Принцип работы опн

Урок 1. Назначение и принцип действия ОПН

Ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН)-электрические аппараты, предназначенные для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений. Основным элементом ОПН является нелинейный резистор – варистор ( varistor, от англ. Vari(able) (Resi)stor – переменное, изменяющееся сопротивление).

Основное отличие материала нелинейных резисторов ограничителей от материала резисторов вентильных разрядников состоит в резко нелинейной вольт-амперной характеристики (ВАХ) и повышенной пропускной способности. Применение в ОПН высоконелинейных резисторов позволило исключить из конструкции аппарата искровые промежутки, что устраняет целый ряд недостатков, присущих вентильным разрядникам.

Основной компонент материала резисторов ОПН – оксид (окись) цинка ZnO. Оксид цинка смешивают с оксидами других металлов – закисью и окисью кобальта, окисью висмута и др. Технология изготовления оксидно-цинковых резисторов весьма сложна и трудоёмка и близка к требованиям при производстве полупроводников – применение химически чистого исходного материала, выполнение требований по чистоте и т. д. Основные операции при изготовлении – перемешивание и измельчение компонентов, формовка ( прессование) и обжиг. Микроструктура варисторов включает в себя кристаллы оксида цинка (полупроводник n – типа) и междукристаллической прослойки ( полупроводник p – типа). Таким образом, варисторы на основе оксида цинка ZnO являются системой последовательно – параллельно включённых p – n переходов. Эти p – n переходы и определяют нелинейные свойства варисторов, то есть нелинейную зависимость величины тока, протекающего через варистор, от приложенного к нему напряжения.

В настоящее время варисторы для ограничителей изготовляются как цилиндрические диски диаметром 28 – 150 мм, высотой 5 – 60 мм (рис 1). На торцевой части дисков методом металлизации наносятся алюминиевые электроды толщиной 0.05-0.30 мм. Боковые поверхности диска покрывают глифталевой эмалью, что повышает пропускную способность при импульсах тока с крутым фронтом.

Рис. 1. Нелинейный резистор – варистор

Диаметр варистора ( точнее — площадь поперечного сечения ) определяет пропускную способность варистора по току, а его высота — параметры по напряжению.

При изготовлении ОПН то или иное количество варисторов соединяют последовательно в так называемую колонку. В зависимости от требуемых характеристик ОПН и его конструкции и имеющихся на предприятии варисторов ограничитель может состоять из одной колонки (состоящей даже из одного варистора) или из ряда колонок, соединённых между собой последовательно/ параллельно.

Для защиты электрооборудования от грозовых или коммутационных перенапряжений ОПН включается параллельно оборудованию (рис. 2 ).

Рис.2

Защитные свойства ОПН объясняются вольт–амперная характеристикой варистора.

Вольт – амперная характеристика конкретного варистора зависит от многих факторов, в том числе от технологии изготовления, рода напряжения — постоянного или переменного, частоты переменного напряжения, параметров импульсов тока, температуры и др.

Типовая вольт- амперная характеристика варистора с наибольшим длительно допустимым напряжением 0.4 кВ в линейном масштабе приведена на рис. 3.

Рис. 3. Вольт – амперная характеристика варистора

На вольт – амперной характеристике варистора можно выделить три характерных участка: 1) область малых токов; 2) средних токов и 3) больших токов. Область малых токов – это работа варистора под рабочим напряжением, не превышающим наибольшее допустимое рабочее напряжение. В данной области сопротивление варистора весьма значительно. В силу неидеальности варистора сопротивление хотя и велико, но не бесконечно. поэтому через варистор протекает ток, называемый током проводимости. Этот ток мал — десятые доли миллиамперметра.

При возникновении грозовых или коммутационных импульсов перенапряжений в сети варистор переходит в режим средних токов. На границе первой и второй областей происходит перегиб вольт – амперной характеристики, при этом сопротивление варистора резко уменьшается (до долей Ома). Через варистор кратковременно протекает импульс тока, который может достигать десятков тысяч ампер. Варистор поглощает энергию импульса перенапряжения, выделяя затем её в виде тепла, рассеивая в окружающее пространство. Импульс перенапряжения сети “ срезается” (рис. 4).

Рис. 4

В третьей области ( больших токов) сопротивление варистора снова резко увеличивается. Эта область для варистора является аварийной.

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

АНАЛИЗЫ МОЧИ

• Относительная плотность мочи выше 1,018 при преренальной ОПН и ниже 1,012 при ренальной ОПН.

