RU113884U1 - Гибридный токоограничитель - Google Patents
Гибридный токоограничитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU113884U1 RU113884U1 RU2011135839/07U RU2011135839U RU113884U1 RU 113884 U1 RU113884 U1 RU 113884U1 RU 2011135839/07 U RU2011135839/07 U RU 2011135839/07U RU 2011135839 U RU2011135839 U RU 2011135839U RU 113884 U1 RU113884 U1 RU 113884U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shunt
- switch
- current
- superconductor
- control
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
1. Гибридный токоограничитель, содержащий сверхпроводник с последовательно соединенным быстродействующим выключателем и параллельно соединенным шунтирующим блоком, сопротивление и ЭДС системы, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным медленнодействующим выключателем, шунтирующим выключателем, датчиками тока, датчиком напряжения сверхпроводника и системой управления и защиты, при этом сверхпроводник размещен в криостате с жидким азотом, медленнодействующий выключатель соединен последовательно с шунтирующим блоком и шунтирующим выключателем, причем входы системы управления и защиты соединены с датчиками тока и датчиком напряжения сверхпроводника, а выходы системы управления и защиты соединены с цепями управления выключателей, при этом выходы выключателей выполнены с возможностью их соединения с выключателями подстанции. ! 2. Гибридный токоограничитель по п.1, отличающийся тем, что шунтирующий блок выполнен в виде реактора. ! 3. Гибридный токоограничитель по п.1, отличающийся тем, что шунтирующий блок выполнен в виде резистора. ! 4. Гибридный токоограничитель по п.1, отличающийся тем, что шунтирующий блок выполнен в виде трансформатора.
Description
Полезная модель относится к области электротехники, а именно к гибридным токоограничителям (ГТО).
Известен гибридный токоограничитель индуктивного типа [1], в котором ток короткого замыкания (КЗ), первоначально протекающий через сверхпроводник под действием его нагрева переводится в индуктивную цепь, его шунтирующую. Недостатком [1] является то, что не рассматривается вся совокупность режимов энергосистемы и не ставится задача снижения объема сверхпроводника за счет исключения протекания через него токов при перегрузке и коммутациях.
Известно устройство [2], в котором первичная обмотка трансформатора включена продольно в цепь нагрузки, а во вторичные обмотки трансформатора включены сверхпроводники с резистивным или индуктивным шунтом. Недостатком [2] является то, что наличие электромагнитных связей трансформатора затрудняет выбор конструкции сверхпроводника, а само устройство из-за сложности имеет высокую стоимость.
За прототип принимается устройство [3], которое содержит: сверхпроводник СП, резистивный шунт, быстродействующий коммутационный аппарат, быстродействующий выключатель, сопротивление и ЭДС сети, индуктивность для вытеснения тока из СП в шунт. Устройство работает следующим образом. Рабочий ток протекает через коммутационный аппарат и выключатель. В момент короткого замыкания (КЗ) спустя 100 мкс аппарат размыкается, и ток переходит в СП. После быстрого нагрева СП и роста его сопротивления ток КЗ вытесняется в шунт.
Недостатком [3] является сложность выполнения аппарата, который должен обладать высоким быстродействием, большой пропускной способностью и высоким ресурсом, а также отсутствие координации работы при возникновении КЗ, коммутационных операциях и перегрузках.
Технической задачей является создание ГТО с ограниченным количеством сверхпроводника, позволяющего выбрать путь тока в зависимости от режима работы.
Техническим результатом является снижение стоимости сверхпроводника.
Технический результат достигается за счет того, что гибридный токоограничитель, содержащий сверхпроводник с последовательно соединенным быстродействующим выключателем и параллельно соединенным шунтирующим блоком, сопротивление и ЭДС системы, снабжен дополнительным медленнодействующим выключателем, шунтирующим выключателем, датчиками тока, датчиком напряжения сверхпроводника и системой управления и защиты. Сверхпроводник размещен в криостате с жидким азотом. Медленнодействующий выключатель соединен последовательно с шунтирующим блоком и шунтирующим выключателем. Входы системы управления и защиты соединены с датчиками тока и датчиком напряжения сверхпроводника. Выходы системы управления и защиты соединены с цепями управления выключателей. Выходы выключателей выполнены с возможностью их соединения с выключателями подстанции. Шунтирующий блок выполнен в трех исполнениях - в виде реактора, в виде резистора и в виде трансформатора.
