Токоограничивающий реактор
Использование: для быстрого и надежного ограничения токов короткого замыкания в электрических сетях. Сущность изобретения: реактор содержит рабочую обмотку 1 и одновитковый экранирующий элемент 2 в виде сплошного цилиндра из высокотемпературного сверхпроводящего материала, расположенный внутри обмотки и имеющий торцовые выступы, выходящие за обмотку, в виде полусфер. Экранирующий элемент может быть выполнен комбинированным о виде полого цилиндра из высокотемпературного сверхпроводящего материала и размещенного внутри этого цилиндра стержня 3 из ферромагнитного материала . 2 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕНН)Е ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4792543/07 (22) 28.12.89 (46) 23.06,93. Бюл. М 23 (71) Государственный научно-исследовательский энергетический институт им.
Г.М. Кржижановского (72) Ю.А.Башкиров, Л.С..Флейшман, О.К.Маглаперидэе, А.И,Блохин, Э.А.Джафаров, А.Н.Соболев и А.Б.Вдовин (56) Сингучев Ф.И. Применение группового шунтирующего реактора. Электрические станции. 1962, М 5, с. 88-89.
Либкинд М.С. Искусственное ограниче.ние токов короткого замыкания в электрических сетях. Известия АН СССР. Энергетика и транспорт, 1967, М 2, с. 53-60.
Вершинин Ю.Н., Меер.ович B.Ì., Наумкина И.Е., Новиков Н,Л., Соколовский В.Л.
Сравнительный анализ нелинейных реакторов с экранами из низкотемпературных и высокотемпературных (90 K) сверхпроводников. Электричество. — М.: Энергоиэдат, 1989, с. 1-6. Ы 1823067 А1 (я)5 Н02Н 9/02, Н 01 F 37/02 (54) ТО КОО ГРАН ИЧИ ВАЮЩИЙ РЕАКТОР (57) Использование: для быстрого и надежного ограничения токов короткого замыкания в электрических сетях, Сущность изобретения; реактор содержит рабочую обмотку 1 и одновитковый экранирующий элемент 2 в виде сплошного цилиндра из высокотемпературного сверхпроводящего материала. расположенный внутри обмотки и имеющий торцовые выступы, выходящие за обмотку, в виде полусфер. Экранирующий элемент может быть выполнен комбинированным в виде полого цилиндра иэ высокотемпературного сверхпроводящего материала и размещенного внутри этого цйлиндра стержня 3 из ферромагнитного материала. 2 з,п. ф-лы, 4 ил.
1823067
Изобретение относится к электротехнике и предназначено в качестве бесконтактного электромагнитного устройства для ограничения токов короткого замыкания в электроэнергетических системах, в частности, в кабельных и обычных электрических сетях.
Цель изобретения — устранение указанных недостатков, т.е. осуществление бесконтактного переключения реактора иэ одного состояния в другое, увеличение быстродействия, снижение потерь, упрощение конструкции и повышение надежности.
Керамические СП материалы широко 15 известны и применяют их обычно в виде токопроводящих пленок и проводов.
Однако, при их использовании в качестве сердечника в предлагаемом устройст20 ве, последнее проявляет новые свойства, что приводит к увеличению быстродействия, снижению потерь, упрощению конструкции и повышению надежности, Для заявленного устройства с ВТСП экранирующим элементом быстродействие определяется скоростью проникновения поля через экран и выхода из него.
Согласно, эти времена составляют т =0,01 глс при толщине ВТСП. равной 1 мм.
Быстродействие устройств с СП экранами (прототип) определяется скоростью перехода СП экрана в нормальное состояние и обратно. Как указано в скорости перехода составляют 0,2 мс и 6,5 мс, соответственно, при толщине, равной 15 мкм. Таким образовал. быстродействие заявленного устройства на несколько порядков выше, чем у устройства прототипа.
В устройстве прототипа (замкнутый неуправляемый экран) переход такого ограна из СП состояния в нормальное связан с выделением при этом энергии, Согласно, средняя величина выделяемой при этом энергии составляет 10 -10 Дж. В СП упз равляемых экранах. кроме того, следует учесть потери в системе управления экраном (нагревательные элементы и т.д.).
В заявляемом устройстве ВТСП экранирующий элемент сохраняет сверхпроводящее состояние как в номинальном, так и в режиме токоограничения, что обусловливает отсутствие потерь, связанных с переходом. Поэтому заявленное устройство является гораздо более экономичным, чем устройство прототипа. Кроме того, отсутствие в заявленном токоограничивающем реакторе необходимости использования жидкого гелия и связанного с ним криоэлектрооборудования существенно снижает как энергозатраты, так и потери энергии.
