Полимерный или фарфоровый ОПН: что выбрать для подстанции и линии

Полимерный или фарфоровый ОПН: в большинстве современных проектов выбирают полимерный корпус с силиконовой изоляцией, потому что он в несколько раз легче, безопаснее при внутреннем повреждении и лучше работает в загрязненной и влажной среде. Фарфоровый ОПН остается разумным вариантом при замене разрядников без переделки ячеек, при особых требованиях проекта и в тропическом климате. Ниже сравнение по массе, взрывобезопасности, поведению в эксплуатации и цене на примере ограничителей АО «ЗЭУ».

Коротко

• Защитные характеристики определяют варисторы, а не корпус: при одинаковой колонке остающиеся напряжения у полимерного и фарфорового ОПН близки.
• Полимерный ОПН 110 кВ весит около 17 кг, фарфоровый около 105 кг; для 220 кВ это 56 и 210 кг.
• Ток взрывобезопасности полимерных ОПН ЗЭУ 40 или 65 кА, у фарфоровых обычно 20 кА.
• Силикон гидрофобен, поэтому полимерный корпус не нужно регулярно очищать от загрязнений.
• По оценке завода полимерный ОПН дороже фарфорового аналога не более чем на 10%.

Чем полимерный корпус ОПН отличается от фарфорового

Внутри любого ограничителя находится колонка оксидно-цинковых варисторов. Корпус защищает ее от влаги и механических воздействий и обеспечивает внешнюю изоляцию.

Полимерный ОПН

У ограничителей ЗЭУ полимерный корпус монолитный и герметичный, его изготавливают литьевым методом. Внешняя трекингостойкая изоляция выполнена на основе силикона (Германия), она стойка к климатическим и химическим воздействиям и не поддерживает горение. Аппараты высоких классов собирают из модулей на резьбовых соединениях. Рабочий диапазон температур от минус 60 до плюс 55 °C.

Фарфоровый ОПН

Колонку варисторов помещают в покрышку из электротехнического фарфора, упрочненную металлическими фланцами. Герметичность обеспечивают уплотнения. Фарфор не боится солнечной радиации и механически жесткий, поэтому такие корпуса традиционно применяли в опорных конструкциях.

Сравнение полимерных и фарфоровых ОПН по массе и взрывобезопасности

Данные из каталога завода для опорного исполнения второго класса разряда линии категории УХЛ1:

На классах 330-500 кВ разница еще заметнее. В публикации завода о силиконовой изоляции приведены такие цифры: ОПН для сети 330 кВ в фарфоре весит около 980 кг, в силиконе 280 кг (три модуля по 90 кг); для сети 500 кВ около 1300 кг против 480 кг. Доставить и смонтировать хрупкое изделие весом около тонны в труднодоступном районе сложно, а трещина или скол означают, что аппарат эксплуатировать нельзя. По опыту поставок завода, у полимерных ОПН боя при транспортировке и монтаже нет.

Почему взрывобезопасность так важна

Если внутри ОПН возникает дуга, давление в корпусе растет. У фарфорового аппарата главную опасность представляют осколки покрышки с острыми краями, разлетающиеся с большой скоростью, поэтому в фарфоровые ОПН ставят клапаны или мембраны сброса давления. Силиконовая покрышка под давлением разрывается, не создавая такого разлета. При этом у полимерных конструкций учитывают другой фактор, горючие элементы изоляции, и проверяют аппарат на взрывобезопасность при токе короткого замыкания конкретного РУ.

