CN1246210A - 包括减少过电流和限制过电流在内的关于保护物体免遭过电流的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在电厂中保护物体(1)免受来自电网(3)或被包括在高压电厂中的另一设备的过电流的装置和方法,所述装置包括在物体与电网/设备之间的线路(2)中的开关装置(4)。在物体和电网/设备之间的线路(2)和减少流向物体(1)的过电流的装置(5)相连,所述装置(5)借助于过电流状态检测装置(11—13)可以在比开关装置(4)的遮断时间短得多的时间间隔内被启动进行减少过电流。

Description

包括减少过电流和限制过电流在内的 关于保护物体免遭过电流的装置和方法
本发明涉及一种电厂中用于保护和电力网络或和电厂中的另一个设备相连的物体免遭和故障有关的过电流的装置，所述装置包括设置在物体和电网/设备之间的线路中的开关装置。此外，本发明包括一种保护物体免遭过电流的方法。
所涉及的电物体最好由具有磁路的设备构成，其要求保护免遭和故障相关的过电流，即实际上的短路电流。例如该物体可以是变压器或电抗器。本发明旨在用于中电压或高电压中。按照IEC标准，中电压为1-72.5kv，而高电压为72.5kv以上。因而，包括输电、辅助输电和配电等级。
在这种性质的电厂中，人们一直寻求用于有关物体的保护的一种常规的断路器(开关装置)，其被这样设计，使得其在遮断时提供电隔离。因为这种断路器必须被设计成能够遮断很高的电流和电压的，所以将获得具有大的惯性的相当笨重的设计，这表现在其具有相当长的遮断时间。需要指出的是，主要针对的过电流是其发生和被保护物体有关的短路电流，例如由于被保护物体的电绝缘系统的故障。这种故障意味着，外部电网/设备的故障电流(短路电流)将要通过在物体中产生的电弧来流动。其结果可以导致极大的破坏。可以提及的是，对于瑞典电网，计算的短路电流/故障电流是63kA。实际上，短路电流可以为40-50kA。
所述断路器具有的问题是其长的遮断时间。对于完全实现遮断的计算遮断时间(IEC标准)是150毫秒。根据实际情况，把遮断时间减少到50-130毫秒以下是困难的。其结果是，在被保护物体中存在故障时，在用于启动断路器使其断路所需的整个时间期间极高的电流将通过被保护物体。在这个时间期间，外部电网的全部故障电流在被保护物体上具有相当的负载。为了避免被保护物体的破坏和完全击穿，按照现有技术，人们如此设计物体，使得在断路器的遮断时间期间，其设法经受短路电流/故障电流而没有明显的破坏。应当指出，在被保护物体中的短路电流(故障电流)可以包括物体本身对故障电流的贡献和从电网/设备发出的附加电流。物体本身对故障电流的贡献不受断路器性能的影响，但是由电网/设备供出的故障电流取决于断路器的操作。要求如此设计被保护物体，使得其可以在相当长的时间间隔期间经受大的短路电流/故障电流，这带来的主要缺点是更昂贵的设计和性能的降低。
关于目前的变压器和电抗器的保护，除去上述的常规断路器的功能之外，取决于其自身的瞬变电流限制能力，这是由于它们具有高的电感。虽然本发明可以应用于这种常规的变压器和电抗器，但是应用于新发明的变压器或电抗器将是尤其有利的，这将在后面更详细地讨论，按照它们的设计，它们具有比常规的变压器和电抗器较低的电感/阻抗，因此不能在相等的程度上构成关于自我保护免遭过电流以及保护位于变压器/电抗器前后的电气装置的电感电流限制装置。在这种非常规的变压器和电抗器中，当然重要的是保护装置快速动作，以便限制故障的破坏效果。
为了便于理解，下面说明常规的电力变压器。所述的全部内容都适合于电抗器。电抗器也被设计成单相和三相的电抗器。关于绝缘和冷却，在原理上和变压器是相同的。因而，空气绝缘的和油绝缘的，自冷的，压力油冷的电抗器都可以利用。虽然电抗器具有一个绕组(每相)，并且可以设计成具有铁芯或没有铁芯的，但是下面的说明在很大程度上也适应于电抗器。
常规的变压器包括变压器铁芯，下面称为铁芯，通常是层叠取向的硅钢片。铁芯包括几个铁芯柱，由轭部连接，它们共同形成一个或几个铁芯窗口。具有这种铁芯的变压器通常称为铁芯变压器。围绕铁芯柱具有多个绕组，一般被称为原绕组、副绕组和控制绕组。就所涉及的电力变压器而言，这些绕组实际上总是同心设置的，并沿着芯柱的长度分布。铁芯变压器一般具有圆形线圈，以及锥形的铁芯柱截面，以便尽可能紧密地充满线圈。
有时也有其它类型的铁芯设计，例如被包括在被称为壳式变压器中的铁芯。这些铁芯具有一种规则的矩形线圈和矩形的芯柱截面。
在相关的功率范围的下部，即从1VA到1000MVA，常规的电力变压器有时被设计成空气冷却的，以便带走不可避免的固有损耗。为了保护以避免接触，并尽可能地减少变压器的外部磁场，通常提供具有通风开口的外壳。
不过，最一般的电力变压器是油冷的。因为其理由之一是，油具有作为绝缘介质的附加的重要功能。因此，油冷的和油绝缘的常规电力变压器必须被外部壳体包围着，由下述可清楚地看出，对壳体提出了很高的要求。
常规的油绝缘电力变压器也利用水冷的油制造。
本说明的下面的大部分内容针对的是常规的充油的电力变压器。
上述的绕组由一个或几个包括许多串联匝数的串联连接的线圈构成。此外，线圈配备有特殊的装置，使得在线圈端子之间可以转换。这种装置可以被设计用于借助于螺栓连接或借助于可以在箱体附近操作的特殊的开关进行转换。在变压器在电压下可以发生转换的情况下，转换开关被称为有载抽头转换器，否则便叫做无载抽头转换器。
关于在功率范围的上部的油冷和油绝缘的电力变压器，有载抽头转换器的断路元件被设置在直接和变压器箱体相连的特殊的充油容器内。断路元件完全通过电机驱动的旋转轴以机械方式进行操作，并被如此设置，使得在转换期间当触点打开时发生快速运动，而在触点闭合时则作较慢的运动。不过，这种有载抽头转换器被设置在实际的变压器箱体内。在操作期间，发生电弧和火花。这导致箱体内的油的劣化。为了获得较少的电弧因而也形成较少的积碳和对触点的较小的磨损，有载抽头转换器通常和变压器的高压侧相连。这是由于这样的事实，和把有载抽头转换器连接于低压侧相比，需要切断和接通的电流较小。常规的充油电力变压器的故障统计表明，有载抽头转换器是通常发生故障的部件。
在低的功率范围的油冷和油绝缘的电力变压器中，有载抽头转换器和其断路元件被置于箱体的内部。这意味着由于在操作期间的电弧而产生的上述的油劣化的问题将影响整个的油系统。
在常规的电力变压器和本发明的这种非常规的电力变压器之间的主要差别在于绝缘条件的不同。为此，将参照图1详细说明绝缘系统如同在常规的电力变压器中那样被设置的原因。
从施加的或感应的电压的观点看来，可以一般地说，在静态下加于绕组上的电压对每匝绕组的贡献是相同的，即在所有匝上的电压是相等的。
