145880 (Высоковольтные шунтирующие сопротивления)

-15-

СОДЕРЖАНИЕ

I. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ШС ............ стр.2

II. КОНСТРУКЦИЯ ШС ВВ ............................... стр.3

III. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ШС ............................. стр.8

IV. ПРИМЕНЕНИЕ ШС ................................... стр.13

V. ВЛИЯНИЕ ШС НА ВН НА КОНТАКТАХ .................... стр.14

ЛИТЕРАТУРА .......................................... стр.15

I. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ШУНТИРУЮЩИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Большинство современных воздушных выключателей (ВВ) снабжено шунтирующими сопротивлениями (ШС), т.е. сопротивлениями, подключаемыми параллельно контактам выключателей. От ШС в значительной мере зависит эффективность работы выключателей.

По назначению ШС могут быть разделены на три основные группы:

• сопротивления, предназначенные для влияния на параметры переходного восстанавливающегося напряжения на контактах выключателя при отключении коротких замыканий;

• сопротивления, предназначенные для снижения коммутационных перенапряжений;

• сопротивления, предназначенные для распределения напряжения между разрывами.

Наибольшее распространение получили сопротивления первой группы. Ими снабжаются генераторные выключатели для нейтрализации высоких частот (скоростей) восстанавливающегося напряжения и увеличения тока отключения и сетевые выключатели для этих же целей, а также выключатели для успешного отключения неудалённых коротких замыканий (ВВ 110-330 кВ). Влияние этих сопротивлений в зависимости от их значения на процесс отключения может иметь место как до перехода тока через нуль, так и в процессе восстановления напряжения после перехода тока через нуль. Сопротивление, приходящееся на один разрыв выключателя, может изменяться от десятых долей Ома на мощных генераторных выключателях до сотен Ом на сетевых выключателях.

Поскольку проблема отключения тока через эти сопротивления становится иногда весьма сложной, в ряде случаев применяется двухступенчатое шунтирование. Как правило, в качестве сопротивлений первой группы используются линейные металлические или керамические сопротивления.

Не менее важное значение, особенно для выключателей сверхвысокого напряжения, имеют сопротивления второй группы. Их основное назначение – - ограничивать перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов, реакторов, синхронных компенсаторов, а также при коммутации ненагруженных линий. В отличие от сопротивлений первой группы, вводимых в действие только при отключении, сопротивления второй группы в ряде случаев вводятся при включении (предвключаемые сопротивления). Значения сопротивлений второй группы колеблются от десятков Ом до нескольких тысяч Ом на разрыв. Применяются как линейные, так и нелинейные сопротивления.

Сопротивления третьей группы получили в современных ВВ ограниченное применение ввиду интенсивного развития служащих для той же цели делительных конденсаторов. Эти сопротивления составляют обычно несколько сотен тысяч Ом на разрыв. В главе II рассмотрим особенности конструкций сопротивлений, а затем (глава III, IV) основные схемы их подключения и некоторые специфические вопросы, связанные с влиянием ШС на процесс коммутаций выключателя.

II. КОНСТРУКЦИЯ ШУНТИРУЮЩИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

ВОЗДУШНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

2.1. Общие сведения

Шунтируюшие сопротивления используются практически во всех современных воздушных выключателях, однако число используемых конструкций сопротивлений весьма ограничено. 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 объёмные сопротивления (линейные или нелинейные), выполненные из специальной керамики. В таблице 1 и в таблице 2 приведены необходимые для расчётов характеристики отечественных металлических и изоляционных материалов, применяемых в конструкциях сопротивлений.

