3. Выбор ОПН
3.1. Эффект воздействия временных перенапряжений на MO ОПН
Поскольку ОПН не имеют искровых промежутков, блоки резисторов в них подвергаются постоянному воздействию напряжения сети. В нормальных эксплуатационных условиях на емкостной ток накладывается очень небольшая активная составляющая несинусоидальной формы. Эта активная составляющая создает потери в ОПН, так что в итоге температура ОПН незначительно повышается относительно температуры окружающего воздуха.
Когда напряжение повышается, ток в резисторах и потери быстро растут. Однако, благодаря своей массе, ОПН не разрушается мгновенно, а только нагревается до определенной степени. Если перенапряжение кратковременно, ОПН не будет поврежден. На рис. 2 показаны характеристики устойчивости ОПН в зависимости от длительности воздействия перенапряжения. Нижняя кривая характерна для ОПН, которые уже предварительно нагружены мощными импульсами в дополнение к чистому перенапряжению с UTOV (в случае ОПН на 5 кА и 10 кА Класс 1 с мощным импульсом 4/10 мкс и амплитудой 65 кА или 100 кА). Вторая, верхняя кривая, показывает случай, где на ОПН воздействует только импульс перенапряжения.
Рис. 2: Характеристики устойчивости ОПН в зависимости от длительности воздействия импульса перенапряжения, TOV диаграмма,
Значения на характеристиках подаются либо в абсолютных единицах, либо же по отношению к рабочему напряжению ОПН Uc.
Следующий пример объясняет использование диаграммы: ОПН 10 кА, Класс 1 с Uc 6 кВ работает с напряжением 6 кВ на его зажимах в течение неопределенно отрезка времени. В момент t = 0 происходит разряд, и через ОПН проходит импульс тока 100 кА формой 4/10 мкс. Сразу после разряда происходит замыкание на земпю одной фазы, на неповрежденных фазах напряжение возросло приблизительно до 7.7 кВ (T = 7.7/6.0 » 1.28). Релейная защита сети имеет выдержку времени срабатывания около 3 с. Диаграмма показывает, что ОПН выдержит этот импульс перенапряжения. Задержка времени более 3 с привела бы к тому, что рабочая точка находилась бы выше более низкой кривой, что могло бы привести к термическому разрушению ОПН.
3.2. Значение аттестационного напряжения Ur ОПН
Аттестационное напряжение Ur не имеет никакого специфического практического значения для пользователя, потому что его значение зависит от испытательных условий, определяемых согласно МЭК 60099-4. Аттестационное напряжение служит просто вспомогательной величиной для определения рабочих характеристик.
3.3. Выбор ОПН и определение рабочего напряжения Uc
Первая величина, необходимая для выбора напряжения Uc ОПН - напряжение, прикладываемое к зажимам ОПН в нормальных, неаварийных условиях. Это зависит от того, подключен ли ОПН между фазой и землей, между фазами ЛЭП или между нейтралью и землей. Обычно, напряжение может быть рассчитано исходя из максимального межфазного (линейного) напряжения системы. Если это напряжение неизвестно, или оно меняется со временем, для вычислений берется самое высокое напряжение для оборудования Um.
В трехфазных системах, временные перенапряжения могут происходить после замыканий на землю, и величина их определяется условиями заземления нейтрали. Продолжительность перенапряжения зависит от условий работы сети. Глухозаземленные сети обычно выключаются в течение нескольких секунд. Изолированные и сети с компенсацией могут продолжать работать при условиях замыкания на землю в течение нескольких часов. Величина ожидаемого временного перенапряжения часто определяется с использованием фактора E. Временное перенапряжение Utov тогда рассчитывается как:
где Um может быть заменено напряжением системы Us,, если эта величина известна.
Чтобы MO ОПН работал в сети надежно, при выборе рабочего напряжения Uc должны быть выполнены два условия:
- Uc должно быть больше или равняться напряжению, прикладываемому к зажимам ОПН. Для ОПН, связанных с землей, должно выполняться следующее условие:
где Um может быть заменено напряжением системы Us.
