Обмежувачі перенапруг типу ОПН призначені для глибокого обмеження внутрішніх та грозових перенапруг, що впливають на електроустановки та випускаються на напруги 110—750 кВ.
Конструктивне виконання ОПН дозволяє виявляти в них такі дефекти, наслідком яких є температурні аномалії:
- порушення герметичності порцелянової або силіконової покришки із зволоженням внутрішніх елементів конструкції ОПН (наприклад, склопластикових деталей, полімерної оболонки блоків варисторів тощо);
- зволоження кварцового наповнювача (загальне та локальне);
- пробою варисторів.
Конструктивно ОПН являє собою один або ряд паралельних стовпів, набраних з дисків високонелінійних варисторів з двоокису цинку діаметром 28-60мм, поміщених у порцелянову покришку, засипану для поліпшення тепловідведення від резисторів кварцовим піском, або укладених у полімер . (див. рис. 1-2).
Рис. 1. Спрощена схема протікання струмів витоку в елементі ОПН:
- — фланець;
- — ізоляційна покришка;
- — кварцовий пісок;
- — стовп варисторів.
Умовні позначення:
I1 - струм витоку по зовнішній поверхні порцелянової покришки; I2 - струм витоку через кварцовий пісок; I3 - струм, що протікає через стовп варисторів; I4 - струм витоку по внутрішній поверхні порцелянової
покришки;
I5 - струм, що протікає в локальному об'ємі елемента при порушенні герметизації його фланцевого з'єднання та локальному зволоженні кварцового піску.
1 - справний елемент:
Струми I1( I2, I4, I5 практично відсутні. Нагрів по висоті елемента ОПН в результаті протікання струму
I3 невеликий, температурний профіль рівномірний (тут і далі на цьому малюнку позначення струмів відповідають рис. 8).
2 — загальне зволоження кварцового наповнювача:
Нагрів визначається струмом I2. Температурний профіль повторює криву I, з вищими температурами. У початковій стадії порушення герметичності фланця в цьому місці може спостерігатись підвищення температури (крива III).
3 — локальне зволоження кварцового наповнювача:
Нагрів визначається струмом I5. Підвищення ("сплеск") температури в місці локального зволоження.
4 — загальне зволоження кварцового наповнювача та пробою варисгору:
Нагрів визначається сумою струмів I1, I2, I3.
"Провал" температури - у місці пробитого варистора. Рис. 2. Спрощена конструктивна схема елемента ОПН та обгинальні температурних профілів за його висотою при різних дефектах:
1 - верхній металевий фланець; 2 - покришка; 3 - металеве прокладання між ярусами варисторів; 4 - стовп варисторів; 5 - кварцовий заповнювач.
На рис. 3 наведено приклади та інтерпретації дефектів ОПН у вигляді обгинальних температурних профілів по висоті елемента.
При обстеженні обмежувачів перенапруг слід порівнювати температуру елементів між фазами. Якщо виявлено, що температурне поле одного з елементів ОПН рівномірно і він має температуру, що відрізняється на 2°С і більше, ніж такі елементи інших фаз, то цей елемент вважається дефектним. Імовірною причиною цього є загальне зволоження наповнювача кварцового або внутрішньої поверхні силіконової покришки. При цьому, в одноелементних ОПН спостерігатиметься підвищення температури елемента через збільшення струму витоку, а в багатоелементних ОПН може спостерігатися її зменшення (струм витоку практично не змінюється тому що він визначається опором "здорових" елементів, а опір дефектного елемента знижено ).
Якщо при тепловізійній діагностиці виявлено наявність локальних температурних аномалій на поверхні елемента з температурою, що відрізняється від середньої на 2°С і більше, то в цьому елементі також може бути дефекту. Можливою причиною аномалії може бути локальне зволоження кварцового наповнювача (в ОПН з порцеляновою покришкою) або внутрішньої поверхні силіконової покришки (в ОПН із силіконовою покришкою), а також пробою варисторів.
В ОПН з порцеляновою покришкою в місцях "підсмоктувачів" вологого повітря наповнювач буде зволожуватися, це викликає зміну струму витоку через ці області та температурні аномалії на поверхні покришки. Заповнення елемента ОПН на заводі непросушеним піском значно розширить розмір цих аномальних зон.
В ОПН із силіконовою покришкою, конденсація вологи на внутрішній поверхні покришки (сусідних з місцями розгерметизації) також викличе зміну струму витоку та температури в цих областях.
Слід зазначити, що температура зволожених зон може бути як вищою, так і нижчою за середню температуру дефектного елемента. У багатоелементних ОПН вона буде нижче (струм витоку практично не змінюється тому що він визначається опором "здорових" елементів, а опір зволоженої зони дефектного елемента знижено). У одноелементних ОПН температура залежить від величини, конфігурації, розташування зволожених зон в тілі елемента і ступеня їх зволоження. Наприклад, при невеликому обсязі зволоженої зони, порівняно із загальним обсягом ОПН та її радіальної орієнтації, температура в цій зоні буде нижчою за середню (струм витоку практично не змінюється тому що він визначається опором "здорової" зони, а опір зволоженої зони знижено ); при великому обсязі зволоженої зони або її розташуванням практично по всій висоті у вигляді смуги, її температура може бути вищою за середню через збільшення загального струму витоку елемента.
Характерні термограми ОПН, що зустрічаються в експлуатації, наведено на рис. 3.
б) фаза із загальним внутрішнім зволоженням обмежувача перенапруг ОПН-110.
а) фаза без дефекту (ліворуч) та з дефектом (праворуч) обмежувача перенапруг ОПН-110 (локальне внутрішнє зволоження).
Рис. 3 (а-б). Характерні термограми дефектів ОПН
Для ОПН, у яких за результатами тепловізійної діагностики підозрюється наявність дефекту, необхідно провести їх позачергові випробування відповідно до ГКД 34.20.302-2002 та з урахуванням рекомендацій заводів-виробників. За результатами випробувань приймається рішення щодо можливості подальшої експлуатації ОПН.
Для оцінки стану ОПН, у яких, за результатами тепловізійної діагностики підозрюються дефекти, виконання випробувань та вимірювань, локалізації дефектів та прийняття рішення про подальшу експлуатацію, рекомендуються наступні терміни:
- для одноелементних ОПН — до початку грозового сезону, але не більше 5 днів (з прискореним контролем струмів витоку протягом цього терміну);
- для багатоелементних ОПН — до початку грозового сезону, але не більше 30 днів.