不过，从电位的观点看来，情况则完全不同。绕组的一端，假定按照图12的绕组51的低端一般和地相连。不过，这意味着，每匝的电位从最接近地电位的匝的实际上的0值线性地增加到在绕组的另一端的匝的相应于施加的电压的电位。
在图12中，除去绕组51之外，包括铁芯52，示出了对于常规绕组假定绕组下部处于地电位时的关于电场分布的简化的等位线53。这电位分布决定绝缘系统的成分，因为在相邻的绕组匝数之间和每匝和地之间需要具有充分的绝缘。因而，该图表示绕组的上部经受最高的绝缘负荷。用这种方式，通过在铁芯窗口中的电场的分布基本上确定了绕组的设计和绕组相对于铁芯的位置。
在各个线圈中的匝一般被集中成为几何上相连的物理上与其它线圈界定的单元。线圈之间的距离也由在线圈之间可以允许存在的介电应力确定。因而，这意味着在线圈之间也需要某个绝缘距离。按照上述，对于位于由在线圈中局部产生的电位而形成的电场中的其它电导体也需要足够的绝缘距离。
因而，由上述可以清楚地看出，对于各个线圈，在物理上相邻的导体元件之间内部电压差是相当低的，而相对于其它金属物体(包括其它线圈)的外部电压差可以相当高。该电压差由磁感应引起的电压和在变压器的外部连接上连接的外部电系统而产生的电容分布电压确定。除去操作电压之外，可以从外部进入的电压包括雷电过电压和开关过电压。
在线圈的电流引线中，由于导体周围的泄漏磁场而引起附加损耗。为了保持这些损耗尽可能低，尤其是对于上部功率范围内的电力变压器，导体通常被分为几个通常叫做股的导体部分，其在操作期间是并联连接的。这些股必须按照这种方式换位，使得在每股中感应的电压尽可能相同，从而在每对股之间的感应电压的差尽可能小，以便从损耗的观点来看使内部循环电流分量保持在一个合理的值以下。
当按照现有技术设计变压器时，总的目的是在由被称为变压器窗口限定的已知面积内具有尽量多的导体材料，一般叫做具有尽可能高的填充系数。除去导体材料之外，可利用的空间还应当包括和线圈相连的绝缘材料，一部分在线圈之间的内部，一部分附连于包括磁心的其它金属元件上。
一部分在线圈/绕组的内部，一部分在线圈/绕组之间，和其它的金属部件上的绝缘系统，一般被设计成最接近各个导体元件的基于纤维素的或基于清漆的固态绝缘，而在这些的外部，则被设计成固态纤维素绝缘和液态绝缘以及气态绝缘。按这种方式，具有绝缘的绕组和可能存在的支撑部件代表承受在变压器的有源电磁部件内及其周围产生的高电场强度的大的体积。为了能够利用最大的击穿危险预先确定用于产生和达到一个好的定额的介电强度，要求绝缘材料具有已知的性能。为此，不致使绝缘性能改变或降低的周围环境也是主要的。
对于常规的高压电力变压器当前流行的绝缘系统包括作为固态绝缘的纤维素材料和作为液态绝缘的变压器油。变压器油基于所谓的矿物油。
变压器油具有双重功能，因为除去绝缘功能之外，还能通过除去变压器的热损失有效地冷却铁芯和绕组等部件。油冷需要油泵、外部冷却部件和膨胀连接等等。
在变压器的外部连接和直接连接的线圈/绕组之间的电连接被叫做套管，用于通过箱体实现导电连接，所述箱体在油冷电力变压器的情况下用于容纳实际的变压器。套管也是一种被固定到箱体上的单独的元件，并被设计用于承受在箱体内部和外部所需的绝缘要求，同时它还应当承受电流负载和由其产生的电流力。
应当指出，上述关于绕组的绝缘系统的相同的要求也适用于线圈之间、套管和线圈之间、不同类型的转换开关和套管之间的所需的内部连接。
在常规电力变压器内部的所有金属部件一般和给定的地电位相连，载流导体例外。用这种方式，不希望的危险、在控制方面的困难、由于在高电位的电流引线和地之间的电容电压分布而引起的电位的增加都可以被避免。这种不希望的电位增加可以引起被称为电晕的局部放电。电晕可以在一般的验收试验期间被暴露，验收试验利用比额定数据高的电压和频率被局部地进行。在操作期间，电晕可以造成破坏。
在变压器中的各个线圈必须具有这样的机械尺寸，使得它们可以承受由于电流升高而引起的任何应力和在短路过程中出现的电流力。也就是说，线圈被这样设计，使得所产生的力在每个线圈内被吸收，这又可以意味着线圈的尺寸不能按照在正常操作期间的正常功能被优化地确定。
在充油的电力变压器的受限制的电压和功率范围内，绕组被设计成所谓的片绕组。这意味着上述的各个导体被薄片代替。制造的片绕的电力变压器的电压达20-30KV，功率达20-30MW。
在上部功率范围内的常规的电力变压器的绝缘系统除去相当复杂的设计之外还要求特殊的制造措施以便以最好的方式利用绝缘系统的性能。为了获得好的绝缘，绝缘系统应当具有低的湿度含量，绝缘的固态部分应当能够很好地渗透周围的油，并且在固态部分剩余的“气袋”必须最少。为保证这一点，在把绝缘绕组的整个铁芯放入油箱内之前必须对其进行特殊的干燥和浸渍处理。在干燥和浸渍处理之后，变压器被放入箱体内，然后被密封。在充入油之前，具有浸渍的变压器的箱体必须被抽空全部空气。这和特殊的真空处理结合进行。当这进行完毕时，进行充油。
为了能够获得常规的充油变压器的预期的使用寿命，需要结合真空处理抽成几乎绝对真空。因而，先决条件是，围绕变压器的箱体被设计成用于全真空的，这需要消耗相当的材料和制造时间。
如果在充油变压器中发生放电，或者如果变压器的任何部件中的温度局部增加较多，则油被分解，并且气体产物被溶解在油中。因此变压器一般具有监视装置用于检测溶解在油中的气体。
由于重量的原因，大的电力变压器在无油的情况下被运输。变压器在用户处的现场安装要求重新进行真空处理。此外，这是每当为某些检查而把箱体打开时必须被重复的处理。
显然，这些处理是非常费时和费钱的，并构成总的制造和维修费用的大部分，同时要求利用各种资源。
在常规变压器中的绝缘材料构成变压器的总体积的大部分。对于上部功率范围内的常规变压器，通常油的数量是几十立方米的数量级。呈现某方面类似于柴油的油是稀大的流体，并具有相当低的闪点。因而。显然，在不可预料的加热的情况下，例如内部击穿因而使油溢出的情况下，油和纤维素一起构成不可忽视的火灾威胁。
显然，特别是在常规的充油变压器中存在非常大的运输问题。在上部功率范围内的常规的充油变压器可以具有40-50立方米的总的油容量，因而可以具有30-40吨的重量。对于在上部功率范围内的常规的电力变压器，经常在空油箱情况下运输。有时变压器的外部设计必须适应于当前的运输状况，即要能够通过桥梁隧道等等。
按照充油电力变压器的现有技术具有的限制和问题简单总结如下：
充油的常规电力变压器
-包括外油箱，用于容纳变压器，其具有带有线圈的变压器铁芯，用于绝缘和冷却的油，各种支撑装置等。对油箱提出了许多机械要求，因为，在其内部具有变压器而没有油的情况下，其应当能够进行真空处理而成为完全真空。这要求外部油箱要经过很多的制造和试验处理。此外，具有油箱的变压器比同样功率的“干式”变压器的体积大得多。大的外部尺寸通常带来相当多的运输问题。
