CS210318B1

CS210318B1 - Short-circuit current limiter

Info

Publication number: CS210318B1
Application number: CS191175A
Authority: CS
Inventors: Josef Paukert
Original assignee: Josef Paukert
Priority date: 1975-03-21
Filing date: 1975-03-21
Publication date: 1982-01-29

Abstract

Omezovač zkratových proudů na bázi slitiny, jehož aktivní část je vytvořena ze slitiny s uspořádanou strukturou typu A^B, kde A a B znamenají kov a index značí počet atomů. Vynález lze využít ve spínací technice zejména v kombinaci se sériově zapojenými klasickými spínacími přístroji, kde stačí spínače dimenzovat pouze na proud, omezený tímto omezovačem.An alloy-based short-circuit current limiter, the active part of which is made of an alloy with an ordered structure of the A^B type, where A and B denote metal and the index denotes the number of atoms. The invention can be used in switching technology, especially in combination with series-connected classic switching devices, where it is sufficient to dimension the switches only for the current limited by this limiter.

Description

Vynález se týká omezovačů zkratových proudů. Vynálezem je řešena problematika omezování zkratových proudů technicky jednoduchým a málo rozměrným zařízením.The invention relates to short-circuit current limiters. The invention solves the problem of short-circuit current limitation by a technically simple and low-dimensional device.

V poslední době vede stále rostoucí používání elektrické energie k zahuštování napájecích bodů a ke zvyšování výkonů zdrojů. Důsledkem je nárůst zkratových proudů v nízkonapělových rozvodech až na hodnoty kolem 100 kA. Rostoucí zkratové proudy jsou z hlediska zajištění bezporuchového provozu ekonomicky velice náročné, protože jsou zapotřebí přístroje s dostatečnou vypínací schopností a rovněž celý rozvod je nutno dimenzovat na jejich tepelné a dynamické účinky. Z tohoto důvodu se začínají objevovat návrhy na omezovače zkratových proudů, které mají vzniklé zkratové proudy omezit v krátké době na velikost, která není zařízení nebezpečná nebo kterou je možno zvládnout levnějšími přístroji s menší vypínací schopností.Recently, the increasing use of electrical power has led to densification of supply points and increased power output. As a result, the short-circuit currents in the low-voltage distribution systems increase to around 100 kA. Increasing short-circuit currents are economically very demanding in order to ensure trouble-free operation, since devices with sufficient tripping capacity are required and the entire distribution system must be dimensioned for their thermal and dynamic effects. For this reason, suggestions for short-circuit current limiters are emerging which are intended to reduce the short-circuit currents in a short time to a size that is not hazardous or can be handled by cheaper devices with less breaking capacity.

Známé omezovače jsou dvojího druhu. Předně jsou to různé kombinace lineárních a nelineárních odporů, indukčnosti a kapacit, obsahující obvykle přesytitelnou tlumivku, které jsou zapojeny tak, že jmenovitému proudu rozvodného úseku kladou jen malou impedanci, zatímco po přesycení jejich impedance značně vzroste a omezí zkratový proud. Taková zařízení jsou však velmi rozměrná a drahá a proto jejich použití je možné pouze v energetických rozvodech a ve velkých průmyslových rozvodnách. Druhý druh omezovačů pracuje s kapalným nebo pevným lehce tavitelným vodičem, který při průchodu zkratového proudu přejde do plynného skupenství.Known limiters are of two kinds. Firstly, there are various combinations of linear and non-linear resistors, inductances and capacitances, usually containing a supersaturable choke, which are connected so that they give only a small impedance to the rated current of the distribution section, while increasing their impedance considerably and reducing the short-circuit current. However, such devices are very large and expensive and therefore can only be used in power distribution and large industrial substations. The second type of limiters works with a liquid or solid, easily fusible conductor, which passes into a gaseous state when the short-circuit current passes.

Tento jev je doprovázen prudkým růstem odporu omezovače se současným omezením zkratového proudu. Vysoké hodnoty odporu lze dosáhnout vedením proudu parami nebo obloukem, hořícím v parách použitého média (bývá to Ca, In, Hg, alkalické kovy čistá nebo ve slitině nebo amalgamy alkalických kovů). Tento druh omezovačů má sice menší rozměry, je však konstrukčně i technologicky velice složitý z důvodů zachycení vysokých tlaků pří zplynění proudovodiče a zachycení vzniklých vysokých teplot. Dále je nutno konstrukčně zajistit, aby zkondenzované médium zaujalo po zchladnutí znovu definovanou výchozí polohu. Cena takových omezovačů bude značně vysoká. Zatím jsou omezovače tohoto druhu známy pouze z patentové literatury, nikoliv z praktických aplikací.This phenomenon is accompanied by a sharp increase in the limiter resistance while reducing the short-circuit current. High resistance values can be achieved by conducting a current through the vapor or arc burning in the vapors of the medium used (it is usually Ca, In, Hg, alkali metals pure or in an alloy or amalgams of alkali metals). Although this type of limiter is smaller in size, it is very complicated in design and technology because of the high pressures during the gasification of the current conductor and the resulting high temperatures. Furthermore, it is necessary to ensure that the condensed medium assumes a redefined initial position after cooling. The cost of such limiters will be quite high. So far, limiters of this kind are known only from patent literature, not from practical applications.

