6-8. КОНСТРУКЦИЯ ШУНТИРУЮЩИХ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
Шунтирующие сопротивления используются практически во всех современных воздушных выключателях, однако число используемых конструкций сопротивлений весьма ограниченно. По роду установки шунтирующие сопротивления классифицируются на три группы: наружной установки, внутренней установки и для работы в средах с высокой электрической прочностью (например, в сжатом воздухе, SF6, масле и т. п.).
По конструктивному исполнению сопротивления можно разделить на две группы: сопротивления с металлическими токоведущими элементами (круглыми или плоскими) и объемные сопротивления, о которых уже упоминалось (линейные или нелинейные), выполненные из специальной керамики. В табл. 6-2 и 6-3 приведены необходимые для расчетов характеристики отечественных металлических и изоляционных материалов, применяемых в конструкциях сопротивлений.
Как указывалось выше, наиболее перспективными являются конструкции безындуктивных объемных шунтирующих сопротивлений. В мировой практике наибольшее распространение получили керамические объемные сопротивления фирмы «Морганайт» (рис. 6-18), выпуск аналогичных элементов сопротивлений освоен также отечественной промышленностью. Для современных линейных объемных сопротивлений достигнута теплоемкость в единице объема при адиабатном нагреве до 300 Дж/см3, удельное объемное сопротивление может меняться в широких пределах, от 100 до 3000 Ом-см, что позволяет получать элементы с различным сопротивлением. В СССР применяются в качестве объемных сопротивлений также сопротивления из бетэла (см. рис. 6-26) с объемной теплоемкостью около 100 Дж/см3. На базе объемных керамических сопротивлений выпускаются также нелинейные сопротивления, меняющие свое значение в зависимости от приложенного к ним напряжения. Такие сопротивления, как отмечалось выше, весьма эффективны для снижения коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов.
Если обозначить через i\ и i2 токи, протекающие через нелинейное сопротивление соответственно при напряжениях щ и U2, то справедливо соотношение
где /Пц — показатель нелинейности.
Таблица6-2
Металлы, применяемые для шунтирующих сопротивлений
Таблица 6-3
Изоляционные материалы, применяемые для шунтирующих сопротивлений
Минимальное значение тъ для нелинейных сопротивлений обычно составляет 2,8—4. Значение показателя тп практически не зависит от температуры сопротивления.
Для иллюстрации эффективности применения нелинейных сопротивлений при отключении малых индуктивных токов на. рис. 6-8 приведена зависимость кратности перенапряжений от
Рис. 6-19. Шунтирующее сопротивление наружной установки со спиральным
токоведущим элементом
1 — влагопоглотитель; 2 — керамические плитки; 3 — спираль; 4 — изолятор; 5 —гибкая связь; 6— пружина; 7 — контактный зажим
отношения срезанного тока к его амплитуде при нелинейном сопротивлении с характеристическим уравнением
где
Рассмотрим более подробно конструкции сопротивлений различных типов.
Сопротивления с металлическими токоведущими элементами. На рис. 6-19 приведена конструкция сопротивления 150 Ом наружной установки со спиральным токоведущим элементом, применяемого в отечественных воздушных выключателях с газонаполненным отделителем. Спираль 3, выполненная из хромелевой проволоки 0Х23105 диаметром 1,8 мм, заложена в керамические плитки 2 таким образом, что токи в смежных плитках направлены противоположно. Сопротивления применяются в выключателях с токами отключения до 25 кА из-за относительно большой индуктивности (до 2 мГн).
На рис. 6-20 тоже приведена конструкция шунтирующего сопротивления со спиральным токоведущим элементом для работы в сжатом воздухе, применяющаяся в отечественных воздушных выключателях с металлической гасительной камерой на высоком напряжении. Спираль 5, выполненная из нихромовой проволоки Х15Н60 диаметром 1,8 мм и предварительно изолированная шестью слоями стеклоленты, намотана на эпоксидный цилиндр 6, после чего катушка залита эпоксидным компаундом с кварцевым песком в качестве наполнителя.
Рис. 6-20. Шунтирующее сопротивление внутренней установки со спиральным
токоведущим элементом
При заливке пропитываются только 2—3 слоя стеклоленты, остальные играют роль теплового и механического буфера при прохождении тока. Эпоксидный компаунд играет также роль барьерной изоляции, поскольку все сопротивление в отключенном положении находится под высоким напряжением по отношению к корпусу камеры. Спираль может наноситься на цилиндр как в виде одной ветви с промежутком между выводами, так и в виде двух параллельных ветвей. Сопротивление имеет две разновидности 100 и 50 Ом с индуктивностью соответственно 0,2 и 0,1 мГн.
Сопротивление при помощи приливов из того же компаунда крепится ко вводу дугогасительной камеры. Неподвижный вспомогательный контакт устанавливается непосредственно на сот противление и крепится к контактным втулкам /, а соединение с другим выводом осуществляется при помощи съемной перемычки 4, крепящейся к армированной втулке 3 винтом 2.