-一般包括所谓的压力油冷却系统。这种冷却方法需要利用油泵、外部冷却元件、减压容器和减压连接等。
-包括在变压器的外部连接和呈被固定到油箱上的套管形式的直接连接的线圈/绕组之间的电连接。套管被设计用于承受对关于油箱外部和内部提出的任何绝缘要求。
-包括线圈/绕组，其导体被分成许多股导电元件，其必须以这样方式换位，使得在每股中感应的电压尽可能相同，并且在每对股之间感应的电压差尽可能小。
-包括绝缘系统，所述绝缘一部分在线圈/绕组内部，一部分在线圈/绕组与其它金属元件之间，该系统被设计为最接近各个导体元件的固态纤维素绝缘或基于清漆的绝缘，并在其外部还具有固态纤维素和液体绝缘，可能还有气体绝缘。此外，绝缘系统具有非常低的湿度含量也是极其重要的。
-包括作为一个整体部件的有载抽头转换器，其被油包围着，一般和变压器的高压绕组相连，用于进行电压控制。
-涉及和内部局部放电，例如电晕、有载抽头转换器中的火花、以及其它故障情况有关的不可忽视的火灾威胁。
-一般包括监视装置，用于监视在油中溶解的气体，这在油中进行放电以及温度局部增加时发生。
在破坏或故障的情况下，可以引起油溢出而导致大范围的环境破坏。
本发明的主要目的在于提供一种途径，用于设计一种装置和方法，使得实现对物体的较好的保护，并同时减少物体上的负载，使得实现这样一个事实，该事实意味着物体本身不必被设计用于在相当长的时间间隔承受最大的短路电流/故障电流。
本发明的第二个目的在于这样设计一种保护装置和方法，使得实现对呈变压器和电抗器形式的电物体的充分的保护，所述设计基于非常规的设计原理，这可以意味着，所述设计和目前常规的变压器和电抗器相比，对和故障相关的内部过电流和外部过电流具有不同的电阻。不过，当然，本发明也可以应用于常规的变压器和电抗器。
按照本发明，上述目的是这样实现的：在物体和开关装置之间的线路和过电流减少装置相连，所述过电流减少装置借助于过电流条件检测装置可以在大大小于开关装置的遮断时间的时间间隔内被启动，用于减少过电流。并在过电流减少装置和线路的连接点与物体之间配备电流限制器。
因而，本发明基于这样的原理，即不仅依靠用于遮断目的的最后建立电隔离的开关装置，而且使用快速操作的过电流减少装置，该装置不实现过电流的任何实际遮断，而是把过电流减少到这样一个程度，使得被保护的物体承受被大大减少的载荷，并因而使得破坏量较小。相应地，减少的过电流/故障电流意味着，当开关装置建立电隔离时，被注入到被保护物体中的总能量比没有过电流减少装置时小得多。此外，借助于电流限制器，使得流入(或流出)物体的故障电流进一步减少。电流限制器还具有这样的性质，其能够进行快速操作把电流减少到这样一个程度，使得加于物体上的载荷被急剧地减小，而不必使电流限制器实现过电流/故障电流的任何总的切断。
按照本发明的一个优选实施例，过电流减少装置被设计成包括过电流分流器，用于把过电流向地分流或向具有比电网/设备较低电压的其它装置分流。
按照本发明的电流限制器借助于恒定的或可变的电感与/或电阻或其它阻抗被合适地用于电流限制。
如权利要求中更精确地限定的，本发明可应用于利用非常规技术例如电缆技术构成的变压器和电抗器。这些设备在某些条件下可以成为对电气故障是敏感的。这种设计例如可以具有比电力领域内目前一般认为的阻抗较低的阻抗。这意味着，和目前的常规设备相比，无论内部还是外部，抵抗和故障相关的过电流的电阻不同。此外，如果这些设备开始设计时便考虑到在比目前常规设备较高的电压下操作，则由产生的较高电场引起的在设备的电绝缘系统上的载荷当然较大。这意味着和常规设备相比，本发明的设备的效率可以更高，更经济，重量更轻，更可靠，生产成本更低，并且一般比常规设备更经济，并且可以不用通常连接的其它电磁设备，这种设备需要足够的电保护，以便消除或者至少减少在相关的设备中击穿的后果。按照本发明的保护装置和按照这种方式设计的设备，最好是变压器或者电抗器的组合意味着电厂的全面优化。
本说明所指的非常规变压器是一种电力变压器，其额定功率从几百KVA到1000MVA以上，额定电压从3-4KV到非常高的输电电压，例如400-800KV或更高，并且没有上述的和现有技术中的充油电力变压器相关的缺点、问题和限制。
本发明基于这样一种认识，即通过这样设计变压器/电抗器中的一个绕组，使得其中包括由外部和内部等电位的半导体层包围的固态绝缘，在所述内层内至少设置一个电导体，提供在导体内部的整个平面内维持电场的可能性。按照本发明，电导体被如此合适地设置，使得其和内部半导体层具有这样的导电接触，使得在固态绝缘的最内部分和位于其内部的半导体层之间不产生有害的电位差。这种电力变压器比常规的充油变压器具有许多优点。正如前言部分所述，本发明提供的构思也适用于有或没有磁性材料的铁芯的电抗器。
在常规的充油电力变压器/电抗器和按照本发明的电力变压器/电抗器之间的主要区别在于，本发明的变压器/电抗器的绕组包括由外部和内部电位层包围着的固态绝缘以及被设置在内部电位层内部的至少一个电导体，所述电位层由半导体材料制成。由所构思的半导体包含的定义将在下面说明。按照一个优选实施例，绕组被设计成可弯曲的电缆形式。
在按照本发明的电力变压器/电抗器要求的高电压等级下，其以非常高的操作电压和高压电网连接，其可以产生的电负荷和热负荷对绝缘材料提出了极高的要求。已知所谓的局部放电，pd，一般对于高压设备中的绝缘材料构成严重的问题。如果在绝缘层中有凹陷、孔或类似物产生，则在高电压下将发生内部电晕放电，借以使绝缘材料逐渐劣化，这最后导致严重的电击穿。这确实可以导致例如电力变压器的严重的损坏。
本发明尤其根据这样一种认识，即，极其重要的是，半导体电位层具有类似的热性能，并且半导体电位层被牢固地和固态绝缘相连。此处所指的热性能涉及热胀系数。内外半导体层和中间绝缘层因而应当被很好地集成，即，基本上在整个边界层彼此处于良好的接触状态，而和在不同的负载下所发生的温度变化无关。因而，包括包围的半导体层的绝缘在温度梯度下将构成一个整体部分，并且不产生由在绝缘和包围层中的不同的温度膨胀而引起的缺陷。由于以下的事实，使得在材料上的电负荷被减少，即，围绕绝缘的半导体层将构成等位面，并且因而在绝缘中的电场在绝缘上均匀分布。
按照本发明，必须确保绝缘不被上述的现象所击穿。这可以通过使用作为绝缘系统的半导体层和中间绝缘层来实现，所述中间绝缘层是利用使形成凹陷和小孔的危险最小的方式生产的，例如由合适的塑料材料制成的挤压层，例如XLEP(交联聚乙烯)和EP橡胶(EP＝乙烯-丙烯)。这样，绝缘材料是具有高的击穿电压的低损耗材料。
