FR2661288A1 - Hybrid current limiter - Google Patents
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Abstract
Description
LIMITEUR DE COURANT HYBRIDE
La présente invention est relative à un limiteur de courant destiné à limiter la valeur d'un courant, par exemple d'un courant de défaut dans une ligne ou une installation électrique à courant alternatif.HYBRID CURRENT LIMITER
The present invention relates to a current limiter intended to limit the value of a current, for example a fault current in a line or an electrical installation with alternating current.
On a proposé, dans la demande de brevet français N 88 04 603, un limiteur comprenant deux enroulements supraconducteurs en parallèle, chacun d'eux étant traversé par un courant égal. French limiter N 88 04 603 has proposed a limiter comprising two superconductive windings in parallel, each of which is crossed by an equal current.
Dans le brevet américain n" 3 703 664, on a proposé d'utiliser une bobine hybride ayant un enroulement non supraconducteur et un enroulement supraconducteur. In US Patent No. 3,703,664, it has been proposed to use a hybrid coil having a non-superconductive winding and a superconductive winding.
L'enroulement non supraconducteur a une résistance très faible par rapport à sa réactance. Le courant est réparti à égalité entre les deux enroulements qui ont à peu près le même nombre de spires. En cas de défaut, la transition de l'enroulement supraconducteur provoque le passage de la quasi totalité du courant dans l'enroulement non supraconducteur qui se comporte pratiquement comme une inductance pure et limite ainsi le courant de défaut.The non-superconductive winding has a very low resistance compared to its reactance. The current is distributed equally between the two windings which have roughly the same number of turns. In the event of a fault, the transition from the superconductive winding causes almost all of the current to pass into the non-superconductive winding which behaves practically like a pure inductance and thus limits the fault current.
Les dispositifs précités ne permettent pas des cycles de refermeture rapide en raison du délai relativement important pour ramener l'enroulement supraconducteur à l'état supraconducteur après une transition. Ce délai est en effet d'autant plus important que le courant transité est élevé. The aforementioned devices do not allow rapid reclosing cycles due to the relatively long delay in bringing the superconductive winding back to the superconductive state after a transition. This delay is all the more important the higher the current passed.
Pour résoudre ce problème et permettre la réalisation de cycles de refermeture rapide, on a proposé, dans la demande de brevet français n" 90 03 398, de réaliser un limiteur comprenant un premier enroulement supraconducteur et un second enroulement non supraconducteur, les deux enroulements étant bobinés en sens inverse et connectés en parallèle, l'enroulement supraconducteur ayant un nombre de spires supérieur à celui de l'enroulement non supraconducteur, l'enroulement supraconducteur étant parcouru par une fraction du courant total, par exemple de l'ordre de 20%. To resolve this problem and allow rapid reclosing cycles to be carried out, it has been proposed in French patent application No. 90 03 398 to produce a limiter comprising a first superconductive winding and a second non-superconductive winding, the two windings being wound in opposite directions and connected in parallel, the superconductive winding having a number of turns greater than that of the non-superconductive winding, the superconductive winding being traversed by a fraction of the total current, for example of the order of 20% .
Dans un tel limiteur, un courant de défaut supérieur au courant critique fait transiter l'enroulement supraconducteur dont la valeur ohmique de la résistance augmente brusquement; la quasi totalité du courant passe alors dans l'enroulement non supraconducteur, mais l'inductance propre de cet enroulement limite la valeur du courant. Le courant résiduel est ensuite coupé par un disjoncteur classique. Comme le courant transité est de valeur relativement faible, malgré une tension rétablie plus élevée, le rétablissement de l'état supraconducteur de l'enroulement supraconducteur est suffisamment rapide pour permettre la réalisation de cycles à refermeture rapide. In such a limiter, a fault current greater than the critical current causes the superconductive winding to pass, the ohmic value of the resistance of which increases suddenly; almost all of the current then passes through the non-superconductive winding, but the specific inductance of this winding limits the value of the current. The residual current is then cut by a conventional circuit breaker. As the current transmitted is of relatively low value, in spite of a higher restored voltage, the restoration of the superconductive state of the superconductive winding is fast enough to allow the realization of cycles with fast reclosing.