Uvedené nedostatky odstraňuje omezovač zkratových proudů podle vynálezu,,These shortcomings are overcome by the short-circuit current limiter according to the invention.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že aktivní část omezovače je vyrobena ze slitiny s uspořádanou strukturou typu A^B, kde A a B znamenají kov a index značí počet atomů.The principle of the invention is that the active part of the restrictor is made of an alloy having an ordered structure of the type A ^ B, where A and B are metal and the index is the number of atoms.

U těchto slitin dochází za určitých podmínek ke stavu, kdy atomy jednotlivých složek jsou uspořádány více méně pravidelně (podle stupně uspořádání) v určitých uzlových bodech, takže struktura takové slitiny se blíží struktuře dokonalého krystalu. Chování uspořádaných slitin se s růstem teploty liší, u slitin typu AB se s rostoucí teplotou mění uspořádaný stav na neuspořádaný většinou postupně, u slitin typu A^B dochází ke změně uspořádaného stavu na neuspořádaný většinou skokem (písmena A, B nahrazují chemické značky urč’tých kovů, indexy u písmen značí počet atomů)»These alloys, under certain conditions, result in the atoms of the individual components being arranged more or less regularly (depending on the degree of alignment) at certain nodal points, so that the structure of such an alloy approximates that of a perfect crystal. The behavior of ordered alloys differs with temperature increase, in the case of AB alloys the ordered state changes to disordered state gradually with increasing temperature, in the case of A ^ B alloys the ordered state changes to disordered state mostly by jump (letters A, B replace metals, the indexes of the letters indicate the number of atoms) »

Elektrické vlastnosti, tj, zejména elektrický měrný odpor slitiny, závisí na stavu, v němž se slitina nachází. 7 uspořádaném stavu je procházejícím elektronům kladen mříží uspořádaných atomů malý odpor a elektrický měrný odpor je nízký. Naopak v neuspořádaném stavu vzrůstá pravděpodobnost kolize procházejícího elektronu s atomy slitiny a výsledkem je zvýšení měrného odporu, Zvýšení elektrického odporu aktivní části omezovače se dosahuje beze změny skupenství, v pené fázi, takže konstrukční provedení omezovače podle, vynálezu je jednoduché.The electrical properties, ie in particular the electrical resistivity of the alloy, depend on the state in which the alloy is located. In the arranged state, the passing electrons have a low resistance and the electrical resistivity is low. Conversely, in a disordered state, the likelihood of a collision of an electron passing through with the atoms of the alloy increases and results in an increase in resistivity.

Dva konkrétní příklady provedení omezovače podle vynálezu jsou na přiloženém výkresu.Two specific embodiments of the limiter according to the invention are shown in the attached drawing.

Obr. 1 představuje omezovač, jehož aktivní část je samostatná, ve tvaru tyče.Giant. 1 is a bar-shaped limiter whose active part is separate.

Obr. 2 je omezovač s aktivní částí ve tvaru šroubovice, uspořádané na nosiči.Giant. 2 is a limiter with a helical active part arranged on a support.

Omezovač na obr. 1, znázorněný v podélném řezu, má aktivní část J. ve tvaru tyče, vyrobené ze slitiny Cu^Pd s uspořádanou strukturou. Sestává z pouzdra 2, v němž je uzavřena aktivní část J., která je na obou koncích elektricky i mechanicky spojená pomocí svarů 2, JJ s deskou Jas čelem JJ. Deska 2 i čelo JJ jsou na vnější straně opatřeny noži £,The limiter in FIG. 1, shown in longitudinal section, has an active bar-shaped active portion J made of a Cu 3 Pd alloy with an ordered structure. It consists of a housing 2, in which the active part J is closed, which is electrically and mechanically connected at both ends by means of welds 2, 11 to the brightness plate J face. The plate 2 and the face 11 are provided on the outside with knives 6,

14. které slouží k zapojení omezovače do jištěného obvodu. Spojení desky 2 ^s čelem j a také spojení čel J, JJ s pouzdrem 2 je provedeno některým ze známých způsobů (např. rozválcováním, sešroubováním apod.) a není podrobně zakreslováno.14. which serves to connect the limiter to a fused circuit. The connection of the plate 2 ^{to the} face and also the connection of the faces J, JJ to the sleeve 2 is carried out in some known manner (e.g. by rolling, screwing or the like) and is not illustrated in detail.