已知用于高压的输电电缆被设计成具有包含内外半导体层的挤压成形的绝缘的导体。在电能的输送中，长期以来一直为了避免绝缘中的缺陷。不过，在高压传输电缆中，沿着电缆长度的电位是不变的，而且在原理上电位是相同的，这意味着在绝缘材料上施加有高的电应力。为了电位的均衡，传输电缆配备有一个内部半导体层和一个外部半导体层。
因而，按照本发明的绕组配备有固态绝缘和包围固态绝缘的电位均衡层，借以可以获得变压器/电抗器，其中电场被保持在绕组内。通过由较小的被绝缘的部分，被称为股构成导体也可以实现附加的改进。通过把这些股制成小的和圆的，在这些股上的磁场将具有相对于该区域将具有恒定的几何结构，因而把涡流减到最小。
按照本发明，绕组最好由电缆制成，所述电缆包括至少一个含有许多股的导体和围绕这些股的内部半导体层。在内部半导体层的外部是呈固体挤压绝缘形式的电缆的主绝缘，在该绝缘周围是外半导体层。在某种连接中，电缆可以具有附加的外层和内层。例如，为了进一步的电位均衡，在这在本说明中被叫做“内层”和“外层”的两层之间的固态绝缘中可以设置半导体层，在这种情况下，这附加的层将处于中电位。
按照本发明，外部半导体层应当具有这样的电特性，使得确保沿着导体的电位均衡。不过，该半导体层可以不具有使得在层中可以感应出电流的导电特性，所述电流引起不希望的热负荷。不过，该层的特性必须足以确保外层能够形成等位面。内部半导体层必须具有足够的导电性，使得能够实现电位均衡，因而能够实现内层外部的电场的均衡。在这种结构中，重要的是该层具有这样的特性，使得均衡导体表面的不规则性，并使得该层能够形成在刚性绝缘的边界层具有高的表面光洁度的等位面。内层可以具有不同的厚度，但是为了确保关于导体和固态绝缘的均匀的表面，该层的厚度应当在0.5和1mm之间。不过，内层可以不具有这样高的导电能力，使得该层能够产生感应电压。
内层和外层的电阻率应当处于10-6Ωcm-100kΩcm，合适的是10-3-1000Ωcm，最好1-500Ωcm。此外，最好内层和外层都具有电阻，其范围为每米电缆50μΩ-5MΩ。
这样，这种XLPE电缆或具有EP橡胶绝缘的电缆或者相应的电缆按照本发明被用于一种改型的实施例中，并作为磁路中的绕组被用于完全新的领域。
包括这种电缆的绕组从绝缘的观点看来，由于电场的分布而和用于常规的变压器/电抗器的电缆所要求的条件十分不同。为了利用通过使用上述电缆而提供的优点，和可以用于常规的充油变压器的电缆相比，关于按照本发明的变压器/电抗器的接地，具有其它的可能的实施例。这些方法是单独应用本专利的实质内容。
对于按照本发明的电力变压器/电抗器中的绕组重要的而且必须的是，至少导体的一个股是不被绝缘的，并且被如此设置，使得其和内部半导体层实现好的电接触。这样，内层将总是处于导体的电位上。
关于有关的其余的股，其全部或其中的一些可以是绝缘的，例如通过涂敷清漆实现绝缘。
按照上述由电缆制造变压器或电抗器的绕组，在常规的电力变压器/电抗器和按照本发明的电力变压器/电抗器之间，关于电场的分布，具有极大的不同。按照本发明的由电缆制成的绕组的主要优点在于，电场被包封在绕组内，因而，在外部半导体层的外部，没有电场存在。由载流导体形成的电场基本上只存在于固态主绝缘内。从设计的观点和制造的观点看来，这具有许多优点：
-制造变压器的绕组时可以不必考虑电场分布，并且可以省略在背景技术中所述的导线股的换位。
-设计变压器的铁芯时不必考虑电场分布。
-不需要油用于绕组的电绝缘，即，绕组周围的介质可以是空气。
-不需要特殊的连接作为变压器的外部连接和直接连接的线圈/绕组之间的电连接，因为和常规设备相比，所述电连接和绕组集成在一起。
-按照本发明的用于电力变压器所需的制造与试验技术和常规的电力变压器/电抗器相比被大大简化了，因为不需要在现有技术中所述的浸渍、干燥和真空处理。
本发明的其它优点和特点，特别是按照本发明的方法，从以下的说明和权利要求可以更加清楚地看出。
下面参照附图说明本发明的实施例，其中：
图1是说明按照本发明的方法的基本概念的示意图；
图2a-2d是说明在有或没有按照本发明的保护装置的情况下故障电流的产生和能量的产生的示意图；
图3说明按照本发明的装置的一种可能的设计；
图4-9局部地相应于关于图3用6表示的电流限制器的不同的实施例；
图10说明过电流减少装置的一种可能的设计；
图11说明按照本发明的装置用于和电厂的连接，电厂中包括发电机，变压器和用于连接它们的电力网络；
图12说明关于一个常规电力变压器/电抗器的绕组的电场分布；
图13说明根据本发明的电缆应用于电力变压器/电抗器的绕组的事例，以及
图14说明根据本发明的电力变压器的实施例。
包括被保护的物体1的电厂如图1所示。如后所述，这物体例如可以包括变压器或电抗器。该物体通过线路2和外部配电网3相连。代替这种电网，可以由包含在电厂中的一些其它设备构成由3表示的单元。所涉及的电厂设想具有这样的性质，使得物体1本身成为要被保护的对象，当在物体1中发生故障从而产生从电网/设备3朝向物体1的故障电流，使得故障电流将要流过物体1时，阻止来自电网/设备3中的故障电流。所述的故障可以包括在物体1中形成的短路。短路是一种在两点或几点之间形成的非特意的导电通路。短路例如可以由电孤构成。这种短路和由其产生的极大的电流可能造成极大的破坏，甚至使物体1整个崩溃。
已经指出，具有至少一些类型的被保护的电物体1，对相关物体构成危害的短路电流/故障电流可以从被保护物体流向电网/设备3。在本发明的范围内，为了保护的目的，不仅保护物体使其不流过外部产生的故障电流，而且还使在物体中产生的内部故障电流不沿相反的方向流动。这在下文中将详细讨论。
下面，为了简化说明，认为标号3总是由外部电网构成。不过，应当记住，除去这种电网之外，还可以涉及一些其它的设备，只要当存在故障时，所述设备产生流过物体1的大电流即可。
在物体1和电网3之间的线路2中设置有常规的断路器4。该断路器包括至少一个自身的检测器，用于检测表示在线路2中流过过电流的情况。这种情况可以是电流/电压，但是也可以是其它表示发生故障的量。例如，检测器可以是电弧检测器，或者是记录短路声音的检测器。当检测器表示过电流超过某个值时，断路器4被启动而断开物体1和电网3之间的连接。不过，断路器4必须切断总的短路电流/故障电流。因而，断路器必须被设计成能够满足高的要求，在实际上这意味着它将相当慢地动作。图2a的电流/时间曲线说明，在时刻tfault，例如在物体1中发生故障例如短路时，在图1中用2表示的线路中的故障电流快速地上升为幅值i1。故障电流i1在t1借助于断路器4切断，t1至少为在tfault之后150ms。图2d说明曲线i2·t，即由于短路的结果在被保护的物体1中产生的能量。因而，由于短路的结果而注入到物体中的能量由图2d的外部矩形的总面积表示。
