ОПН - назначение, свойства

Ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН) — электрический аппарат, предназначенный для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений. ОПН также можно назвать разрядником без искровых промежутков. ОПН на сегодняшний день являются одним из эффективных средств защиты оборудования электрических сетей.

Применение
В некоторых случаях оборудование может оказаться под влиянием завышенного, по сравнению с номинальным, напряжения (при грозе или коммутациях электрических цепей). В этом случае возрастает вероятность пробоя изоляции установки. Нелинейные ограничители перенапряжений предназначены для использования в качестве основных средств защиты электрооборудования станций и сетей среднего и высокого классов напряжения переменного тока промышленной частоты от коммутационных и грозовых перенапряжений. Ограничители применяются вместо вентильных разрядников соответствующих классов напряжения и включаются параллельно защищаемому устройству или установке.
Ограничитель перенапряжения является безыскровым разрядником.

Устройство ограничителя перенапряжений
Основной элемент ОПН — варистор ( varistor, от англ. Vari(able) (Resi)stor — переменное, изменяющееся сопротивление). Основная активная часть ОПН состоит из набора варисторов, соединённых последовательно и составляющих так называемую «колонку». В зависимости от требуемых характеристик ОПН и его конструкции ограничитель может состоять из одной колонки или из ряда колонок, соединённых последовательно либо параллельно. Отличие материала варисторов ОПН от материала резисторов вентильных разрядников состоит в том, что у нелинейных резисторов ограничителей перенапряжения присутствует повышенная пропускная способность, а также высоконелинейная вольт-амперная характеристика (ВАХ), благодаря которой возможно непрерывное и безопасное нахождение ОПН под напряжением, при котором обеспечивается высокий уровень защиты электрооборудования. Данные качества позволили исключить из конструкции ОПН искровые промежутки.

Материал нелинейных резисторов ОПН состоит в основном из оксида (окиси) цинка ( ZnO ) и оболочки в виде глифталевой эмали, повышающей пропускную способность варистора. В процессе изготовления оксид цинка смешивается с оксидами других металлов. Варисторы на основе оксида цинка являются системой, состоящей из последовательно и параллельно включённых p – n переходов. Именно эти p – n переходы определяют нелинейность ВАХ варистора.

ОПН  конструктивно представляет собой колонку варисторов, заключённых в высокопрочный полимерный корпус из высокомолекулярного каучука (в случае полимерной изоляции прибора), либо колонку варисторов, прижатую к боковой поверхности стеклопластиковой трубы, расположенной внутри фарфора (в случае фарфоровой изоляции). В ОПН с полимерной изоляцией пространство между стеклопластиковой трубой и колонкой варисторов заполняется низкомолекулярным каучуком, а сама труба имеет расчётное количество отверстий для обеспечения взрывобезопасности конструкции при прохождении токов короткого замыкания. У ограничителей перенапряжений с фарфоровой изоляцией на торцевых сторонах покрышки располагают мембраны и герметизирующие резиновые уплотнительные кольца, а на фланцах устанавливают специальные крышки с выхлопными отверстиями. На крышке ограничителя перенапряжений имеется контактный болт для подключения к токоведущей шине. ОПН снабжён изолированной от земли плитой основания. Внутренняя стеклопластиковая труба, мембраны и крышки обеспечивают взрывобезопасность конструкции при прохождении токов короткого замыкания.

Принцип действия
Защитное действие ограничителя перенапряжений обусловлено тем, что появление опасного для изоляции перенапряжения, вследствие высокой нелинейности резисторов через ограничитель перенапряжений протекает значительный импульсный ток, в результате чего величина перенапряжения снижается до уровня, безопасного для изоляции защищаемого оборудования.

В нормальном рабочем режиме ток через ограничитель имеет емкостный характер и составляет десятые доли миллиампера. Но при возникновении перенапряжений резисторы ОПН переходят в проводящее состояние и ограничивают дальнейшее нарастание перенапряжения до уровня, безопасного для изоляции защищаемой электроустановки. Когда перенапряжение снижается, ограничитель вновь возвращается в непроводящее состояние.

