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 управляющую обмотку, коммутируемую переключателем, каждая из которых выполнена из последовательно соединенных полуобмоток [1]. Переключатель выполнена в виде криотрона и подключен 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.

Указанные задержки отсутствуют в токоограничителе, который выбран в качестве прототипа и содержит, по меньшей мере, одну пару отдельных магнитопроводов, снабженную основной обмоткой, предназначенной для включения в защищаемую фазу электрической цепи и выполненной из последовательно-встречно соединенных полуобмоток, размещенных на отдельных магнитопроводах пары, охваченной подмагничивающей и размагничивающей обмотками [2].

Недостаток устройства [2] - относительно низкое быстродействие и невысокая степень токоограничения, определяемая коэффициентом увеличения дифференциального индуктивного сопротивления основной обмотки при коротком замыкании.

Задача изобретения - повысить быстродействие токоограничителя и степень ограничения им тока короткого замыкания.

Раскрытие изобретения

Предметом изобретения является токоограничитель, содержащий, по меньшей мере, одну пару отдельных магнитопроводов, снабженную основной обмоткой, предназначенной для включения в защищаемую фазу электрической цепи, и дополнительной обмоткой, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных полуобмоток, размещенных на отдельных магнитопроводах пары, охваченной подмагничивающей и размагничивающей обмотками, при этом полуобмотки основной обмотки соединены встречно, а полуобмотки дополнительной обмотки - согласно и питают выпрямитель, который через пороговый переключатель подключен к размагничивающей обмотке.

Эта совокупность признаков позволяет решить задачу изобретения.

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 трехфазной цепи токоограничитель содержит пару отдельных магнитопроводов в каждой фазе, а дополнительные обмотки соединяются в звезду или треугольник и питают либо отдельные фазные выпрямители, либо общий трехфазный выпрямитель. При этом изобретение имеет развитие, которое состоит в том, что подмагничивающая и размагничивающая обмотки охватывают все магнитопроводы токоограничителя.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена конструктивная схема токоограничителя, на фиг.2 - его электрическая схема, которые иллюстрируют осуществление изобретения для случая его однофазной реализации.

Осуществление изобретения.

Устройство, представленное на фиг.1 и фиг.2, содержит:

- два отдельных (т.е. не имеющих общих элементов магнитной цепи) магнитопровода 1 и 2, охваченные подмагничивающей обмоткой 3 и размагничивающей обмоткой 4;

- основную обмотку из полуобмоток 5, 6 и дополнительную обмотку из полуобмоток 7, 8, размещенных на магнитопроводах 1 и 2.

Полуобмотки 7 и 8 соединены согласно и питают выпрямитель 9, который через пороговый переключатель 10 подключен к размагничивающей обмотке 4. Полуобмотки 5 и 6 соединены между собой встречно и включены в защищаемую цепь последовательно с нагрузкой 11 и источником 12 переменного тока.

Обмотка 3 подключена к источнику 13 постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

Постоянный ток, протекающий по обмотке 3, обеспечивает глубокое насыщение магнитопроводов 1 и 2. Ток нагрузки, протекающий по полуобмоткам 5 и 6, создает в каждом из магнитопроводов 1 и 2 переменный магнитный поток, величина которого при отсутствии короткого замыкания в защищаемой цепи недостаточна для вывода соответствующего магнитопровода из состояния насыщения. Благодаря этому, на полуобмотках 5 и 6 падает незначительная часть напряжения источника 12, а разность э.д.с., наведенных в полуобмотках 7 и 8, питающих выпрямитель 9, недостаточна для срабатывания переключателя 10.

Встречное включение полуобмоток 5 и 6 и практическая идентичность магнитопроводов 1 и 2 приводят к тому, что переменные магнитные потоки, пересекающие обмотки 3 и 4, вычитаются и практически не наводят в этих обмотках переменного тока.

При возникновении короткого замыкания ток через основную обмотку течет из полуобмоток 5, 6 и напряжение на ней возрастают. Рост тока через встречно включенные полуобмотки 5 или 6 увеличивает степень насыщения одного из магнитопроводов 1 или 2 и выводит из насыщения другой магнитопровод. В зависимости от направления тока, протекающего через основную обмотку в момент короткого замыкания, из насыщения выходит магнитопровод 1 или 2.