В устройстве прототипа для экранов использованы низкотемпературные СП материалы, переходящие в процессе работы иэ
СП состояния в нормальное и обратно. Для этого класса материалов, как указывается, характерны в процессе работы в переменном поле скачки магнитного потока, что существенно снижает стабильность характеристик и надежность работы всего устройства в целом. Кроме этого, в устройствах с управляемым экраном наличие управляющих элементов и связанных с ними систем также снижают надежность работы устройства. В заявленном устройстве, как указывалось выше, экранирующий элемент из ВТСП материала в процессе работы не переходит в нормальное состояние, что обусловливает отсутствие скачков потока и высокую надежность и стабильность характеристик. Кроме этого, в заявленном устройстве отсутствие управляющих элементов, систем управления ими, а также систем гелиевого криоэлектрооборудования существенно увеличивает надежность работы данного устройства, Следовательно. в предлагаемом устройстве размещение и функции ВТСП материала отличаются от размещения и функций такого материала в известных конструкциях.
На фиг,1 изображена конструкция предлагаемого реактора в разрезе; на фиг.2— варианты выполнения реактора; на фиг.3 и 4 — соответственно вольт-амперная характеристика и изменение индуктивного сопротивления реактора, Токоограничивающий реактор содержит силовую обмотку 1, размещенную на экранируемом элементе 2, выполненном в виде сплошного цилиндра иэ керамического
ВТСП материала, расположенного в криогенной среде (фиг.1).
Внутренняя полость ВТСП керамического экранирующего элемента 2 заполнена ферромагнитным материалом, образующим ферромагнитный стержень 3 (фиг.2).
Реактор работает следующим образом.
При номинальном режиме через силовую обмотку 1 реактора течет номинальный ток нагрузки, экранирующий элемент 2 иэ
ВТСП материала находится в сверхпроводящем состоянии, обладая при этом весьма малой магнитной проницаемостью, а внутри него поле отсутствует (не проникае-.), Поэтому сопротивление реактора мало — близко к нулю х = О. При КЗ ток в обмотке реактора быстро возрастает до значения тока КЗ и теперь вглубь сверхпроводящего зкранирующего элемента проникает большое поле. Вместе с тем сопротивле1823067 ние реактора увеличивается до максимального значения х1,. При этом зависимость между током и напряжением, т.е. вольтамперная характеристика реактора имеет оид кривой. представленной на фиг.3 сплошной линией. На участке от начала координат до точки "а" кривая приближается к оси абсцисс и реактор имеет малое сопротивление.
На участке "ав" наклон характеристики и сопротивление реактора заметно возрастают вследствие осе большего проникновения потока в глубь материала экранирующего элемента.
Наклон характеристики в ее начальной части "оа" определяется полем рассеяния силовой обмотки реактора. Если уменьшить рассеяние, то уменьшится и сопротивление о нормальном режиме и можно получигь большую кратность изменения сопротиоления реактора о режиме K3:
К=х /х<ь где х — сопротивление реактора о режиме
КЗ, т.е. при номинальном напряжении, х — сопротивление реактора в номинальном режиме. т.е. при номинальном токе.
Сопротивление реактора с зкранирующим элементом из керамического ВТСП материала изменяется в соответствии с его оольтамперной характеристикой без вмешательства каких-либо регулирующих или иных устройств и без применения каких-либо контактов и,дополнительных переключающих элементов, т.е. автоматически беэ всякого запаздывания, Наличие стержня 3 из ферромагнитного материала внутри керамического сверхпроводящего полого экранирующего элемента не влияет на работу реактора о номинальном режиме, однако позволяет еще более увеличить сопротивление х (см. пунктирную часть кривой на фиг.4) и улучшить параметр реактора — повысить кратность К в режиме КЗ. т.е. позволяет расширить диапазон использования устройства.
5 Придание торцам цилиндра экранирующего элемента формы полусфер позволяет уменьшить влияние краевых эффектоо;
Таким образом, предлагаемая конструкция токоограничивающего реактора сде10 лает его эффективным устройством криогенного электрооборудования соерхпрооодящих кабельных и воздушных систем переменного тока.
3-к с и е р и л1 е н т а л ы < ы е исследования
15 предложенного токоограничиоающего реактора показали, что по сравнению с устройством аналогичного назна<81 cDopMyna изобретения 1, Токоогра<нгчиоа<ощий реактор, со25 деожащий рабочую обмотку и од.<ооитков Ill экраllllðóloùèl< э.<ñìållT из высокотемпературного сверхпроводящего материала, отл нчà Io щи йc я 1oм, что, с . цель!c повышения быстродейс<оия, сниже30 ния по<ерь, упрощения ко«струкции и повыше«ня «адежности, экраниpyloulllll элемент оь:по".I 2. Реактор по и. 1, отличающийся те<л, что цилиндр оыпол.<ен сплошным. 3. Реактор по и. 1, о тл и ч а ю щи и с я тел<, что, с целью расширения диапазона 40 использооа«ия, он снабжен стержнем 1)3 ферромагнитного материала, экранирующий элемент оыполнен в виде полого цилиндра, а стержень размещен о цилиндре. 1823067 О JH хк 1р Z Редактор Заказ 2183 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательскиК комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 хр Составитель Ю,Башкиров Техред M.Ìoðiåíòàë Корректор Н. Король
