Классическая конструкция, где варисторные блоки помещены в герметичный фарфоровый покрышку. Фарфор обладает высокой механической прочностью и дугостойкостью. Ограничители этого типа используются в РУ и на открытых подстанциях. В номенклатуре IEK представлены модели на номинальные напряжения от 6 до 35 кВ.

Сетевые ограничители перенапряжений (СОП, серия IEK-SOP)

Это устройства низковольтного исполнения (до 1000 В), предназначенные для защиты от импульсных перенапряжений в сетях 220/380 В. Они являются ключевым элементом систем молниезащиты (УЗИП) классов II (B) и III (C) согласно ГОСТ Р МЭК 61643-1. Выполняются в модульном исполнении для установки на DIN-рейку в распределительных щитах. Конструктивно состоят из одного или нескольких варисторов, снабженных тепловой защитой и индикатором срабатывания.

Технические характеристики и параметры выбора

Выбор ограничителя перенапряжений осуществляется на основе комплекса электрических и механических параметров. Ниже приведены ключевые характеристики для ОПН среднего напряжения IEK.

Основные параметры ОПН IEK серии ОПНп на номинальное напряжение 6-35 кВ

Параметр	Обозначение	Ед. изм.	Типовые значения (пример для ОПНп-10)	Пояснение
Номинальное напряжение сети	Uн	кВ	6; 10; 20; 35	Действующее значение фазного напряжения сети, в которой работает ОПН.
Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение	Uр	кВ	7,6; 12,7; 24; 42	Максимальное действующее значение напряжения, которое может быть приложено к выводам ОПН в течение всего срока службы.
Номинальный разрядный ток (8/20 мкс)	Iном	кА	10; 10; 10; 10	Пиковое значение тока импульса стандартной волны 8/20 мкс, которое ОПН может многократно пропускать без изменения характеристик.
Остающееся напряжение при импульсном токе волны 8/20 мкс	Uост	кВ	≤ 21,5 (при 10 кА)	Пиковое значение напряжения на выводах ОПН при пропускании тока заданной амплитуды и формы. Критический параметр для координации изоляции.
Класс пропускной способности по току	—	—	4 (высший)	Определяется по ГОСТ 16357. Класс 4 соответствует наибольшей энергии, которую может рассеять ОПН.
Длина пути утечки внешней изоляции	L	мм	280; 350; 630; 960	Суммарная длина по поверхности изолятора от одного электрода до другого. Определяет стойкость к загрязнению.

Конструктивные особенности и материалы

Варисторный блок является сердцевиной ОПН IEK. Он изготавливается на основе оксидно-цинковых (ZnO) дисков с добавками оксидов других металлов (висмут, кобальт, сурьма и др.). Эти добавки формируют граничные слои с высоким нелинейным сопротивлением. Диски последовательно соединяются металлическими электродами и стягиваются стеклопластиковыми шпильками. Собранный блок подвергается вакуумной пропитке силиконовым компаундом для исключения внутренних разрядов и защиты от влаги. В полимерных ОПН этот блок затем заливается в оболочку из высокотемпературной силиконовой резины, формирующей ребра. В фарфоровых ОПН блок герметично запаивается в фарфоровую покрышку, заполненную инертным газом или сухим азотом.

Области применения и схемы включения

Ограничители IEK применяются в следующих основных случаях:

• Защита силовых трансформаторов 6-35 кВ: ОПН устанавливаются со стороны ВН и (при необходимости) НН трансформатора для ограничения коммутационных и грозовых перенапряжений.
• Защита вращающихся машин (электродвигателей, генераторов): Для этого используются специальные ОПН с пониженным уровнем остающегося напряжения, так как изоляция обмоток машин имеет низкую импульсную прочность.
• Защита ячеек КРУ и КСО: Ограничители монтируются на сборных шинах или в отсеках вводов для защиты всего распределительного устройства.
• Защита воздушных линий электропередачи (ВЛ): Установка на опорах ВЛ для снижения вероятности грозовых отключений.
• Многоуровневая защита низковольтных сетей: Использование УЗИП IEK-SOP в координированной каскадной схеме (классы B+C или B+C+D) на вводе в здание и в распределительных щитах.

Схема подключения ОПН в РУ, как правило, параллельна защищаемому оборудованию. Один вывод через отдельный предохранитель или разъединитель присоединяется к шине, второй – к заземляющему устройству. Для контроля состояния часто используется счетчик срабатываний или специальный мониторинговый устройство.

