ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫЙ

Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для защиты от перенапряжения электроустановок с высоким уровнем токов короткого замыкания (КЗ).
Из существующего уровня техники известен ограничитель перенапряжения нелинейный (ОПН) на номинальные напряжения 6-10 кВ, в котором нелинейные резисторы заключены между электродами с выводами для подключения к электроустановке и запрессованы в корпус из атмосферостойкого полимерного материала, который обеспечивает требуемые механические и изоляционные свойства ограничителя. (Ограничители перенапряжения нелинейные 6/10 кВ УХЛ2. ОПН/TEL. Руководство по эксплуатации ТШАГ 674361.001 РЭ. www.tavrida.ru)
кз
кз
б
м
Недостатком известного ОПН является взрывное разрушение его конструкции вследствие теплового пробоя нелинейных резисторов при протекании токов КЗ, что сокращает срок службы самого ОПН и электроустановки, где он расположен. В основных электрических характеристиках данного ОПН не указаны нормированные параметры взрывобезопасности: большой ток КЗ, протекающий через ОПН в течение 0,2 с (I , кA) и малый ток КЗ, протекающий через ОПН в течение 2 с (I , кA).
Наиболее близким к заявленному техническому решению является ОПН на номинальное напряжение 10 кВ и ниже, устанавливаемый на секциях (в ячейки трансформаторов напряжения, в присоединениях силовых трансформаторов, электродвигателей, линий электропередачи) и подключаемый к электроустановке через специальный предохранитель, у которого сечение плавкой вставки выбирается таким образом, чтобы выдержать токи комутационых и грозовых импульсов, в то же время они должны срабатывать при повреждении самого ОПН, отключая токи КЗ.
(Иманов Г.М., Халилов Ф.Х., Таджибаев А.И. Методика выбора нелинейных ограничителей, необходимых для защиты изоляции сетей низкого, среднего, высокого и сверхвысокого напряжения трехфазного переменного тока. Изд. ПЭИПК Минэнерго РФ, С.-Петербург, 2004 г.)
Основным недостатком указанного технического решения является двукратное и более увеличение габаритной высоты совмещенного устройства защиты (поскольку габаритная высота ОПН и плавкого предохранителя примерно одинаковы), что по условиям эксплуатации ОПН не всегда возможно, например, при установке его в ячейках распределительных устройств.
кз
кз
б
м
Кроме этого, недостатком является низкая взрывобезопасность ОПН, так как в основных электрических характеристиках данного совмещенного устройства защиты не указаны нормированные параметры взрывобезопасности: большой ток КЗ, протекающий через ОПН в течение 0,2 с (I , кA) и малый ток КЗ протекающий через ОПН в течение 2 с (I , кA).
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является сохранение габаритной высоты ОПН и повышение его взрывобезопасности путем отключения нормированных по условиям взрывобезопасности токов КЗ.
Технический результат достигается за счет того, что в ограничителе перенапряжения нелинейном, содержащем герметичный изоляционный корпус, верхний и нижний электроды, нелинейные резисторы и выводы для подключения к электроустановке, согласно предлагаемой полезной модели, в корпусе выполнена, без нарушения герметичных и изоляционных свойств, цилиндрическая полость, в которую установлена дополнительно введенная плавкая вставка, закрепленная на крышке, цилиндрическая полость заполнена кварцевым песком с возможностью гашения дуги при перегорании плавкой вставки, на нижнем электроде выполнена прорезь с возможностью ножевого контакта с плавкой вставкой, в верхний электрод запрессован металлический диск, в котором размещена крышка с плавкой вставкой, а выводы для подключения к электроустановке выполнены на верхнем электроде и крышке.
Плавкая вставка выполнена с возможностью отключения большого и малого токов короткого замыкания, при этом большой ток короткого замыкания определяется из соотношения , а малый ток короткого замыкания определяется из соотношения , где
кз
б
I =0,2 c - нормированное время протекания большого тока короткого замыкания,
кз
м
I =2 с - нормированное время протекания малого тока короткого замыкания,
А - постоянная, определяемая свойствами материала плавкой вставки,
Д
k=1,7-2 - коэффициент, учитывающий длительность горения дуги в плавких предохранителях закрытого типа с наполнителем;
S - сечение плавкой вставки, которое выбирается таким образом, чтобы выдержать токи коммутационных и грозовых импульсов.
