Лабораторная работа №3

ОПН и Разрядники.

Для снижения уровня возникающих в контактной сети перенап­ряжений и обеспечения надежного срабатывания защиты на кон­тактной сети устанавливают специальные разрядники, при пробое которых контактная сеть кратковременно соединяется с рельсами и ток разряда уходит в землю. Разрядники устанавливают на опорах контактной сети, кроме анкерных и других опор, которые имеют оттяжки, так как при срабатывании разрядника оттяжки могут быть повреждены, что может привести к падению опоры.

На контактной сети применяют роговые разрядники с двумя последо­вательно расположенными искровыми промежутками по 5⁺¹ мм при постоянном токе и 45⁺⁵ мм — при переменном (рис. 9.14, а, б). Двойной искровой промежуток создают в целях исключения ложного срабатыва­ния при случайном замыкании одного из них (например, птицей).

Роговые разрядники располагают на кронштейнах или на вер­шинах опор и для улучшения осмотра с поезда — перпендикуляр­но или под углом 45° к оси пути. Над роговым разрядником на расстоянии до 2 м располагать какие-либо провода не допускает­ся. Один из крайних рогов присоединяют к контактной сети про­водником сечением не менее 25 мм² по меди. Второй крайний рог присоединяют к тяговому рельсу. Для изготовления рогов исполь­зуют стальной пруток диаметром 12 мм.

Роговые разрядники располагают на линиях постоянного тока обычно на переходных опорах сопряжений анкерных участков так, чтобы расстояние от него до анкеровок несущего троса и контакт­ного провода было не более двух пролетов между опорами, а до секционного разъединителя — не далее одного пролета.

Рис. 9.14. Роговый разрядник для участков постоянного (а) и переменного (б) тока; 1 — держатель проводов опорного изолятора; 2 — провод к контактной подвеске; 3 — провод к общей линии заземления; 4 — изо­ляторы; 5 — дугогасящие рога.

В последнее время получили широкое распространение ограни­чители перенапряжения, которые к контактной сети подключают через роговый разрядник с одинарным воздушным промежутком 10⁺² мм для постоянного тока и 80⁺⁵ мм для переменного, зашун- тированный плавкой вставкой из одной медной проволоки диа­метром 1,4 мм или из двух медных проволок диаметром каждой 0,68 мм (рис. 9.15, а).

ОПН и роговый разрядник должны монтироваться на одной раме, а основание ОПН, на котором расположен зажим для под­ключения заземляющих проводников, должно быть изолировано от рамы с сопротивлением изоляции не менее 10 кОм.

ОПН присоединяют к электрическим поперечным соединителям проводами М-70 или ПБСМ-70, а на питающих линиях и ВЛ 10 (6), 35 кВ и ДПР 25 кВ непосредственно к проводам линии проводами (шлейфами) сечением не менее 25 мм² по меди (рис. 9.15, б).

На ВЛ 6—35 кВ и ДПР 25 кВ применяют вентильные и трубчатые разрядники РТ-35, дополненные внешним искровым промежутком.

Рис. 9.15. Ограничитель перенапряжения постоянного тока (а); установка ОПН на опоре (б): 1 — кронштейн; 2 — балка разрядника; 3 — планка опорная; 4, 5 — дугогосящие рога; 6 — ОПН; 7 — изолятор; 8, 9, 10 — зажимы соединительный, струновой, заземляющий; 11 — болт крюковой;

12 — проволока 01,4 мм; 13 — провод М-70 или ПБСМ-70

Трубчатый разрядник состоит из бакелитовой трубки с внутренним диаметром 10 мм и двумя металлическими на­конечниками. Внутри бакелитовой трубки находится фибровая труб­ка со стержневым электродом. Между этим электродом и одним из металлических наконечников бакелитовой трубки имеется зазор дли­ной 175 мм, который образует внутренний искровой промежуток. Пределы отключаемого тока трубчатого разрядника 0,8—5 кА.

При перенапряжении на ВЛ 6—35 кВ, ДПР 25 кВ внутренний ис­кровой промежуток перекрывается. Под действием высокой температуры образовавшейся дуги фибра выделяет большое ­ количе­ство газов, которые при выхлопе обеспечивают гашение дуги. Внешний искровой промежуток выполнен из стального прутка диаметром 10мм , служит для предохранения органической изоляции разрядника от разрушения.

Трубчатые разрядники крепят к заземленным конструкциям таким образом, чтобы элементы конструкции и подвижного состава не препятствовали свободному выхлопу газов при срабатывании разрядников. Для предотвраще­ния возможности скопления влаги во внутренней полости разряд­ника его устанавливают открытым концом под углом не менее 15°, а в местах усиленного загрязнения — до 45° к горизонтали.

Электрод внешнего искрового промежутка, закрепляемого стер­жневым изолятором, соединяют с проводом воздушной линии мед­ным проводом площадью сечения не менее 25 мм².

Заземляющий провод ограничителя перенапряжения, а также рогового и трубчатого разрядника присоединяют к тяговому рельсу, а вдали от путей — к индивидуальному контуру заземле­ния с сопротивлением не более 3 Ом при постоянном токе и 10 Ом при переменном.

При новом строительстве, обновлении, реконструкции и капи­тальном ремонте контактной сети электрифицированных участ­ков скоростных, особогрузонапряженных, а также I и II катего­рий железных дорог применяют ОПН вместо разрядников. Места установки разрядников и ОПН, а также технические характерис­тики ОПН приведены в приложении 10.

