RU156060U1

RU156060U1 - Токоограничитель

Info

Publication number: RU156060U1
Application number: RU2015112632/07U
Authority: RU
Inventors: Александр Исаакович Будковский; Валерий Павлович Иванов; Леонид Михайлович Фишер
Original assignee: Открытое акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы"
Priority date: 2015-04-07
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2015-10-27

Abstract

1. Токоограничитель, содержащий изоляционный каркас, спиральный бифиляр из ленты сверхпроводника с подложкой и изоленты, отличающийся тем, что изоляционный каркас выполнен из стянутых резьбовым соединением основной и фиксирующей частей, каждая из которых выполнена в виде наружного кольца и центральной планки, жестко связанных ребрами, при этом ребра основной части изоляционного каркаса имеют пазы, в которых размещен спиральный бифиляр.2. Токоограничитель по п. 1, в котором центральная часть спирального бифиляра намотана на два отрезка трубы, закрепленных в центре основной части изоляционного каркаса.

Description

Область техники

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к силовым сверхпроводящим ограничителям тока (СОТ), предназначенным для защиты электрооборудования от токов короткого замыкания (КЗ), в том числе, в режиме повторного автоматического включения (АПВ) в сетях среднего и высокого напряжения постоянного и переменного тока. Такие устройства существенно ограничивают ток КЗ за счет быстрого (за время около 1 мс) ввода в сеть большого активного сопротивления, облегчая работу выключателей по полному прерыванию тока. Использование СОТ в режиме АПВ требует быстрого восстановления сверхпроводящего состояния после прекращения тока КЗ.

Предлагаемое устройство может быть использовано самостоятельно или в качестве модуля сборного СОТ на большие токи и/или напряжения.

Уровень техники

В современных СОТ в качестве активного элемента используются высокотемпературные сверхпроводники (СП) при температуре, близкой к температуре жидкого азота, ленточного типа с последовательными по толщине слоями: подложка, буферные слои, сверхпроводящая керамика, наружный защитный электропроводящий слой. Для уменьшения индуктивности СОТ лента сверхпроводника в них наматывается в виде спиральных бифиляров.

Наиболее близким к предлагаемому решению является токоограничитель, в котором спиральный бифеляр из ленты сверхпроводника и изоленты размещен на изоляционном каркасе [Патент US 8255024 В2, МПК: H01F 27/30, H01L 39/02, опубликован 28.08.2012]. Изоляционный каркас образован поддерживающей изолентой, на которой через равные промежутки закреплены массивные разделительные элементы с образованием полостей для прохода жидкого азота.

Разделительные элементы выполнены из керамики с хорошей теплопроводностью, например из Al₂O₃, и прикреплены к поддерживающей ленте и сверхпроводниковой ленте. Недостаток прототипа состоит в том, что значительная часть поверхности ленты СП закрыта для контакта с жидким азотом, а участки лент, соприкасающиеся с жидким азотом и разделительными элементами, имеют разный отвод тепла, что вызовет существование перегретых точек по длине ленты, особенно в зонах контакта с жидким азотом при образовании паровой пленки, препятствующей пузырьковому кипению в процессе токоограничения. Это ухудшает условия охлаждения ленты после токограничения и увеличивает время АПВ.

Сущность полезной модели

Техническим результатом полезной модели является ускорение восстановления сверхпроводящих свойств ленты СП после токоограничения за счет максимальной открытости ленты СП для жидкого азота.

Предметом полезной модели является токоограничитель, содержащий изоляционный каркас, спиральный бифиляр из ленты сверхпроводника с подложкой и изоленты, отличающийся тем, что изоляционный каркас выполнен из стянутых резьбовым соединением основной и фиксирующей частей, каждая из которых выполнена в виде наружного кольца и центральной планки, жестко связанных ребрами, при этом ребра основной части изоляционного каркаса имеют пазы, в которых размещен спиральный бифиляр.

Полезная модель имеет развитие, которое состоит в том, что центральная часть спирального бифиляра намотана на два отрезка трубы, закрепленных в центре основной части изоляционного каркаса.

Это дополнительно позволяет упростить намотку спирального бифиляра при изготовлении токоограничителя.

Конструкция предлагаемого токоограничителя поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан предлагаемый токоограничитель в разрезе. На фиг. 2 укрупненно показан фрагмент В, выделенный на фиг. 1, где δ-радиальный размер паза.

На фиг. 3 показан вид сверху на основную часть изоляционного каркаса с бифиляром (вид Α-A на токоограничитель по фиг. 1).

На фиг. 4 показана основная часть изоляционного каркаса (вид сверху без бифиляра).

На фиг. 5 показана фиксирующая часть изоляционного каркаса (вид Б на СОТ по фиг. 1).