Dans le limiteur décrit ci-dessus, l'enroulement supraconducteur est logé dans un cryostat isolant et est bobiné à l'intérieur du second enroulement, non supraconducteur. Le cryostat isolant, par exemple rempli d'hélium liquide, exige une certaine épaisseur d'isolation, ce qui ne facilite pas la réalisation d'un couplage électromagnétique serré entre les deux enroulements. La chute de tension de tension inductive aux bornes du limiteur en fonctionnement normal risque de dépasser le seuil autorisé, c'est-à-dire environ 5% de la tension phase-terre. In the limiter described above, the superconductive winding is housed in an insulating cryostat and is wound inside the second, non-superconductive winding. The insulating cryostat, for example filled with liquid helium, requires a certain thickness of insulation, which does not facilitate the realization of a tight electromagnetic coupling between the two windings. The drop in inductive voltage across the limiter during normal operation may exceed the authorized threshold, i.e. around 5% of the phase-to-earth voltage.
Un but de la présente invention est de réaliser un dispositif qui ne présente pas l'inconvénient précité, tout en conservant la propriété de permettre des cycles de refermeture rapide. An object of the present invention is to provide a device which does not have the aforementioned drawback, while retaining the property of allowing rapid reclosing cycles.
La présente invention a pour objet un limiteur de courant hybride caractérisé en ce qu'il comprend un premier enroulement (El), en matériau conducteur non supraconducteur, ayant un grand nombre de spires, connecté électriquement en série avec une bobine supraconductrice (B) de faible auto-inductance, placée dans un cryostat, et un deuxième enroulement (E2) en matériau conducteur non supraconducteur de faible nombre de spires, ledit second enroulement (E2) étant couplé de manière serrée avec ledit premier enroulement (El), de manière à obtenir une inductance globale faible, ledit second enroulement (E2) étant connecté en parallèle sur l'ensemble constitué par ledit premier enroulement et ladite bobine supraconductrice (B). The present invention relates to a hybrid current limiter characterized in that it comprises a first winding (El), made of non-superconductive conductive material, having a large number of turns, electrically connected in series with a superconductive coil (B) of low self-inductance, placed in a cryostat, and a second winding (E2) of non-superconductive conductive material with a low number of turns, said second winding (E2) being tightly coupled with said first winding (E1), so as to obtaining a low overall inductance, said second winding (E2) being connected in parallel to the assembly constituted by said first winding and said superconductive coil (B).
Avantageusement, la bobine supraconductrice comprend deux enroulements supraconducteurs similaires et bobinés en sens inverse. Advantageously, the superconductive coil comprises two similar superconductive windings and wound in the opposite direction.
Dans un mode particulier de réalisation, les premier et second enroulements font partie d'un ensemble qui comprend un tube en matériau isolant autour duquel est engagé un manchon ayant en demi-coupe axiale la forme d'un peigne avec des dents délimitant des gorges larges et peu profondes dans lesquelles sont placées les spires du second enroulement, et des gorges plus étroites et plus profondes dans lesquelles sont placées les spires du premier enroulement, les spires du premier enroulement étant bobinées en sens inverse de celles du second enroulement. In a particular embodiment, the first and second windings are part of an assembly which comprises a tube of insulating material around which is engaged a sleeve having in axial half-section the shape of a comb with teeth delimiting wide grooves and shallow in which are placed the turns of the second winding, and narrower and deeper grooves in which are placed the turns of the first winding, the turns of the first winding being wound in opposite directions to those of the second winding.
Une varistance peut être montée aux bornes du premier enroulement. A varistor can be mounted across the first winding.
