Реферат разрядники и опн: «Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН)», Математика, химия, физика

«Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН)», Математика, химия, физика

• Выдержка
• Другие работы
• Помощь в написании

Значительное улучшение защитных характеристик разрядников может быть достигнуто при отказе от использования искровых промежутков. Это оказывается возможным при переходе к резисторам с резко нелинейной вольтамперной характеристикой и достаточной пропускной способностью. Таким требованиям отвечают резисторы из полупроводникового материала на базе оксида цинка. Защитные аппараты, изготовленные из таких резисторов, носят название нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН).

Технология изготовления варисторов близка к технологии производства керамических конденсаторов. Специфика состоит в необходимости применения химически чистого исходного материала, соблюдения требований чистоты в процессе производства и тщательности перемешивания компонентов, близких к требованиям при производстве полупроводников. Основной компонент сырья — ZnO является полупроводник nтипа с удельным объёмным сопротивлением 0,11,0 Ом? см. Обжиг кристаллов ZnO в окислительной среде при t=300°C приводит к уменьшению их проводимости на порядок и появлению нелинейных свойств (б=0,30,5). Для резкого уменьшения б варисторов оксид цинка смешивают с незначительным количеством окисей других металлов: висмута (Bi₂O₃), кобальта (CoO, Co₂O₃), марганца (MnO), сурьмы (Sb₂O₃). После перемешивания (как правило, мокрого, в шаровых мельницах) проводят формовку (прессование) варисторов при давлении 3040 МПа и их обжиг в силитовых электропечах в присутствии кислорода при температуре 1200 -1350С.

Микроструктура полученных таким образом варисторов включает в себя кристаллы оксида цинка (проводник nтипа) размером 1 -10 мкм, окружённые прослойкой толщиной 0,11 мкм, являющейся полупроводником pтипа. Удельное объёмное сопротивление кристаллов ZnO составляет 110 Ом? м, межкристаллической прослойки — 10¹² -10¹³ Ом· м. Таким образом, варисторы из ZnO представляют собой систему последовательно-параллельно включённых pn переходов, которые определяют их нелинейные свойства.

В настоящее время варисторы для ОПН ВН выпускаются в виде цилиндрических дисков диаметром 28 110 мм, высотой 540 мм. На торцевые части дисков методом металлизации (называемым шоопированием по фамилии инженера, предложившего его) наносятся металлические, чаще всего, алюминиевые электроды. Толщина слоя металлического покрытия оксидно-цинковых варисторов (ОЦВ) составляет 0,050,30 мм. В отдельных случаях для повышения пропускной способности оцв при импульсах тока с крутым фронтом их боковые поверхности покрывают глифталевой эмалью.

ОЦВ выпускается для постоянного и переменного токов. Поэтому, их вольт-амперные характеристики (ВАХ) исследуются при постоянном токе, при частоте 50 Гц, при коммутационных и импульсных волнах перенапряжений.

ВАХ варисторов не зависит от полярности приложенного напряжения.

Вольт-амперные характеристики варисторов диаметром 28 мм приведены на рис.  17, а, б, где напряжение указано в относительных единицах, причём за базисную величину принято остающееся напряжение на варисторе при токе 100 А.

На ней может быть выделено три характерных участка, для каждого из которых справедлива аппроксимирующая формула U=CI^б (рис.17).

Рис. 17. Вольт-амперные характеристики оксидно-цинковых резисторов на постоянном токе и при импульсах (а) и на переменном токе частотой 50 Гц (б), зависимость плотности тока от напряжённости.

Вольт-амперную характеристику нелинейных резисторов, как уже отмечалось, обычно аппроксимируют зависимостью , где — коэффициент нелинейности материала [«https://westud.ru», 8].

При плотностях постоянного тока мене 8· 10 ^-5 А/см² (область 1) варисторы обладают слабой нелинейностью (б?0,1). При этом также наблюдается сильное влияние температуры ОЦВ на их ВАХ.

При напряжённости электрического поля Е=1кВ/см, являющейся характерной для работы ОПН под фазным напряжением, температурный коэффициент (ТКI) тока достигает 10%/К. В области токов II происходит резкое уменьшение температурного коэффициента ТКI до 1 -3%/К в диапазоне t=20 100°С и уменьшение коэффициента нелинейности б до 0,010,04. При плотности ј>10 А/см² (область III) коэффициент нелинейности вновь увеличивается до 0,1 и более.

