CN101506918A - 用于抑制高频电流和/或电压分量的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题是用于抑制高频电流和/或电压分量的装置，适用于保护电气设备，具体来说在电力网络和电站中对抗过压的影响。本发明的装置特征在于它包含串联阻抗元件，其是至少一个磁芯反应器(1，2)，磁芯反应器的磁路包括至少两个其上缠绕了反应器线圈(3，4)的有源部分，这些线圈相互串联并且反并联连接。

Description

用于抑制高频电流和/或电压分量的装置
本发明的主题是用于抑制高频电流和/或电压分量的装置，适用于保护电气设备，具体来说在电力网络和电站中对抗过压的影响。
在电力网络中工作的电气设备，特别是变压器和电动机，容易受到作为切换过程或者雷电浪涌的结果而生成的不利高频现象的影响。此类不利现象的示例可以是与真空断路器中多个引弧相连接的事件或者带聚乙烯绝缘的低耗电缆中出现的波现象。人们越来越多地使用这种类型的设备，这需要越来越多地普遍使用保护设备以减少电气设备终端上电压中的上升陡度和/或以减少由过压幅度表示的过压值。这些不利现象均引起电气设备绝缘系统的迅速老化。
减小过压值的已知方式是使用压敏型过压限幅器。然而，它们的操作并不保护设备避免另一不利现象，即，它不减少电气设备终端上电压中的上升陡度。
用于保护电气设备避免破坏性高频现象的已知方法在于使用浪涌电容器(surge capacitor)C或RC缓冲器，其连接在被保护设备的终端与地之间。然而，使用RC元件主要在于确保设备与电力线路的波阻抗匹配。减小电压中上升陡度的保护动作需要使用大的电容值，这导致了保护设备的大尺寸。为了避免大尺寸，串联阻抗元件连接在电力线路与设备的被保护段之间。此类串联装置可以是其线圈是通过环形芯的开口(中心)延伸的导体的反应器。必须以这样一种方式选择串联阻抗元件，即其对于网络频率(通常为50Hz)的阻抗接近零。
作为串联阻抗元件的此类装置的示例在专利说明书US 6 642 806中示出。它是围绕载流导线的磁元件，该磁元件是导磁率和传导率严格定义的材料制成的，使得对于威胁到设备被保护段的频率范围，其材料属性将确保位于其中的导线必需的插入损耗。该磁元件是环形芯，环形芯的磁路具有置于环形芯内径内的载流导线的形式。该提到的专利说明书展现了用于为适中电压网络和高电压网络过滤电流和电压的高频分量的方法。然而，要通过这种装置和方法在低于100kHz频率范围内为电气设备提供保护是困难的，并且它要求使用大尺寸或者高导磁率的磁元件，这又在我们必须处理工作电流的低频分量时引起磁材料的饱和。
专利说明书US 6 385 029描述了用于在电力线路中抑制高频的装置。该装置包含了串联定位的多个环形芯所形成的反应器，该元件连接作为载流导线一部分的这些芯，载流导线缠绕在连续芯上。
利用了串联阻抗元件的本发明装置的精华在于串联阻抗元件是至少一个带磁芯的反应器，其磁路包括至少两个其上缠绕了反应器线圈的有源部分，这些线圈相互串联和反并联连接。
优选地，有源部分是单独的磁芯。
优选地，磁芯通过封闭部分互连，形成一端开口的磁芯。
优选地，磁芯通过封闭部分互连，形成闭合的磁芯。
优选地，芯的有源部分连同封闭芯的磁路的部分一起是环形芯，环形芯由一种特性特征是其导磁率随着频率的增大而迅速减少的磁材料制成。
优选地，闭合的磁芯具有圆环的形式。优选地，有源部分由带有宽带导磁率特性的磁材料制成。
优选地，封闭芯的磁路的部分由其导磁性随着频率增大而迅速减小的磁材料制成。
优选地，该装置由至少两个串联互连并且形成堆叠(stack)的磁芯反应器组成，其中以这样一种方式定位相邻反应器的相邻线圈，即它们产生的磁通量指向相反的方向。
优选地，反应器堆叠置于公共的壳体中。
优选地，电阻器并联串联连接到反应器的输入端和输出端。
优选地，用于抑制高频电流和电压分量的装置置于高压套管中。
本发明装置的优点在于它在减少过压值以及减少电压上升陡度两方面均提供了对电气设备的保护，同时保持装置的小尺寸。
本发明的装置呈现为附图中的示例性实施例，其中图1示出了本发明第一实施例中的反应器，包含两个单独的磁芯，图2示出本发明第二实施例中的反应器，包含在一端上连接的两个磁芯，图3示出了本发明第三实施例中的反应器，包含相互连接的两个磁芯，图4示出了出自图4的反应器的变体，图5示出了包含其磁芯设置在堆叠中的反应器的装置，而图6示出了带有连接在装置输入端和输出端之间的电阻器的本发明装置的示意图。
本发明的实施例I。
用于抑制高频电流和电压分量的装置是包含采用两个磁芯形式(第一磁芯1和第二磁芯2)的有源部分的反应器。在第一磁芯1上存在缠绕的线圈3，该线圈与线圈4串联并且反并联连接，线圈4缠绕在第二磁芯2上。磁芯1和2由带有宽带导磁率特性的磁材料制成。例如，此类材料可以是锰-锌铁氧体。
本发明的实施例II。
用于抑制高频电流和电压分量的装置是包含采用两个磁芯形式(第一磁芯1和第二磁芯2)的有源部分的反应器。在第一磁芯1上存在缠绕的线圈3，该线圈与线圈4串联并且反并联连接，线圈4缠绕在第二磁芯2上。磁芯1和磁芯2通过封闭部分5相互连接，封闭部分5是以磁性不同于芯1和芯2磁性的磁芯形式。磁芯1和2由带有宽带导磁率特性的磁材料制成。例如，此类材料可以是锰-锌铁氧体。封闭部分5由其导磁性随着频率增大迅速减小的磁材料制成，例如，此类材料可以是典型的变压器铁硅板。
本发明的实施例III
用于抑制高频电流和电压分量的装置是包含采用两个磁芯形式(第一磁芯1和第二磁芯2)的有源部分的反应器。在第一磁芯1上存在缠绕的线圈3，该线圈与线圈4串联并且反并联连接，线圈4缠绕在第二磁芯2上。磁芯1和磁芯2均通过封闭部分5和6相互连接，封闭部分5和6是以磁性不同于芯1和芯2磁性的磁芯形式。图3所示由芯1和2以及封闭部分5和6形成的磁路具有矩形形状，但该形状可以是不同的，例如，如图4所示，它可具有圆环形状或者未在附图中示出的椭圆形状或者类似于椭圆的形状，或者它可以是具有圆角的矩形。在这种情况下，芯的有源部分与封闭芯的磁路的部分一起构成由这样一种磁材料制成的磁路，即磁材料的特性特征是它的导磁率随着频率增大而迅速减小。此类材料的一个示例是变压器铁硅板。图4中示出的环形芯是本发明实施例的此类版本。
本发明的实施例IV，图5示出。
包含采用两个磁芯1和2形式的有源部分和缠绕在磁芯1和2上、串联和反并联互连的线圈3和4的单个反应器与等同设计的其它反应器连接，它们的定位是一个极接近地在另一个的上方/下方。在这种情况下，一个反应器的第一线圈3的输入/输出与另一反应器的输出/输入4串联并反并联连接。一起建立的反应器的数量可以大于二，在这种情况下建立的反应器形成堆叠，这在附图中未示出，图中单个反应器通过线圈彼此连接。完整的反应器堆叠可以置于一个壳体中，这在附图中未示出。
本发明装置以如下方式工作。
如果低频电流(50/60Hz)通过反应器串联连接的线圈3和4，则线圈生成的磁通量封闭在芯1和2形成的磁路内。由于连接这些线圈的反并联方式，这些通量在反应器的磁路中补偿它们自身并且结果通量接近零。反应器的结果阻抗也接近零。如果反应器与电阻器7并联连接，或者如果缠绕了负载电阻器的附加的线圈(附图中未示出)，结果阻抗的值也接近零。因此，低频电流通过而产生的跨装置的电压降接近零。
如果高频电流通过串联连接的反应器线圈，则线圈3和4生成的磁通量部分地封闭在磁芯1和2中，而部分在它们外部。因此在单个芯中的通量补偿受到限制并且磁性上分开的线圈连同芯碎片一起构成串联连接的感应元件。对于高频范围，反应器的结果阻抗相比于对于低频范围的结果阻抗大。如果反应器与电阻器7并联连接，或者如果缠绕了负载电阻器的附加的线圈，装置的结果阻抗接近电阻器的电阻。因此，对于高频范围，串联电阻元件引入到线路中。
图5中呈现的装置操作在于极接近的相邻反应器的线圈的互耦。在该情况下，串联连接并且设置在堆叠中的反应器的结果阻抗大于单个反应器总的阻抗。上述结果阻抗上的增加在极接近的相邻反应器的线圈所生成的通量Φ1和Φ2具有相反方向时是可能的。
由于它的小尺寸，根据本发明的装置可置于高压套管内。