Как ведут себя корпуса в загрязнении, на морозе и при вандализме

• Загрязнение и влага. Силикон гидрофобен: на загрязненной увлажненной поверхности не образуются проводящие дорожки, и токи утечки в десятки раз меньше, чем на гидрофильном фарфоре. Фарфор проще очистить, но полимерные покрышки в течение срока службы очищать не требуется.
• Низкие температуры. В фарфоровых ОПН уплотнение выполняют резиновыми кольцами. Если материал колец подобран неудачно, на морозе возможна разгерметизация, увлажнение варисторов и последующее повреждение. Монолитный полимерный корпус с полной адгезией слоев этой проблемы лишен.
• Вибрация и удары. Полимер мало восприимчив к вибрации и не бьется при перевозке.
• Вандализм. Прямое попадание пули не выдержит ни один корпус, но при повреждении дробью одного-двух ребер полимерный ОПН с запасом по длине пути утечки может остаться в работе, а фарфоровый со сколом подлежит замене.
• Тропический климат. Здесь, по данным завода, предпочтительна фарфоровая изоляция: силиконовые ребра повреждают термиты и птицы, а многолетних результатов защиты пока нет.

ОПН 110 кВ полимерный или фарфоровый: пример выбора

Возьмем типичную задачу: защита трансформатора 110 кВ на открытой подстанции. Оба варианта ЗЭУ выпускаются с Uнро 73-105 кВ и токами пропускной способности 550-1200 А, то есть по защитным свойствам равноценны. Разница в эксплуатации:

• полимерный ОПН 110 кВ весит 17 кг против 105 кг у фарфорового, его проще перевозить и монтировать, есть подвесное исполнение (1110 мм, 16 кг);
• ток взрывобезопасности полимерного ОПН 40 кА для второго класса и 65 кА для третьего и четвертого, у фарфорового 20 кА;
• длину пути утечки полимерного аппарата выбирают из 2,25, 2,5 или 3,1 см/кВ, для фарфорового в каталоге указаны 2,25 и 2,85 см/кВ в зависимости от исполнения;
• для полимерной серии доступны МОПН с расчетным сроком 40 лет.

Если на подстанции высокий ток короткого замыкания или рядом расположено другое оборудование и проходы персонала, аргументы в пользу полимера становятся решающими.

Полимерный или фарфоровый ОПН: когда выбрать фарфор

Фарфор не устарел окончательно. Его выбирают, когда:

1. меняют вентильный разрядник и хотят сохранить крепление: для сетей 3-35 кВ у ЗЭУ есть фарфоровое исполнение «Р» с корпусом, аналогичным корпусу разрядника РВО;
2. проект или технические условия заказчика прямо требуют фарфоровую покрышку;
3. аппарат работает как элемент опорной конструкции и важна жесткость корпуса;
4. объект находится в тропическом климате.

Частые вопросы

Влияет ли материал корпуса на защитные характеристики ОПН?

Практически нет. Остающиеся напряжения задает колонка варисторов. Корпус влияет на массу, теплоотвод, взрывобезопасность и поведение внешней изоляции.

Нужно ли мыть полимерный ОПН?

Регулярная очистка не требуется. Но перед измерением тока проводимости поверхность любого ОПН должна быть сухой и, желательно, чистой, иначе ток по загрязнению исказит результат.

Можно ли установить полимерный ОПН в подвесном исполнении?

Да. Малый вес позволяет выпускать подвесные аппараты с кремнеорганической изоляцией для всех видов сетей, их ставят на опорах ВЛ и порталах ОРУ.

Намного ли дороже полимерный ОПН?

Нет. Изоляция составляет небольшую долю себестоимости ограничителя, поэтому, по оценке завода, полимерный ОПН дороже фарфорового аналога не более чем на 10%. С учетом экономии на перевозке, монтаже и отсутствии боя разница часто нивелируется.

Что выбрать для районов с морозами до минус 60 °C?

Полимерные ОПН ЗЭУ рассчитаны на работу от минус 60 °C. Важно заказать модификацию под климатические условия объекта.

Выбор корпуса вместе с заводом

Сравнить конкретные исполнения удобно на страницах ОПН 110 кВ полимерный УХЛ1 и фарфоровый ОПН 110 кВ. Аргументы специалистов завода подробно изложены в статье «О преимуществах силиконовой изоляции». Об особенностях фарфоровых ограничителей этого класса рассказано в материале про ОПН 110 кВ в фарфоровом корпусе, а особенности сетей 220 кВ разобраны в статье о выборе ОПН 220 кВ.