CN104823257A - 故障电流限制器装置 - Google Patents

Abstract

用于低、中至高电压电网的故障电流限制器装置，其包括设置成对齐真空断续器(断路器单元)(2)的故障电流限制器单元(1)，真空断续器有连接至下部电终端(4)的固定电接触件(3)和连接至上部电终端(6)的可移动电接触件(5)，以便在故障电流检测器件检测到故障因而故障电流限制器单元(1)已限制电流后中断电流，其中故障电流限制器单元(1)包括可移动的电滑动接触部件(8)，其电气地设置在真空断续器(断路器单元)(2)的上部电终端(6)和真空断续器(断路器单元)(2)的可移动电接触件(5)之间，并且能够在邻近上部电终端(6)的短路位置(A)和远离上部电终端(6)的远程位置(B)之间移动以向电流提供最大电阻。

Description

故障电流限制器装置

技术领域

本发明涉及一种用于低电压、中电压至高电压电网的故障电流限制器装置，所述故障电流限制器装置包括布置成与真空断续器(断路器单元)对齐的故障电流限制器单元，所述真空断续器具有连接至下部电终端的固定电接触件和连接至上部电终端的可移动电接触件，以便在故障电流检测器件检测到故障因而故障电流限制器单元已经限制电流之后中断电流。

背景技术

故障电流限制器是在配电电网或输电电网、尤其是低电压、中电压至高电压电网中自动地将故障电流限制至接近标称电流的低电流值的设备。这种设备的优点在于其大大地减小了电网的短路功率，并且因而允许互连电网而不增加短路功率或者降低安全裕度，从而使得连接至电网的其它机器可以设计成用于较低的短路功率，并且因而可以更轻并且更易于制造。

根据故障电流限制器领域中的常规技术知识，高温超导体非常适于用在故障电流限制器中，这是由于在超过超导体材料的临界电流、临界温度或临界磁场中至少之一时，高温超导体释放超导性并且从无阻抗超导状态转变成具有高电阻的正常状态。

在使用标称电流的正常操作中，即在冷却状态下，超导体材料处于实质上零阻抗的超导状态中，使得实质上在整个故障电流限制器上没有电压。因而，故障电流限制器对于电网而言是“隐形的”。在短路故障电流的情况下，电流上升至标称电流的数倍，超出超导体材料的临界电流，这使得超导体材料转变至正常阻抗状态并且产生高电压。即，在超导状态的正常操作中，在故障电流限制器的两端处实质上观察不到压差，然而在故障状态下，由于电阻增大而会测得大压差。为了避免故障电流限制器过热和受损，必须在有限的时间段内中断流过故障电流限制器的电流。因而，通常设置断路器与故障电流限制器对齐，以用于在故障电流检测器件检测到故障信号时切断电流。

文献EP 2 242 063A公开了这种用于故障电流限制器装置的故障电流检测器件。高温超导体故障电流限制器利用差动保护继电器，其中在发生故障时，差动保护继电器操作断路器的触发机构，由此断开电路并且中断向下游部件供电。电流限制器装置包括电流流入端和电流流出端。故障电流限制器的流入端电连接至第一测量电路，而故障电流限制器的流出端电连接至第二电流测量电路。在发生故障时，在电流限制器上产生压降，其中电流限制器的流出端的电压小于流入端的电压。结果，差动保护继电器观察到电流差。如果观察到的电流差值超出预定值，则差动保护继电器向断路器发送触发信号，并且中断电流。

为了操作故障电流限制器，需要液氮以便于维持超导特性。为了进行冷却，长年累月将出现能量的永久损耗。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于低电压、中电压至高电压电网的故障电流限制器装置，其包括快速作用部件以避免过热，并且其可以运作而无需冷却液体。

根据本发明，故障电流限制器单元包括可移动的电滑动接触部件，所述电滑动接触部件电气地设置在真空断路器单元的上部电终端和真空断路器单元的可移动电接触件之间，并且所述电滑动接触部件能够在上部电终端附近的短路位置A和远离上部电终端的远程位置B之间移动，所述远程位置用于针对电流提供最大电阻。

由于根据本发明无需冷却液，因而在设备自身中不出现永久能耗。仅在主要由铜或铝材料制成的连接终端处产生不可避免的阻抗损耗，但是对于所有的故障电流限制器而言这种阻抗损耗都是可忽略的。

根据本发明的优选实施例，可移动的电滑动接触部件产生与金属推杆和金属外壳套筒有关的最大电阻，所述金属推杆用于对真空断续器(断路器单元)的可移动电接触件产生作用，所述金属外壳套筒围绕金属推杆并且电连接至上部电终端。本特定装置提供了紧凑设计的故障电流限制器设备。

而且，可移动的电滑动接触部件优选为圆盘形，并且具有用于连接至推杆外表面的内部电滑动接触环以及用于连接至外壳套筒的内表面的外部电滑动接触环，所述外壳套筒被设计作为电阻器部件。在真空断续器连接部件(断路器单元)的闭合位置中，这允许电流从真空断续器和可移动的接触部件流至上部电终端。