Малая величина (0,0150,04), определяющая преимущества оксидно-цинковых варисторов, охватывает область токов от 10 ^-7 до 10² А. Протекание через варисторы токов, превышающих 500 А, нежелательно, поскольку в этом случае резко возрастает коэффициент нелинейности (> 0,1). Зависимости усреднённых значений параметров варисторов от тока приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Средние значения параметров С и оксидно-цинковых варисторов.

I, А.
0,7.	0,74.	0,78.	0,82.	0,86.	0,91.		1,1.	1,3.
0,02.	0,03.	0,04.	0,06.	0,01.
0,86.	0,09.	0,093.	0,96.

Вольт-амперная характеристика варисторов (рис. 17) позволяет комплектовать нелинейные ограничители перенапряжений с улучшенными характеристиками без искровых промежутков.

Нелинейные ограничители перенапряжений, обладая лучшими защитными характеристиками по сравнению с вентильными разрядниками, так же, как и вентильные разрядники, оказываются не в состоянии обеспечить ограничение перенапряжений ниже некоторого минимального уровня. Это связано с особенностью нелинейных сопротивлений, изготовленных на основе оксида цинка. Их характеристики могут необратимо изменяться под действием длительно приложенного рабочего напряжения, если при этом ток через нелинейное сопротивление превосходит величину порядка нескольких десятых долей миллиампера, поэтому вольт-амперную характеристику ОПН приходится поднимать вверх по оси напряжения до тех пор, пока ток нормального рабочего режима не понизится до значения 0,1 мА. Технически это достигается путём увеличения числа последовательно соединённых элементов нелинейных сопротивлений. При этом пропорционально возрастают и все остальные ординаты вольт-амперной характеристики ОПН. Например, если при одинаковой толщине дисков ОПН 220 кВ будет иметь вдвое больше последовательных элементов по сравнению с ОПН 110 кВ, то и уровень ограничения грозовых перенапряжений при токе 5 кА у него будет в два раза выше, чем у ОПН 110 кВ, т. е. кратность ограничения перенапряжений при заданном токе через ОПН останется той же самой. Некоторого, весьма небольшого изменения крутизны вольт-амперной характеристики удаётся достичь путём увеличения площади дисков нелинейных элементов или параллельного соединения нескольких цепочек из нелинейных элементов.

С увеличением амплитуды напряжений в течение ~1 наносекунды сопротивление ОПН падает на несколько порядков, преобладает активная составляющая тока. В итоге энергия волны в защищаемой сети с помощью ОПН отводится в землю, что резко и глубоко ограничивает амплитуду переходных процессов и тем самым обеспечивает защиту изоляции.

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой

Разрядники и ограничители перенапряжений

Вентильные
разрядники.
Электрическое оборудование может
оказаться под повышенным (по сравнению
с номинальным) напряжением при грозе
и коммутации электрических цепей. Для
ограничения перенапряжений, воздействующих
на изоляцию подстанций, применяются
вентильные разрядники. В эксплуатации
находятся различные типы разрядников
(РВП, РВС, РВМ, РВМГ, РВМК). Обязательными
элементами вентильного разрядника
являются искровой промежуток и
последовательно включенный с ним
нелинейный резистор. В нормальных
условиях работы электроустановки
искровой промежуток отделяет токоведущие
части от заземления, и он же при появлении
импульса перенапряжений срезает волну
опасного перенапряжения, обеспечивая
при этом надежное гашение дуги
сопровождающего тока (тока промышленной
частоты, проходящего вслед за импульсным
током) при первом прохождении его через
нулевое значение.

Рис. 4.10. Блок
искровых промежутков вентильного
разрядника серии РВС

Искровой
промежуток разрядника на соответствующий
класс напряжения набирается из блоков
искровых промежутков. На рис. 4.10 показан
блок искровых промежутков, состоящий
из четырех единичных искровых промежутков
2,
помещенных в фарфоровый цилиндр 1.
У разрядников серии
РВС каждый единичный искровой промежуток
создается двумя штампованными латунными
шайбами 3,
разделенными тонкой миканитовой или
электрокартонной прокладкой 4.
Дробление горящей дуги на короткие
дуги в единичных искровых промежутках
повышает дугогасящие свойства разрядника.
Для равномерного распределения
напряжения промышленной частоты по
единичным искровым промежуткам блок
шунтирован подковообразным тиритовым¹⁹
резистором 5.

Разрядники серий
РВМ, РВМГ и РВМК имеют искровые промежутки
с магнитным гашением дуги.