Вольт-амперная характеристика ограничителя состоит из 3 участков:
– область малых токов;
– область средних токов;
– область больших токов.
(https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ab/%D0%90%D0%BF%D0%B5%D1%80%D1%8B%D0%BA%D1%80%D0%BA.jpg/120px-%D0%90%D0%BF%D0%B5%D1%80%D1%8B%D0%BA%D1%80%D0%BA.jpg)
Вольт-амперная характеристика ОПН.

В первой области варисторы работают под рабочим напряжением, не превышающим наибольшее допустимое рабочее напряжение (сопротивление варисторов велико, 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.

источник - здесь (https://ru.wikipedia.org/wiki/Ограничитель_перенапряжения)

Виды ОПН
Ограничители перенапряжения подразделяются в зависимости от :
 - типа изоляции (полимерная, фарфоровая);
 - конструктивного исполнения (одноколонковые, многоколонковые);
 - величины рабочего напряжения (6-10 кВ; 35кВ;110кВ;220кВ и др.);
 - места установки (ОРУ либо ЗРУ).

Фарфоровые ОПН
Представляют собой колонку варисторов,  прижатую к боковой поверхности стеклопластиковой трубы, расположенной внутри фарфоровой покрышки. Получили большое распространение среди защитных средств, но, в последнее время мало пользуются спросом в связи с появлением ОПН с полимерной покрышкой.

К плюсам ограничителей с фарфоровой изоляцией относят:
 - Относительно малое влияние температурных колебаний  на состояние аппарата;
 - Большая механическая устойчивость (это связано с тем, что основная механическая нагрузка прикладывается к изоляционному покрытию).

Недостатки ОПН в фарфоровой покрышке:
 - Недостаточное обеспечение герметичности узла крепления фланца к фарфоровой изоляционной покрышке и сохранение свойств резиновых уплотнителей в процессе длительной эксплуатации ;
 - Высокая взрывоопасность (фарфоровые осколки при взрыве разлетаются в разные стороны с огромной скоростью);
 - Масса и габариты (ограничители в полимерной покрышке в 2-3 раза легче ОПН с фарфоровой изоляцией);
 - Худшие по сравнению с ОПНп тепловые характеристики.

Полимерные ОПН
ОПН состоит из колонки варисторов, заключённых в высокопрочный полимерный корпус из высокомолекулярного каучука. Пространство между стеклопластиковой трубой и колонкой резисторов заполняется низкомолекулярным каучуком, а сама труба имеет расчётное количество отверстий для обеспечения взрывобезопасности конструкции при прохождении токов короткого замыкания. На данный момент полимерные ОПН (ОПНп) превзошли по масштабам использования и производства фарфоровые ОПН.

Преимущества ОПНп:
 - Высокая гидрофобность;
 - Значительно высокая взрывобезопасность, чем у фарфоровых ОПН;
 - Вандалоустойчивость;
 - Малый вес;
Лучшие, чем у ОПН в фарфоровой покрышке, электрические и разрядные характеристики;
Простота монтажа и транспортировки, а также стойкость к ударным и вибрационным воздействиям;
Способность работать в условиях естественных и промышленных загрязнений и так далее.

К недостаткам полимерных ограничителей относятся:
 - Влияние воздействия сезонных колебаний температуры окружающей среды (внутреннее пространство имеет значительно отличающийся коэффициент теплового расширения от материала покрышки, это может привести к деформации рёбер покрышки и снижению электрической прочности внешней изоляции);
 - Неправильный расчёт механической нагрузки может привести к растрескиванию варисторов ограничителя.

Одноколонковые ОПН
Конструктивно состоят из одной колонки варисторов. Они выпускаются с длиной пути утечки внешней изоляции, которая, (согласно ГОСТ 9920, соответствует второй, третьей и четвёртой степеням загрязнения.
Существуют одноколонковые ОПН на все классы напряжения, при этом максимально используется объём корпуса аппарата, что также значительно снижает массу по сравнению с многоколонковыми ОПН и существенно повышает надёжность работы.

