Тестирование оксидно-цинкового ограничителя перенапряжений

Когда говорят про тестирование оксидно-цинкового ограничителя перенапряжений, многие сразу представляют лабораторию, стенды, стандартные импульсы 8/20 мкс и замер остающегося напряжения. Но на практике, особенно при приемке партий или анализе отказов в полевых условиях, всё упирается в детали, которые в нормативных документах прописаны пунктиром или не прописаны вовсе. Скажем, та же зависимость характеристик варистора от температуры не только окружающей среды, но и от его собственного разогрева при повторяющихся воздействиях — это то, с чем постоянно сталкиваешься, но далеко не всегда учитываешь в полной мере при плановых испытаниях.

От бумажной спецификации к реальному стенду

Взять, к примеру, базовый тест на пропускную способность по току. По ГОСТу или МЭК всё четко: импульс такой-то формы, такая-амплитуда. Но на деле форма импульса, генерируемого реальным генератором, всегда имеет выбросы, некую неравномерность фронта. Для металлооксидного варистора это критично. Мы как-то получили партию ОПН, которые по паспорту отлично проходили испытания у производителя, а на нашем стенде показывали разброс по напряжению пробоя на 10-15%. Оказалось, дело было не в ОПН, а в том, что наш старый генератор давал более крутой фронт, что приводило к более раннему срабатыванию части элементов в колонке. Пришлось калибровать не прибор, а скорее, своё понимание условий теста.

Или другой нюанс — подготовка образца. ОПН только что с завода, с хранения при минусовой температуре — его сразу на стенд? Нет, конечно, все ждут, пока прогреется до комнатной. Но достаточно ли этого? Мы проводили серию экспериментов, нагревая ОПН до 40-50°C, имитируя его работу в закрытом шкафу летом. Картина по току утечки менялась заметно, и не всегда линейно. Это заставило нас ввести дополнительный этап кондиционирования перед ответственными испытаниями, особенно для устройств, предназначенных для жаркого климата.

Здесь стоит упомянуть и о поставщиках компонентов. Когда нужна стабильная элементная база для собственных разработок или для независимой экспертизы, часто обращаешь внимание на компании, которые специализируются на смежной продукции. Например, ООО Сиань Суюань Электроприборы (https://www.xasuyuan.ru), которая, как видно из их описания, производит широкий спектр высоковольтных и низковольтных предохранителей, ограничителей перенапряжений и других изделий для энергосетей. Опыт работы такого производителя с высоковольтной защитой часто означает, что они глубоко понимают физику процессов в ОПН, даже если не делают их сами. Их каталог предохранителей для защиты полупроводников, например, серий RSY и NGT — это показатель работы с быстрыми переходными процессами, что родственно проблематике ОПН. Выбор таких партнеров для комплектации испытательных стендов или поиска аналогов часто бывает более осмысленным, чем работа с универсальными дистрибьюторами.

Полевые данные против лабораторных идеалов

Самое интересное начинается, когда привозят ОПН, вышедший из строя в реальной энергосистеме. Лабораторный протокол — это бинарный ответ: прошел/не прошел. А вот вскрытие и анализ дают историю. Помню случай на подстанции 110 кВ. ОПН внешне цел, но защита сработала. При детальном тестировании обнаружилось, что один из дисков в колонке имел микротрещину, невидимую при внешнем осмотре. Она возникла, скорее всего, еще при прессовке на производстве, но проявила себя только после нескольких лет работы под механическим напряжением и термическими циклами. Стандартные приемочные испытания такую дефектную деталь не отловят — там проверяется вся колодка в сборе.

Отсюда вывод: неразрушающий контроль — это хорошо, но иногда без вскрытия корпуса (что, по сути, убивает изделие) не обойтись. Мы стали практиковать выборочное разрушающее тестирование из партий, особенно для ответственных объектов. Да, это дорого, но это позволяет построить реальную статистику надежности, а не ту, что в каталоге.