Avantageusement, un noyau en matériau à bonne perméabilité magnétique est placé à l'intérieur du tube. Advantageously, a core of material with good magnetic permeability is placed inside the tube.
Dans un mode particulier de réalisation, le noyau magnétique forme un circuit fermé et saturable, avec des premier (El) et second (E2) enroulements bobinés séparément. In a particular embodiment, the magnetic core forms a closed and saturable circuit, with first (E1) and second (E2) windings wound separately.
L'invention est explicitée par la description ci-après en référence au dessin annexé dans lequel:
- la figure 1 est une vue schématique d'un limiteur selon l'invention,
- la figure 2 est une vue partielle en coupe axiale d'un ensemble des deux enroulements non supraconducteurs.The invention is explained by the description below with reference to the appended drawing in which:
FIG. 1 is a schematic view of a limiter according to the invention,
- Figure 2 is a partial view in axial section of an assembly of the two non-superconductive windings.
Dans la figure 1, la référence 1 désigne une enceinte comprenant une enveloppe métallique 2 mise à la terre; l'enceinte comprend trois traversées isolantes 4, 5 et 6, et est remplie d'un gaz ou d'un liquide d'isolement et de refroidissement, par exemple air, huile, hexafluorure de soufre, etc.. In FIG. 1, the reference 1 designates an enclosure comprising a grounded metal casing 2; the enclosure comprises three insulating bushings 4, 5 and 6, and is filled with a gas or an insulation and cooling liquid, for example air, oil, sulfur hexafluoride, etc.
A l'intérieur de l'enceinte 1 est disposé un premier enroulement El, en cuivre, de section faible et ayant un grand nombre de spires, et un second enroulement E2, en cuivre, de grande section, et ayant un nombre de spires au moins quatre fois plus faible que celui du premier enroulement El. Les enroulements El et E2 sont bobinés en sens inverse et le couplage entre ces deux enroulements est très serré de manière que l'ensemble ait une inductance globale tres faible. On donnera plus loin un exemple de réalisation d'un tel couplage. Inside the enclosure 1 is disposed a first copper winding El, of small section and having a large number of turns, and a second copper winding E2, of large section, and having a number of turns at least four times weaker than that of the first winding El. The windings El and E2 are wound in opposite directions and the coupling between these two windings is very tight so that the assembly has a very low overall inductance. An exemplary embodiment of such a coupling will be given below.
A côté de l'enceinte 1, est disposé un cryostat 10 constitué d'une enveloppe isolante 11 munie d'une métallisation 12 à la terre et de deux traversées isolantes 13 et 14. A l'intérieur du cryostat est disposée une bobine supraconductrice globalement désignée par B, mais constituée en réalité de deux enroulements supraconducteurs E3 et E4 connectés électriquement en parallèle et bobinés en sens inverse de manière à conférer à la bobine une inductance très faible. L'intérieur du cryostat est remplie d'un fluide cryogénique à une température suffisamment basse pour maintenir la bobine B à l'état supraconducteur. Si la bobine est réalisée en niobium-titane, le fluide cryogénique est de l'hélium liquide. Next to the enclosure 1, is placed a cryostat 10 consisting of an insulating envelope 11 provided with a metallization 12 to the earth and two insulating bushings 13 and 14. Inside the cryostat is disposed a generally superconductive coil designated by B, but in reality consisting of two superconductive windings E3 and E4 electrically connected in parallel and wound in opposite directions so as to give the coil a very low inductance. The interior of the cryostat is filled with a cryogenic fluid at a temperature low enough to keep the coil B in the superconductive state. If the coil is made of niobium-titanium, the cryogenic fluid is liquid helium.
La liaison entre l'enceinte 1 et le cryostat 10 est réalisée pour relier en série l'enroulement El et la bobine B, et connecter l'enroulement E2 en parallèle sur l'ensemble constitué par l'enroulement El et la bobine B. The connection between the enclosure 1 and the cryostat 10 is made to connect in series the winding El and the coil B, and connect the winding E2 in parallel on the assembly constituted by the winding El and the coil B.
