Разрядники и ограничители перенапряжения

Когда слышишь ?разрядники и ограничители перенапряжения?, многие сразу представляют себе некую стандартную коробочку, которую надо воткнуть в схему для галочки, мол, защита есть. Вот это и есть главная ошибка, с которой сталкиваюсь постоянно. На деле, выбор между тем же вентильным разрядником и ОПН (ограничитель перенапряжения нелинейный) — это уже целая история, которая зависит не только от напряжения, но и от того, что именно мы защищаем, какая у сети история с коммутациями, да даже от того, как проложен кабель. Часто заказчики, особенно на старых объектах, просят ?поставить разрядник, как было?, а потом удивляются, почему после грозы все равно выбило. А потому что ?как было? — это часто устаревший класс напряжения или неправильный тип отвода энергии.

От теории к практике: почему ОПН почти везде вытеснил классические разрядники

Раньше, лет 10-15 назад, в проектах сплошь и рядом были вентильные разрядники. Принцип понятен: искровой промежуток, потом резистор. Но проблема в том самом промежутке — время срабатывания, да и последействие. Помню объект, подстанция 10 кВ на торфянике, частая гроза. Ставили как раз такие. Так они после нескольких ударов просто теряли калибровку промежутка, и чувствительность падала. Приходилось постоянно обслуживать, замерять.

С появлением и массовым распространением нелинейных оксидно-цинковых варисторов все изменилось. Ограничитель перенапряжения на их основе, тот же ОПН-10, работает по другому принципу: высокое сопротивление в нормальном режиме и резкое падение при скачке. Никакого промежутка, значит, и время отклика микросекунды. Это ключевое для современной электроники. Сейчас даже в ВРУ 0,4 кВ для критичного оборудования ставят уже не просто разрядники, а многоуровневые каскады на основе варисторов, чтобы отсечь и быстрые, и медленные скачки.

Но и тут есть подводные камни. Варистор имеет ресурс по поглощаемой энергии. Если через него регулярно ?стреляют? не от грозы, а, скажем, от коммутационных перенапряжений при работе мощных двигателей на этом же участке сети, он может деградировать. Видел случаи, когда ОПН внешне целый, а при проверке мегомметром показывает почти КЗ. Поэтому сейчас грамотный подход — это не просто установка, а мониторинг. Некоторые производители делают индикаторы срабатывания, но это, честно говоря, больше для факта. Надежнее — тепловизионный контроль в рамках регулярного осмотра: перегретый ограничитель — первый признак выработки ресурса.

Где чаще всего ошибаются при монтаже и выборе

Самая распространенная ошибка — пренебрежение сечением и длиной защитного проводника. Ставят отличный импортный ОПН, а соединяют его с шиной заземления тонким проводником, да еще полутораметровым, свернутым в бухту. И все, высокочастотная составляющая импульса просто не успевает уйти, защита неэффективна. Правило простое: провод — максимально короткий и прямой, сечение — по расчету, но обычно не меньше, чем у фазного.

Вторая ошибка — неправильный выбор класса напряжения ограничителя относительно режима сети. Берут, например, ОПН на 6 кВ для сети 10 кВ с изолированной нейтралью. Аргумент: ?оно же редко работает на полное напряжение?. Но при замыкании на землю в такой сети напряжение на неповрежденных фазах может вырасти в √3 раз, и ограничитель окажется под длительным перенапряжением, что для него губительно. Тут нужно смотреть именно на максимальное длительное рабочее напряжение (Uc), а не на номинал сети.

И третье — забывают про координацию изоляции. Разрядник или ОПН должен защитить оборудование, значит, его вольт-секундная характеристика должна быть ниже, чем у изоляции этого оборудования. Иначе получится, что сработает защита, а изоляция трансформатора уже пробита. Это особенно актуально при модернизации старых подстанций, где изоляция уже может быть послаблена временем.

Из практики: случай с поставкой для насосной станции

Был у нас проект — комплексная поставка электрооборудования для насосной станции в одном из регионов. Заказчик изначально заложил в ТЗ обычные разрядники РВО. Мы, анализируя проект, увидели, что станция будет управляться современным ШУ, много частотных приводов. РВО тут явно не справились бы с высокочастотными помехами от коммутаций самих приводов.

Предложили заменить каскадом ограничителей перенапряжения: на вводе 10 кВ — ОПН-10 с классом пропускной способности 10 кА, а уже в низковольтных шкафах — варисторные модули для защиты ШУ и приводов. Обосновали расчетами по ожидаемому уровню перенапряжений. Заказчик сначала сомневался, цена выше. Но убедили примером из похожего объекта, где после грозы без такой каскадной защиты поменяли три частотника. Согласился.

Интересно было потом, через год, получить отзыв. Станция пережила два серьезных грозовых фронта без единого сбоя в автоматике. А на соседнем объекте, где сэкономили, как раз выгорел контроллер. Этот случай хорошо показывает, что защита — это система, а не единичный предмет. Кстати, часть оборудования для того проекта, включая силовые распределительные шкафы с уже интегрированной защитой, поставлялась через компанию ООО Внутренняя Монголия Линлянь Торговля. Они как раз отличаются тем, что могут предложить не просто ?железо?, а готовое решение, собранное и проверенное на совместимость. Заходил на их сайт linglian.ru — видно, что специализация на комплексных поставках электротехники позволяет им глубоко вникать в такие нюансы и формировать адекватные технические предложения, что в нашей работе критически важно.

Что в итоге? Мысли вслух о будущем защиты

Сейчас тренд явно идет в сторону интеллектуализации. Появляются ограничители перенапряжения со встроенными датчиками тока утечки и возможностью передачи данных в SCADA. Это уже не просто защитный элемент, а устройство диагностики состояния сети. Для ответственных объектов, типа центров данных или автоматизированных производств, это будущее.

С другой стороны, для массового применения, того же частного сектора или малого бизнеса, важнее надежность и простота. Тут, мне кажется, будущее за гибридными устройствами, которые сочетают варистор и разрядник с газовым наполнением в одном корпусе. Первый гасит быстрые скачки, второй берет на себя мощные, но медленные импульсы большой энергии. Такие решения уже есть, но широкого распространения пока не получили.

В заключение скажу так: работа с разрядниками и ограничителями перенапряжения — это постоянный баланс между стоимостью, надежностью и адекватностью защите. Слепое следование старым нормам или, наоборот, погоня за самым дорогим — одинаково вредны. Нужно смотреть на объект, считать (хотя бы приблизительно) риски, понимать, что именно мы спасаем. Иногда лучше поставить два уровня защиты попроще, чем один ?навороченный?, но в неправильном месте. Опыт, в конце концов, и состоит из таких вот частных случаев и, увы, иногда косяков, которые и учат больше всего.