Устройство для защиты электрических установок от сверхтоков Советский патент 1935 года по МПК H02H9/02 

Уже предлагалось применять резонансные контуры, включаемые последовательно в линии передачи электрической энергии, для защиты этих линий от сверхтока. В предлагаемом устройстве, с целью осуществления в контуре резонанса токов лишь при определенной перегрузке в защищаемой линии, реактор или конденсатор, составляющие элементы контура, выполнены, согласно изобретению, автоматически изменяющимися, в зависимости от нагрузки реактивным или, соответственно, емкостным сопротивлением.

Предлагаемое устройство изображено на фиг. 1 и 2 чертежа в двух формах выполнения.

Устройство состоит из одного или нескольких идентичных резонансных контуров, включенных последовательно в линию, защищаемую от сверхтока. Число контуров определяется параметрами и режимом работы (главным образом, напряжением) защищаемой системы. В зависимости от характера системы, устройство включается или непосредственно в цепь (фиг. 1),или через понижающий трансформатор (фиг. 2), работающий по принципу трансформатора тока.

(418)

Каждый из резонансных контуров устройства состоит из включенных параллельно катушки самоиндукции с ферромагнитным сердечником и конденсатора (статического или синхронного).

Один из этих двух элементов (или оба) выполняется с автоматически изменяющимся в зависимости от нагрузки реактивным сопротивлением.

Реактор с автоматически изменяющимся при изменении нагрузки реактивным сопротивлением может быть выполнен одним из известных способов. Например, автор считает возможным применить для сердечника катушки такой материал, который обладает магнитной проницаемостью, зависящей от индукции в широких пределах; такая катушка так рассчитывается, что при нормальной силе тока она создает весьма слабое магнитное поле, и магнитная проницаемость ее сердечника близка к „начальному значению. При этом сопротивление катушки невелико и значительно меньше сопротивления конденсатора. Ток цепи протекает почти целиком по катушке. При увеличении силы тока в цепи будет увеличиваться также ток в катушке, а вместе с ним и ее магнитная проницаемость и реак«Si

тивное сопротивление. Режим работы контуров будет приближаться к режиму резонанса токов, вследствие чего сопротивление устройства будет возрастать.

Стабильный режим работы системы наступит при некоторой силе тока в цепи, величина которой может быть предопределена соответствующей конструкцией устройства. Из изложенного следует, что при такой конструкции реактора работа ограничителя в высокой степени зависит от свойств сердечника катушки. Для получения желаемого эффекта материал сердечника должен обладать следующими качествами: а) начальная магнитная проницаемость материала должна быть небольшой и оставаться приблизительно постоянной при изменении силы тока от нуля до нормальной величины; б) при увеличении силы тока сверх нормальной величины магнитная проницаемость должна быть, по возможности, большой; в) материал должен обладать малыми удельными потерями (потерями на гистерезис и токи Фуко). Автор указывает, что из существующих в настоящее время сплавов для изготовления сердечника катущки может быть применен, например, сплав железа с никелем (50о/о Fe, бО/о Ni), дающий достаточный перепад магнитной проницаемости (начальная проницаемость порядка 3000, максимальная проницаемость порядка 70000). Еще больший перепад проницаемости дает сплав Fe с Si ( iimax 20000). В случае применения первого из указанных сплавов рактивное сопротивление катушки может быть доведено, приблизительно, до 23-кратной начальной величины. Достаточный перепад магнитной проницаемости дает также чистое железо и ряд других сплавов. Автор не сомневается, что сплавы, изготовленные специально для сердечника катушки, позволят изменять ее реактивное сопротивление в еще более широких пределах. Располагая емкостью в 100 JiF, можно, даже в случае применения первого из указанных сплавов, получить сопротивление контура свыше 200 ом (для f 50 герц) при начальном сопротивлении порядка 7 ом. Изготовление катушки соответствующей реактивности не представляет затруднений даже в случае применения менее магнитных материалов, чем примененный сплав.

Относительно конструктивного оформления устройства могут быть высказаны следующие общие соображения:

а)катушка должна обладать малым активным сопротивлением, т. е. ее обмотка должна состоять из небольшого числа витков толстой медной проволоки, а сердечник должен быть выполнен в виде пакета листов или проволок;

б)в качестве частей устройства (катушка, конденсатор) могут быть использованы в отдельных случаях элементы системы, ток которой подлежит ограничению. Окончательный выбор материала и конструкции устройства должен производиться отдельно для каждого частного случая его применения. Стандартные типы устройства могут быть установлены после экспериментального исследования его работы в различных условиях, чем определится также область его применения.

В частности может быть исследовано влияние несинусоидальности напряжения на работу устройства, влияние присутствия железа в резонансном контуре на работу всей системы и т. п. В результате исследования могут быть намечены мероприятия, гарантирующие надежность работы устройства, может быть выработана методика его расчета и могут быть точно формулированы все требования, предъявляемые к материалу сердечника катушки.

Устройство может быть выполнено и иначе. При наличии конденсаторов большой емкости устройство может быть сконструировано для работы на нисходящей части кривой ( (//) материала сердечника реактора.

Резонансные контуры устройства могут состоять из катушек постоянного сопротивления и конденсаторов, емкость которых автоматически изменяется при изменении силы тока (например, синхронный конденсатор с автоматической регулировкой силы тока возбуждения или статический конденсатор, диэлектрик которого обладает переменной диэлектрической постоянной).

Ограничитель может быть сконтруирован так, чтобы его сопротивление, при соответствующем включении ограничителя, являлось функцией напряжения сети.

Как указывает автор, предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами:

1) оно строго лимитирует силу тока в цели, уничтожает возможность возникновения в системе слишком больших токов, в частности, токов короткого замыкания; при условии достаточной надежности работы предлагаемого устройства конструкция генерирующих, передающих и приемных устройств может быть сильно упрощена и удешевлена; в частности, применение предлагаемого устройства позволит значительно снизить разрывную мощность масляных выключателей, обусловить уменьшение механических усилий, испытываемых элементами системы при коротком замыкании, уменьшить нагрев элементов системы токами короткого замыкания, уменьшить влияние линий передачи на провода слабого тока и позволит значительно облегчить конструкцию защитного заземления системы;

2) устройство позволяет производить выключение поврежденных элементов системы при сравнительно небольшой силе тока, что в корне меняет и упрогЦает систему защиты; 3) устройство обладает небольшим сопротивлением при нормальной силе тока и не затрудняет регулирования напряжения в системе; 4) сопротивление устройства возрастает автоматически и притом совершенно плавно, без каких-либо скачков или толчков.

Предмет изобретения.

Устройство для защиты электрических установок от сверхтоков, состоящее из электрического контура, включенного последовательно в защищаемую линию и составленного из параллельно соединенных реактора и конденсатора, отличающееся тем, что, с целью осуществления в контуре резонанса токов лишь при определенной перегрузке в защищаемой линии, реактор или конденсатор выполнены с автоматически изменяющимся в зависимости от нагрузки реактивным или, соответственно, емкостным сопротивлением.

cpur.l

ОЗигЕ.