Многоколонковые ОПН
Представляют собой несколько блоков (модулей), которые образуются из определённого числа колонок, соединённых либо последовательно, либо параллельно между собой. Используются при больших классах напряжения сети, ОПН составляют из двух или трёх частей (модулей). Такая конструкция существенно повышает надежность работы ОПН при увлажнении и загрязнении поверхности аппарата.

Обслуживание и методы диагностики ОПН
Поиск неисправного ОПН занимает большое количество времени. В большинстве случаев оценку состояния ОПН производят визуальным осмотром либо разборкой ОПН и проверкой нормируемых электрических параметров резисторов. В связи со сложностью визуального осмотра линия, защищаемая от перенапряжений, может оказаться под угрозой. Кроме того, согласно инструкции ЦЭ-936, периодичность текущего ремонта и межремонтных испытаний  ограничителей перенапряжений составляет для ОПН переменного тока — 1 раз в 4 года, а для ОПН постоянного тока — 1 раз в год.

Методы диагностики ОПН:
 - Измерение сопротивления;
 - Измерение токов проводимости ОПН (6-35 кВ) в лабораторных условиях;
 - Измерение токов проводимости ОПН под рабочим напряжением (110-750 кВ);
 - Тепловизионное обследование (с помощью приборов инфракрасной техники с высокой разрешающей способностью по температуре (не ниже 0,5 ᵒС)).

источник - здесь (https://ru.wikipedia.org/wiki/Ограничитель_перенапряжения)

ОПН 3-6(10) кВ от «Таврида Электрик»

Надежная защита трансформаторов, двигателей, изоляции кабельных сетей и другого оборудования распределительных подстанций от коммутационных перенапряжений.
Ограничители типов КР, РТ и РВ представляют собой высоковольтные аппараты, состоящие из последовательно соединенных варисторов, размещенных внутри изоляционного корпуса. Высоконелинейная вольт-амперная характеристика варисторов позволяет обеспечить непрерывное и безопасное нахождение ОПН под напряжением и глубокий уровень защиты электрооборудования при возникновении перенапряжений.
При изготовлении ограничителей используются варисторы с нестареющими характеристиками лучших мировых производителей. Электрические параметры каждого варистора хранятся в компьютерной базе данных для автоматического и оптимального комплектования ограничителей согласно заданным параметрам.
Собственная технология сборки нелинейных варисторов в трекингостойкий полимерный корпус методом литья под давлением твердого полимера уникальна и аналогов в мировой практике не имеет. Она позволяет получить монолитный и абсолютно герметичный аппарат с отличными массогабаритными параметрами.

подробнее - здесь (https://www.tavrida.com/ter/solutions/SA/)

(https://www.tavrida.com/images/example/i-66.jpg)

ОПН от «Завод энергозащитных устройств», г.Санкт-Петербург

«Завод энергозащитных устройств» - одно из ведущих предприятий России по производству энергозащитного оборудования. Мы работаем с 1994 года. Более 4 000 000 ограничителей перенапряжения нашего производства успешно защищают электрооборудование множества предприятий.

подробнее - здесь (https://opnzeu.ru/produkcziya.html)

ОПН 0,22-0,66 - полимер
(https://opnzeu.ru/assets/cache_image/files/opn-uzpn-do1kW/gabarOPN-polimer_200x200_1fe.jpg)

ОПН 0,22-0,66 - фарфор
(https://opnzeu.ru/assets/cache_image/files/opn-uzpn-do1kW/gabarOPN-farfor_200x200_1fe.jpg)

ОПН и МОПН для сетей 6 (10) кВ
(https://opnzeu.ru/assets/cache_image/files/opn6kv/gabar-OPN-farfor-isp-O_200x200_1fe.jpg)

ОПН 6(10) кВ фарфор
(https://opnzeu.ru/assets/cache_image/files/opn10/gabar-1-kl-isp-OB_200x200_1fe.jpg) ()

ОПН от РЗСО

Завод РЗСО основан в 2003 году. Завод специализируется на производстве низковольтного и высоковольтного электрощитового оборудования.