在这种连接中需要指出的是，在图2a-c中的故障电流和在图2d中的故障电流表示极值的包络。为简明起见图中只划出了一个极。
断路器4是这样设计的，使得通过分断金属触点来实现电的隔离。因而，按照惯例，断路器4包括用于熄灭电弧所需的辅助设备。
按照本发明，在物体1和开关装置4之间的线路2和一个用于减少流向设备1的过电流的装置相连，该装置在图中用标号5表示。该装置可以借助于过电流状态检测装置在一个时间间隔内被启动，以便减少过电流，所述时间间隔大大小于断路器4的遮断时间。因而，这种装置5被这样设计，使得其不必实现任何的电隔离。因此，创造条件以便快速地实现电流减少而不必实现从电网3流向被保护物体1的总电流的切断。和图2a相比，图2b说明按照本发明的过电流减少装置5在时刻tfault发生短路电流时被启动，在时刻t2使电流减少到i2的情况。因而，时间间隔tfault-t2代表过电流减少装置5的反应时间。装置5的任务不是切断故障电流，而仅仅是减少故障电流，可以使这种装置极快地反应，这在后面将更详细地讨论。作为例子，可以提及的是，在检测到不能接收的过电流状态之后，过电流从i1减少到i2期望在1ms或几ms内实现。目标是在小于1ms最好是在小于1微妙的时间间隔内实现电流的减少。
由图1可见，该装置包括由标号6表示的并且设置在装置5对线路2的连接和物体1之间的线路2中的电流限制器。这电流限制器适用于操作用于主要限制朝向物体1的电流，但是在某些故障情况下也用于限制离开物体方向的电流。电流限制器6可以被设置用于实现操作，以便如过电流减少装置5那样快地甚至比过电流减少装置5更快地限制电流。按照和减少电流限制器6的负担有关的另一个方案，电流限制器应当被这样设计，使得只有借助于过电流减少装置5减少朝向物体1的来自电网3的过电流之后才启动，从而进行电流限制，但是当然电流限制器6应当在比断路器4遮断时的时刻早得多的一个时刻动作，以便实现电流限制。由此可见，电流限制器6以这样方式和线路2相连是合适的，即借助于过电流减少装置减少的电流将以更加减少的数量流过电流限制器6。
图2b说明电流限制器6的作用。在所述的图中，表示电流限制器6在时刻t3开始操作进行电流限制，在这个例子中，这意味着，由过电流减少装置5减少的电流i2的持续时间被大大地限制了，即限制为时间间隔t2-t3。再次指出，在图2中的表示纯属示意性的。时刻t3，即电流限制器6动作时的时刻，可以更早，甚至于早于过电流减少装置5的动作时刻t2。从图2b可见，在t3之后的故障电流被减少到值i3。这剩余的故障电流i3在时刻t1利用断路器4最后切断。不过，故障电流i3由于电流限制器6的足够的容量而变得如此之小，使得该故障电流可由被保护的物体以及电厂内其它的部件长期承受。对故障电流进行减少和限制的结果，使得由所述故障电流引起的从电网3向被保护物体1注入的能量由图2中具有斜线标记的面积表示。可以看出，极大地减少了注入的能量。应当指出，在这种连接中，按照特定的方式，因为能量随电流的平方而增加，所以减少一半的电流则使注入能量减少到1/4。图2c说明应当流过装置5的故障电流。总的故障电流i1的一部分i3，其在时刻t3之后将继续流过电流限制器6，在图2c中也标出了。
实际上，装置5和电流限制器6的容量被这样设计，使得装置5把要被电流限制器6限制的故障电流和电压减少到一个相当低的值。关于电流限制器6的实际动作时间是1ms，这个时间可以这样来实现，直到装置5把流过限制器6的电流至少减少到一个相当的程度之后，才使电流限制器6限制电流。如同指出的那样，虽然不作为要求，但是相反的情况应当也是可能的。
图3中更详细地说明了所述装置可以如何实现。应当指出，本发明可应用于直流(也称为HVDC即高压直流)连接和交流连接。在利用交流的多相结构中，由2表示的线路可以认为是多相交流系统中的一相。不过，应当注意，按照本发明的装置可以这样实现，使得在检测到故障的情况下，或者所有的相都执行按照本发明的保护功能，或者只对检测到故障电流的那些相进行电流限制。
由图3可见，由5表示的过电流减少装置包括过电流分流器7，用于把过电流向地8或者向具有比电网3的电位低的电位的其它装置分流。因而，过电流分流器可以认为形成一个电流分配器，其快速地建立对地或对其它低电位点8的短路，用于至少分流流过线路2中的主要部分的电流，使得所述电流不会到达要被保护的物体1。如果在物体1中存在严重的故障，例如短路，则其和过电流分流器7能够建立的短路相同。在故障接近于过电流分流器7的情况下，一般地说，由于过电流分流器7的存在可以使从电网3流向物体1的电流减少到一半。因而，和图2b相比，在最坏的情况下，其中所示的电流值i2接近于i1的一半。在正常情况下，其目的在于，过电流分流器7应当能够建立短路，所述短路比要被保护的物体1中发生的相应地短路故障的短路具有较好的导电性，因而使得故障电流的主要部分通过过电流分流器7被分流到地或者较低的电位。因而，由此可见，在一般的故障情况下，由于较低的电流值i2和较短的时间持续间隔t2-t3，在故障情况下注入到物体1中的能量大大小于图2d所示的能量。
过电流分流器7包括被连接在地8或所述较低电位点和在物体1与电网3之间的线路2之间的开关装置。该开关装置包括控制部件9和开关部件10。这种开关部件例如可以由至少一个半导体元件例如可控硅构成，其在正常状态下是打开的，即对地是绝缘的，但是，通过控制部件9可以在极短的时间内变为导通状态，以便通过对地分流使电流减少。
图3还说明过电流状态检测装置可以包括至少一个最好几个检测器11-13，其适用于检测需要启动保护功能的这种过电流状态。从图3还可看出，这些检测器可以包括位于物体1中或其附近的检测器13。此外，检测器装置包括检测器11，其适用于检测过电流减少装置5和线路2的连接点的上游的线路2中的过电流状态。如下所述，提供另一个检测器12是合适的，其用于检测在线路2中流向要被保护的物体1中的电流，即通过过电流减少装置5已被减少的电流。此外，应当指出，检测器12以及检测器13，能够检测线路2中的沿离开物体1的方向流动的电流，例如在物体1中以磁方式存储的能量产生沿离开物体1的方向而流动的电流。
应当指出，检测器11-13不必只由电流与/或电压检测器构成，在本发明的范围内，检测器可以具有这样的性质，使得一般地说它们可以检测表示发生具有要求启动保护功能的性质的故障的任何条件。
在发生的故障使得故障电流沿离开物体1的方向而流动的情况下，该装置被如此设计，使得其控制单元14控制另一个断路器6使其闭合，如果其原来是打开的话，此外，启动过电流减少装置5，使得其分流短路电流。例如当物体1由变压器构成时，在其中发生短路时所述功能将是这样的：首先向变压器流入极大的电流，该电流被检测到，并使装置5启动而进行分流。当流向变压器1的电流已被减少到所需的程度时，使电流限制器6减少电流，但是，通过控制单元14的控制，切断时间不可能早于使以磁方式储存在发电机1中的能量离开发电机1流动并通过装置5被分流的所需时间。