В
вентильных разрядниках (рис. 4.11)
последовательно с блоками искровых
промежутков включают нелинейные
резисторы. Они состоят из вилитовых, а
у разрядников высших классов напряжения
— тервитовых дисков, собранных в блоки.
Диски обладают свойством изменять
сопротивление в зависимости от значения
приложенного к ним напряжения. С
увеличением напряжения сопротивление
их уменьшается, что способствует
прохождению больших импульсных токов
молнии при небольшом падении напряжения
на разряднике. Сопротивление резисторов
подбирают таким образом, чтобы они
ограничивали сопровождающий ток
промышленной частоты 80-100 А.

Диски
нелинейных резисторов невлагостойки.
Во влажной атмосфере они резко ухудшают
свои характеристики. Поэтому все
элементы вентильных разрядников
размещают в герметичных фарфоровых
покрышках. Герметичность покрышек
обеспечивается тщательным армированием
фланцев и уплотнением торцевых крышек
озоностойкой резиной.

Вентильные
разрядники отвечают своему назначению
только при наличии хорошего заземления
нижнего фланца. При отсутствии заземления
разрядник работать не будет. Заземляют
разрядники присоединением к общему
заземляющему устройству подстанции,
сопротивление которого нормируется.
Эффективность защиты вентильными
разрядниками определяется расстоянием
их от защищаемого оборудования: чем
ближе (считая по соединительным шинам)
к защищаемому оборудованию они
установлены, тем эффективнее их защита.
Поэтому устанавливают их возможно
ближе к наиболее ответственному
оборудованию (например, к трансформаторам).

Рис.
4.11. Вентильный разрядник типа РВС-15:

1
— блок
искровых промежутков; 2
—блок
нелинейных резисторов;

3
— фарфоровая
рубашка; 4
— фланец

Наблюдение
за работой вентильных разрядников
ведется по показаниям регистраторов
срабатывания. Они включаются
последовательно в цепь разрядник —
земля, и через них проходит импульсный
ток. Регистраторы типа РВР рассчитаны
на 10 срабатываний. При появлении в
смотровом окне красной риски регистратор
перезаряжают (устанавливают новые
плавкие вставки). Регистраторы типа
РР, отличающиеся по устройствам от
регистраторов типа РВР, допускают до
1000 срабатываний.

При
осмотрах вентильных разрядников
обращают внимание на целость фарфоровых
покрышек, армировочных швов и резиновых
уплотнений.

Поверхность
фарфоровых покрышек должна быть всегда
чистой, так как вентильные разрядники
обычной конструкции не рассчитаны на
работу в районах с загрязненной
атмосферой. Грязь не поверхности
покрышек искажает распределение
напряжения вдоль разрядника, что может
привести к его перекрытию даже при
номинальном рабочем напряжении.

Если
головки и гайки болтов фланцевых
соединений окажутся неокрашенными, на
поверхности фланцевых покрышек могут
появиться подтеки ржавчины, образующие
проводящие ток дорожки, что может
привести к перекрытию разрядника по
поверхности. Такие разрядники следует
отключать и очищать их поверхность.

Представляет
опасность высокая трава около разрядника,
которая может зашунтировать его нижние
элементы. В случае загрязнения изоляции
разрядника его необходимо отключить
и протереть, а траву выкосить. Эффективным
способом уничтожения травы является
химическая обработка почвы в зоне
установки разрядников.

Опыт
эксплуатации показывает, что внутри
разрядников тоже могут быть повреждения:
разрывы в цепях шунтирующих резисторов,
увлажнение дисков последовательных
резисторов и т.д. Такие повреждения
обычно выявляются профилактическими
испытаниями. Однако в процессе развития
повреждения внутри разрядника могут
возникать потрескивания, необычные
для разрядников шумы, которые могут
быть обнаружены на слух.

Все
виды работ на разрядниках должны
производиться с лестниц-стремянок.
Использование приставных лестниц
приводит к поломке фарфоровых покрышек
особенно у разрядников типа РВС.

Заземлять
присоединение разрядника следует
стационарными заземлителями, а при их
отсутствии — переносными заземлениями,
устанавливаемыми вблизи разъединителей.

Ограничители
перенапряжений нелинейные (ОПН).
В последние годы для защиты изоляции
подстанций от перенапряжений находят
все большее применение ОПН. Они отличаются
от вентильных разрядников только
отсутствием искровых промежутков и
материалом нелинейных резисторов.
Резисторы ОПН, изготовляемые на основе
оксидно-цинковой керамики, ограничивают
коммутационные перенапряжения до
уровня 1,8U_ф
и атмосферные до уровня 2-2,4U_ф.
После срабатывания аппарата и снижения
перенапряжения до U_ф
сопровождающий ток, проходящий через
резисторы, уменьшается до нескольких
миллиампер, что и позволило отказаться
от последовательных искровых промежутков.
При отсутствии искровых промежутков
через резисторы в нормальном режиме
проходит небольшой ток проводимости,
обусловленный рабочим напряжением
сети. Длительное прохождение тока
проводимости ведет к старению
оксидно-цинковой керамики. Поэтому в
эксплуатации систематически проверяют
значение тока проводимости и не допускают
его увеличения до значений, при которых
возможен тепловой пробой резисторов
и выход ОПН из строя.