Druhý příklad provedení omezovače, znázorněný na obr. 2 rovněž v podélném řezu, má aktivní část 11 ve tvaru drátu stočeného do šroubovice na nosiči 1 0. Aktivní část 11 je vyrobena ze slitiny Niýín s uspořádanou strukturou a její konce 25. 35 jsou elektricky i mechanicky spojeny s deskou 2 a Čelem JJ. Deska 2 i čelo JJ jsou stejně jako u prvního příkladu provedení omezovače opatřeny noži 4, 14, sloužícími k zapojení omezovače do jištěného obvodu.The second exemplary embodiment of the limiter, also shown in longitudinal section in FIG. 2, has a helical wire-shaped active part 11 on the carrier 10 0. The active part 11 is made of a structured Niyin alloy and its ends 25. 35 mechanically coupled to plate 2 and face JJ. As in the first exemplary embodiment of the limiter, the plate 2 and the face 11 are provided with knives 4, 14, which serve to connect the limiter to the protected circuit.

Vnitřní prostor 6 mezi pouzdrem 2 a nosičem 10 s aktivní částí i nebo 11 může být u obou příkladů provedení vyplněn sypkým, kapalným nebo plynným, od vzduchu odlišným médiem, sloužícím k regulaci 'dvodu tepla z aktivní části.The inner space 6 between the housing 2 and the carrier 10 with the active part 1 or 11 can be filled in both examples with a free-flowing, liquid or gaseous medium different from the air used to control the heat transfer from the active part.

Funkce omezovače zkratových proudů podle vynálezu spočívá v tom, že průchodem poruchového nadproudu aktivní Částí J., nebo 11 omezovače dochází k jejímu zvýšenému oteplení proti stavu při jmenovitém proudu. S rostoucí teplotou aktivní části dochází i ke změně jejího stavu z uspořádaného na neuspořádaný, provázené zároveň zvýšením elektrického odporu aktivní čásťi. Podle druhu použité slitiny s uspořádanou strukturou dochází k těmto změnám bu3 plynule, nebo skokem. Zvětšení hodnoty odporu aktivní části omezovače způsobí další zvýšení jejich elektrických ztrát a další růst oteplení. Po překročení kritické teploty zmizí zcela uspořádanost struktury slitiny a měrný elektrický odpor použité slitiny dosáhne své nejvyšáí hodnoty, které se může dále měnit jen s teplotou podle známého vztahuThe function of the short-circuit current limiter according to the invention is that the passage of the fault overcurrent through the active part J or 11 of the limiter increases its warming up against the state at the rated current. As the temperature of the active part increases, its state changes from ordered to disordered, accompanied by an increase in the electrical resistance of the active part. Depending on the type of structured alloy used, these changes occur either continuously or by step. Increasing the resistance value of the active part of the limiter will further increase their electrical losses and further increase the warming. When the critical temperature is exceeded, the alignment of the alloy structure disappears completely and the specific electrical resistance of the alloy used reaches its highest value, which can only be varied with the temperature according to the known relationship

R = R_o (1 +íí. At).R = R _o (1 + II. At).

Po zmizení poruchového proudu a po poklesu teploty pod kritickou mez nabude aktivní část omezovače opět uspořádané struktury a je připravena k další funkoi. S nárůstem odporu aktivní části se současně zmenšuje proud, protékající omezovačem. Na velikost omezení mají vliv i parametry obvodu, v němž je omezovač zapojen. Nejúčinnější bude použití omezovače podle vynálezu v obvodech s vysokým účiníkem, kde podstatná část ohmického odporu obvodu bude tvořena omezovačem a kde bude velmi vysoká změna odporu použité slitiny.After the fault current has disappeared and the temperature has fallen below the critical limit, the active part of the restrictor will regain the ordered structure and is ready for further functioning. As the resistance of the active part increases, the current flowing through the limiter decreases at the same time. The size of the limitation is also affected by the parameters of the circuit in which the limiter is connected. Most effective will be the use of the limiter of the invention in high power circuits, where a substantial part of the ohmic resistance of the circuit will be formed by the limiter and where the resistance of the alloy used will be very high.

Protože omezovač podle vynálezu je poruchové proudy schopen pouze omezit, ne však vypnout, je nutné sériové zařazení klasického spínacího přístroje v těch případech, kde nepostačí pouhé omezení a kde je žádoucí zapojení obvodu. Předností omezovače však zůstává, že klasické spínací zařízení postačí dimenzovat na hodnotu proudu po omezení, tedy značně nižší, takže jejich spínání lze provést snadněji pomocí cenově výhodnějších přístrojů.Since the limiter according to the invention is only able to limit, but not switch off, the fault currents, a series switch of the classical switchgear is necessary in those cases where no limitation is sufficient and where circuit wiring is desired. The advantage of the limiter, however, is that it is sufficient to design a conventional switching device for the current value after the limitation, that is to say much lower, so that their switching can be carried out more easily by means of more cost-effective devices.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An alloy based short-circuit current limiter, characterized in that the active part (1 or li) of the limiter is of an alloy having an ordered structure of the type A ^ B, where A and B are metal and the index is the number of atoms.

2. The short-circuit current limiter according to claim 1, wherein the structured alloy consists of 75% atomic copper and 25% atomic palladium.

Short-circuit current limiter according to claim 1, characterized in that its active part (1) is in the form of a rod.

Short-circuit current limiter according to claim 1, characterized in that its active part (11) is helical.

Short-circuit current limiter according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the active part (1 or 11) is placed in a vacuum.