• В условиях преренальной ОПН изменения в осадке мочи минимальны, обычно обнаруживают единичные гиалиновые цилиндры.

• Для ренальной ОПН нефротоксического генеза характерны небольшая протеинурия (менее 1 г/сут), гематурия и наличие непрозрачных коричневых зернистых или клеточных цилиндров, что отражает канальцевый некроз. Однако в 20-30% случаев нефротоксической ОПН клеточные цилиндры не обнаруживают.

• Эритроциты в большом количестве обнаруживают при мочекаменной болезни, травме, инфекции или опухоли. Эритроцитарные цилиндры в сочетании с протеинурией и гематурией указывают на наличие гломерулонефрита или (реже) острого тубулоинтерстициального нефрита. Пигментированные цилиндры при отсутствии эритроцитов в осадке мочи и положительном тесте на скрытую кровь вызывают подозрения на гемоглобинурию или миоглобинурию.

• Лейкоциты в большом количестве могут быть признаком инфицирования, иммунного или аллергического воспаления какого-либо отдела мочевых путей.

• Эозинофилурия (эозинофилов более 5% от всех лейкоцитов мочи) свидетельствует об индуцированной ЛС тубулоинтерстициальной нефропатии. Одновременно может наблюдаться эозинофилия в периферической крови.

• Наличие кристаллов мочевой кислоты может свидетельствовать об уратной нефропатии; избыток экскреции оксалатов в условиях ОПН должен наводить на мысль об интоксикации этиленгликолем.

• Бактериологическое исследование мочи следует проводить во всех случаях ОПН!

Этиотропная терапия

Преренальная ОПН. Целью терапии является восстановление нормального кровоснабжения почечной ткани: коррекция гиповолемии, дегидратации, острой сосудистой недостаточности. При кровопотерях обязательно проведение гемотрансфузии. Если потери в основном касаются плазмы (панкреатит, ожоги), то рекомендуется ввести 0,9% раствора натрия хлорида с 5% раствором глюкозы.

Контролируют центральное венозное давление. Если оно повышено на 10 см вод.ст. и более, то риск отека легких повышается. При циррозе печени может развиться преренальная ОПН или печеночно-почечный синдром, при котором прогноз неблагоприятный. Жидкость нужно ввести медленно, контролируя венозное давление в яремных венах, в части случаев нужен также контроль центрального венозного давления и давления заклинивания легочных капилляров.

Преренальная острая почечная недостаточность при заболевании циррозом печени на фоне инфузионной терапии разрешается (креатинин в крови снижается, а диурез растет). А при печеночно-почечном синдроме ОПН усиливает асцит, возникает отек легких. При асците для улучшения кровоснабжения почек проводят эвакуацию асцитической жидкости и лапароцентез. Вместе с этим вводят внутривенно раствор альбумина человека с целью профилактики сильного изменения объема циркулирующей крови. Наложение перитонеально-венозных шунтов применяют при рефрактерных случаях асцита, не всегда. Но сапмым действенным методом терапии печеночно-почечного синдрома на сегодня является трансплантации органа.

Ренальная ОПН. Терапия в значительной степени зависит от основной болезни. Если причиной является системные заболевания соединительной ткани или гломерулонефриты, врачи применяют цитостатики или глюкокортикоиды

Важно скорректировать артериальную гипертензию, особенно при злокачественном ее характере, позднем гестозе, склеродермическом кризе. Срочно прекращают введение лекарственных средств с нефротоксическим действием

При острых отравлениях важна не только противошоковая терапия. Также нужно удалить из организма токсины, применяя такие методы:

• гемофильтрация
• плазмаферез
• гемосорбция

Если к ОПН привели такие причины как сепсис, пиелонефрит, инфекционные заболевания, то для лечения применяют антибактериальные и противовирусные препараты. Терапия мочекислой канальцевой обструкции предполагает интенсивную ощелачивающую инфузионную терапию, а при при критической гиперурикемии  и аллопуринол. Купирование гиперкальциемического криза проводят внутривенным введением больших объемов фуросемида, 0,9% раствора натрия хлорида, глюкокортикоидов, лекарств, ингибирующих всасывание кальция в кишечнике, бифосфонатов, кальцитонина. При первичном гиперпаратиреозе аденому паращитовидных желез удаляют хирурги.

Постренальная ОПН

Важно как можно скорее устранить обструкцию

Клинические признаки острой почечной недостаточности

Несмотря на различные этиологические факторы, ОПН проявляется более или менее однотипными симптомами. Вначале обычно преобладают симптомы основного заболевания, но затем в клинике отмечаются почечные нарушения, которые без своевременного лечения приводят животных к гибели.