此外，该装置包括由14表示的控制单元。其和检测器11-13相连，还和过电流减少装置5以及电流限制器6相连。其操作是这样的：当控制单元14通过一个或几个检测器11-13接收到表示发生了不能接受的朝向物体1的故障电流时，过电流减少装置5立即被控制，以便快速地提供所需的电流减少。控制单元14可以被这样设置，使得当检测器12检测到电流或电压已经减少到一个足够的程度时，它便控制电流限制器6使其工作以便在过电流被减少到预定值以下时将电流切断。这种设计保证电流限制器6直到实际上电流被减少到其能够限制的程度时才限制电流。不过，本实施例也可以是这样的：在过电流减少装置被控制进行电流减少之后的一个预定的时间，控制电流限制器6限制电流。
断路器4可以包括其自身的用于检测过电流情况的检测装置，或者断路器可以通过控制单元14根据来自也控制过电流减少装置的操作的检测器11-13的信息被控制。
在图3所示的实施例中，电流限制器6由在线路2中配备的电感27构成。这种利用线圈实现的电感的效果是，在电流增加时，反电势上升，其反抗电流的增加。这一实施例的优点在于，其结构极其简单，而且，当发生故障时，其能够快速地限制流向物体1的电流而不需要进行有源控制。
至此所述的装置按照下述方式工作：在没有故障时，断路器是闭合的，而过电流减少装置5的开关装置10是打开的，即处于非导通状态。在这种情况下，当然，开关装置10必须具有足够的电强度，使得其不致非特意地进入导通状态。因而，由于大气环境(雷电)或相连的测量装置使线路2出现的过电压不应超过闭合装置10处于非导通状态的电压强度。为此，和开关装置10至少并联一个浪涌避雷器22是合适的。在本例中，这种浪涌避雷器被设置在开关装置10的每一侧。因而，浪涌避雷器具有牵制这种过电压的作用，否则这个过电压可能把开关装置10击穿。
当过电流状态被检测器11-13中任何一个或者断路器4自身的检测器检测到(当然，应当理解，按照本发明，来自断路器4的自身检测器的信息可以用作控制过电流减少装置5的依据)，并且这个过电流状态是如此严重，以致可以预料在物体1中存在严重故障时，和断路器有关的断路功能便被启动。此外，控制单元14控制过电流减少装置5实行这种减少，更确切的说，通过控制部件9使开关装置10进入导通状态。如前所述，这可以极快地发生，其时间是由断路器4遮断所需的时间的几分之一，因此，要被保护的物体立即从来自电网3的全部的短路电流中解脱出来，这是通过开关装置10把电流中的至少一个重要部分，实际上是其主要部分分流到地或者分流到一个低电位点来实现的。电流限制器6也可以实现快速动作限制从线路2流向(或者可以是流出)物体1的电流。
当这些事件都发生后，作为最后的措施，通过断路器4遮断电路。重要的是，注意到按照本发明的第一实施例的过电流减少装置5以及电流限制器6被设计成能够重复地工作。因而，当通过检测器11-13确定断路器4已经闭合时，开关装置10被复位成非导通状态，并且电流限制器6处于备用状态，从而使得下一次断路器4闭合时，保护装置处于完好的可操作状态。按照另一个实施例，装置5需要更换一个或几个部件，以便再次操作。
图4说明电流限制器的另一个实施例6a。该实施例包括电感28和电容29，它们协同构成谐振电路，在谐振时产生非常高的阻抗。电感和电容彼此并联耦合。开关30和电容器29通过位于线路2上的电感28并联。因而，开关30和电容器29相互串联。开关30具有一个或几个触点，通过合适的操作件31可以由控制单元14控制闭合或打开。
图4说明的电流限制器6a的操作方式如下：在正常操作状态期间，开关30是打开的。电流限制器6a的阻抗由电抗器的电感和电阻给出。在足够大的故障电流的情况下，控制单元14将控制开关装置10使其闭合以便分流过电流，此外，控制单元14还控制开关30闭合，使得电容29被接入，并且形成被调整到电源频率的并联谐振电路。电流限制器6a的阻抗在谐振时将非常高。对照图2b可清楚地看出，电流被大大减少而成为电流值I3。
图5是电流限制器6b的另一个实施例，该实施例基于串联谐振电路，其中包括电感32和与之串联的电容33，以及和电容33并联连接的开关34。用于操作开关34的触点的操作部件35在控制单元14的控制之下。在正常操作期间，电容33上的开关34是打开的。线圈32和电容33串联谐振(例如在50Hz)，因而具有很小的阻抗。瞬态故障电流被线圈32阻断。在故障的情况下，加于电容和电感上的电压增加。通过使开关34在电容器上闭合，使电容器短路。这导致总阻抗的极大增加，因而电流被限制。
如图5所示，电感32可以制成可变的，例如通过短路绕组的一部分或者短路位于同一铁芯上的绕组的一部分。用这种方式，便可以连续地调整电流限制器6b使得在正常负载期间电流限制器上的电压降最小。在图5中没有示出的另一种改型是使用自触发的火花隙代替电容33上的开关34。用这种方式，实现自触发功能，即本实施例成为无源的，即不需要来自任何控制单元的特定控制。
在图6所示的一种改型中，电流限制器6c包括设置在线路2上的开关36以及和开关36并联的电容37和电阻38，电容和电阻相互并联连接。开关36实际上具有真空断路器的性质，其配备有横向线圈39，用于增加电弧电压并使电流换向而进入限流电阻38。设置控制单元14用于通过操作部件40控制开关36。
图7所示是由机械开关41构成的电流限制器6d，其具有由大量串联弧室构成的换向元件42。弧室由电阻材料制成。当开关41打开时，电弧使电阻弧室短路。当电弧进入弧室时，电弧被分成许多子弧。用这种方式，电孤增加触点之间的电阻路径的长度，从而实现增加电阻。
如前所述，设置控制单元14用于通过操作部件43控制开关41的操作。
图8示出了电流限制器的另一个实施例6e。在本实施例中，电流限制器包括快速半导体开关44和并联的电流限制阻抗45以及电压限制元件46，例如压敏电阻。半导体开关44可以由控制极关断可控硅(GT0可控硅)构成。电阻用作电流限制阻抗。压敏电阻46限制当电流被限制时的过电压。在正常负载条件下，电流通过半导体44流动。当检测到故障时，半导体开关44通过控制单元14最好通过操作部件47的控制被打开，因而使电流换向到电阻45。
最后，图9说明电流限制器6f，其包括连接在线路2上的线圈48。线圈48被包括在具有铁芯49的电抗器中。在电抗器的铁芯49和线圈48之间配备有超导管状栅50。在正常操作状态下，超导栅50从线圈中筛除铁芯，因而电感相当低。当电流超过某一值时，超导作用停止，因而电感急剧增加。因而，获得很强的电流限制作用。