На рис. 6-21 показано сопротивление с ленточным токоведущим элементом для генераторных выключателей внутренней установки. Нихромовая лента согнута зигзагообразно, между отдельными зигзагами проложены миканитовые прокладки (на рисунке справа). Весь пакет заключен в текстолитовую коробку с отверстиями для охлаждения и зажат между двумя латунными скобами, являющимися выводами.
Рис. 6-21. Шунтирующее сопротивление внутренней установки с ленточным
токоведущим элементом
На рис. 6-22 приведена конструкция шутирующего сопротивления наружной установки с ленточным токоведущим элементом. Согнутая, как и в предыдущей конструкции, зигзагообразно лента из нихрома Х20Н80Т со слюдопластовыми прокладками заложена в металлические коробочки, изолированные друг от друга миканитовыми прокладками и собранные в пакет, который в свою очередь помещен в фарфоровую герметизированную покрышку. Пакет сжат пружиной. Подобные сопротивления в 70 Ом используются для выключателей с газонаполненным отделителем для токов отключения вплоть до 31,5 кА. Сопротивления имеют пониженную индуктивность.
На рис. 6-23 изображено также сопротивление наружной установки с зигзагообразным ленточным токоведущим элементом, применяющееся в отечественных выключателях для особо тяжелых условий по скорости восстановления напряжения. Две параллельные ленты 3 из нихрома ОХ23Ю5 с проложенными между сгибами миканитовыми прокладками круглой формы 4 и концевыми латунными контактами сжаты между основанием 1 и крышкой 5 посредством регулировочных болтов 7 в фарфоровой герметизированной покрышке 2, в которую для поглощения выделяющейся из миканита при нагреве остаточной влаги вложен пакет с силикагелем 6. Поскольку сам пакет обладает пружинящими свойствами, никаких дополнительных сжимающих приспособлений в этом сопротивлении не требуется. Ввиду большого, практически приближающегося к единице коэффициента заполнения фарфоровой покрышки сопротивление обладает очень высокой теплоемкостью.
Сопротивление выполняется в 4 и 5 Ом, его индуктивность около 0,001 мПг.
Сопротивления с объемными токоведущими элементами.
Рис. 6-22. Шунтирующее сопротивление наружной установки с ленточным токоведущим элементом
Как видно из рис. 6-18, элементы объемных сопротивлений, как правило, выполняются в виде дисков, иногда с центральным отверстием, или цилиндров.
Рис. 6-23. Шунтирующее сопротивление наружной установки с зигзагообразным ленточным токоведущим элементом
По специальной технологии наносится слой металлизации для создания надежного контакта с соседними элементами или контактной арматурой; необходимое контактное нажатие составляет примерно 2,1 кг/см2; боковая поверхность элементов.
обычно покрывается слоем жаропрочной изоляционной эмали или глазуруется.
Вспомогательная камера воздушного выключателя фирмы «Делль» с дисковыми керамическими сопротивлениями. Сопротивление находится постоянно в сжатом воздухе. К выходному концу сопротивления непосредственно прикреплен неподвижный вспомогательный контакт. Соединение дисков между собой может осуществляться без специальной арматуры, методом спекания, либо при помощи специальной соединительной арматуры, припайной к торцевой поверхности.
Рис. 6-25. Шунтирующее сопротивление внутренней установки с керамическими цилиндрическими элементами
На рис. 6-25 показан блок ; керамических шунтирующих сопротивлений, применяемых в воздушных выключателях с металлической камерой фирмы «Рейролл». Цилиндрические элементы сопротивлений, расположенные по окружности, соединены между собой последовательно специальной экранной и контактной арматурой, с одной стороны создающей достаточную жесткость всей конструкции, а с другой — обеспечивающей достаточную электрическую прочность блока по отношению к стенкам камеры. Блок закреплен в камерах непосредственно на вводах.
Рис. 6-26. Шунтирующее сопротивление наружной установки с бетэловым элементом
На рис. 6-26 показано шунтирующее сопротивление наружной установки с бетэловым элементом, применяющееся для отечественных выключателей с газонаполненным отделителем. Бетэловый элемент (БЭ) представляет собой цилиндр диаметром 0,25 м и высотой 1 м, армированный по торцам стальными фланцами, приклеиваемыми специальным составом. Сопротивление элемента может быть от 10 до 1000 Ом с адиабатным поглощением энергии до 5 МДж, индуктивность его составляет 0,2—0,5 мГн. Бетэловый элемент помещен в герметизированную фарфоровую покрышку, закрытую по торцам фланцами.
На рис. 6-27 приведено нелинейное шунтирующее сопротивление, применяющееся на воздушном выключателе внутренней установки напряжением 35 кВ, предназначенном для отключения электротермических установок. Двадцать последовательно соединенных керамических дисков 1 помещены для защиты от механических повреждений в изоляционный цилиндр 2. Цилиндр с обеих сторон закрыт фланцами 5, с помощью которых производится крепление сопротивления к камере.
Рис. 6-27. Нелинейное шунтирующее сопротивление с керамическими дисковыми элементами
Электрическая цепь керамических дисков с фланцами 3 создается пружиной 4 и шайбой 6. Пространство между изоляционным цилиндром и дисками залито эластичным компаундом 5. Сопротивление предназначено для снижения перенапряжений при отключении ненагруженных трансформаторов.