Еще один момент из практики — влияние загрязнения. Испытания на устойчивость к загрязнению проводятся в камерах с искусственным туманом и слоем проводящей пыли. Но в жизни всё сложнее. В промышленной зоне на изолятор может осесть не просто пыль, а смесь угольной пыли, химических реагентов и влаги, образующая стойкую проводящую пленку. Мы как-то моделировали такой состав в лаборатории, и результаты по распределению потенциала по колонке ОПН оказались значительно хуже, чем при стандартном тесте. Это заставило нас пересмотреть рекомендации по мойке и интервалам обслуживания для заказчиков из определенных отраслей.

Ток утечки: самый коварный параметр

Измерение тока утечки — это, пожалуй, самый рутинный, но и самый информативный тест в эксплуатации. Все его делают, но не все правильно интерпретируют. Цифра в микроамперах — это не просто 'чем меньше, тем лучше'. Важна его активная составляющая, которая говорит о старении варистора. Мы перепробовали кучу портативных анализаторов, и многие дают просто полный ток, что малополезно.

Научились важному: смотреть не на абсолютное значение, а на динамику для конкретного фазы и для конкретного места установки. Если на подстанции все три ОПН показывают 450 мкА, а один 500 — это может быть и нормально, если он стоит на солнечной стороне. А вот если за год его ток вырос с 450 до 600, при том что у соседних он стабилен — вот это уже красный флаг, даже если 600 мкА всё еще в пределах допуска по паспорту. Мы завели для критичных объектов графики, куда оперативный персонал заносит эти данные после обходов. Просто, но невероятно эффективно для прогнозирования отказов.

И, конечно, влияние измерительных клещей. Их положение, наличие поблизости силовых шин, даже наводки от ЛЭП — всё это вносит погрешность. Приходится проводить замер в нескольких точках, искать 'тихое' место. Это та самая практика, которой нет в мануалах.

Испытания после коммутационных перенапряжений

Стандарты сфокусированы на грозовых импульсах. Но в современных сетях с большим количеством ВИЭ и силовой электроники на первый план выходят коммутационные перенапряжения. Они могут иметь частоту в несколько килогерц и длительную oscillatory форму. Существующие стенды часто не могут их адекватно воспроизвести.

Мы столкнулись с этим, расследуя серию отказов ОПН на ветропарках. Устройства, отлично прошедшие все стандартные тесты, выходили из строя через пару лет. Пришлось совместно с институтом разрабатывать методику моделирования таких повторяющихся высокочастотных воздействий. Оказалось, что при них происходит локальный перегрев границ зерен в оксидно-цинковом материале, что ведет к ускоренной деградации. Теперь при выборе ОПН для подобных объектов мы обязательно запрашиваем у производителя (например, у тех же специализированных компаний, вроде упомянутой ООО Сиань Суюань Электроприборы, чья продукция как раз используется в ветроэнергетике) дополнительные данные по стойкости к повторяющимся коммутационным воздействиям, а не только стандартный сертификат.

Этот опыт показал, что тестирование оксидно-цинкового ограничителя не должно заканчиваться в момент получения сертификата. Это процесс, который должен эволюционировать вместе с сетью. Старые методики, ориентированные на 'классические' угрозы, уже не покрывают всех рисков.

Заключение: тест как процесс понимания, а не контроля

Так к чему всё это? Тестирование ОПН — это не просто галочка в отчете для Ростехнадзора. Это основной инструмент для диалога с изделием. Каждый нестандартный результат, каждый выброс из графика — это история, которую нужно расшифровать. Иногда она ведет на завод-изготовитель, иногда — к монтажникам, которые перетянули стяжку, иногда — к проектировщикам, которые не учли местные условия.

Самая большая ошибка — делегировать эту работу полностью автоматическим стендам и бездумно сравнивать цифры с табличными. Рука, опытный глаз, понимание того, что стоит за каждой кривой на осциллографе — вот что превращает формальную процедуру в источник реальных знаний о надежности системы. И в этом смысле, даже изучая каталоги и технологии таких производителей, как ООО Сиань Суюань Электроприборы, мы ищем не просто продукт, а свидетельство их подхода к тем же самым проблемам: как обеспечить защиту в неидеальных, изменчивых реальных условиях. В конце концов, и предохранитель, и ОПН решают одну задачу — предсказать и пережить непредсказуемое. И их тестирование должно быть нацелено именно на это.