Un disjoncteur classique D est inséré en série avec le limiteur de l'invention. A conventional circuit breaker D is inserted in series with the limiter of the invention.
Le fonctionnement est le suivant:
- en régime normal, le disjoncteur D est fermé et est traversé par le courant nominal In; une faible fraction de ce courant traverse la branche constituée de l'enroulement El et la bobine supraconductrice B.The operation is as follows:
- under normal conditions, the circuit breaker D is closed and the nominal current In passes through it; a small fraction of this current passes through the branch made up of the winding El and the superconductive coil B.
- si un court-circuit intervient, la valeur du courant dépasse la valeur critique de la bobine B qui transite à l'état non supraconducteur et devient par suite très résistive avec une grande valeur ohmique. La quasi totalité du courant passe alors dans l'autre branche constituée par l'enroulement E2. Le courant de défaut est alors limité par la propre inductance de l'enroulement E2. - if a short circuit occurs, the value of the current exceeds the critical value of the coil B which transits in the non-superconductive state and consequently becomes very resistive with a large ohmic value. Almost all of the current then flows into the other branch constituted by the winding E2. The fault current is then limited by the own inductance of the winding E2.
Cette inductance devra être suffisante pour réduire le courant de défaut à une valeur égale environ à trois ou quatre fois In. Ce courant résiduel est coupé sans difficulté par le disjoncteur D.This inductance must be sufficient to reduce the fault current to a value equal to approximately three or four times In. This residual current is easily cut by the circuit breaker D.
La figure 2 représente une vue partielle en coupe axiale d'un exemple de réalisation des enroulements El et
E2, assurant un couplage très serré entre ces enroulements.FIG. 2 represents a partial view in axial section of an exemplary embodiment of the windings El and
E2, ensuring a very tight coupling between these windings.
L'ensemble comprend un tube 20 en matériau isolant autour duquel est engagé un manchon 21 ayant en demi-coupe axiale la forme d'un peigne avec des dents 21A délimitant des gorges larges et peu profondes 22 dans lesquelles sont placées les spires de l'enroulement E2, et des gorges plus étroites et plus profondes 23 dans lesquelles sont placées les spires de l'enroulement El. Cette disposition permet un couplage serré des enroulements El et E2, de sorte que l'inductance globale est très faible. The assembly comprises a tube 20 of insulating material around which is engaged a sleeve 21 having in axial half-section the shape of a comb with teeth 21A delimiting wide and shallow grooves 22 in which the turns of the winding E2, and narrower and deeper grooves 23 in which the turns of the winding El are placed. This arrangement allows tight coupling of the windings El and E2, so that the overall inductance is very low.
Ce couplage peut encore être augmenté en plaçant, à l'intérieur du tube 20, un noyau 24 en matériau à bonne perméabilité magnétique. This coupling can be further increased by placing, inside the tube 20, a core 24 of material with good magnetic permeability.
Avec un noyau 24 fermé et saturable, on peut réduire sensiblement les dimensions des enroulements El et
E2, qui sont alors bobinés séparément chacun sur une branche d'un circuit magnétique. Ceci permet d'avoir un coefficient de couplage élevé en régime normal et un coefficient de couplage moins élevé en régime de défaut.With a closed and saturable core 24, the dimensions of the windings El and
E2, which are then each wound separately on a branch of a magnetic circuit. This makes it possible to have a high coupling coefficient under normal conditions and a lower coupling coefficient under fault conditions.
Le limiteur de l'invention est performant et économique. The limiter of the invention is efficient and economical.
Grâce au couplage serré des enroulements El et E2, l'inductance de l'ensemble non supraconducteur est très faible et la chute de tension aux bornes du limiteur reste très inférieure à la valeur maximale imposée. Thanks to the tight coupling of the windings El and E2, the inductance of the non-superconductive assembly is very low and the voltage drop across the limiter remains far below the maximum value imposed.