ОПН-КР/TEL-6/6,0
ОПН-РТ/TEL-10/11,5
ОПН-РТ/TEL-10/10,5
ОПН-РТ/TEL-6/6,9
ОПН-РТ/TEL-6/6,0
ОПН-РТ/TEL-3/4,0
ОПН-РТ/TEL-3/3,0
ОПН-КР/TEL-10/12,0
ОПН-КР/TEL-10/10,5
ОПН-КР/TEL-6/6,9

подробнее - здесь (https://rzso.ru/catalog/vysokovoltnoe-oborudovanie-vku/ogranichiteli-perenapryazheniya/)

(https://rzso.ru/upload/resize_cache/iblock/e86/160_160_0/e8672b01818549580cd6ebe2749160f7.jpg)

ОПН от "Разряд-М"

"Разряд-М" - стабильно работающая на рынке электротехники производственно-торговая компания, которая осуществляет поставки высоковольтного электротехнического оборудования по всей территории России, Казахстана, Белоруссии, Армении, Узбекистана и Монголии. Компания имеет свою производственную базу.

Ограничители перенапряжения в настоящее время являются одним из наиболее эффективных средств защиты электрооборудования сетей электропередачи.
Ограничители ОПН обладают надежностью и высокими эксплуатационными свойствами.

подробнее - здесь (http://www.razrad.ru/prod-categ/opn/)

ОПН-0,4кВ и ОПН-0,66кВ
(https://i.ibb.co/WkGXpYs/opn-p-066.jpg)

---

ОПН-6кВ
(https://i.ibb.co/gTJgZcm/opn6-opnp6.jpg)

---

ОПН-10кВ
(https://i.ibb.co/xCd95qJ/opn10-opnp10.jpg)

ОПН от «НИИ «ЗАИ»

с 1999 г. функционирует  «Научно-исследовательский институт защитных аппаратов и изоляторов» (АО «НИИ «ЗАИ»).
В ассортименте предприятия представлены ОПН как в фарфоровом, так и в полимерном исполнении. Особое внимание в разработках НИИ уделено повышению надежности конструкции и взрывобезопасности аппаратов.
В аппаратах применены импортные нестарящиеся варисторы с высокой пропускной способностью и высокопрочные фарфоровые покрышки.

ОПН 6(10) кВ с полимерной изоляцией - здесь (http://www.opn.ru/index.php/opn-s-polimernoj-izolyatsiej)

6 кВ
(http://www.opn.ru/cache/e/8ed72961d761a227b77c8ee7da447867.jpg)

10кВ
(http://www.opn.ru/cache/0/0072a17bc42029d4e78ff58ae45cabfb.jpg)

---

ОПН с фарфоровой изоляцией - подробнее - здесь (http://www.opn.ru/index.php/opn-s-farforovoj-izolyatsiej)

6кВ
(http://www.opn.ru/cache/c/5c9e319990b93e5a89c94db8eda9e99a.png)

10кВ
(http://www.opn.ru/cache/f/2fe5aa53bbb066bdc005936121e8911c.png)

ОПН от Ensto

6(10) кВ
подробнее - здесь (https://www.ensto.com/ru/products/overhead-line-networks/surge-arresters/medium-voltage-surge-arresters/)
каталог - здесь (https://www.transenergo.ru/cat/cable/SGA_opn.pdf) (http://www.komtex.ru/images/icons/mime_pdf.gif)
(https://enstocom-assets.azureedge.net/imageService/static.ensto.com/files/catalogimages/7230327.jpg?preset=378x348at1)

---

0,4 кВ
подробнее - здесь (https://www.ensto.com/ru/products/overhead-line-networks/surge-arresters/low-voltage-surge-arresters/)
(https://enstocom-assets.azureedge.net/imageService/static.ensto.com/files/catalogimages/SE46-xxx-15.jpg?preset=267xautoat1)

ОПН от «ПОЛИМЕР-АППАРАТ»

«ПОЛИМЕР-АППАРАТ»,  является крупнейшим в России производителем  защитных аппаратов  – ограничителей перенапряжений нелинейных в полимерной изоляции (ОПНп)  и высоковольтных предохранителей типа ПКТ, ПКН.

