Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН) — электрический аппарат, защищающий изоляцию электрооборудования от коммутационных и грозовых перенапряжений за счёт резко нелинейной вольт-амперной характеристики металлооксидного варистора. Ниже разбирается, как работает ограничитель перенапряжений (ОПН): устройство колонки варисторов на основе оксида цинка, принцип отвода импульса тока в землю, ключевые электрические параметры (наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение, номинальный разрядный ток, остающееся напряжение, класс пропускной способности), а также различия между высоковольтными ОПН для сетей 3-750 кВ и низковольтными УЗИП для сетей до 1000 В.
ОПН — аппарат, предназначенный для защиты изоляции электрооборудования от грозовых (атмосферных) и коммутационных перенапряжений. Грозовые возникают при ударах молнии в линию электропередачи или вблизи неё, коммутационные — при включении и отключении линий и трансформаторов, гашении дуги, переходных процессах.
Защищаемые объекты — изоляция трансформаторов, выключателей, разъединителей, силовых кабелей, электрических машин, реакторов. В сетях общего назначения ОПН пришли на смену вентильным разрядникам и стали основным средством защиты от перенапряжений.
Главное отличие ОПН от вентильного разрядника — отсутствие искровых промежутков. Аппарат электрически постоянно включён в сеть параллельно защищаемой изоляции.
Технические требования к ОПН для электроустановок переменного тока частотой 50 Гц напряжением от 3 до 750 кВ установлены межгосударственным национальным стандартом ГОСТ Р 52725-2021 «Ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ. Общие технические условия» (разработан с учётом МЭК 60099-4:2014). Для низковольтных сетей до 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного применяются устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП); требования и методы их испытаний установлены ГОСТ IEC 61643-11-2013 (идентичен IEC 61643-11:2011); принципы выбора и применения — ГОСТ IEC 61643-12-2022. На территории Российской Федерации также продолжает действовать ранее введённый ГОСТ Р 51992-2011.
Основной активный элемент ОПН — металлооксидный варистор, полупроводниковый резистор объёмного типа на основе оксида цинка ZnO с добавками оксидов других металлов (висмут, сурьма, кобальт, марганец и др.). Микроструктура — кристаллы ZnO (полупроводник n-типа), разделённые тонкими прослойками межкристаллической фазы (полупроводник p-типа). Получаемая система последовательно-параллельно включённых p-n-переходов и определяет резко нелинейную вольт-амперную характеристику.
Работа варистора описывается тремя характерными областями ВАХ:
В типовом исполнении ОПН — это колонка металлооксидных варисторов в виде цилиндрических дисков, заключённых в изоляционный корпус. По требованиям к корпусу различают два основных конструктивных типа:
ОПН не содержат искровых промежутков и не имеют подвижных частей. После срабатывания они не требуют каких-либо действий со стороны эксплуатационного персонала и сохраняют работоспособность весь срок службы — при условии, что не превышены нормированные значения энергии импульсов и сопровождающего тока.
Ключевые электрические параметры ОПН по ГОСТ Р 52725-2021:
8/20 мкс
ОПН выпускают на классы напряжения от 3 до 750 кВ. Под каждый класс сети подбирается своё значение Uнр с учётом режима заземления нейтрали, длительности возможных однофазных замыканий на землю, температурных условий и иных эксплуатационных факторов.
Стандартные значения Iн: 5, 10 и 20 кА. Аппараты с большими разрядными токами применяются на ответственных подстанциях высокого и сверхвысокого напряжения, аппараты на 5 кА — для распределительных сетей среднего напряжения.
Для районов с разной степенью загрязнения нормируется минимальная удельная длина пути утечки. По ГОСТ Р 52725-2021 для исполнений категории размещения 1 она составляет не ниже 1,8; 2,0; 2,5 и 3,1 см/кВ наибольшего рабочего напряжения сети для степеней загрязнения I, II, III и IV соответственно. Сами степени загрязнения определяются по ГОСТ 9920.
В действующей редакции ГОСТ Р 52725-2021 ОПН подразделяют на классы пропускной способности по значению заряда пропускной способности Qth (в кулонах). Чем выше класс, тем больше энергии импульсов аппарат способен поглотить без повреждения. Высокие классы применяют на ответственных подстанциях и в сетях с длинными линиями электропередачи.
В электроустановках до 1000 В функцию ограничителя перенапряжений выполняет устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Требования и методы испытаний установлены ГОСТ IEC 61643-11-2013 (идентичен IEC 61643-11:2011); параллельно действует ГОСТ Р 51992-2011, гармонизированный с более ранней редакцией МЭК 61643-1:2005. По принципу действия УЗИП ограничивающего типа аналогичны ОПН — нелинейный элемент (варистор) меняет своё сопротивление в зависимости от приложенного напряжения. Существуют также УЗИП коммутирующего типа на разрядниках и комбинированные.
Зональная концепция молниезащиты подразумевает каскадную установку УЗИП разных классов: класс I принимает основную энергию импульса, класс II гасит остаток, класс III доводит уровень напряжения до стойкости конкретной электроники. Совмещать классы в одном устройстве (комбинированный тип «1+2») допустимо, но требует выполнения требований по обоим испытательным импульсам.