Наиболее перспективными являются конструкции безындуктивных объёмных шунтирующих сопротивлений. В мировой практике наибольшее распространение получили керамические объёмные сопротивления фирмы «Морганайт», выпуск аналогичных элементов сопротивлений освоен также российской промышленностью. Для современных линейных объёмных сопротивлений достигнута теплоёмкость в единице объёма при адиабатном нагреве до 300 Дж/см³, удельное объёмное сопротивление может меняться в широких пределах, от 100 до 3000 Ом^.см, что позволяет получать элементы с различным сопротивлением. В России применяются в качестве объёмных сопротивлений также сопротивления из бетэла с объёмной теплоёмкостью около 100 Дж/см³. На базе объёмных керамических сопротивлений выпускаются также нелинейные сопротивления, меняющие своё 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 i₁ и i₂ токи, протекающие через нелинейное сопротивление соответственно при напряжениях u₁ и u₂, то справедливо соотношение

i₁/i₂ = (u₁/u₂)^m_н

Минимальное значение m_н для нелинейных сопротивлений обычно составляет 2, 8-4. Значение показателя m_н для практически не зависят от температуры сопротивления.

Для иллюстрации эффективности применения нелинейных сопротивлений при отключении малых индуктивных токов на рис. приведена зависимость кратности перенапряжений от отношения срезанного тока к его амплитуде при нелинейном сопротивлении с характеристическим уравнением

i_r = 0,0025^.I^.(u_в/E)⁵, где I = E/(^.L).

Рассмотрим более подробно конструкции сопротивлений различных типов.

2.2. Сопротивления с металлическими токоведущими элементами

На рис.1 приведена конструкция ШС наружной установки с ленточным токоведущим элементом. Согнутая 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 помещён 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.3 изображено ШС наружной установки, которое применяющееся в отечественных ВВ для особо тяжёлых 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, дополнительных сжимающих приспособлений в этом сопротивлении не требуется. Ввиду большого коэффициента заполнения фарфоровой покрышки сопротивление обладает очень высокой теплоёмкостью. Сопротивление выполняется в 4 и 5 Ом, его индуктивность 0,001 мГн.

На рис.4 приведена конструкция сопротивления 150 Ом наружной установки со спиральным токоведущим элементом, применяемого в отечественных ВВ с газонаполненным отделителем. Спираль 3, выполненная из хромелевой проволоки ОХ23Ю5 диаметром 1,8 мм, заложена в керамические плитки 2 таким образом, что токи в смежных плитках направлены противоположно. ШС применяются в выключателях с токами отключения до 25 кА из-за относительно большой индуктивности.

На рис.5 показано сопротивление с ленточным токоведущим элементом для генераторных выключателей внутренней установки. Нихромовая лента согнута зигзагообразно, между отдельными зигзагами проложены миканитовые прокладки Весь пакет заключён в текстолитовую коробку с отверстиями для охлаждения и зажат между двумя латунными скобами, являющимися выводами.

На рис.6 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. 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 всё 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 сопротивление и крепится к контактным втулкам 1, а соединение с другим выводом осуществляется при помощи съёмной перемычки 4, крепящейся к армированной втулке 3 винтом 2.

2.3. Сопротивления с объёмными токоведущими элементами

Элементы объёмных сопротивлений, как правило, выполняются в виде дисков, иногда с центральным отверстием, или цилиндров. На торцевые поверхности элементов по специальной технологии наносится слой металлизации для создания надёжного 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.

Блок керамических ШС, применяемых в ВВ с металлической камерой фирмы «Рейролл» состоит из цилиндрических элементов сопротивлений, расположенных по окружности и соединенных между собой последовательно специальной экранной и контактной арматурой, с одной стороны создающей достаточную жёсткость всей конструкции, а с другой – обеспечивающей достаточную электрическую прочность блока по отношению к стенкам камеры. Блок крепится в камерах непосредственно на вводах.

На рис.2 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 помещён в герметизированную фарфоровую покрышку, закрытую по торцам фланцами.

На рис.7 приведено нелинейное ШС, применяющееся на ВВ внутренней установки напряжением 35 кВ, предназначенном для отключения электротермических установок. Двадцать последовательно соединённых керамических дисков 1 помещены для защиты от механических повреждений в изоляционный цилиндр 2. Цилиндр с обеих сторон закрыт фланцами 3, с помощью которых производится крепление сопротивления к камере. Электрическая цепь керамических дисков с фланцами 3 создаётся пружиной 4 и шайбой 6. Пространство между изоляционным цилиндром и дисками залито эластичным компаундом 5. Сопротивление предназначено для снижения перенапряжений при отключении ненагруженных трансформаторов.