Резисторы
ОПН для классов напряжений 35-500 кВ
размещают в герметичных одноэлементных
фарфоровых покрышках. Высота ОПН близка
к высоте опорных изоляторов того же
класса напряжения.

Оперативное
обслуживание ОПН мало, чем отличается
от обслуживания вентильных разрядников.

4.5

Вторичные разрядники Surge Tec

> MacLean Power Systems

Показаны все 11 результатов

Сортировка по умолчаниюСортировать по популярностиСортировать по последнимСортировать по цене: от низкой к высокойСортировать по цене: от высокой к низкой

Разрядники MacLean’s Surge Tec® обладают особыми характеристиками, которые выделяют их среди других вторичных разрядников и ограничителей перенапряжения переходных процессов (TVSS). В этих разрядниках используется запатентованная (№ 5 502 612) конструкция, устойчивая к отказам, а также индикация замены.

Разрядники доступны в номиналах 175 В, 480 В и 650 В переменного тока для применения в системе с напряжением ниже 650 В между фазой и землей и работают на частотах от 48 до 62 Гц. Устройства поставляются с 18-дюймовым медным корпусом № 14 AWG. проволочные выводы и предназначены для установки на открытом воздухе или в помещении.

Описание

АВАРИЙНАЯ СПОСОБНОСТЬ — Запатентованная конструкция вторичных разрядников Surge Tec® позволяет выдерживать 10 кА среднеквадратичное значение без использования каких-либо внешних предохранителей. Эта уникальная конструкция была испытана в режимах сильноточных отказов, чтобы проверить ее способность противостоять отказу без резкого разрушения корпуса. Ток короткого замыкания — это полный доступный ток, который проводит устройство в случае короткого замыкания из-за перенапряжения, превышающего расчетную мощность. Это обеспечивает значительные преимущества в области защиты вторичного напряжения.

ИНДИКАЦИЯ ЗАМЕНЫ — Визуальная индикация на передней этикетке позволяет проводить регулярные проверки рабочего состояния разрядника. Окна индикации на этикетке становятся черными, если разрядник выходит из строя. Пламегаситель следует заменить, когда любая область любого окна становится черной.

Применение:

• Ограничители перенапряжений MacLean’s Tec® классифицируются для установок категорий B и C на основании приведенной ниже схемы.
• Разрядники предназначены для многократного срабатывания и постоянной защиты.
• Ограничители перенапряжения обеспечивают путь наименьшего сопротивления к земле для перенапряжений в системе.
• Для обеспечения наилучшей защиты провода должны быть как можно короче. При правильной установке они очень быстро отведут грозовые разряды на землю.

Разрядники

• Surge Tec® обеспечивают первую линию защиты всей электросети и защищают электропроводку, основные приборы, насосы и оборудование для отопления/кондиционирования воздуха.
• Для дополнительной защиты компьютеров компания MacLean Power Systems рекомендует в качестве второй линии защиты устройство втычного типа с более низким напряжением фиксации. Этот тип координации обеспечивает превосходную защиту от перенапряжений для всей электрической сети.

РАЗРЯДНИКИ ДОЛЖНЫ УСТАНАВЛИВАТЬСЯ ЛИЦЕНЗИРОВАННЫМ ЭЛЕКТРИКОМ.

ссылок и PDF-файлов

• Гарантия мощности MacLean — на всю производимую продукцию предоставляется гарантия сроком один (1) год.

 

Каталожный номер	Рис.	Номинальное напряжение MCOV	Поляки	Ограничение энергии. (Джоули/фаза)	Время отклика (нс)	Уровень защиты от фронта волны (кВ вершина)	1,5 кА	5,0 кА	10 кА	Вес, унция. (Граммы)
Z1-175-0	1	175	1	300		1.21	.747	.954	1,271	14 [435]
Z1-480-0	2	480	1	500		1. 900	1,417	1,761	2.160	18 [560]
Z1-650-0	2	650	1	700		2,48	2.009	2,439	2. 850	19 [590]
Z2-175-0	1	175	2	300		1,21	.747	.954	1,271	15 [466]
Z2-480-0	2	480	2	500		1. 900	1,417	1,761	2,160	19 [590]
Z2-650-0	2	650	2	700		2,48	2.009	2,439	2. 850	20 [622]
З3-175-0	2	175	3	300		1,21	.747	.954	1,271	18 [560]
Z3-480-0	2	480	3	500		1. 900	1,417	1,761	2,160	20 [622]
Z3-650-0	2	650	3	700		2,48	2.009	2,439	2. 850	21 [653]
З3-650-2А	3	650	3	700		2,48	2.009	2,439	2,85	21 (653)
З2-175-0А	1	175	2	300		1,21	0,747	0,954	1,271	15 (466)

