Одной из серьезных проблем, требующих решения при создании и эксплуатации ОПН, является обеспечение равномерного распределения напряжения вдоль колонки варисторов.
Причиной неравномерности распределения напряжения вдоль колонки варисторов является резкая неравномерность электрического поля, в которое помещается ОПН. Неравномерное поле (рис. 1) создается высоковольтным электродом в виде провода, подходящего к ОПН, и заземленной опорной конструкцией в виде бетонной сваи совместно с поверхностью земли. Неравномерность электрического поля является причиной того, что потери активной мощности оказываются различными для варисторов, расположенных в разных частях колонки, что приводит к их неравномерному нагреву. Как правило, воздействие на единичные варисторы повышенного напряжения и их перегрев имеют место в верхней части колонки, что ведет к их преждевременному старению, и может явиться причиной выхода из строя ОПН.
Для выравнивания распределения напряжения вдоль колонки варисторов в настоящее время используют тороидальные экраны (рис. 2). Установка экранов является традиционным способом выравнивания распределения напряжения вдоль ОПН и направлена на устранение причины возникающей неравномерности, т.е. основана на перераспределении величин емкостей варисторов на землю и на провод. Однако существует альтернативный способ облегчения условий работы варисторов в условиях неравномерного распределения напряжения, который реализован в новом типе защитного аппарата, получившем название «ограничитель перенапряжений мультиградиентный» или МОПН.
При сборке ОПН традиционной конструкции производитель контролирует сумму напряжения на единичных варисторах колонки так, чтобы она обеспечила требуемые характеристики по напряжению целого ОПН. Вместе с тем, вольтамперные характеристики единичных варисторов отличаются друг от друга: при одних и тех же строительной высоте варистора и токе в нем остающееся на варисторе напряжение может варьироваться в диапазоне до + (5 ÷ 25)%. Именно естественное отличие вольтамперных характеристик единичных варисторов использовано для выравнивания распределения напряжения вдоль варисторов в МОПН.
Конструкция МОПН позволяет эффективно решать задачу выравнивания распределения температуры вдоль колонки варисторов, которая является более общей по сравнению с традиционной задачей выравнивания распределения напряжения. Техническое решение, реализованное в МОПН, можно применять как единственное средство повышения эксплуатационных качеств ОПН, так и использовать его совместно с традиционными способами (установка экранов).
В качестве иллюстрации на рис. 3 даны результаты измерений теплового поля (так называемые термограммы), полученные с помощью тепловизора. На рис. 3 показан типовой ОПН 110 кВ с экраном, а справа — мультиградиентный ограничитель перенапряжений МОПН. Ярко белый цвет ОПН с экраном на левом рисунке свидетельствует о локальном перегреве варисторов в средней части аппарата, тогда как на правом рисунке для МОПН без экрана перегрева нет.
Распределение потерь активной мощности варисторов по высоте колонки для аппарата 110 кВ приведено на рис. 4. По горизонтальной оси откладывается номер варистора в колонке (считая от верхнего фланца), а по вертикальной оси — потери активной мощности в милливаттах. Как видно, для МОПН потери мощности в различных варисторах практически одинаковы, что является его несомненным преимуществом.
МОПН является защитным аппаратом нового поколения и будет находить все более широкое применение в энергетике, в том числе там, где применение типовых решений невозможно. В качестве основных преимуществ МОПН, которые были доказаны исследованиями, проведенными в ЗАО «Завод энергозащитных устройств», можно назвать следующие:
- Уникальная способность перераспределения тепла за счет программируемого выстраивания свойств полупроводниковых материалов;
- Повышенная устойчивость при квазистационарных перенапряжениях;
- Расширенные возможности адаптации защитного аппарата к конкретным местам установки;
- Снижение массогабаритных характеристик защитного аппарата за счет уменьшения экрана, вплоть до полного отказа от него.
С. О. КАБАНОВ,
М. А. КРАСАВИНА,
М. В. ДМИТРИЕВ,
ЗАО «Завод энергозащитных устройств».
