RU2254655C2 - Current limiter - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering; short-circuit protective gear.

SUBSTANCE: proposed short-circuit current limiter built around controlled reactor has at least one pair of separate magnetic cores carrying magnetizing and demagnetizing windings. This pair of magnetic cores carries main winding designed for connection to phase line under protection and auxiliary winding. Main and auxiliary windings are made in the form of series-connected semi-windings disposed on separate magnetic cores of pair. Magnetizing winding is designed for connection to dc current supply. Semi-windings of main winding are connected differentially and those of auxiliary winding, cumulatively; they pass current to rectifier connected via threshold switch to demagnetizing winding.

EFFECT: enhanced speed of response and short-circuit current limiting efficiency.

3 cl, 2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к электроэнергетике и, в частности, к ограничителям токов короткого замыкания, выполненным на основе управляемого реактора.The invention relates to the electric power industry and, in particular, to short-circuit current limiters made on the basis of a controlled reactor.

Уровень техникиState of the art

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.Known current limiter containing the main winding, designed to be included in the protected circuit, and the control winding, switched by a switch, each of which is made of series-connected semi-windings [1]. The switch is made in the form of a cryotron and is connected through the converter to the current sensor of the protected circuit. The disadvantage of the device [1] is the low speed due to delays in the operation of the cryotron, and the transition of the main winding from the superconducting state to the resistive state.

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].These delays are absent in the current limiter, which is selected as a prototype and contains at least one pair of separate magnetic circuits, equipped with a main winding designed to include an electric circuit in the phase to be protected and made of series-counter-connected semi-windings placed on separate magnetic circuits of the pair, covered by magnetizing and demagnetizing windings [2].

Недостаток устройства [2] - относительно низкое быстродействие и невысокая степень токоограничения, определяемая коэффициентом увеличения дифференциального индуктивного сопротивления основной обмотки при коротком замыкании.The disadvantage of the device [2] is the relatively low speed and low degree of current limitation, determined by the coefficient of increase of the differential inductive resistance of the main winding during short circuit.

Задача изобретения - повысить быстродействие токоограничителя и степень ограничения им тока короткого замыкания.The objective of the invention is to increase the speed of the current limiter and the degree of limitation of the short circuit current.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

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.The subject of the invention is a current limiter comprising at least one pair of separate magnetic circuits, provided with a main winding intended for inclusion in the protected phase of the electrical circuit, and an additional winding, each of which is made in the form of series-connected semi-windings placed on separate magnetic circuits of the pair covered the magnetizing and demagnetizing windings, while the half-windings of the main winding are connected in the opposite direction, and the half-windings of the additional winding - according to and feed a rectifier, which is connected through a threshold switch to a demagnetizing winding.

Эта совокупность признаков позволяет решить задачу изобретения.This set of features allows to solve the problem of the invention.

Изобретение имеет развитие, которое состоит в том, что подмагничивающая обмотка выполнена из провода с высокотемпературной сверхпроводимостью и помещена в криостат.The invention has a development, which consists in the fact that the magnetizing winding is made of a wire with high-temperature superconductivity and placed in a cryostat.

Это позволяет исключить тепловые потери на активном сопротивлении обмоточного провода и, тем самым, увеличить допустимую плотность протекающего через него подмагничивающего тока.This eliminates heat loss on the active resistance of the winding wire and, thereby, increases the permissible density of the magnetizing current flowing through it.

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.In the case of a three-phase circuit, the current limiter contains a pair of separate magnetic circuits in each phase, and the additional windings are connected into a star or a triangle and feed either individual phase rectifiers or a common three-phase rectifier. Moreover, the invention has a development, which consists in the fact that the magnetizing and demagnetizing windings cover all the magnetic circuits of the current limiter.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 представлена конструктивная схема токоограничителя, на фиг.2 - его электрическая схема, которые иллюстрируют осуществление изобретения для случая его однофазной реализации.Figure 1 presents a structural diagram of a current limiter, figure 2 is its electrical diagram, which illustrate the implementation of the invention for the case of its single-phase implementation.

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Устройство, представленное на фиг.1 и фиг.2, содержит:The device shown in figure 1 and figure 2, contains:

- два отдельных (т.е. не имеющих общих элементов магнитной цепи) магнитопровода 1 и 2, охваченные подмагничивающей обмоткой 3 и размагничивающей обмоткой 4;- two separate (i.e., not having common magnetic circuit elements) magnetic circuits 1 and 2, covered by a magnetizing winding 3 and a demagnetizing winding 4;

- основную обмотку из полуобмоток 5, 6 и дополнительную обмотку из полуобмоток 7, 8, размещенных на магнитопроводах 1 и 2.- the main winding of the semi-windings 5, 6 and the additional winding of the semi-windings 7, 8, located on the magnetic circuits 1 and 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.The half-windings 7 and 8 are connected in accordance with and feed the rectifier 9, which is connected through a threshold switch 10 to the demagnetizing winding 4. The half-windings 5 and 6 are connected to each other and connected in series to the protected circuit in series with the load 11 and the source of alternating current 12.