Устройство поясняется чертежами, где
на фиг.1 показано устройство ГТО с шунтирующим блоком в виде реактора или резистора;
на фиг.2 показана форма тока трехфазного КЗ при отсутствии ГТО;
на фиг.3 показано форма тока КЗ при наличии ГТО;
на фиг.4 показано мощность тепловыделения [Дж];
на фиг.5 показана форма тока ГТО при включении холостого трансформатора с остаточным его намагничиванием
на фиг.6 показано устройство ГТО с шунтирующим блоком в виде трансформатора, во вторичную обмотку которого включен сверхпроводник.
Устройство содержит (фиг.1):
сверхпроводник 1 (СП) в криостате с жидким азотом, шунтирующий СП блок 2, основной выключатель 3, дополнительный выключатель 4, сопротивление 5 и ЭДС 6 системы, система управления и защиты 7, датчики тока в цепях ГТО 8, 9, 10, шунтирующий выключатель 11, датчик напряжения 12 СП 1.
В правой части фиг.1 сверху вниз отображены режимы:
I - близкое КЗ, II - удаленное КЗ, III - включение холостого трансформатора, IV - включение заторможенного двигателя. Сплошные линии соответствуют силовым цепям, редкий пунктир - цепи измерения, частый пунктир - цепи управления.
В качестве входных сигналов системы управления 7 используются: токи датчиков 8, 9, 10, напряжение от датчика 12, энергия тепловыделения СП и форма тока в нем, состояния выключателей 3, 4, 11 и коммутационных аппаратов, примыкающих к ГТО.
Шунтирующий блок 2 имеет несколько вариантов исполнения:
Вариант 1 - шунтирующий блок 2 исполнен в виде реактора или резистора;
Вариант 2 - шунтирующий блок 2 исполнен в виде трансформатора.
При исполнении шунтирующего блока 2 по варианту 1:
Работа устройства (фиг.1) состоит в следующем. В рабочем режиме при номинальном токе Iном и меньших значениях, выключатели 3 и 4 замкнуты. Ток протекает через сверхпроводник 1 и выключатель 4, т.к. сопротивление СП при значение Iном ниже критического тока СП - Iкр близко к нулю. При возникновении КЗ (режимы I, II) сопротивление СП резко возрастает, ток переходит в шунтирующий блок 2, а выключатель 4 по сигналу от датчика тока 8 при повышении заданной уставки системы управления 7 (примерно 2-3Iном) отключается при первом переходе тока в выключателе через нуль. Ток КЗ в цепи СП отключается быстродействующим выключателем 3 примерно спустя 0,01 с после возникновения КЗ, а цепи шунтирующего блока 2 отключается спустя 0,1 с медленнодействующим выключателем 4.
В системе управления и защиты 7 по сигналам от датчика тока 8 и напряжения 12 вычисляется мощность тепловыделения СП и его температура Т, так что при превышении Т значения Тпр сверхпроводника, система управления выдает сигнал на включение выключателя 11, однако в режимах I, II выключатель 11 заблокирован по сигналу от системы управления и защиты 7.
При коммутационных операциях (режимы III и IV - соответственно включение холостого трансформатора и заторможенного двигателя) уровень бросков тока намагничивания стали трансформатора или двигателя зависит от их мощности и обычно в 3-4 раза ниже токов КЗ, однако их длительность может достигнуть 100 периодов сети. В указанных режимах недопустимо отключение выключателя 3, т.е. системы управления и защиты 7 блокирует выключение выключателя 3 и разблокирует включение шунтирующего выключателя 11.
Система управления и защиты 7 на основании сигналов коммутации аппаратов на подстанции, а также по величине тока в СП (датчик 8), либо мощности тепловыделения СП (датчики 8 и 12) включает выключатель 11, шунтирующий СП. Предварительно ток из-за нагрева сверхпроводника 1 переходит в шунтирующий блок 2. После включения выключателя 11 ток переходит в цепь выключателей 11 и 3. Спустя время 1-2 с (определяется длительностью цикла АПВ и постоянной времени остывания СП) выключатель 11 отключается. Обычно уставка тока и задержка срабатывания на включение выключателя 11 составляет 1,5Iном и 1-2 мс.