Ограничители перенапряжений 0,4-750 кВ

подробнее - здесь (https://polymer-apparat.ru/)
каталог - здесь (https://polymer-apparat.ru/uploads/file/20180823/20180823091120_97428.pdf) (http://www.komtex.ru/images/icons/mime_pdf.gif)

(https://i.ibb.co/YbwPy5M/image.png)

(https://i.ibb.co/SfrP4VZ/1.png)

ОПН от «Техкомплекс»

«Техкомплекс»  осуществляет производство ОПН обширной номенклатуры на классы напряжений 0,22 - 220 кВ в фарфоровых и  0,22 - 220 кВ в полимерных изоляционных корпусах.  В каждом классе напряжения существует параметрический ряд аппаратов с различными техническими характеристиками, что позволяет произвести квалифицированный выбор ОПН.

Ограничители перенапряжений на номинальное напряжение до 10 кВ
 - с полимерной изоляцией (ОПНп)
 - с фарфоровой изоляцией (ОПНф)
 - с полимерной изоляцией (ОПНп-С)

подробнее - здесь (http://энерго-план.рф/production/1853.html)

(https://i.ibb.co/6RwVBsR/2357-small.jpg) (https://i.ibb.co/7QZbvFh/2396-small.jpg) (https://i.ibb.co/bX7zbyf/2181-small.jpg) (https://i.ibb.co/89yYX7m/2189-small.jpg) (https://i.ibb.co/t37WPTk/2206-small.jpg) (https://i.ibb.co/tB46GKQ/2373-small.jpg) (https://i.ibb.co/r0QVmM1/1967-small.jpg)
(http://энерго-план.рф/eplan/i/s/2357_small.jpg)(http://энерго-план.рф/eplan/i/s/3039_small.jpg) (http://энерго-план.рф/eplan/i/s/2396_small.jpg) (http://энерго-план.рф/eplan/i/s/1965_small.jpg) (http://энерго-план.рф/eplan/i/s/2189_small.jpg) (http://энерго-план.рф/eplan/i/s/2181_small.jpg) (http://энерго-план.рф/eplan/i/s/2183_small.jpg) ()

ОПН от «ТЗВА»

Товарковский завод высоковольтной арматуры расположен в пос.Товарковский Тульской области Богородицкого района, основан в 1942 году.
Основной профиль деятельности завода - производство линейной и подстанционной арматуры для линий электропередач.
С 1999 года на «ТЗВА» освоена значительная часть линейной арматуры, ранее выпускавшаяся на украинских заводах.

подробнее - здесь (https://tzwa.ru/katalog/ogranichiteli-perenapryazheniya.html)

ОПНП 0,22-0,4 кВ                     ОПНП 3, 6, 10 кВ
(https://tzwa.ru/assets/images/CAT/ogr-nap/str8.gif) (https://tzwa.ru/assets/images/CAT/ogr-nap/str10-1.gif) ()

ОПН от ЮИК

«Южноуральская Изоляторная Компания». Город Южноуральск, работает с 1998г.

подробнее - здесь (https://www.uik.ru/productions/366/OPN3610/)

(https://www.uik.ru/netcat_files/Image/opn/str10-1.gif)

(https://www.uik.ru/netcat_files/Image/opn/str10-2.gif)

Устройства защиты от перенапряжения электрооборудования (УЗПЭ) 6 и 10 кВ от «ИНСТА»

«ИНСТА» является ведущим производителем полимерных изоляторов на постсоветском пространстве. За время работы предприятием выпущено уже более 3,8 млн. изоляторов.

