Генераторные выключатели и комплексы - Шунтирующие резисторы

4-2. ШУНТИРУЮЩИЕ РЕЗИСТОРЫ
Уменьшение скорости нарастания переходного восстанавливающегося напряжения (ПВН) на расходящихся контактах выключателя в процессе их размыкания может быть достигнуто путем подключения параллельно выключателю шунтирующего резистора (ШР) с сопротивлением от долей ома до нескольких сотен ом. Резисторы могут быть одноступенчатыми или двухступенчатыми.
Сопротивление этих ШР, приходящееся на один разрыв, может быть от десятков ом до нескольких тысяч ом. И наконец, ШР используются для равномерного распределения напряжения между отдельными разрывами многоэлементного дугогасительного устройства. Сопротивление этих ШР лежит в пределах от нескольких десятков ом до сотен тысяч ом на один разрыв. В шунтирующих резисторах применяются линейные (металлические) или нелинейные токоведущие элементы.

Рис. 4-12. Схемы подключения ШР

Различные схемы подключения ШР к контактам ДУ приведены на рис. 4-12. Как видно из этого рисунка, подключение ШР к контактам ДУ может быть постоянным (схемы 1—5) или через дугу (схемы 5—8) после ее возникновения. Рассмотрим работу этих схем. Контакты 1 и 2 являются главными. Они рассчитаны на номинальный ток и на отключение тока к. з. ШР с сопротивлением rш всегда подключен к этим контактам. При замкнутых контактах 1 и 2 через ШР проходит небольшая часть общего тока. Контакты 3, 4 и 5, 6 (схемы 2—4) являются вспомогательными и обеспечивают отключение тока, проходящего через ШР. Их рассчитывают либо на номинальный ток и на термическую и динамическую стойкость, такую же, что и у главных контактов 1, 2 (схема 2), либо на существенно меньшую стойкость (схема 3).

Отделитель

Отделитель  (Од)  служит либо только для создания необходимого изоляционного промежутка при отключенном положении выключателя (схемы 2, 3, 4 и 7), либо, кроме того, еще и для отключения тока, проходящего через ШР (схемы 1, 5, 6 и 8). В схемах 2—4 отделителя может и не быть при условии, что изоляционный промежуток в отключенном положении создается контактами 3 и 4. Главные контакты 1 и 2 при наличии отделителя или соответствующих вспомогательных контактов могут после их размыкания либо замыкаться пружинами, либо оставаться разомкнутыми (схемы 1—4).
Во всех схемах главные контакты размыкаются ранее вспомогательных или контактов отделителя, а включаются позже (если, конечно, контакты 1 и 2 оставались разомкнутыми).
Размыкание вспомогательных контактов, разрывающих цепь ШР, должно происходить с запаздыванием по отношению к главным контактам 1, 2 на время, несколько большее максимальной длительности горения дуги на этих контактах. Длительность тока через ШР с учетом времени гашения дуги на вспомогательных контактах в большинстве случаев составляет 0,03—0,08 с. Оно существенно влияет на конструкцию ШР.
Включение выключателя осуществляется сначала отделителем (если при отключенном положении они были разомкнуты) либо только отделителем (если при отключенном положении выключателя контакты 1, 2, и 3, 4 были замкнуты).
В схеме 4 главные контакты 1,2 и вспомогательные 3, 4 размыкаются одновременно. Дуги, образовавшиеся на контактах 1, 2 и 3, 4, шунтированы соответственно резисторами r'ш и rш гаснут при первом прохождении тока через нуль. Ток, проходящий через резисторы гш и г'ш, прерывается контактами 5, 6. Изоляционный промежуток создается отделителем. Во многих случаях отключения небольших токов к. з. или токов к. з. при небольшой скорости восстановления напряжения (СВН) гашение дуги происходит на контактах 3, 4 при первом прохождении тока через нуль, и резистор г'ш вообще не обтекается током.
На основе этой схемы могут быть созданы выключатели для работы в особо тяжелых условиях по СВН. Особенностью таких выключателей является практически полная независимость скорости переходного восстанавливающегося напряжения (ПВН) на контактах выключателя при отключении тока к. з. от параметров внешней цепи.
Рассмотрим, как влияют параметры внешней цепи R, L и С и сопротивление резистора гш на процессы восстановления напряжения. Емкость С заряжается через индуктивность L и сопротивление R. Чем больше емкость С, тем меньше в данный момент напряжение на дуговом промежутке, т. е. чем больше С, тем меньше СВН. Сопротивление резистора rш и остаточное сопротивление ствола дуги rд частично разряжают емкость С на себя и тем самым снижают СВН. Это снижение СВН увеличивается с уменьшением rш (или rд). Индуктивность L, с одной стороны, замедляет заряд емкости и снижает СВН, а с другой— ее увеличение приводит к росту фазового сдвига φ между током и напряжением и, следовательно, к повышению восстанавливающегося напряжения.
Как указывалось выше, значение rш существенно влияет как на характер и максимальное значение ПВН, так и на скорость его нарастания на главных контактах. Кроме того, влияет на условия восстановления дуги на вспомогательных контактах. При уменьшении rш облегчается процесс гашения дуги на главных контактах, но для вспомогательных контактов он существенно затрудняется, так как увеличивается проходящий через них ток. При увеличении rш уменьшается сопровождающий ток и СВН на вспомогательных контактах, в то время как на главных контактах СВН увеличивается. Поэтому rш выбирается в значительной степени произвольно, но с таким расчетом, чтобы процесс изменения ПВН оказался апериодическим. Для иллюстрации влияния ШР на характер восстановления напряжения на рис. 4-13 построены кривые кратности восстанавливающегося напряжения uв по отношению к действующему значению наибольшего рабочего фазного напряжения для одного из конкретных случаев при к. з. со стороны обмотки 110 кВ трансформатора при I= 9,2 кА, С=5,4310-9 Ф, L = 0,031 Гн и r1= =854 Ом и значениях rш от бесконечности до 500 Ом. При rш= = 1000 Ом колебательный процесс переходит в апериодический.