Le cryostat dans lequel est placée la bobine B est conventionnel, de sorte qu'il n'y a pas nécessité de prévoir, comme dans la réalisation précédente sus-mentionnée, un cryostat isolant thermiquement et diélectriquement conçu spécialement, et donc plus onéreux. The cryostat in which the coil B is placed is conventional, so that there is no need to provide, as in the above-mentioned previous embodiment, a thermally and dielectrically insulating cryostat specially designed, and therefore more expensive.
La disposition du schéma électrique choisi permet de rendre très faible le courant dans le bobinage supraconducteur, de sorte que les pertes lors de la transition sont faibles, le rétablissement de l'état supraconducteur est rapide, autorisant des cycles de refermeture rapide avec l'aide du disjoncteur classique
D.The arrangement of the chosen electrical diagram makes it possible to make the current in the superconductive winding very low, so that the losses during the transition are low, the restoration of the superconductive state is rapid, allowing rapid reclosing cycles with the help of the conventional circuit breaker
D.
Avec une chute inductive en fonctionnement normal égale à 5% de la tension phase-terre, et un courant de court-circuit limité à trois fois le courant nominal, un coefficient de couplage de 0,85 permettra d'obtenir un courant dans l'enroulement El environ 7 fois plus faible que celui dans l'enroulement E2. With an inductive drop in normal operation equal to 5% of the phase-to-earth voltage, and a short-circuit current limited to three times the nominal current, a coupling coefficient of 0.85 will make it possible to obtain a current in the winding El about 7 times weaker than that in winding E2.
L'utilisation de varistances à oxydes métalliques tel que l'oxyde de zinc permettra de réduire la surtension aux bornes du limiteur. En particulier, il est avantageux de mettre, aux bornes de l'enroulement El, une varistance
V (représentée en pointillés dans la figure 1), pour limiter la tension aux bornes de l'enroulement El par insertion de résistance pendant son fonctionnement. Ceci permet de réduire aussi la tension appliquée à la bobine supraconductrice B tout en limitant le courant de court-circuit sur le réseau sans modifier le coefficient de couplage.The use of metal oxide varistors such as zinc oxide will reduce the overvoltage across the limiter. In particular, it is advantageous to put, at the terminals of the winding El, a varistor
V (shown in dotted lines in Figure 1), to limit the voltage across the winding El by insertion of resistance during its operation. This also makes it possible to reduce the voltage applied to the superconductive coil B while limiting the short-circuit current on the network without modifying the coupling coefficient.
L'invention s'applique à la réalisation de limiteurs pour les réseaux ou installations électriques à haute et moyenne tension. The invention applies to the production of limiters for high or medium voltage electrical networks or installations.
Claims (6)
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9005206A FR2661288B1 (en) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | HYBRID CURRENT LIMITER. |
| FR909007427A FR2663475B2 (en) | 1990-04-24 | 1990-06-14 | HYBRID CURRENT LIMITER. |
| CA002040983A CA2040983A1 (en) | 1990-04-24 | 1991-04-23 | Hybrid current limiter |
| US07/690,422 US5153804A (en) | 1990-04-24 | 1991-04-24 | Hybrid current limiter having superconductor windings |
| JP3187115A JPH04226008A (en) | 1990-04-24 | 1991-04-24 | Hybrid electric current limiter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9005206A FR2661288B1 (en) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | HYBRID CURRENT LIMITER. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR2661288A1 true FR2661288A1 (en) | 1991-10-25 |
| FR2661288B1 FR2661288B1 (en) | 1992-10-02 |
Family
ID=9396029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9005206A Expired - Lifetime FR2661288B1 (en) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | HYBRID CURRENT LIMITER. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2661288B1 (en) |
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| FR2661288B1 (en) | 1992-10-02 |
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| ST | Notification of lapse |