ТОКООГРАНИЧИТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК H02H3/08 H02H9/02 

Область техники

Изобретение относится к электроэнергетике и, в частности, к ограничителям токов короткого замыкания, выполненным на основе управляемого реактора.

Уровень техники

Известен токоограничитель, содержащий основную обмотку, предназначенную для включения в защищаемую цепь, и коммутируемую переключателем управляющую обмотку, каждая из которых выполнена из последовательно соединенных полуобмоток [1]. Переключатель выполнен в виде криотрона, подключенного через преобразователь к датчику тока защищаемой цепи.

Недостаток устройства [1] - низкое быстродействие, обусловленное задержками на срабатывание криотрона, и переход основной обмотки из сверхпроводящего состояния в резистивное.

Известен токоограничитель, выбранный в качестве прототипа, который содержит замкнутый магнитопровод, основную обмотку, предназначенную для включения в защищаемую цепь, и подмагничивающую обмотку, подключенную к источнику постоянного тока [2].

Недостатки устройства [2] - низкое быстродействие, обусловленное относительно большой собственной индуктивностью подмагничивающей обмотки, а также высокое напряжение, наводимое в подмагничивающей обмотке при коротком замыкании в защищаемой линии. Величина этого напряжения приблизительно пропорциональна отношению числа витков подмагничивающей и основной обмоток. Необходимость ограничения наводимого напряжения заставляет уменьшать число витков подмагничивающей обмотки, и соответственно увеличивать ток подмагничивания, что приводит к увеличению габаритов и стоимости устройства.

Задача изобретения - повысить быстродействие токоограничителя и устранить высоковольтные наводки в подмагничивающей обмотке, возникающие при коротком замыкании в защищаемой линии.

Раскрытие изобретения

Предметом изобретения является токоограничитель, содержащий, по меньшей мере, один замкнутый магнитопровод, на котором размещены основная обмотка, предназначенная для включения в фазу защищаемой электрической цепи, и подмагничивающая обмотка, шунтированная токогасящим резистором и подключенная к источнику постоянного тока через коммутатор, управляемый током защищаемой цепи, при этом магнитопровод размещен внутри подмагничивающей обмотки, выполненной из секций, охватывающих его противоположные ярма с внешней стороны.

Это позволяет решить задачу изобретения.

Основная обмотка может быть выполнена секционированной. При этом ее секции размещаются на разных стержнях магнитопровода.

Это позволяет полнее использовать объем магнитопровода, повысить коэффициент относительного увеличения индуктивного сопротивления устройства в режиме токограничения.

Изобретение имеет развитие, которое состоит в том, что подмагничивающая обмотка выполнена из провода с высокотемпературной сверхпроводимостью и помещена в криостат.

Это позволяет исключить тепловые потери на активном сопротивлении обмоточного провода и тем самым увеличить допустимую плотность протекающего через него подмагничивающего тока.

В случае защиты трехфазной цепи токоограничитель содержит магнитопровод с основной и подмагничивающей обмотками в каждой фазе защищаемой цепи. При этом подмагничивающие обмотки, размещенные на магнитопроводах разных фаз, могут быть соединены последовательно и подключены к источнику постоянного тока через общий коммутатор.

На чертеже представлена схема токоограничителя для однофазной цепи, иллюстрирующая осуществление изобретения с учетом развития по п.п.2, 3 формулы.

Осуществление изобретения

Устройство, представленное на чертеже, содержит замкнутый магнитопровод 1, основную обмотку из секций 2 и 3, размещенных на противоположных стержнях магнитопровода 1, подмагничиваюшую обмотку из секций 4 и 5, охватывающих с внешней стороны противоположные ярма магнитопровода 1. При этом магнитопровод 1 размещен внутри подмагничивающей обмотки.

Основная обмотка (в виде последовательно-согласно соединенных секций 2 и 3) включена в защищаемую цепь переменного тока последовательно, с нагрузкой 6.