При возникновении перегрузки по току вследствие снижения нагрузки потребителей, когда ток в цепи СП превышает Iкр, сопротивление сверхпроводника превышает сопротивление шунтирующего блока 2 и ток из СП за счет отключения выключателя 3 переходит в шунтирующий блок 2. По сигналу датчика тока 8 шунтирующий блок 2 обычно 1,3Iном и с выдержкой времени меньше тепловой постоянной времени изоляции реактора 2 (обычно 1-3 мин) система управления и защиты 7 включает выключатель 11 на время, определяемое длительностью перегрузки; выключатель 3 остается замкнутым.
Благодаря предлагаемому устройству по фиг.1 объем сверхпроводника и энергия тепловыделения в нем снижены примерно в 4 раза, т.к. мощность пропорциональна квадрату амплитуды тока и длительности его протекания. Амплитуда тока снижается за счет наличия шунтирующего блока 2, а длительность - наличием выключателей 3, 4 и 11.
Работа предлагаемого устройства иллюстрируется на фиг.2-4, применительно к энергосистеме 10 кВ мощностью 300 МВА, сопротивление системы индуктивное 0,4 Ом, добротность 50. Характер переходных процессов в резистивных токоограничителях ТО весьма специфичен. Из-за того, что сопротивление СП вначале процесса мало (при I<Iкр), начальная часть процесса до четверти периода сети определяется ЭДС и сопротивлением сети (а также сопротивлением нагрузки). После достижения участка I>Iкр сопротивление СП из-за нагрева резко возрастает и «хвост» тока определяется сопротивлением СП и шунтирующего блока 2 (фиг.1). Влияние рабочего тока весьма велико и худший расчетный случай соответствует максимуму рабочего тока.
На фиг.2 приведена форма тока трехфазного КЗ (режим I) при отсутствии ГТО. Амплитуды ударного тока КЗ и установившегося режима соответственно 44 и 22 кА (процесс затухает за время 0,6-0,8 с). На фиг.3 и 4 показаны формы тока КЗ и мощности тепловыделения в ГТО по схеме фиг.1, причем верхняя кривая фиг.3 соответствует отсутствию шунтирования СП (шунтирующий блок отсутствует), нижние кривые соответственно для индуктивной и резистивной шунтирования СП (различные варианты исполнения шунтирующего блока 2). Видно, что влияние шунтирования СП с помощью шунтирующего блока позволяет уменьшить токовую нагрузку СП с 2350А до 1745 (1727)А и снизить объем сверхпроводника, а так же мощность тепловыделения в криостате с 22,2 до 14(13) МВт.
На фиг.5 показана форма тока ГТО (в выключателях 3 и 11) при включении холостого трансформатора (режим III) напряжением 10 кВ мощностью 10 МВА с остаточным его намагничиванием. Указанный случай соответствует замыканию контактов выключателей 3 и 11, причем 11 замыкается по сигналу срабатывания коммутационного аппарата III подстанции или от датчиков 8, 10, выявляющих резко несимметричную форму тока в цепи ГТО, при повышении тока уровня уставки ~2Iном. При этом ток в цепи СП и реактора отсутствует. Аналогично указанному режиму при возникновении перегрузки ток в ГТО протекает через выключатели 3 и 11.
При исполнении шунтирующего блока 2 по варианту 2:
На фиг.6 приведен пример реализации ГТО, в котором шунтирующий блок 2 выполнен в виде трансформатора, во вторичную обмотку которого включен сверхпроводник 1 последовательно с выключателем 4, причем первичная обмотка шунтирующего блока 2 зашунтирована выключателем 11. Обозначения элементов соответствуют фиг.1. Выключатель 4 обеспечивает снижение длительности протекания тока КЗ в сверхпроводнике; выключатель 3 отключает ток КЗ в цепи нагрузки и согласован с настройками релейной защиты; выключатель 11 шунтирует шунтирующий блок 2 и СП 1 в режимах коммутационных операций и перегрузки. Система управления и защиты 7 аналогично фиг.1 различает аварийные, коммутационные и перегрузочные режимы, выбирая путь тока в ГТО.
