Один из путей повышения отключающей способности аппаратов заключается в шунтировании дугогасительных камер низкоомными резисторами с положительным температурным коэффициентом сопротивления [18]. Уменьшение начального сопротивления облегчает сброс тока с дугогасительных контактов в шунтирующую цепь и тем самым повышает отключающую способность. Если же в, качестве начального шунтирующего сопротивления с положительным температурным коэффициентом принять сопротивление шунта генераторного выключателя, это при прочих равных условиях будет эквивалентно повышению коммутационного ресурса.
Эффективным материалом для ограничителя является вольфрам, удельное сопротивление которого при изменении температуры от 20 до 3000 °С изменяется приблизительно в 20 раз. Расчетные параметры ограничителей тока (начальное сопротивление R и площадь поперечного сечения q) на напряжение 20 кВ и токи отключения 63, 90, 160 и 230 кА, обеспечивающие ограничение тока до 31,5 кА, имеют следующие значения:
Конструктивно ограничитель выполняется следующим образом. На керамическую трубу, размеры которой выбираются исходя из значений тока к. з., методом плазменной технологии наносится слой вольфрама до получения необходимого сопротивления. В месте токоподводов на вольфрам наносится слой из нихрома. К ним крепятся медные шины для подключения к электрической схеме аппарата.
Рис. 5-10. Принципиальная схема выключателя с токоограничением силовыми полупроводниковыми приборами и резистором
Ресурс ограничителей из вольфрама определяется его адгезионными свойствами с подложкой (керамикой), а также степенью окисления при термическом воздействии. Адгезионные свойства вольфрама с керамикой — наилучшие по сравнению с известными металлами. Поэтому основная проблема обеспечения ресурса работы ограничителей заключается в защите вольфрама от окисления. Для этого на поверхность вольфрама наносится защитный слой из окиси алюминия А12О3. Пористость защитного покрытия и определяет степень окисления вольфрама, который начинает окисляться при температуре более 600 °С. Существующие керамики допускают температуру нагрева до 2000°С (окись алюминия — 2300°С), поэтому температура ограничителей тока во время работы не должна превышать 1500—1800°С.
Исследования на моделях ограничителей показали возможность ограничения тока в 10—15 раз при нагреве до 1000— 1500°С, что вполне достаточно для глубокого ограничения при отключении токов к. з. Тепловые испытания показали хорошую адгезию вольфрама с подложкой.
Для эффективной работы выключателя в циклах необходимо, чтобы ограничитель охлаждался за время не более 30 с. Уменьшение массы ограничителя из вольфрама в несколько раз по сравнению с массой ограничителя из нихрома позволяет существенно уменьшить его постоянную времени. Так, например, после отключения тока 160 кА охлаждение ограничителя из вольфрама от температуры 1300—1500°С до температуры окружающей среды происходит за 20—25 с. Это свидетельствует о возможности применения термоограничителей при отключении токов к. з.
Другим средством повышения отключающей способности генераторных выключателей являются токоограничивающие резисторы, вводимые в цепь дугогасительного контура при помощи силовых полупроводниковых приборов. Принципиальная электрическая схема одного из технических решений показана на рис. 5-10. генераторный выключатель содержит главные контакты 7, дугогасительные контакты 2, контакты разъединителя 3 и токоограничивающий узел 4, который состоит из нескольких параллельных ветвей. Каждая из параллельных ветвей содержит токоограничивающий резистор, зашунтированный одним или несколькими силовыми полупроводниковыми приборами, последовательно соединенными между собой. Токоограничение достигается за счет синхронизированного размыкания главных 1 и дугогасительных контактов 2. Выключатель работает следующим образом. Контакты 1 размыкаются в интервале времени от t1 до t2 (рис. 5-11) в полупериод тока, соответствующий проводящему состоянию силовых полупроводниковых приборов. При этом ток из цепи контактов 1 переходит в цепь диод (iд) — контакт 2. Токоограничивающие резисторы при этом шунтируются параллельно включенными диодами узла 4. В следующий полупериод СПП запираются и ток ir переходит в токоограничивающий резистор узла 4 и контакт 2. В начале этого полупериода контакты 2 размыкаются, а к концу полупериода дуга гаснет, после чего размыкаются контакты 3.
Рис. 5-11. Диаграмма процесса отключения с токоограничением силовыми полупроводниковыми приборами и резистором
Для повышения отключающей способности генераторных выключателей со 170 до 198 кА токоограничивающий узел должен содержать 13 параллельных цепей. Каждая цепь состоит из двух последовательно включенных диодов Д253-1600, параллельно которым включен токоограничивающий резистор.
При использовании силовых полупроводниковых диодов в цепи, шунтирующей резисторы, не требуется системы управления полупроводниковыми приборами, что обеспечивает повышение надежности и более простые конструктивные решения узла.