ОПН устанавливается в распределительном устройстве подстанции либо на опоре линии электропередачи параллельно защищаемой изоляции. Один вывод ОПН подключается к фазному проводу, второй — к контуру заземления подстанции или опоры.
Эффективность ОПН в первую очередь определяется качеством заземляющего устройства и длиной соединительных проводников. Чрезмерная длина и индуктивность ошиновки между ОПН и защищаемым оборудованием увеличивает фактический уровень защитного напряжения на изоляции: к остающемуся напряжению самого ОПН добавляется индуктивная составляющая. Поэтому ОПН размещают возможно ближе к защищаемому объекту, а ошиновку выполняют по кратчайшему пути.
Исторически защита от перенапряжений строилась на вентильных разрядниках — аппаратах с искровыми промежутками и нелинейными резисторами на основе вилита (карбида кремния SiC). Переход на ОПН с металлооксидными варисторами дал существенные преимущества:
В современных сетях вентильные разрядники практически полностью заменены ОПН; новое строительство выполняется только на нелинейных ограничителях.
ОПН подключён к сети параллельно защищаемой изоляции. В нормальном режиме его сопротивление велико и ток через него почти не течёт. При импульсном перенапряжении (от молнии или коммутации) сопротивление варистора падает на много порядков, и ОПН за доли микросекунды отводит ток в землю, ограничивая напряжение на изоляции безопасным остающимся напряжением. После снятия импульса аппарат сам возвращается в исходное состояние.
Из колонки металлооксидных варисторов на основе оксида цинка с добавками оксидов других металлов; изоляционного корпуса (полимерного из кремнийорганической резины или фарфорового); фланцев и крышек с выводами для подключения; противовзрывного устройства, предотвращающего опасное разрушение при внутреннем повреждении. Искровых промежутков и подвижных частей в ОПН нет.
В вентильном разряднике в нормальном режиме нелинейный резистор отделён от сети искровым промежутком и подключается только при пробое. В ОПН искровых промежутков нет, варистор всегда под напряжением. За счёт более крутой нелинейности оксидно-цинковых варисторов ОПН ограничивают перенапряжение глубже, имеют меньшую массу и габариты и не требуют обслуживания искровых промежутков. На сегодняшний день ОПН повсеместно заменили вентильные разрядники.
Это наибольшее действующее значение напряжения промышленной частоты, которое может быть приложено к ОПН непрерывно в течение всего срока службы без повреждения и термической неустойчивости. Его выбирают так, чтобы оно превышало возможное наибольшее рабочее напряжение сети с учётом длительных перекосов и режимов однофазного замыкания на землю.
Это максимальное значение напряжения, остающееся на выводах ОПН при протекании через него нормированного импульсного тока — отдельно при грозовом импульсе 8/20 мкс и при коммутационном импульсе. Чем меньше остающееся напряжение, тем глубже ограничивается перенапряжение на защищаемой изоляции.
Терминологически: ОПН — это аппарат для электроустановок переменного тока 3-750 кВ по ГОСТ Р 52725-2021. УЗИП — устройство для низковольтных сетей до 1000 В; требования к нему установлены ГОСТ IEC 61643-11-2013 (идентичен IEC 61643-11:2011), параллельно действует ГОСТ Р 51992-2011. Принцип действия похож: и в том, и в другом основной элемент — нелинейный варистор (хотя в УЗИП также применяются разрядники и комбинированные схемы). Различаются классы напряжения, испытательные импульсы и нормы.
Способность ОПН рассеивать энергию импульсов перенапряжений. В действующей редакции ГОСТ Р 52725-2021 классификация ведётся по заряду пропускной способности Qth (в кулонах) и сопутствующему параметру тепловой энергии (кДж/кВ). Более высокий класс соответствует большему допустимому заряду и применяется на ответственных подстанциях с длинными линиями и при защите оборудования высокой стоимости.
Различаются формой испытательного импульса. Класс I (тип 1, B) испытывается импульсом тока 10/350 мкс — он имитирует энергию прямого удара молнии; устанавливается на вводе здания. Класс II (тип 2, C) испытывается импульсом 8/20 мкс — для коммутационных перенапряжений и удалённых ударов молнии; ставится в распределительных щитах. Класс III (тип 3, D) — комбинированный импульс тока 8/20 мкс и напряжения 1,2/50 мкс; устанавливается у чувствительного оборудования как третья ступень.
Основные выбираемые параметры: наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение (по наибольшему рабочему напряжению сети с учётом возможных режимов однофазного замыкания на землю и температурных условий), номинальный разрядный ток (по ответственности объекта), уровни остающегося напряжения при грозовом и коммутационном импульсах (по требуемой защите изоляции), класс пропускной способности (по энергии возможных импульсов), длина пути утечки внешней изоляции (по степени загрязнения по ГОСТ 9920). Для проектной задачи расчёт проводят в соответствии с методическими указаниями по применению ОПН в сетях соответствующего класса напряжения.
Полимерные ОПН в типовых условиях не требуют специального обслуживания; достаточно периодического визуального осмотра на отсутствие трещин, эрозии оболочки, следов перекрытий. Для фарфоровых ОПН дополнительно контролируют состояние покрышки и герметичность. На ответственных объектах применяют регистраторы срабатываний и измерители тока проводимости — рост тока при неизменном напряжении сигнализирует о деградации варисторов.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.