Устройство в схеме фиг.6 работает следующим образом. В рабочем режиме выключатели 3, 4 замкнуты, выключатель 11 разомкнут. Ток нагрузки протекает через первичную обмотку шунтирующего блока 2 и выключатель 3. Постоянный ток подмагничивания от вспомогательного источника протекает через СП (элемент 1) и вторичную обмотку шунтирующего блока 2 (указанная цепь соответствует [3] и не показана).
В момент возникновения КЗ (режимы I, II) по сигналу от датчика тока 8 система управления и защиты 7 выдает сигнал на отключение быстродействующего выключателя 4. Ток подмагничивания разрывается и шунтирующий блок 2 выходит из насыщенного состояния с резким увеличением сопротивления шунтирующего блока 2, которое ограничивает ток КЗ.
Медленнодействующий выключатель 3 отключает ограниченный ток КЗ спустя 0,1 с по сигналу от системы управления и защиты 7. После ликвидации КЗ выключатели 3 и 4 возвращаются в исходное замкнутое состояние, выключатель 11 заблокирован.
В режимах III, IV по сигналам от датчиков 8, 9, 10, а также сигналов замыкания блок - контактов выключателей подстанции, система управления и защиты 7 при превышении уставки тока ~2Iном и резко несинусоидальной форме тока в первичной обмотке шунтирующего блока 2 (от датчика 9) выдает сигнал на включение быстродействующего шунтирующего выключателя 11. Аналогичная процедура выполняется при получении сигнала о перегреве СП (от датчиков 8 и 12).
В режимах длительной нагрузки, когда ток в первичной обмотке шунтирующего блока 2 (от датчика 9) синусоидален и ток по амплитуде и длительности превышает заданные уставки система управления и защиты 7, аналогично предыдущим режимам III, IV выдает сигнал замыкание выключателя 11, размыкание выключателя 4, а выключатель 3 остается во включенном состоянии. При получении сигнала от датчика 10 о снижении тока в цепи нагрузки (от датчика 10) до номинального значения Iном выключатель 11 размыкается, а 3 замыкается.
Применение устройства по фиг.6 целесообразно на высоких напряжениях (110 кВ и выше), однако более затратно чем по фиг.1, т.к. стоимость удельной установленной мощности шунтирующего блока 2 в варианте исполнения в виде трансформатора примерно втрое выше стоимости шунтирующего блока 2 в варианте исполнения в виде реактором или резистором.
Схема ГТО на фиг.1 предпочтительна на низкие напряжения 1-10 кВ и может быть реализована на основе уже установленных сухих и бетонных реакторов и медленнодействующих выключателей 3, с добавлением сверхпроводника в криостате 1, коммутационных аппаратов (быстродействующих) 4 и 11, системы управления и защиты 7 и датчиков тока 8, 9, 10 и напряжения 12.
Схема ГТО по фиг.6 может быть реализована на любой класс напряжения (110 кВ и выше), однако является более дорогостоящей, чем фиг.1, т.к. требуется разработка специального тороидального трансформатора с комбинированной изоляцией и сверхпроводником в среде жидкого азота [3].