此外，提供机械致动器器件以沿着推杆轴向地移动圆盘形的滑动接触部件，以便于在短路位置A(在该位置处电阻较小)和远程位置B(位于电阻器区域中或者位于电阻器的端部处)之间进行切换。优选地，机械致动器器件含有压缩气体以用于作用在圆盘形的滑动接触部件上，如同活塞那样，其中压缩气体存储在微气体产生器内或由微气体产生器产生，所述微气体产生器优选布置在外壳套筒和真空断续器以及可移动盘之间的区域中。在盘形滑动接触部件沿着推杆从阻抗较小的服务位置(例如，电极部件装置)的短路位置A移动至远程位置B期间，由于推杆和外壳套筒的内部材料优选由钢制成作为阻抗材料，因此电阻将增加。在可移动的滑动接触部件到达远程位置B的瞬间，电阻具有最大值以限制电网中的故障电流，真空断续器(断路器单元)将切换至断开位置。这是由于可移动的滑动接触部件在其到达远程位置B时提供的机械脉冲而引起的。此时，电流流过内推杆和外壳套管到达上部电终端。

根据本发明的另一方面，由布置在外壳套筒的远端处并且机械地连接至推杆的接触弹簧单元产生用于保持真空断续器(断路器单元)的各电接触件闭合的接触力。接触弹簧单元呈机械双稳态。优选地，接触弹簧单元对应于双稳态的机械机构单元，以便于保持电接触件处于闭合位置中，所述双稳态的机械机构单元由处于远程位置B中的盘形滑动接触部件提供的机械脉冲而致动，以便于使得电接触件处于断开位置中。

根据本发明的另一可选方面，所建议的是在金属外壳套管的内表面上设置纵向切割槽，以便于增加故障电流限制器装置的电阻。优选地，至少金属外壳套筒的外表面覆盖有塑料绝缘材料。塑料绝缘材料增加了设备的故障电流限制器-电阻器部件的机械稳定性。

根据本发明的另一可选方面，设置附加的驱动器件以用于将滑动接触部件从远程位置B重置回短路位置A。所述附加的驱动器件优选包括电磁驱动装置或类似结构。在两侧均安装有真空断续器的情况中，则可以按照相反的方式进行操作而重置装置。此处，需要附加的切断器以使得能够进行相反操作(根据图2)。

附图说明

当结合附图阅读针对本发明的详细说明之后，本发明的前述和其它方面将变得显而易见。

单幅附图示出了故障电流限制器装置的侧视图，所述故障电流限制器装置包括被布置成与真空断续器(断路器单元)对齐的故障电流限制器单元。

所有的附图都是示意性的。

具体实施方式

根据图1，故障电流限制器装置通常包括故障电流限制器单元1和真空断续器(断路器单元)2。故障电流限制器单元1和真空断续器(断路器单元)2彼此对齐地设置。

真空断续器(断路器单元)2包括连接至下部电终端4的固定电接触件3。固定电接触件3对应于可移动电接触件5，以便于形成电开关。可移动电接触件5连接至上部电终端6。设置推杆7以用于操作可移动电接触件5。在发生故障从而故障电流限制器单元1已经限制电流之后，真空断续器(断路器单元)2中断流动通过故障电流限制器装置的电流。为了检测故障，设置了故障电流检测器件(未示出)。故障电流限制器单元1还包括可移动的电滑动接触部件8。电滑动接触部件8电气地设置在真空断续器(断路器单元)2的上部电终端6和真空断续器(断路器单元)2的可移动电接触件5之间。可移动的电滑动接触部件8呈圆盘形或者一侧或两侧成锥形的盘形，所述电滑动接触部件具有用于连接至推杆7的外表面的内部电滑动接触环9以及用于连接至外壳套筒11的内表面的外部电滑动接触环10。外壳套筒11围绕推杆7，并且将上部电终端6电连接至真空断续器(断路器单元)2的可移动电接触件5。

可移动的电滑动接触部件8产生与金属推杆7和金属外壳套筒11有关的最大电阻。因而，可移动的电滑动接触部件8能够在邻近上部电终端6的短路位置A和远离上部电终端6并且位于金属外壳套筒11的顶部处的远程位置B之间移动。在远程位置B处，故障电流限制器单元1针对电流提供了最大电阻，这是由于电流必须从上部电终端6流动通过外壳套筒11、可移动的电滑动接触部件8、推杆7而流至可移动电接触件5。

为了沿着推杆7移动圆盘形的滑动接触部件8，设置了机械致动器器件，所述机械致动器器件包括布置在外壳套筒11和真空断续器插入件2之间的区域中的微气体产生器12。如果微气体产生器12提供的压缩气体加载至盘形滑动接触部件8的底侧，如图所示，则所述盘形滑动接触部件从短路位置A变动至远程位置B(虚线)。而且，设置接触弹簧单元13以用于保持电接触件3和电接触件5闭合。接触弹簧单元13布置在外壳套筒11的远端处。接触弹簧单元13机械地连接至推杆7的相应端部。