 

Типовые соединения проводки

Максимальные напряжения фаза-фаза/фаза-земля

№ рис. (ниже)	З1-175	З2-175	З3-175	З1-480	З2-480	З3-480	З1-650	З2-650	З3-650
3	175/Н/Д			480/NA			650/NA
4		350/NA			960/NA			1300/Н/Д
5		350/175			960/480			1300/650
6			303/175			831/480			1125/650
7			303/175			831/480			1125/650
8		175			480			650
9			175/101			480/277			650/375
10			175/101			480/277			630/375

* Для тяжелых условий эксплуатации выберите разрядник со следующим по величине номинальным напряжением.

Максимальные напряжения фаза-фаза/фаза-земля

(PDF) Применение ОПН для молниезащиты деревянных опорных распределительных линий 33 кВ (2009 г.) | R. Bhattarai

Журнальная статья•DOI•

Влияние распределенной генерации на молниезащиту современных распределительных линий

[…]

Василики Вита ¹ , Lambros Ekonomou ¹ , Christos6 Christodoulou 2 • Учреждения (2)

City University London ¹ , Университет Демокрита Фракии ²

01 May 2016-Energy Systems

Резюме: Распределенная генерация (DG) стала очень популярной в последние годы в основном из-за их высокой эффективности, их преимуществ к распределительным сетям (например, улучшение профилей напряжения и коэффициента нагрузки, снижение потерь мощности, поставка резервного питания, отказ от модернизации системы и т. д.) и их низкий уровень выбросов. С другой стороны, непрерывная установка РГ поднимает несколько различных вопросов, которые необходимо учитывать. Молния является одним из основных факторов отказов в распределительных сетях, поэтому молниезащита современных распределительных линий с ДГ является одним из вопросов, требующих дальнейшего изучения. Молниезащита линий и уменьшение или устранение неисправностей в основном основаны на мерах защиты, предпринимаемых электроэнергетическими предприятиями. В этой работе влияние РГ на молниезащиту распределительных линий изучается посредством обширного моделирования, учитывающего различные факторы, влияющие на эффективность систем защиты и возникающие перенапряжения. Статья призвана внести свой вклад в более эффективную молниезащиту современных распределительных линий.

…читать дальшеЧитать меньше

23 цитирования

---

Справочная информация из статьи «Применение разрядников для защиты от перенапряжения для…» пожарная проблема

[. ..]

M Рахмат

01 января 2010

Резюме: В данной диссертации представлено оригинальное исследование пожара на вершине столба в электрических распределительных сетях с использованием модели лестничной сети. В этом исследовании был предложен и разработан новый метод смягчения последствий соединения средней опоры для решения проблемы возгорания на вершине опоры. А

…читать дальшечитать меньше

9 цитирований

Анализ характеристик перенапряжения опор распределительной линии методом момента

[…]

Solaiman, Shohei Kato

2 марта 3 90 0s 90 0022 90 цитирования Исследование инициированных молнией пробоев в воздушных линиях среднего напряжения – моделирование и экспериментальная оценка

[…]

Фархан Махмуд

01 января 2016

Аннотация: грозовая активность является одной из основных причин прерываний и провалов напряжения на воздушных распределительных сетях. Надежная работа распределительной сети может быть обеспечена путем надлежащего согласования электрической прочности системы изоляции с ожидаемым перенапряжением. В диссертации исследуется напряжение, вызванное грозовыми перенапряжениями, которое, как следствие, приводит к пробою изоляции линии. Соответственно, были изучены характеристики инициированных молнией перекрытий, чтобы можно было предложить более сложные модели, описывающие явления перекрытия. В частности, существенным вкладом данной работы является прогнозирование вероятности возникновения однофазных и многофазных пробоев. Наконец, предложены соответствующие меры по эффективному сокращению перекрытий на линиях среднего напряжения с особым акцентом на многофазные перекрытия, поскольку они отрицательно влияют на качество электроэнергии, поставляемой потребителям. Ато-Д Д 7 0 /2 16

…read moreread less

2 citations

---

Cites background from «Application of surge arresters for .