Монтаж, эксплуатация и диагностика

Монтаж ОПН IEK должен производиться в соответствии с ПУЭ и инструкцией завода-изготовителя. Крепление осуществляется с помощью штатных кронштейнов. Необходимо обеспечить надежное электрическое соединение и целостность заземляющего контура. При эксплуатации проводятся периодические визуальные осмотры (отсутствие сколов, трещин, загрязнений) и измерения.

Основной метод диагностики – измерение тока проводимости (абсорбционного тока) при постоянном напряжении. Значительное увеличение активной составляющей этого тока (более чем в 2 раза относительно первоначальных измерений или паспортных данных) свидетельствует о старении варисторов и необходимости замены ограничителя. Также проводится измерение сопротивления изоляции мегомметром на 2500 В.

Сравнение с вентильными разрядниками

ОПН полностью вытеснили вентильные разрядники (РВ) благодаря ряду преимуществ:

• Безискровой режим работы: ОПН не создает дугового разряда, сопровождающегося сквозным током промышленной частоты, что повышает пожарную безопасность и исключает необходимость в последовательных искровых промежутках.
• Лучшая защитная характеристика: Более пологая ВАХ обеспечивает более низкий уровень ограничения перенапряжений.
• Бесшумность и отсутствие выбросов газов: При срабатывании ОПН не издает громкого хлопка и не выделяет продуктов горения, в отличие от разрядника.
• Высокая пропускная способность и быстродействие.
• Отсутствие необходимости в периодической ревизии искровых промежутков.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается ОПН от разрядника?

ОПН работает на основе нелинейных варисторов без искровых промежутков, ограничивая перенапряжение плавно. Вентильный разрядник содержит последовательные искровые промежутки и нелинейные резисторы (вилиты), его работа сопровождается пробоем промежутков и последующим гашением дуги. ОПН более современен, надежен и обладает лучшими защитными характеристиками.

Как выбрать класс напряжения ОПН для сети 10 кВ?

Для сети 10 кВ с изолированной нейтралью (U_р = 1.1

• U_ном / √3 ≈ 7.1 кВ) выбирается ОПН с U_р не менее 12 кВ (например, ОПНп-10 с U_р=12.7 кВ). Для сети с заземленной нейтралью (U_р ≈ U_ном = 10 кВ) также подходит ОПН с U_р=12.7 кВ. Ключевой параметр – U_р должен быть не менее наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения в месте установки.

Нужно ли устанавливать последовательный разъединитель с ОПН IEK?

Согласно действующим нормам, установка разъединителя не является обязательной, так как современные ОПН имеют высокую вероятность отключения при тепловом разрушении. Однако на ответственных объектах или по требованию проекта разъединитель или предохранитель может устанавливаться для визуальной индикации глубокого повреждения ОПН и отключения его от сети.

Как часто нужно проводить диагностику ОПН?

Периодичность регламентируется технической документацией производителя и местными инструкциями по эксплуатации. Как правило, визуальный осмотр проводится не реже 1 раза в 6 месяцев, а измерение тока проводимости (абсорбционного тока) – 1 раз в 6 лет для ОПН до 35 кВ, либо после срабатывания при значительных токах.

Можно ли использовать ОПН IEK для замены старых разрядников РВО, РВС?

Да, это одна из основных областей применения. При замене необходимо правильно подобрать ОПН по напряжению U_р и классу пропускной способности. Как правило, ОПНп-10 напрямую заменяет разрядники РВО-10 или РВС-10, при этом защитный уровень оборудования повышается.

Что означает класс пропускной способности «4»?

Это высший класс по ГОСТ 16357, свидетельствующий о способности ОПН рассеять наибольшую энергию среди серийно выпускаемых аппаратов. ОПН класса 4 выдерживают 20 импульсов тока 8/20 мкС амплитудой 10 кА и 2 импульса тока 4/10 мкс амплитудой 100 кА, что делает их пригодными для установки в районах с высокой грозовой активностью и на объектах с повышенными требованиями к надежности.

Как координировать УЗИП IEK-SOP в многоуровневой защите?

Необходимо соблюдать принцип каскадирования: устройство класса I (B) с более высоким уровнем защиты (U_imp) устанавливается на вводе в здание, за ним следует устройство класса II (C) в распределительном щите, и, при необходимости, класс III (D) у конечного оборудования. Между уровнями должен быть обеспечен координационный промежуток (длина кабеля не менее 10-15 метров) или установлен согласующий дроссель. Все УЗИП должны быть соединены с главной заземляющей шиной проводниками минимальной длины.