Подмагничивающая обмотка (в виде последовательно-согласно соединенных секций 4 и 5) подключена к источнику 7 постоянного тока через коммутатор 8 и шунтирована токогасящим резистором 9. С помощью датчика 10 тока и блока 11 защиты коммутатор 8 размыкает цепь источника 7 при коротком замыкании в защищаемой цепи.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии короткого замыкания в защищаемой цепи с нагрузкой 6 постоянный ток, протекающий по секциям 4 и 5 подмагничивающей обмотки, обеспечивает глубокое насыщение магнитопровода 1. В этом режиме индуктивное сопротивление токоограничителя переменному току, протекающему по секциям 2 и 3 основной обмотки, невелико, поскольку переменный магнитный поток, создаваемый током нагрузки, замыкается через насыщенный магнитопровод 1. При этом благодаря указанным выше конструктивным особенностям (магнитопровод 1 размещен внутри секций 4 и 5 подмагничивающей обмотки, охватывающих с внешней стороны его ярма) этот поток практически не наводит переменного тока в секциях 4 и 5 подмагничивающей обмотки, поскольку пересекает каждую секцию дважды во встречных направлениях.

При возникновении короткого замыкания датчик 10 и блок 11 обеспечивают размыкание коммутатора 8. Ток подмагничивающей обмотки из секций 4 и 5 замыкается через резистор 9 и затухает с постоянной времени τ, определяемой сопротивлением резистора 9 и индуктивностью подмагничивающей обмотки.

По мере уменьшения тока подмагничивания магнитопровод 1 выходит из насыщения и индуктивное сопротивление основной обмотки из секций 2 и 3 возрастает, ограничивая ток короткого замыкания.

Ток подмагничивания, постоянно протекающий по обмотке подмагничивания, обладающей ненулевым активным сопротивлением, нагревает ее. Тепловыделение ограничивает допустимую плотность тока в проводе обмотки и приводит к потерям энергии. При выполнении обмотки из провода с высокотемпературной сверхпроводимостью и помещении ее в криостат сопротивление провода падает до нуля и указанный недостаток устраняется.

Токоограничитель для защиты трехфазной цепи содержит три отдельных магнитопровода, на которых размещены основные обмотки, включаемые в фазные провода защищаемой цепи, и подмагничивающие обмотки. Подмагничивающие обмотки фаз при этом могут быть соединены последовательно и подключены к источнику постоянного тока через общий коммутатор, управляемый общим блоком защиты.

Источники информации

1. Авт. свид. СССР №936203, МПК Н 02 Н 9/02, 1982.

2. В.Е.Кейлин и др. Трехфазный токоограничитель с насыщенным магнитопроводом и ВТСП катушкой подмагничивания. Российский электротехнический конгресс. Секция 9. "Сверхпроводящие и электротехнические установки", Москва, 30 июня - 2 июля 1999 г., стр.39-41.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности, к ограничителям токов к.з., выполненным на основе управляемого реактора. Технический результат заключается в повышении быстродействия и степени ограничения тока к.з. Токоограничитель содержит, по меньшей мере, один замкнутый магнитопровод, на котором размещены основная обмотка и подмагничивающая обмотка фазы, шунтированная токогасящим резистором и подключенная к источнику постоянного тока через коммутатор, управляемый током фазы защищаемой электрической цепи. Основная обмотка предназначена для включения в фазу защищаемой электрической цепи. Замкнутый магнитопровод размещен внутри подмагничивающей обмотки, выполненной из секций, соединенных последовательно-согласно и охватывающих его противоположные ярма с внешней стороны. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Токоограничитель, содержащий, по меньшей мере, один замкнутый магнитопровод, на котором размещены основная обмотка, предназначенная для включения в фазу защищаемой электрической цепи, и подмагничивающая обмотка фазы, шунтированная токогасящим резистором и подключенная к источнику постоянного тока через коммутатор, управляемый током фазы защищаемой электрической цепи, при этом замкнутый магнитопровод размещен внутри подмагничивающей обмотки, выполненной из секций, соединенных последовательно-согласно и охватывающих его противоположные ярма с внешней стороны.2. Токоограничитель по п.1, отличающийся тем, что основная обмотка секционирована и ее секции размещены на разных стержнях замкнутого магнитопровода.3. Токоограничитель по п.1, отличающийся тем, что подмагничивающая обмотка выполнена из провода с высокотемпературной сверхпроводимостью и помещена в криостат.4. Токоограничитель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что для трехфазной сети подмагничивающие обмотки фаз соединены последовательно и подключены к источнику постоянного тока через общий коммутатор.