在图9所示的实施例中，由于Meissner效应而发生铁芯从线圈中筛除。本实施例的优点在于，关于电流限制器6f，其在正常操作时具有小的电感。其缺点是，为了实现超导例如要用液态氮冷却到极低的温度。
在刚刚说明的图4-9的实施例中，唯一更确切地说明的是电流限制器和按照图3的设计的区别。其它方面可以参看图3的说明。
图10说明过电流减少装置5的另一个实施例。代替依靠图3的半导体开关装置，按照图10的实施例旨在通过控制部件9a使在电极23之间的间隙24中的介质成为导电的。设置该控制部件用于控制部件25的操作，使得引起或至少激发间隙24中的介质或其中的一部分成为导电状态。在本例中设置所述部件25用于通过使或至少帮助介质进行电离/成为等离子体而使间隙24中的介质成为导电的。最好部件25包括至少一个激光器，其通过向间隙24中的介质提供能量而使介质电离。由图10可见，可以使用反射镜26使激光束偏转。在这种结构中应当指出，按照图10的实施例可以是这样的，即装置25不独自在整个电极间隙中产生电离/等离子体。因而，设想可以是这样的，即加于间隙上的电场应当对电离/等离子体形成具有贡献，只有在间隙中的一部分介质被装置25电离，使得此后在间隙中的电场在整个间隙中形成等离子体。在这种连接中应当指出，在电极间隙中可能不仅具有包括各种气体或气体混合物的介质，而且还包括真空。在真空的情况下，至少在一个电极通过激光激发，因而，该电极将作为电子和离子发送器用于在电极间隙中建立电离环境/等离子体。
图11说明一种常规的实施例，其中发电机1b通过变压器1a和电网3a相连。相应地，要被保护的物体由变压器1a和发电机1b表示。由图可见，过电流减少装置5a和电流限制器6g以及普通断路器4a的设置情况和图1类似，其中所示的物体1被设想是按照图11的物体1a。因而，在这方面可以参看图1的说明。关于发电机1b的过电流减少装置5c和电流限制器6i的功能也和图1的相应。在这种情况下，发电机1b可以等效于图1中的物体1，而变压器1a可以等效于图1中的设备3。因而过电流减少装置5c和电流限制器6i和常规的断路器4b相结合则能够保护发电机1b不遭受离开变压器1a方向的巨大电流。
作为图11中的一个附加方面，其中具有和电流限制器6h相关的附加过电流减少装置5b。由图可见，在变压器1a的每一侧具有过电流减少装置5a和5b。应当指出，电流限制器6g和6i分别被设置在所述过电流减少装置5a、5b和变压器1a之间的连线中。另一个过电流减少装置5b旨在用于保护变压器1a免遭从发电机1b流向变压器的电流。由图可见，断路器4b能够不依赖于物体1a和1b之间的方向而进行遮断，这种保护功能是需要的。
借助于图12-14，现在根据本发明以变压器/电抗器的非常规设计来说明一个实施例。
图13说明应用在根据本发明的干式电力变压器/电抗器的绕组的电缆的事例。该电缆包括含有多个股55且在股的周围具有内部半导体层56的至少一个导体54。在该内部半导体层之外是固体形式的电缆主绝缘57，与此绝缘挤压在一起并环绕此绝缘是一个外部半导体层58。如前所述，电缆可以为特殊目的附加其它层，例如防止太高的电场力作用于变压器/电抗器的其它区域。从几何尺寸看，该电缆的导体面积在80和3000mm2之间，而外部电缆直径在20和250mm之间。
由上述电缆制造的电力变压器/电抗器的绕组可以不管铁芯的形状而用于单相、三相和多相变压器/电抗器。一个实施例示于图14，说明一个三相叠片铁芯变压器。对于常规形式，铁芯包括三个芯翼59，60和61以及保留的芯轭62和63。所示实施例中，芯翼和芯轭都具有锥形横截面。
由电缆形成的绕组同心分布在芯翼周围。如图14所示实施例中可以见到的三个同心绕组64，65和66。最内层绕组64代表原级绕组而其它两个绕组65和66代表次级绕组。不因太多细节而使图复杂化，没有表示绕组的连接。但是，在实施例的图中表示具有几个不同功能的间隔条67和68被放置在绕组周围特定的位置。由绝缘材料构成的间隔条可以用于在同心绕组之间提供特定的空间以冷却、支撑等。间隔条也可以由导电材料构成以形成绕组的接地系统的一部分。
应当注意，上面的实施例只是说明构成本发明的本发明的构思的一些例子。因而，显然，本领域的技术人员不脱离本发明的构思可以作出各种改变和改型。例如，可以利用机械开关作为开关装置10。

Claims (47)

1一种在电厂中用于保护和电网(3)或电厂中包括的另一种设备相连的物体(1)免遭和故障相关的过电流的装置，该装置包括在物体和电网/设备之间的线路(2)中的开关装置，其特征在于，在物体和开关装置(4)之间的线路(2)连接一个过电流减少装置(5)，其可以借助于过电流状态检测装置(11-13)，在大大小于开关装置的遮断时间的时间间隔内动作而使过电流减少，以及被设置在过电流减少装置(5)和线路(2)的连接点与物体(1)之间的电流限制器(6)。
2如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关装置(4)由断路器构成。
3如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，过电流减少装置(5)包括过电流分流器(7)，用于向地(8)或向其它具有比电网/设备的电位低的电位的装置分流过电流。
4如权利要求3所述的装置，其特征在于，过电流分流器(7)包括连接在地或所述较低电位的装置和在物体(1)与电网/设备(3)之间的线路之间的开关装置(10)。
5如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述开关(10)包括至少一个半导体元件。
6如权利要求4所述的装置，其特征在于，开关(10a)包括电极间隙(24)和用于引起或者至少用于激发电极间隙或至少电极间隙的一部分成为导电状态的装置(25)。
7如权利要求6所述的装置，其特征在于，用于引起或者至少用于激发电极间隙成为导电状态的所述装置(25)被设置用于使间隙或者间隙的一部分成为等离子体形式。
8如权利要求7所述的装置，其特征在于，用于引起或者至少用于激发电极间隙或间隙的一部分成为导电状态的所述装置(25)包括至少一个激光器。
9如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，电流限制器(6)包括至少一个电感与/或电阻，或另一个阻抗。
10如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，电流限制器(6a，6b)包括电感(28；32)和电容(29；33)，它们以协同的方式形成谐振电路，用于在谐振时提供高阻抗。
11如权利要求10所述的装置，其特征在于，电感(28)和电容(29)相互并联连接。