Выход из насыщения одного из магнитопроводов приводит к тому, что индуктивное сопротивление размещенной на нем полуобмотки 5 или 6 и напряжение, наводимое на соответствующей полуобмотке 7 или 8 соответственно, начинают возрастать. Баланс э.д.с., наводимых в дополнительной обмотке, нарушается. Соответственно растет напряжение на выходе выпрямителя 9. Когда оно достигает порога срабатывания переключателя 10, последний подключает выпрямитель 9 к размагничивающей обмотке 4 с полярностью, обеспечивающей компенсацию насыщающего магнитного потока обмотки 3 в обоих магнитопроводах. В результате выхода магнитопроводов из насыщения резко возрастают индуктивные сопротивления обеих полуобмоток 5 и 6 основной обмотки, что и обеспечивает режим токоограничения в защищаемой цепи переменного тока.

После устранения короткого замыкания в защищаемой цепи баланс э.д.с., наводимых в секциях дополнительной обмотки, восстанавливается. При этом напряжение на выходе выпрямителя 9 и ток через переключатель 10 падают. После снижения тока до значения тока выключения переключателя 10 последний отключает обмотку 4 от выпрямителя, магнитопроводы 1 и 2 вновь насыщаются и токоограничитель возвращается в исходное состояние.

Благодаря лавинообразному характеру описанных процессов входа в режим токоограничения и выхода из него быстродействие предлагаемого устройства существенно повышается.

Как видно из вышеописанного, при работе предлагаемого устройства в режиме токоограничения размагничиваются и выходят из насыщенного состояния оба магнитопровода защищаемой фазы, в то время как в устройстве-прототипе один из магнитопроводов остается насыщенным.

Это увеличивает дифференциальное индуктивное сопротивление основной обмотки предлагаемого устройства в режиме токоограничения.

Ток подмагничивания, постоянно протекающий по подмагничивающей обмотке 3, обладающей ненулевым активным сопротивлением, нагревает ее. Тепловыделение в обмотке ограничивает допустимую плотность тока в обмоточном проводе и приводит к потерям энергии.

Для устранения этого недостатка обмотка 3 может быть выполнена из провода с высокотемпературной сверхпроводимостью и помещена в криостат 14. При этом провод обмотки 3 находится в состоянии сверхпроводимости и имеет нулевое активное сопротивление, на котором нет тепловыделения.

Токоограничитель для защиты трехфазной цепи содержит три пары отдельных магнитопроводов, на которых размещены основные обмотки, включаемые в фазные провода защищаемой цепи. Дополнительные обмотки при этом соединяются в звезду или треугольник и питают либо отдельные фазные выпрямители, либо общий трехфазный выпрямитель. В последнем случае пороговый переключатель может быть общим для всех фаз.

Подмагничивающая и размагничивающая обмотки при этом могут быть отдельными для каждой защищаемой фазы или общими для всех фаз и соответственно охватывать либо пару магнитопроводов каждой фазы, либо магнитопроводы всех фаз.

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, одну пару отдельных магнитопроводов, охваченных подмагничивающей и размагничивающей обмотками. Пара магнитопроводов снабжена основной обмоткой, предназначенной для включения в защищаемую фазу электрической цепи, и дополнительной обмоткой. Основная и дополнительная обмотки выполнены в виде последовательно соединенных полуобмоток, размещенных на отдельных магнитопроводах пары. Подмагничивающая обмотка предназначена для подключения к источнику постоянного тока. Полуобмотки основной обмотки соединены встречно, а полуобмотки дополнительной обмотки - согласно и питают выпрямитель, который через пороговый переключатель подключен к размагничивающей обмотке. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Токоограничитель, содержащий, по меньшей мере, одну пару отдельных магнитопроводов, охваченных подмагничивающей и размагничивающей обмотками, снабженную основной обмоткой, предназначенной для включения в защищаемую фазу электрической цепи, и дополнительной обмоткой, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных полуобмоток, размещенных на отдельных магнитопроводах пары, при этом подмагничивающая обмотка предназначена для подключения к источнику постоянного тока, полуобмотки основной обмотки соединены встречно, а полуобмотки дополнительной обмотки - согласно и питают выпрямитель, который через пороговый переключатель подключен к размагничивающей обмотке.2. Токоограничитель по п.1, отличающийся тем, что подмагничивающая обмотка выполнена из провода с высокотемпературной сверхпроводимостью и помещена в криостат.3. Токоограничитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что для трехфазной сети подмагничивающая и размагничивающая обмотки охватывают все магнитпроводы.