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Патент США №3703664, класс H02H 9/02, опубликован 21.11.1972
2. Е. Oyarbide Usabiaga, F. Gil Garcia, L. Garcha-Tabarus, J.L. Peral, R. Jturbe, J.M. Rodrhguez, Е. Urretavizcaya, P. Martiner Cid, X. Granados. Superconducting Hybrid Fault Current Limiter∧ Manufacturing, Modeling and Simulations, IEE Trans of Applied Superconductivity, 9(2), 1999
3. M. Steurer, H. Brechna, К. Frohlich. A Nitrogen Gas Cooled, Hybrid, High Temperature Superconducting Fault Current Limiter, Swiss Federal Institute of Technology ETH, CH-8092 Zurich, Switzerland (прототип)
Claims (4)
1. Гибридный токоограничитель, содержащий сверхпроводник с последовательно соединенным быстродействующим выключателем и параллельно соединенным шунтирующим блоком, сопротивление и ЭДС системы, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным медленнодействующим выключателем, шунтирующим выключателем, датчиками тока, датчиком напряжения сверхпроводника и системой управления и защиты, при этом сверхпроводник размещен в криостате с жидким азотом, медленнодействующий выключатель соединен последовательно с шунтирующим блоком и шунтирующим выключателем, причем входы системы управления и защиты соединены с датчиками тока и датчиком напряжения сверхпроводника, а выходы системы управления и защиты соединены с цепями управления выключателей, при этом выходы выключателей выполнены с возможностью их соединения с выключателями подстанции.
2. Гибридный токоограничитель по п.1, отличающийся тем, что шунтирующий блок выполнен в виде реактора.
3. Гибридный токоограничитель по п.1, отличающийся тем, что шунтирующий блок выполнен в виде резистора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011135839/07U RU113884U1 (ru) | 2011-08-29 | 2011-08-29 | Гибридный токоограничитель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011135839/07U RU113884U1 (ru) | 2011-08-29 | 2011-08-29 | Гибридный токоограничитель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU113884U1 true RU113884U1 (ru) | 2012-02-27 |
Family
ID=45852927
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011135839/07U RU113884U1 (ru) | 2011-08-29 | 2011-08-29 | Гибридный токоограничитель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU113884U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2740012C1 (ru) * | 2017-12-20 | 2020-12-30 | ЭнАр ЭЛЕКТРИК КО., ЛТД | Продольный компенсатор и способ управления |
-
2011
- 2011-08-29 RU RU2011135839/07U patent/RU113884U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2740012C1 (ru) * | 2017-12-20 | 2020-12-30 | ЭнАр ЭЛЕКТРИК КО., ЛТД | Продольный компенсатор и способ управления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Technical requirements of the DC superconducting fault current limiter | |
CN103647458B (zh) | 变频***及给其内的高压变频器进行预充电的方法和装置 | |
Yadav et al. | Review on fault current limiters | |
CN101741076B (zh) | 一种基于ybco高温超导带材的短路故障限流器 | |
Jiang et al. | Fully controlled hybrid bridge type superconducting fault current limiter | |
Chen et al. | Analysis of a switched impedance transformer-type nonsuperconducting fault current limiter | |
Fei et al. | Novel bridge-type FCL based on self-turnoff devices for three-phase power systems | |
Madani et al. | Inrush current limiter based on three-phase diode bridge for Y-yg transformers | |
CN102684179A (zh) | 一种混合型短路故障限流器 | |
CN101789589A (zh) | 一种混合型高温超导短路故障限流器 | |
Tu et al. | Analysis and control of bridge-type fault current limiter integrated with the dynamic voltage restorer | |
Peng et al. | Potential use of fault current limiter in VSC based DC transmission systems | |
Chen et al. | A novel fast energy storage fault current limiter topology for high-voltage direct current transmission system | |
Yuan et al. | Optimized design method of permanent magnets saturated core fault current limiters for HVDC applications | |
Chen et al. | Influence of a voltage compensation type active superconducting fault current limiter on the transient stability of power system | |
Jiang et al. | A review of series voltage source converter with fault current limiting function | |
Sun et al. | Dc bias system of a 35ákV/90áMVA saturated iron core SFCL | |
US10218170B2 (en) | Current-limiting device utilizing a superconductor for a current-limiting operation | |
RU113884U1 (ru) | Гибридный токоограничитель | |
Jiang et al. | Operations and coordination of dual-functional DVR and recloser in a power distribution system | |
CN102664393B (zh) | 短路电流限流装置 | |
Wang et al. | Saturated iron core superconducting fault current limiter | |
Khan et al. | Comparison of fault current limitation with saturable reactor and dynamic voltage restorer | |
CN204947951U (zh) | 一种发电机线性电阻与非线性电阻混合灭磁电路 | |
CN207117171U (zh) | 一种抑制主动过电压的装置和复合旁路开关 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20140830 |