12如权利要求11所述的装置，其特征在于，开关(30)和电容(29)通过在线路上提供的电感(28)而并联连接。
13如权利要求11所述的装置，其特征在于，电感(32)和电容器(33)相互串联连接。
14如权利要求13所述的装置，其特征在于，一个用于使电容器短路的装置(34)和电容(33)并联。
15如权利要求14所述的装置，其特征在于，用于使电容器短路的装置由一个开关(34)构成。
16如权利要求14所述的装置，其特征在于，用于使电容器短路的装置由火花间隙构成。
17如权利要求9所述的装置，其特征在于，电流限制器(6c)包括设置在线路(2)中的开关(36)和与开关并联连接并且相互并联连接的电容(37)和电阻(38)。
18如权利要求9所述的装置，其特征在于，电流限制器(6d)包括设置在线路中的开关(41)和包括至少一个阻性孤室的换向装置(42)。
19如权利要求9所述的装置，其特征在于，电流限制器(6e)包括设置在线路中的开关(44)和在开关上并联连接的限流阻抗(45)，一个限流元件(46)和所述阻抗并联连接。
20如权利要求9所述的装置，其特征在于，电流限制器(6f)包括和线路相连的线圈(48)，所述线圈被包括在具有铁芯(49)的电抗器中，在电抗器的铁芯和线圈之间配备有超导的管状栅(50)，在正常操作状态下，超导栅从线圈中屏蔽铁芯，因而电感相当低，而当电流超过某个值时，则超导终止，因而电感急剧增加。
21如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，电流限制器被设置用于当检测到过电流状态时被启动而进行电流限制。
22如权利要求21所述的装置，其特征在于，设置控制单元(14)，用于根据来自检测过电流状态的装置的信息启动电流限制器。
23如权利要求22所述的装置，其特征在于，控制单元(14)被设置，用于通过操作权利要求12，15，18或19限定的开关来启动电流限制器。
24如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，电流限制器适用于在借助于过电流减少装置(5)减少流向物体(1)或流出物体(1)的过电流之后但是比开关装置大大提前被启动进行电流限制。
25如权利要求22-24所述的装置，其特征在于，控制单元(14)适用于在流入或流出物体(1)的过电流由检测装置表明在一个预定值以下时提供电流限制器的启动。
26如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，两个过电流减少装置被设置在物体的每一侧，用于从两侧保护物体。
27如权利要求1所述的装置，其特征在于，它包括控制单元(14)，其和过电流减少装置(5)以及检测过电流状态的装置(11-13)相连，所述控制单元被设置用于借助于来自检测过电流状态的装置的信息，当由保护理由证实时控制过电流减少装置闭合。
28如权利要求22，23，25或27所述的装置，其特征在于，一个并且是同一个控制单元(14)适用于根据来自检测过电流状态的装置(11-13)的信息控制过电流减少装置(5)和电流限制器(6)。
29如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，被保护的物体(1)由具有磁路的电气装置构成。
30如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述物体由变压器/电抗器构成。
31如权利要求29-30任何一个所述的装置，其特征在于，具有磁路的电气装置设计用于高电压，适合于72.5kV或更高。
32如权利要求29-31任何一个所述的装置，其特征在于，所述电气装置的磁路包括由电缆构成的绕组。
33如权利要求29-32任何一个所述的装置，其特征在于，所述装置的至少一个绕组包括至少一个导体(54)，围绕该导体有固态绝缘材料制成的电气绝缘(57)，围绕所述绝缘设置有半导体材料制成的外层(58)，半导体材料制成的内层(56)被设置在绝缘(57)的内部，并且至少一个导体(54)被设置在内层(56)的内部。
34如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述内层和外层(56，58)中的至少一个具有和绝缘材料基本上相等的热膨胀系数。
35如权利要求33和34任何一个所述的装置，其特征在于，内层(56)和所述至少一个导体(54)呈电接触状态。
36如权利要求33-35任何一个所述的装置，其特征在于，外层(58)基本上形成等电势面。
37如权利要求33-36任何一个所述的装置，其特征在于，内外半导体层(56，58)和绝缘(57)相互绑定在一起形成一个完整的表面。
38如权利要求33所述的装置，其特征在于，导体(54)股(55)中的至少一个是非绝缘的且放置成可以和内部半导体层(56)电接触。
39如权利要求33-38任何一个所述的装置，其特征在于，制造电缆的导体面积在80和3000mm2之间，而外部电缆直径在20和250mm之间。
40如权利要求30-39任何一个所述的装置，其特征在于，设计成电力变压器/电抗器的物体包括由磁性材料构成且其包含芯翼和芯轭的铁芯。
41如权利要求29-40任何一个所述的装置，其特征在于，所述电力变压器/电抗器可以无芯构成(空心式)。
42如权利要求29-41任何一个所述的装置，包括至少两个电流上分隔的绕组，其特征在于，绕组同心绕制。
43如前述任何一个权利要求所述的装置用于保护变压器或电抗器免遭故障过电流的用途。
44用于保护电厂内连接到电网(3)或电厂内另一个设备的物体(1)免遭故障过电流的方法，一个开关装置(4)置于在物体和电网/设备之间的线路上，其特征在于，过电流减少装置(5)连接到在物体(1)和开关装置(4)之间的线路上，当用于检测过电流的装置(11-13)检测到过电流条件时，在显著小于开关装置(4)的切断时间内启动过电流减少装置(5)以减少过电流。
45如权利要求44所述的方法，其特征在于，借助于过电流减少装置(5)使过电流向地(8)或向电位比电网/设备低的其它装置分流。
46如权利要求44或45所述的方法，其特征在于，在流向或离开物体(1)的过电流被过电流减少装置(5)减少之后，电流限制器(6)被启动，用于切断电路，电流限制器(6)被设置在开关装置和物体之间的线路中，并且在过电流减少装置(5)和物体(1)之间。
47如权利要求44-46任何一个所述的方法，其特征在于，包括过电流减少装置(5)的保护设备连接用于保护变压器或电抗器形式的物体。
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