Защита контактной сети от перенапряжений

Разрядники и ОПН устанавливаются в следующих местах.

На контактной сети постоянного тока:

• у анкеровок проводов контактной подвески (рис. П10.1, а);

• на неизолирующих и нормально замкнутых изолирующих (рис. П10.1, б) сопряжениях — на одной ветви сопряжения, а на изо­лирующих нормально разомкнутых (рис. П10.1, в) сопряжениях — на обеих анкеруемых ветвях;

• у искусственных сооружений на анкеровках контактной подвески с обеих сторон сооружения при его длине 80 м и более (рис. П10.1, г) и с одной стороны сооружения — при его длине менее 80 м (рис. П10.1, д);

• у мест присоединения питающих линий к контактной подвес­ке или ПГ (рис. П10.1, е);

• на питающих линиях на расстоянии не далее 100 м от начала воздушной трассы у тяговой подстанции и затем не реже, чем че­рез каждые 1—1,5 км (рис. П10.1, ж, з).

На контактной сети переменного тока:

• с обеих сторон у изолирующих сопряжений и нейтральных вставок (рис. П10.2, а);

• у мест присоединения по каждому пути автотрансформатор­ных пунктов 2x25 кВ (рис. П10.2, б);

• у отсасывающих трансформаторов у обоих выводов их пер­вичной обмотки, присоединенной к контактной сети (рис. П10.2, в);

• на конце консольного участка контактной сети, состоящего из 2 и более анкерных участков (рис. П10.2, г);

• у мест присоединения питающих линий (при длине до 300 м) к контактной сети и по длине питающих линий (рис. П10.2, д, е).

На станциях стыкования (рис. П10.3):

• на питающих линиях постоянного тока — так же, как на кон­тактной сети;

• на питающих линиях переменного тока — у первого и последне­го ответвления их к пунктам группировки и на расстоянии не далее 200 м от тяговой подстанции при длине линии более 300 м. При нали­чии на фидерах тяговой подстанции ограничителей перенапряжения ОПН-25 кВ разрядники на питающих линиях не устанавливаются;

в местах, подверженных частым грозовым разрядам.

ОПН

Назначение

ОПН предназначены для защиты электроприборов и оборудования от воздействия высоковольтных импульсов напряжения. Благодаря простоте конструкции и надежности, они нашли широкое применение в области энергоснабжения. Данные устройства защиты пришли на смену устаревшим, весьма громоздким вентильным разрядникам. В отличие от предшественников, принцип действия ограничителя заключается не в использовании искровых промежутков. В качестве главного рабочего элемента в ОПН используются нелинейные резисторы, выполненные из материала, основу которого составляет окись цинка.

Устройство

Первичным и основным элементом, из чего состоит ограничитель перенапряжения, служит варистор, выполняющий роль нелинейного переменного резистора. Конструктивно ОПН состоят из варисторов, размещенных в корпусе, изготовленном из фарфора или высокопрочного полимера. Конструкция ограничителя выполнена с учетом условий, обеспечивающих взрывобезопасность, в случае возникновения токов короткого замыкания. В зависимости от назначения и места установки ОПН могут быть исполнены в различных вариантах. Для ограничителей, используемых для защиты линий электропередач и оборудования промышленных объектов, на крышке корпуса предусмотрен контактный болт для подключения к сети, в комплект ОПН входит изолированная от контакта с землей плита основания.

Устройства, предназначенные для защиты от пиковых импульсов напряжения электрохозяйства квартиры или дачного домика, очень компактны, имеют привлекательный дизайн, а также снабжены устройством для крепления на din-рейку. В зависимости от категории сложности, могут быть обустроены индикацией режимов работы и дистанционным управлением.

Принцип работы

Принцип действия ОПН объясняется нелинейным характером вольтамперных характеристик (ВАХ) варисторов. Для их изготовления применяется материал, где находит применение окись цинка в смеси с оксидами других металлов. Благодаря составу данной смеси, колонка, собранная из варисторов является комбинацией параллельных и последовательных включений p-n переходов, что и обуславливает природу вольтамперных характеристик нелинейных резисторов ограничителей.

Когда характеристики напряжения в сети соответствуют номинальным значениям, ограничитель находится в режиме непроводящего состояния. Величина тока в варисторах имеет мизерные значения и объясняется емкостным характером. При появлении в сети импульса напряжения, величина которого может вызвать пробой изоляции электрооборудования, в цепи нелинейных резисторов ОПН, в соответствии с их вольтамперными характеристиками, будет иметь место возникновение значительного импульса тока. В конечном итоге это снижает величину перенапряжения до параметров безопасных для безаварийной эксплуатации оборудования. Когда напряжение в сети нормализуется, ОПН вновь возвращается в непроводящий режим.

Виды ОПН

Конструкции ОПН, предлагаемые производителями энергетикам весьма разнообразны, их различают по следующим признакам:

1. Типу изоляции (фарфор или полимер).

2. Конструктивному исполнению (одна или несколько колонок).

3. Величине рабочего напряжения.

4. Месту установки ограничителя.

Если говорить об ограничителях перенапряжения, устанавливаемых на DIN-рейку, то тут устройства первоначально разделяются на однофазные и трехфазные. Помимо этого модульные ОПН (они же УЗИП), делятся на три основных класса: B, C и D. Ограничители класса B устанавливаются на вводе в здание, C — непосредственно в распределительном щите квартиры либо дома, D — на отдельное оборудование, которое нужно защитить от помех, если с этим не справились ОПН класса B и C.