- Точка устойчивости ОПН, подвергнутого временным перенапряжениям, должна лежать ниже или на характеристической кривой перенапряжений. С целью проверки, также должна быть определена максимальная продолжительность перенапряжения. В целях повышения надежности всегда используют более низкую из двух кривых, если не имеется особых причин для иного решения. Если рабочая точка лежит выше кривой, рассматриваемый оПн не может использоваться в данной сети. Вместо этого должен использоваться ОПН с более высоким рабочим напряжением.
где T определяется временем отключения короткого замыкания системы t и характеристикой устойчивости ОПН к перенапряжениям.
3.4. Примеры и частные случаи
3.4.1. Сети с компенсацией емкостного тока замыкания на землю или с заземлением нейтрали через большое сопротивление
В этих сетях напряжение «фаза-земля» на неповрежденных фазах в основном не будет превышать Um.
для ОПН, подключенных между фазой и землей
Максимальное напряжение на нейтрали трансформатора достигает значения Um/V3:
для ОПН, установленных между нейтралью трансформатора и землей
Необходимо отметить, что при некоторых обстоятельствах в результате резонансных явлений фактор E может достигать величины 1.85. В таких случаях рабочее напряжение Uc должно быть увеличено соответственно.
3.4.2. Сети с заземлением нейтрали через большое сопротивление и с релейной защитой от замыканий на землю
для ОПН, подключенных между фазой и землей
для ОПН, подключенных между нейтралью трансформатора и землей
Амплитуда перенапряжений достигает тех же значений, что и в сетях с компенсацией емкостного тока. Быстрое отключение, однако, может позволить использовать ОПН с более низким рабочим напряжением Uc при более надежном уровне защиты от перенапряжений.
3.4.3. Сети с низким сопротивлением заземления нейтрали E < 1.4
Если большое количество трансформаторов имеют заземленные нейтрали с низким сопротивлением, фактор замыкания не будет превышать величины 1.4 для всей сети. Из-за большого значения тока короткого замыкания, проведение расчетов в таких сетях упрощается. Можно использовать ОПН с более низким рабочим напряжением Uc и при этом обеспечить лучший уровень защиты от перенапряжений.
для ОПН между фазой и землей
Максимальное напряжение в нейтрали незаземленных трансформаторов
для ОПН, подключенных между нейтралью трансформатора и землей
3.4.4. Сети с низким сопротивлением заземления нейтрали E > 1.4
Если нейтрали трансформаторов заземлены через сопротивление с целью ограничения токов короткого замыкания, напряжение на неповрежденных фазах повышается до Um. В случае активного значения сопротивления заземления напряжение Um может даже увеличиться на 5 %.
для активного сопротивления заземления
3.4.5. ОПН, подключенные между фазами ( схема Neptune )
В некоторых схемах, например, трансформаторы для дуговых печей, защита от коммутационных перенапряжений только с помощью ОПН, подключенных между фазами и землей, не может быть достаточной. В этих случаях уровень защиты может быть улучшен за счет установки дополнительных ОПН между фазами.
Защита состоит из 6 ОПН, 3 - между фазами и 3 - между фазами и землей:
для всех ОПН 
Разновидностью такой конфигурации является схема Neptune, названная так из-за своего вида. Эта схема также обеспечивает защиту и между фазами, и по отношению к земле. Уровень защиты по указанной схеме на 33 % выше, чем у варианта с 6 ОПН. Более высокий уровень защиты объясняется тем, что необходимо подбирать ОПН с более высоким рабочим напряжением Uc.
для всех ОПН 
3.4.6. Напряжение сети содержит высшие гармоники
Из-за нелинейной U-I характеристики, критическое значение для MO ОПН - амплитудное значение рабочего напряжения. Если же напряжение содержит высшие гармоники, необходимо учитывать, что амплитудное значение напряжения может отклоняться весьма существенно от увеличенного в V2 раз действующего значения напряжения сети. Если это различие составляет менее, чем 5 %, величина рабочего напряжения должна быть изменена соответственно. Для больших отклонений, ОПН должен быть выбран после консультации с его изготовителем.
То же самое рекомендуется при монтаже MO ОПН вблизи тиристорных преобразователей. Коммутационные пики, наличие постоянной составляющей напряжения указывают на то, что необходимо принимать во внимание дополнительные критерии выбора ОПН.