Осуществление полезной модели с учетом ее развития

На фигурах показаны:

1 - основная часть изоляционного каркаса;

2 - фиксирующая часть изоляционного каркаса;

3 - лента сверхпроводника;

4 - подложка ленты 3;

5 - изоляционная лента (изолента);

6 - клеящая пленка;

7 - гибкий токоподвод;

8 - подсоединительная шина;

9 - болт;

10 - изоляционная трубка;

11 - изоляционная шпилька;

12 - наружное кольцо основной части 1 изоляционного каркаса;

13 - отрезок трубы;

14, 15, 16 - ребра основной части 1 изоляционного каркаса;

17 - паз;

18 - планка основной части 1 изоляционного каркаса;

19 - наружное кольцо фиксирующей части 2 изоляционного каркаса;

20, 21, 22 - ребра фиксирующей части 2 изоляционного каркаса;

23 - планка фиксирующей части 2 изоляционного каркаса;

24 - защитный слой ленты 3.

Токоограничитель содержит изоляционный каркас, в котором размещен спиральный бифиляр из ленты 3 с подложкой 4 и изоленты 5, которая наклеена на подложку 4 с помощью пленки 6.

Изоляционный каркас выполнен из стянутых резьбовым соединением основной части 1 и фиксирующей части 2. Части 1 и 2 имеют наружные кольца 12 и 19 соответственно и центральные планки 18 и 23 соответственно. Кольцо 12 и планка 18 жестко связаны ребрами 14,15 и 16, а кольцо 19 и планка 23 - ребрами 20, 21, 22. Ребра 14, 15 и 16 основной части 1 имеют пазы 17, в которых размещен спиральный бифиляр из ленты 3 с изолентой 5, наклеенной на подложку 4 ленты 3.

Центральная часть спирального бифиляра намотана на два отрезка трубы 13, закрепленных в центре основной части 1 изоляционного каркаса.

Изоляционные трубки 10 и изоляционные шпильки 11 служат для соединения частей 1 и 2, а также для соединения нескольких заявляемых токоограничителей в единую модульную конструкцию, помещаемую в криостат. Гибкие токоподводы 7 вместе с подсоединительными шинами 8 закреплены на наружном кольце 12 и служат для электрического подключения к заявляемому токоограничителю.

Изоляционные шпильки 11 могут быть использованы при намотке ленты сверхпроводника 3 с изоляционной лентой 5 в бифиляр вокруг труб 13 как центров намотки.

Клеящая пленка 6 изготовлена на основе синтетических смол с микрокристаллическим наполнителем высокой теплопроводности и теплоемкости, например из технического алмаза или Al₂O₃. Токоподводы 7 сделаны гибкими для возможности намотки бифиляра с определенным натягом и компенсации температурных деформаций.

Наличие двух отрезков 13 трубы в центре основной части 1 создает технологическое удобство - два центра намотки для двух половин ленты спирального бифиляра. Соединение половин ленты сверхпроводника в бифиляр между отрезками 13 труб производится пайкой и/или механически так, чтобы обеспечить в обеих половинах ленты наружное расположение подложки 4. Взаимное прижатие ребер частей изоляционного каркаса предотвращает смещение ленты СП в осевом направлении, не уменьшая поверхность омывания защитного слоя жидким азотом.

Устройство работает следующим образом.

При прохождении номинального тока ниже критического, составляющего (250÷350) А, токоограничитель имеет небольшое сопротивление, порядка десятков микроом. При превышении током критической величины с началом короткого замыкания сопротивление ленты СП за сотни микросекунд увеличивается до нескольких Ом и продолжает расти по мере ее нагревания от проходящего тока, чем и определяется назначение СОТ по ограничению тока КЗ.

После отключения тока выключателем (до 10 мс после начала КЗ) начинается процесс остывания ленты СП при кипении жидкого азота. После остывания ленты СП до примерно 90° К она практически восстанавливает свои сверхпроводящие свойства, после чего может снова пропускать номинальный ток. Для выполнения АПВ остывание ленты должно произойти за (2÷3) с. Указанное время отключения может быть обеспечено при использовании вакуумных выключателей.

В предлагаемом токоограничителе лента 3 сверхпроводника с внутренней стороны бифиляра открыта для омывания жидким азотом за исключением небольшого пространства в пазах 17.

При испытаниях макета токоограничителя на 10 кВ и ток 1000 А время охлаждения после тока КЗ длительностью 8 мс оказалось не более 1,5 с.

Claims

1. Токоограничитель, содержащий изоляционный каркас, спиральный бифиляр из ленты сверхпроводника с подложкой и изоленты, отличающийся тем, что изоляционный каркас выполнен из стянутых резьбовым соединением основной и фиксирующей частей, каждая из которых выполнена в виде наружного кольца и центральной планки, жестко связанных ребрами, при этом ребра основной части изоляционного каркаса имеют пазы, в которых размещен спиральный бифиляр.

2. Токоограничитель по п. 1, в котором центральная часть спирального бифиляра намотана на два отрезка трубы, закрепленных в центре основной части изоляционного каркаса.