У ОПН основные элементы (варисторы) состоят из зерен оксида цинка и расположенных между ними включений. Удельное сопротивление зерен — порядка 1 — 10 Ом * см, удельное сопротивление включений достигает 10+10 Ом * см при высоком значении диэлектрической постоянной.
Элементы ОПН обладают высокой степенью нелинейности при существенном значении емкости.
Схема замещения элемента ОПН содержит резистор R3, сопротивление которого определяется содержанием зерен, резистор RB и конденсатор Св, которые соответствуют характеристикам включений. Ограничители перенапряжений, ввиду высокой нелинейности, не имеют искровых промежутков, постоянно включены в сеть, и по ним протекает ток проводимости, определяемый напряжением сети. При рабочем напряжении через ОПН протекает в основном емкостный ток. Активная составляющая тока не превышает 20 % емкостной, и поэтому контроль по полному току малоэффективен. Причинами возможных отказов ОПН могут являться: старение варисторов в результате нарушения технологии их производства, длительного протекания токов КЗ, изменения распределения напряжения по колонке варисторов и т.п.;
тепловой или электрический пробой варисторов при исчерпании срока службы;
потеря герметичности и увлажнение элементов и др.
В частности, имело место заполнение ОПН непросушенным кварцевым песком, выявлены ОПН с разбросом параметров отдельных варисторов, собираемых в последовательно-параллельные столбы, что приводило к возникновению локальных тепловыделений и т.п.
Оценка состояния ОПН при тепловизионном контроле осуществляется с учетом его конструктивных особенностей.
Рис. Схема замещения элемента ОПН:
1 — верхний фланец; 2— кварцевый песок (у некоторых ОПН); 3 — покрышка; 4 — нижний фланец; 5 — рубильник; 6 — измерительное устройство; I1 — ток, протекающий по наружной поверхности покрышки; I2 — ток, протекающий по внутренней поверхности покрышки; I3 — полный ток, протекающий через варистор; I4 — ток, протекающий через кварцевый песок; I5 — ток, протекающий в локальном объеме при нарушении герметизации фланцевого соединения и местном увлажнении кварцевого песка; 1С— емкостная составляющая тока; I„ — активная составляющая тока; А — характер нагрева поверхности покрышки при исправном состоянии ОПН, Б — характер нагрева поверхности покрышки при пробое варистора; В — характер нагрева поверхности покрышки при местном увлажнении песка
- При исправном состоянии ОПН токи I,, I2, I4, I5 практически отсутствуют или очень малы. Нагрев по высоте элемента ОПН небольшой и обусловлен протеканием по варисторам тока I3.
- При увлажнении песка в ОПН в результате нарушения его герметичности в местах подсосов влажного воздуха наблюдаются аномальные зоны на поверхности покрышки ОПН с повышенными значениями температуры. Заполнение элемента ОПН непросушенным песком существенно расширит аномальную зону по высоте и периметру.
- При пробое варисторов равномерность распределения температуры по высоте элемента ОПН может нарушиться и возникнет “провал” температуры в месте пробоя.
- При нарушении герметичности в ОПН других исполнений возможна конденсация влаги на внутренних поверхностях силиконо-пластиковой покрышки, что будет сопровождаться увеличением тока I2 и нагревом последней в локальной зоне.
- У ОПН с пластиковым цилиндром и силиконовой рубашкой, как показал опыт эксплуатации полимерных изоляторов ВЛ, возможен локальный нагрев при протекании тока утечки по клеевому шву при некачественном его выполнении.
- При выявлении элементов ОПН с повышенными тепловыделениями рекомендуется следовать указаниям заводов-изготовителей, а также в зависимости от конструкции ОПН осуществить дополнительную проверку причины нагрева (измерение тока проводимости, tg6, сопротивления изоляции и т.п.). Следует учитывать, что возможными причинами нагрева элементов ОПН могут быть также тепловые потоки, солнечная радиация и другие посторонние источники тепла.
Наиболее характерными дефектами являются:
- для ОПН, устанавливаемых на опорах линий электропередачи,
- нарушение герметичности и увлажнение внутренней полости элемента. Последнее определяет протекание тока проводимости, образование частичных разрядов и повышенный нагрев покрышки ОПН. Выявление элементов с нарушенной герметичностью элементов ОПН достигается с помощью тепловизора и использованием ультразвукового локатора с направленной антенной;
- для ОПН с кварцевым наполнителем и последовательно-параллельным включением варисторов диаметром 20 мм характерна прежде всего нестабильность технологии производства варисторов и сборки элементов ОП.
Исследование теплового состояния варисторов макетов ОПН показало, что распределение напряжения по столбам варисторов происходит неравномерно и во многом зависит от эффективности действия защитного кольца и влияния паразитных емкостных связей с окружающим оборудованием.
Оценка теплового состояния элементов ОПН с помощью тепловизора должна осуществляться по меньшей мере с трех точек по периметру элемента для обеспечения возможности контроля варисторов каждого параллельного столба. В качестве дополнительных мер по выявлению характера неисправности могут использоваться измерение тока проводимости под рабочим напряжением, измерение tg δ, тока проводимости (утечки) на выпрямленном напряжении, контроль с помощью ультразвукового локатора. Сравнение полученных результатов контроля рекомендуется осуществлять пофазно, с определением теплового состояния каждого из столбов, с построением термопрофилей распределения температуры по высоте столбов. При отклонении полученных результатов тепловизионного контроля разных фаз более чем на 10 % рекомендуется учащенная периодичность контроля (в среднем через 6 месяцев).