Обмотка 3 подключена к источнику 13 постоянного тока.The winding 3 is connected to a DC source 13.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

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.The direct current flowing through winding 3 provides a deep saturation of the magnetic circuits 1 and 2. The load current flowing through the semi-windings 5 and 6 creates an alternating magnetic flux in each of the magnetic circuits 1 and 2, the magnitude of which, in the absence of a short circuit in the protected circuit, is insufficient for output corresponding magnetic circuit from saturation state. Due to this, an insignificant part of the voltage of the source 12 drops on the half-windings 5 and 6, and the difference in the emf induced in the half-windings 7 and 8 supplying the rectifier 9 is not enough for the switch 10 to operate.

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.The opposite inclusion of semi-windings 5 and 6 and the practical identity of the magnetic circuits 1 and 2 lead to the fact that the alternating magnetic fluxes crossing the windings 3 and 4 are subtracted and practically do not induce alternating current in these windings.

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.When a short circuit occurs, the current through the main winding flows from the semi-windings 5, 6 and the voltage on it increases. The increase in current through the on-off half-windings 5 or 6 increases the degree of saturation of one of the magnetic cores 1 or 2 and removes another magnetic circuit from saturation. Depending on the direction of the current flowing through the main winding at the time of a short circuit, magnetic circuit 1 or 2 comes out of saturation.

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.The saturation exit of one of the magnetic cores leads to the fact that the inductive resistance of the half-winding 5 or 6 placed on it and the voltage induced on the corresponding half-winding 7 or 8, respectively, begin to increase. The balance of the emf induced in the additional winding is violated. Accordingly, the voltage at the output of the rectifier 9 rises. When it reaches the threshold of the switch 10, the latter connects the rectifier 9 to the demagnetizing winding 4 with a polarity that compensates for the saturating magnetic flux of the winding 3 in both magnetic circuits. As a result of the exit of the magnetic cores from saturation, the inductive resistances of both half-windings 5 and 6 of the main winding sharply increase, which ensures the current limiting mode in the protected alternating current circuit.

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.After eliminating a short circuit in the protected circuit, the balance of the emf induced in the sections of the additional winding is restored. In this case, the voltage at the output of the rectifier 9 and the current through the switch 10 fall. After reducing the current to the current value off switch 10, the latter disconnects the winding 4 from the rectifier, the cores 1 and 2 are saturated again and the current limiter returns to its original state.

Благодаря лавинообразному характеру описанных процессов входа в режим токоограничения и выхода из него быстродействие предлагаемого устройства существенно повышается.Due to the avalanche-like nature of the described processes of entering and exiting the current limiting mode, the speed of the proposed device is significantly increased.

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.As can be seen from the above, when the proposed device is in current limiting mode, both magnetic circuits of the protected phase are demagnetized and leave the saturated state, while in the prototype device one of the magnetic circuits remains saturated.

Это увеличивает дифференциальное индуктивное сопротивление основной обмотки предлагаемого устройства в режиме токоограничения.This increases the differential inductance of the main winding of the proposed device in current limiting mode.

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.The bias current, constantly flowing through the magnetizing winding 3, which has a non-zero active resistance, heats it. Heat generation in the winding limits the permissible current density in the winding wire and leads to energy loss.

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.To eliminate this drawback, the winding 3 can be made of a wire with high-temperature superconductivity and placed in a cryostat 14. Moreover, the wire of the winding 3 is in a state of superconductivity and has zero active resistance, on which there is no heat emission.

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.The current limiter for protecting a three-phase circuit contains three pairs of separate magnetic circuits, on which the main windings are included, which are included in the phase wires of the protected circuit. The additional windings are connected in a star or a triangle and feed either individual phase rectifiers or a common three-phase rectifier. In the latter case, the threshold switch may be common to all phases.

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.In this case, the magnetizing and demagnetizing windings can be separate for each protected phase or common to all phases and, accordingly, cover either a pair of magnetic cores of each phase or magnetic cores of all phases.

Источники информацииSources of information

1. Авт. свид. СССР № 936203, МПК Н 02 Н 9/02, 1982.1. Auth. testimonial. USSR No. 936203, IPC N 02 N 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.39-41.2. V.E. Keilin et al. Three-phase current limiter with a saturated magnetic circuit and HTSC magnetization coil. Russian Electrotechnical Congress. Section 9. "Superconducting and electrical installations", Moscow, June 30 - July 2, 1999, pp. 39-41.

Claims (3)

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.1. Current limiter containing at least one pair of separate magnetic circuits covered by magnetizing and demagnetizing windings, equipped with a main winding intended to be included in the protected phase of the electrical circuit, and an additional winding, each of which is made in the form of series-connected semi-windings placed on separate magnetic circuits of the pair, while the magnetizing winding is designed to be connected to a direct current source, the half windings of the main winding are connected in opposite, poluobmotki additional winding - and feed according rectifier which is connected through a threshold switch of the demagnetizing coil. 2. Токоограничитель по п.1, отличающийся тем, что подмагничивающая обмотка выполнена из провода с высокотемпературной сверхпроводимостью и помещена в криостат.2. The current limiter according to claim 1, characterized in that the magnetizing winding is made of wire with high temperature superconductivity and placed in a cryostat. 3. Токоограничитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что для трехфазной сети подмагничивающая и размагничивающая обмотки охватывают все магнитпроводы.3. The current limiter according to claim 1 or 2, characterized in that for a three-phase network, the magnetizing and demagnetizing windings cover all magnetic conductors.

Images