Таким образом, техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является защита ОПН от взрывного разрушения вследствие нарушения тепловой устойчивости нелинейных резисторов путем отключения, нормированных по условиям взрывобезопасности, токов КЗ плавкой вставкой при сохранении габаритной высоты ОПН, обусловленной условиями его эксплуатации.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена конструкция предлагаемого ОПН.
На чертеже цифрами обозначены:
1 - герметичный изоляционный корпус;
2 - верхний электрод;
3 - нелинейные резисторы;
4 - цилиндрическая полость;
5 - выводы для подключения к электроустановке;
6 - плавкая вставка;
7 - прорезь для ножевого контакта плавкой вставки;
8 - ножевой контакт плавкой вставки;
9 - металлический диск;
10 - крышка;
11 - кварцевый песок;
12 - нижний электрод;
h - габаритная высота.
Ограничитель перенапряжения нелинейный (ОПН) на номинальные напряжения 6-10 кВ содержит герметичный изоляционный корпус 1, верхний 2 и нижний 9 электроды, нелинейные резисторы 3 и выводы 5 для подключения к электроустановке.
Отличием предлагаемого ОПН является то, что в корпусе 1 выполнена, без нарушения герметичных и изоляционных свойств, цилиндрическая полость 4, в которую установлена дополнительно введенная плавкая вставка 6, закрепленная на крышке 10, цилиндрическая полость заполнена кварцевым песком 11 с возможностью гашения дуги при перегорании плавкой вставки 6, на нижнем электроде 9 выполнена прорезь 7 с возможностью ножевого контакта с плавкой вставкой 6, в верхний электрод 2 запрессован металлический диск 9, в котором размещена крышка 10 с плавкой вставкой 6, а выводы 5 для подключения к электроустановке выполнены на верхнем электроде 2 и крышке 10.
Таким образом, для сохранения габаритной высоты h ограничителя перенапряжения и повышения его взрывобезопасности путем отключения токов КЗ в корпус 1 встроена заменяемая плавкая вставка 6, для чего без нарушения герметичных и изоляционных свойств в корпусе 1 выполнена цилиндрическая полость 4, заполненная кварцевым песком 11, который обеспечивает теплоотвод и эффективное гашение дуги при перегорании плавкой вставки 6, а на нижнем электроде 12 выполнена прорезь 7 для ножевого контакта 8 встроенной плавкой вставки 6, в верхний электрод 2 запрессован металлический диск 9, в которой завинчивается крышка 10 для замены плавкой вставки 6, на верхнем электроде 2 и крышке 10 выполнены выводы 5 для подключения к электроустановке, при этом отключаемые плавкой вставкой 6 большой и малый токи КЗ, определяются из соотношений, соответственно,  и , где
кз
б
t =0,2 c - нормированное время протекания большого тока КЗ,
кз
м
t =2 с - нормированное время протекания малого тока КЗ,
А - постоянная, определяемая свойствами материала плавкой вставки,
Д
k=1,7-2 - коэффициент, учитывающий длительность горения дуги в плавких предохранителях закрытого типа с наполнителем;
S - сечение плавкой вставки, которое выбирается таким образом, чтобы выдержать токи коммутационных и грозовых импульсов.
Ограничитель перенапряжения нелинейный (ОПН) на номинальные напряжения 6-10 кВ работает у следующим образом.
В нормальном режиме через ОПН, который находится под рабочим напряжением, течет ток от долей миллиампера до нескольких ампер в зависимости от класса напряжения защищаемого объекта, при этом его внутренние сопротивление находится в пределах от десятков до сотен Ом. При появлении коммутационных или грозовых перенапряжений в течение наносекунд внутреннее сопротивление падает на несколько порядков, а ток возрастает и в окружающую среду отводится избыточная электрическая энергия, запасенная в переходных процессах. При этом плавкая вставка 6 со специально рассчитанным диаметром (сечением) пропускает без срабатывания токи коммутационных и грозовых импульсов.
В режиме КЗ токи через нелинейные резисторы 3 превышают допустимые по условиям теплового пробоя. При этом срабатывает плавкая вставка 6, отключая токи КЗ и повышая взрывобезопасность ОПН при сохранении характеристик и габаритной высоты, обусловленных условиями его эксплуатации.
Использование предлагаемого ОПН предполагается в организациях, обслуживающих многочисленные подстанции и распределительные сети, где часто происходят КЗ, грозовые и коммутационные перенапряжения, в связи с чем имеет место высокая аварийность ОПН и защищаемого оборудования.