подробнее - здесь (https://zaoinsta.ru/katalog-produkcii/ustrojstva-zashhity-ot-perenapryazheniya-elektrooborudovaniya-6-i-10-kv-tipa-uzpe)
общий каталог - здесь (https://zaoinsta.ru/images/catalog-pdf/Catalog-INSTA-8-2017-2018.pdf) (http://www.komtex.ru/images/icons/mime_pdf.gif)

(https://zaoinsta.ru/images/zoo/uploads/YZPN/detail_YZPE-10.png)

ОПН от «Балтэнерго», г.С-Петербург

«Балтэнерго» совместно с НПО «Дельта» является сертифицированным производителем и разработчиком ограничителей перенапряжения 0,22-750 кВ в полимерных корпусах (ОПНп) для сетей переменного и постоянного тока.

подробнее - здесь (http://baltenergo.spb.ru/products.php)

ОПН-П-0,23кВ 
ОПН-П-0,4кВ
ОПН-П-0,69кВ
ОПН-П-3,3 КС
ОПН-П-6кВ
ОПН-П-10кВ
ОПН-П-15кВ
ОПН-П-20кВ
ОПН-П-27,5кВ

(https://i.ibb.co/FYkW96j/066.jpg) (https://i.ibb.co/2s2PwsY/6.jpg)
(http://baltenergo.spb.ru/images/066.jpg) (http://baltenergo.spb.ru/images/opn015.gif) (http://baltenergo.spb.ru/images/6.jpg) (http://baltenergo.spb.ru/images/opn020.gif)

ОПН от «ЗЭТО» г.В.Луки

Великолукский завод электротехнического оборудования «ЗЭТО» является одним из крупнейших производителей электротехнического оборудования для электроэнергетики, нефтяной и газовой промышленности, добывающей и обрабатывающей промышленности, железных дорог, метрополитена, сельского и городского хозяйства.

Ограничители перенапряжений нелинейные с полимерной внешней изоляцией предназначены для защиты от коммутационных и атмосферных перенапряжений изоляции электрооборудования подстанций и сетей на классы напряжения 0.38, 0.66, 6(10) кВ.
Ограничители перенапряжений устанавливаются в сетях переменного тока частотой 50 Гц с глухо заземленной нейтралью и включаются параллельно защищаемому объекту.

подробнее - здесь (https://zeto.ru/products_and_services/high_voltage_equipment/ogranichiteli-perenapryajeniy-nelineynye)

ОПН-0,38 и 0,66кВ (УХЛ1) с полимерной внешней изоляцией
(https://i.ibb.co/7by5JJL/Ogranichitel-perenapryazheniy-nelineynyy.jpg)
(https://zeto.ru/s/00/00/00/00/00/0-2029/product_scheme/opn1_100.png)

ОПН-3, 6, 10кВ (УХЛ1) с полимерной внешней изоляцией
(https://i.ibb.co/1011YbT/ogranichitel-OPN-3.jpg)
(https://zeto.ru/s/00/00/00/00/00/0-2030/product_scheme/opn2_100.png)

ОПН-6, 10кВ (УХЛ1) с фарфоровой внешней изоляцией
(https://i.ibb.co/RBtWwRt/Ogranichitel-farforovyy-OPN-6.jpg)
(https://zeto.ru/s/00/00/00/00/00/0-2033/product_scheme/opn_3_100.png)

ОПН от 3 до 35кВ (УХЛ1) с полимерной внешней изоляцией
(https://zeto.ru/s/00/00/00/00/00/0-2035/product_scheme/opn4_100.png)

ГОСТ Р 52725-2007 Ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ. Общие. технические условия.

подробнее - здесь (https://forum.electro51.ru/index.php/topic,2126.new.html)

(https://internet-law.ru/gosts/Data/2/251/0.png)

ГОСТ Р 53735.5 —2009
РАЗРЯДНИКИ ВЕНТИЛЬНЫЕ И ОГРАНИЧИТЕЛИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НЕЛИНЕЙНЫЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА НАПРЯЖЕНИЕ от 3 до 750 кВ
ч. 5 Рекомендации по выбору и применению

подробнее - здесь (https://www.elec.ru/files/2018/11/01/gost_r_53735.5-2009.pdf)

(https://internet-law.ru/gosts/Data/501/50133/0.png)