Claims (12)

1.一种用于抑制高频电流或/和电压分量的装置，其中使用了串联阻抗元件，其特征在于所述串联阻抗元件是至少一个磁芯反应器，所述磁芯反应器的磁路包括至少两个有源部分，在所述至少两个有源部分上缠绕了串联并且反并联连接的反应器线圈(3)和(4)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述有源部分是单独的磁芯(1)和(2)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于磁芯(1)和(2)通过封闭部分(5)相互连接，形成在一端开口的磁芯。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于磁芯(1)和(2)通过封闭部分(5)和(6)相互连接，形成闭合的磁芯。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述闭合的磁芯具有圆环的形状。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述芯的有源部分连同封闭所述芯的磁路的部分一起是环形芯，所述环形芯由这样一种磁材料制成，即所述材料的特性特征在于它的导磁率随着频率增大而迅速减小。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述有源部分由带有宽带导磁率特性的磁材料制成。
8.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于封闭所述芯的磁路的部分由其导磁性随着频率增大而迅速减小的磁材料制成。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述装置由相互串联连接并形成堆叠的至少两个磁芯反应器组成，其中以这样一种方式定位相邻反应器的相邻线圈，即它们产生的磁通量指向相反的方向。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述反应器堆叠置于公共壳体中。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，其特征在于电阻器并联到所述反应器的输入端和输出端。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的装置，其特征在于所述装置置于高压套管内。
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