Клинические симптомы острой почечной недостаточности имеют четыре стадии:

1.начальную;

2.олиго/анурическую;

3.стадию восстановления диуреза (фазы раннего диуреза и полиурии)

4.выздоровления.

— Начальная стадия острой почечной недостаточности имеет разнообразное течение в зависимости от вида токсического вещества,  вызвавшего интоксикацию и протекает от момента воздействия основного этиологического фактора до первых симптомов. В этой стадии не наблюдается уремической интоксикации и дисэлектролитемии. Нарушается концентрационная способность канальцевого эпителия и повышается содержание мочевины в сыворотке крови. Другие клинические симптомы  определяются характером интоксикации.

— При олиго-/анурической стадии острой почечной недостаточности развиваются тяжелые нарушения электролитного гомеостаза, происходит  снижение или полное прекращение  диуреза. Для клинической картины характерно тяжёлое общее состояние больного, возникновение и быстрое нарастание явлений уремии, проявляющееся заторможенностью, адинамией, сонливостью, поносом, артериальной гипертонией, тахикардией, отёками, анемией(в результате нарушения синтеза эритропоэтина)  и тяжёлой интоксикацией организма  с прогрессированием метаболического ацидоза.

Гиперкалиемия вызывает появление тяжелых нервно-мышечных симптомов (арефлексия, расстройство дыхания, судороги и пр.).  Повышение уровня магния в крови вызывает развитие депрессивного состояния, нарушение ритма сердечных сокращений. В этой стадии количество внеклеточных электролитов (натрия, хлора, кальция) понижается, особенно у животных с предшествующей дегидратацией после обильной рвоты и поносов. Часто возникающие тетанические судороги связаны с гипокальциемией. Наблюдаются признаки поражения желудочно-кишечного тракта (сухость во рту, множественные трещины слизистой оболочки рта и языка, стоматит, болезненные язвы). Иногда встречаются желудочно-кишечные кровотечения. Отмечается диспноэ вследствие развития ацидоза; при передозировке вводимой жидкости возможно возникновение  отека легких.

При запоздалом лечении олиго-/анурическая стадия почечной недостаточности обычно переходит в терминальную, а при благоприятном развитии — в стадию восстановления диуреза.

— Стадия восстановления диуреза при острой почечной недостаточности имеет две фазы: вначале, в первые 3- 4 суток  происходит восстановление диуреза, которое  сменяется фазой полиурии, при которой выделяется большое количество мочи с низкой относительной плотностью. Заметно уменьшается в организме количество основных электролитов (калия, натрия, хлора). Общее состояние больных животных заметно улучшается, восстанавливается сознание, исчезают мышечные подергивания, уменьшается артериальная гипертензия.

— Стадия выздоровления может затянуться на много месяцев, хотя в этот период моча большей частью не содержит белка и других патологических элементов, отсутствует азотемия. Наиболее стойкими симптомами в период выздоровления являются анемия и снижение концентрационной способности почек.

Летальный исход при острой почечной недостаточности зависит в основном от гипертензии, гиперволемии, ведущей к отеку легких и головного мозга, и нарушений функции важных центров вследствие метаболического ацидоза.

Технические характеристики

• Время срабатывания – характеризует скорость открытия полупроводникового элемента ограничителя после нарастания напряжения.
• Рабочее напряжение – определяет величину электрической энергии, которую ОПН может выдерживать без нарушения работоспособности в течении любого промежутка времени.
• Номинальное повышенное напряжение – значение рабочей величины, которое ОПН способен выдерживать в течении 10 секунд, также нормируется совместно с остаточным напряжением, которое остается в сети.
• Ток утечки – возникает как результат приложения напряжения к ограничителю перенапряжения и определяется его омическим сопротивлением или параметрами резисторов. В исправном состоянии этот параметр составляет сотые или тысячные доли ампер, перетекающие по рубашке и полупроводнику от источника к проводу заземления.
• Разрядный ток – величина, образующаяся при импульсных скачках, в зависимости от источника перенапряжения разделяется на атмосферные, электромагнитные и коммутационные импульсы.
• Устойчивость к току волны перенапряжения – определяет способность сохранять целостность всех элементов конструкции в аварийном режиме.