接触弹簧单元13对应于双稳态的机械机构单元14，以便于保持电接触件3和电接触件5处于其闭合位置，所述双稳态的机械机构单元由处于远程位置B处的盘形滑动接触部件8提供的机械脉冲致动，以便于使得电接触件3和电接触件5处于其断开位置中。附加地，设置了驱动器件(未示出)用于将滑动接触部件8从远程位置B重置回短路位置A。

为了增加故障电流限制器单元1的电阻，金属外壳套筒11的内表面设置有纵向切割槽15。

附图标记

1  故障电流限制器单元

2  真空断续器(断路器单元)

3  固定电接触件

4  下部电终端

5  可移动电接触件

6  上部电终端

7  金属推杆

8  可移动的电滑动接触部件

9  内部电滑动接触环

10  外部电滑动接触环

11  外壳套筒

12  微气体产生器

13  接触弹簧单元

14  双稳态的机械机构单元

15  切割槽

A  短路位置

B  远程位置

Claims (11)

1.一种用于低电压、中电压至高电压电网的故障电流限制器装置，所述故障电流限制器装置包括布置成与真空断续器(断路器单元)(2)对齐的故障电流限制器单元(1)，所述真空断续器包括连接至下部电终端(4)的固定电接触件(3)和连接至上部电终端(6)的可移动电接触件(5)，以便于在故障电流检测器件检测到故障因而故障电流限制器单元(1)已经限制电流之后中断电流，

其特征在于，故障电流限制器单元(1)包括可移动的电滑动接触部件(8)，所述可移动的电滑动接触部件电气地布置在真空断续器(断路器单元)的上部电终端(6)或不具有真空断续器(2)时的简单连接终端和真空断续器(断路器单元)(2)的可移动电接触件(5)之间，并且所述可移动的电滑动接触部件能够在邻近上部电终端(6)的短路位置(A)和远离上部电终端(6)的远程位置(B)之间移动，以用于提供针对电流的最大电阻。

2.根据权利要求1所述的故障电流限制器装置，其特征在于，所述可移动的电滑动接触部件(8)产生与金属推杆(7)和金属外壳套筒(11)有关的所述最大电阻，所述金属推杆用于作用在真空断续器(断路器单元)(2)的可移动电接触件(5)上，所述金属外壳套筒围绕金属推杆(7)并且电连接至上部电终端(8)。

3.根据权利要求1所述的故障电流限制器装置，其特征在于，所述可移动的电滑动接触部件(8)呈圆盘形或(在一侧或两侧处)成锥形的盘形，所述可移动的电滑动接触部件具有用于连接至所述金属推杆(7)的外表面的内部电滑动接触环(9)以及用于连接至所述金属外壳套筒(10)的内表面的外部电滑动接触环(10)。

4.根据权利要求3所述的故障电流限制器装置，其特征在于，设置有机械致动器器件以用于沿着金属推杆(7)轴向地移动圆盘形或锥盘形的所述可移动的电滑动接触部件(8)，以便于在所述短路位置(A)和所述远程位置(B)之间进行切换。

5.根据权利要求4所述的故障电流限制器装置，其特征在于，所述机械致动器器件包括压缩气体以用于作用在圆盘形的所述可移动的电滑动接触部件(8)上，就像活塞那样，其中，压缩气体存储在微气体产生器(12)中或者由所述微气体产生器产生，所述微气体产生器设置在金属外壳套筒(11)和真空断续器插入件(2)之间的区域中。

6.根据权利要求1所述的故障电流限制器装置，其特征在于，由设置在金属外壳套筒(11)的远端处并且机械地连接至金属推杆(7)的接触弹簧单元(13)产生用于保持固定电接触件和可移动电接触件(3、5)闭合的接触力。

7.根据权利要求6所述的故障电流限制器装置，其特征在于，接触弹簧单元(13)对应于双稳态的机械机构单元(14)，以便于保持固定电接触件和可移动电接触件(3、5)处于闭合位置中，所述双稳态的机械机构单元由处于远程位置(B)处的盘形的所述可移动的电滑动接触部件(8)提供的机械脉冲而致动，以便于使得固定电接触件和可移动电接触件(3、5)处于断开位置中。

8.根据前述任意一项权利要求所述的故障电流限制器装置，其特征在于，金属外壳套筒(11)的内表面设置有纵向或周向切割槽(15)以便增大电阻。

9.根据前述任意一项权利要求所述的故障电流限制器装置，其特征在于，至少金属外壳套筒(11)的外表面覆盖有塑料绝缘材料。

10.根据前述任意一项权利要求所述的故障电流限制器装置，其特征在于，设置有附加的驱动器件以用于将所述可移动的电滑动接触部件(8)从远程位置(B)重置回短路位置(A)。

11.根据前述任意一项权利要求所述的故障电流限制器装置，其特征在于，所述故障电流限制器装置配置有双真空断续器和切断器开关，以在故障电流限制操作之后获得具有双位置接触件的多点设备。