Рис. 4-13. Кратность восстанавливающегося напряжения при к. з. за трансформатором в зависимости от шунтирующего сопротивления гш и времени t
Конструкции шунтирующих резисторов по роду установки разделяются на три группы: наружной установки, внутренней установки и для работы в средах с высокой электрической прочностью (масло, сжатый воздух, элегаз и т. п.).
По материалу токоведущего элемента резистора ШР разделяются на две группы: линейные (с металлическими токоведущими элементами из проволоки или ленты) и объемные (линейные и нелинейные), выполненные из специальной керамики или бэтела.
В табл. 4-4—4-6 приведены характеристики отечественных металлических и изоляционных материалов, применяемых для ШР. Предельные рабочие температуры, приведенные в в табл. 4-6, даны для проволоки диаметром 1 мм. При меньших диаметрах проволоки предельные рабочие температуры уменьшаются примерно на 7—10%. а при больших — соответственно увеличиваются. Температурный коэффициент линейного расширения (К-1) в интервале температур от 20 до 1000 °С составляет 16-10—6 для сплава Х15Ю5, 15-10—8 для сплавов Х23Ю5, Х23Ю5Т и Х27Ю5Т, 17· 10-6 для сплавов Х15Н60 и Х15Н60-Н, 18-10—6 для сплава Х20Н80-Н и 21-10-6 для сплава ХН20Ю.

Изоляционные материалы, применяемые для шунтирующих резисторов
Таблица 4-4

* При 20 °С. С повышением температуры электрическая прочность уменьшается.

Сплавы, применяемые для шунтирующих резисторов
Таблица 4-5

Таблица 4-6
Поправочный коэффициент r0/r20 для расчета изменения электрического сопротивления в зависимости от температуры

Таблица 4-5
Сплавы, применяемые для шунтирующих резисторов

Таблица 4-6
Поправочный коэффициент r0/r20 для расчета изменения электрического сопротивления в зависимости от температуры

Рис. 4-14. Конструктивные элементы шунтирующих резисторов
Средний температурный коэффициент теплоемкости нихрома равен 4· 10-4 К-1·