Лечение почечной недостаточности

Направления лечения при почечной недостаточности:

Диета при острой почечной недостаточности

• Необходимо снизить количество белка в рационе, так как продукты его обмена оказывают дополнительные нагрузки на почки. Оптимальное количество – от 0,5 до 0,8 г на каждый килограмм массы тела в сутки.
• Для того чтобы организм больного получал необходимое количество калорий, он должен получать пищу, богатую углеводами. Рекомендуются овощи, картофель, рис, сладкое.
• Соль нужно ограничивать только в том случае, если она задерживается в организме.
• Оптимальное потребление жидкости – на 500 мл больше того количество, которое организм теряет в течение суток.
• Больному следует отказаться от грибов, орехов, бобовых – они также являются источниками большого количества белка.
• Если повышен уровень калия в крови – исключить виноград, курагу, изюм, бананы, кофе, шоколад, жареный и печеный картофель.

ОПН типа КР, РТ, РВ, РК

ОПН–КР предназначены для защиты электрооборудования в сетях от 6 до 10 кВ. Рекомендуются для защиты трансформаторов и двигателей.

ОПН-РТ рекомендованы для защиты ответственного электрооборудования в сетях от 3 до 10 кВ при частых воздействиях перенапряжений. Используются для защиты трансформаторов электродуговых печей, электрических генераторов и др.

ОПН-РВ рекомендуются для применения вместо вентильных разрядников серии РВО. Ограничители типа ОПН-РВ не требуют проведения предварительных расчетов, так как отстроены от перенапряжений при однофазных дуговых замыканиях.

ОПН-РК предназначены для эксплуатации в районах 1-3 степени загрязнения атмосферы, применяются в сетях 35-110 кВ. Разработаны специально для защиты изоляции нейтрали трансформаторов 110 кВ.

Также в разделе

Клиническая картина

Наиболее часто острое почечное поражение характеризуется фазовым течением.

Фаза поражения (начальная, первичная, шока) развивается уже на фоне преренальной почечной недостаточности, а в конце ее завершения почечная недостаточность обусловлена нарушениями в канальцах. Начальная фаза продолжается от нескольких часов до нескольких суток и зависит от причины основного заболевания. При своевременно начатой профилактике, адекватном лечении возникшие нарушения функции почек обратимы. Ранние проявления острой почечной недостаточности нередко характеризуется минимальной и непродолжительной симптоматикой, или почечной коликой в случае острого постренального почечного повреждения, эпизодом острой сердечной недостаточности, циркуляторным коллапсом в случае преренального острого почечного повреждения. Помимо того, ранние проявления острого почечного повреждения могут скрываться под экстраренальной симптоматикой – проявлениями острого гастроэнтерита при отравлении солями тяжелых металлов, локальными и инфекционными проявлениями при политравме, системными проявлениями при остром лекарственном интерстициальном нефрите. Нередко ранние проявления могут характеризоваться общей слабостью, отказом от приема пищи, тошнотой, сонливостью, которые не являются специфичными для острого почечного повреждения.

Олигурическая фаза продолжается от нескольких дней, до 2–3-х недель и характеризуется суточным диурезом менее 500 мл/сут.. Эта фаза развивается у преобладающего большинства больных с острой почечной недостаточностью. При диурезе менее 50 мл/сут. говорят об анурической острой почечной недостаточности. На фоне олигурии развиваются гипергидратационные нарушения: периферические и полостные отеки (внеклеточная гипергидратация), отек легких, острая левожелудочковая недостаточность, отек мозга (внутриклеточная гипергидратация). Для этой фазы характерны анорексия, тошнота, рвота, парез кишечника, психоэмоциональное возбуждение, дыхание Куссмауля, судороги кома. К жизнеугрожающим осложнениям относятся желудочно-кишечные кровотечения при возникновении язв, эрозий слизистой желудка и кишечника. Прогрессирует анемия, гиперкалиемия, метаболический ацидоз. Скорость нарастания азотемии характеризует степень тяжести острого почечного повреждения. Угнетение иммунной системы, развивающееся при остром почечном повреждении, характеризуется возникновением острой пневмонии, стоматита, паротита, инфекции мочевыводящих путей. Инфекционные осложнения наиболее часто обусловлены активизацией условно-патогенной грамположительной и грамотрицательной бактериальной и грибковой микрофлоры (вплоть до кандидасепсиса). При поражении легких может возникнуть абсцедирующая пневмония, уремический отек легких, который характеризуется респираторным дистресс-синдромом и свойственной для этого состояния острой дыхательной недостаточностью.

У 20–30 % пациентов с острым почечным поражением суточный диурез сохраняется в пределах 500–2000 мл/сут., что свидетельствует о сохраненной остаточной фильтрационной функции почек (неолигоанурическая острая почечная недостаточность).

В наибольшей степени опасными осложнениями олигурической фазы острого почечного повреждения считаются нарушения электролитного баланса (гиперкалиемия), гипергидратация и отек легких, уремические кровотечения из пораженной слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта.

Полиурическая (восстановления) фаза развивается через 7–21 день, она характеризуется ежедневным нарастанием скорости клубочковой фильтрации. Полиурическая фаза может быть обусловлена повышенной концентрацией в сыворотке крови азотистых веществ и возникновением осмотического диуреза, неэффективностью действия антидиуретического гормона. При исследовании мочи определяются снижение ее плотности, эритроцитурия, невыраженная протеинурия. Наибольшую опасность полиурической фазы представляют нарушения баланса электролитов плазмы крови (гипокалиемия, гипохлоремия), дегидратация.

Острое почечное повреждение может иметь рецидивирующее течение при хронических обструктивных заболеваниях почек (нефролитиаз, подагра, хронический некротический папиллит).

К необратимому варианту течения острого почечного повреждения могут привести заболевания, сопровождающиеся тотальным кортикальным или папиллярным некрозом (гипотензия, злокачественная артериальная гипертензия, токсические воздействия).

Технические характеристики ОПН

Таблица 1 – Технические характеристики ограничителей типа ОПН 6 – 10кВ (ОПН-КР/TEL–X/X УХЛ1(2)10/11.5)

Характеристики ОПН представленные на рисунках 5 и 6 получены для ограничителей производителя TEL. Характеристика «напряжение-время» ограничителей 6 — 10кВ типа ОПН–КР при образовании квазистационарных перенапряжений показана на рисунке – 5.

Рисунок 5 – Характеристика «напряжение–время»: 1 – с предварительным нагружением 3.6 кДж/кВ Uнд; 2 — без предварительного нагружения энергией.

Таблица 2 – Технические характеристики ограничителей типа ОПН 35 – 110 – 220 кВ (ОПН/TEL–X/X–550 УХЛ1)

Характеристика «напряжение–время» ограничителей 35 – 220кВ типа ОПН–35,110,220 при образовании квазистационарных перенапряжений показана на рисунке – 6 .

Рисунок 6 – Характеристика «напряжение–время»: 1 — с предварительным рассеиванием энергии 5.5 кДж/кВ Uнд; 2 — без предварительного рассеивания энергии

ПРОФИЛАКТИКА

• Своевременная коррекция гиповолемии — профилактика преренальной ОПН. При применении нефротоксических препаратов следует адаптировать дозу к СКФ в каждой конкретной ситуации, в сомнительных случаях — избегать их назначения

Диуретики, НПВП, ингибиторы АПФ следует применять с большой осторожностью при гиповолемии, а также при заболеваниях с поражением почечных сосудов

• При операциях на сердце и крупных сосудах в первые часы развития рабдомиолиза и при введении рентгеноконтрастных препаратов профилактическое действие в отношении ОПН может оказать маннитол в дозе 0,5-1 г/кг внутривенно. Убедительных данных о целесообразности маннитола при развившейся ОПН нет.

• Для профилактики ОПН, индуцированной острой уратной нефропатией (на фоне химиотерапии опухолей или при гемобластозах), хороший эффект оказывают ощелачивание мочи и аллопуринол. Ощелачивание мочи полезно также при угрозе развития рабдомиолиза. Ацетилцистеин тормозит развитие ОПН при приёме парацетамола. Комплексообразующие агенты (например, димеркапрол) связывают тяжёлые металлы. Этанол применяют как антидот при отравлениях этиленгликолем (ингибирует его превращение в щавелевую кислоту) и метанолом (снижает превращение метанола в формальдегид).

• В профилактике желудочно-кишечных кровотечений на фоне ОПН антациды зарекомендовали себя лучше, чем блокаторы Н₂-рецепторов гистамина.

ТЕЧЕНИЕ И ПРОГНОЗ

Смерть при ОПН наиболее часто наступает от уремической комы, нарушений гемодинамики и сепсиса. Летальность у больных с олигурией составляет 50%, без олигурии — 26%. Прогноз обусловлен как тяжестью основного заболевания, так и клинической ситуацией. Например, при остром канальцевом некрозе, обусловленном хирургическим вмешательством или травмой, летальность составляет 60%, при развитии в рамках лекарственной болезни — 30%. При неосложнённом течении ОПН вероятность полного восстановления функции почек в течение последующих 6 нед у больных, переживших один эпизод ОПН, составляет 90%.