RU2660177C1 - Short circuit currents limitation device - Google Patents

Short circuit currents limitation device Download PDF

Info

Publication number
RU2660177C1
RU2660177C1 RU2017131883A RU2017131883A RU2660177C1 RU 2660177 C1 RU2660177 C1 RU 2660177C1 RU 2017131883 A RU2017131883 A RU 2017131883A RU 2017131883 A RU2017131883 A RU 2017131883A RU 2660177 C1 RU2660177 C1 RU 2660177C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wire
circuit
spark gap
lead
voltage
Prior art date
Application number
RU2017131883A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Анфимович Бутырин
Геннадий Григорьевич Гусев
Дмитрий Владимирович Михеев
Василий Витальевич Сиренко
Феликс Нигматзянович Шакирзянов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority to RU2017131883A priority Critical patent/RU2660177C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2660177C1 publication Critical patent/RU2660177C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transformers For Measuring Instruments (AREA)

Abstract

FIELD: electrical equipment.
SUBSTANCE: short-circuit currents limiting device relates to the field of electrical equipment, it is intended for use in electrical networks with short-circuit currents exceeding the breakers tripping currents threshold values, and allows to increase the operation reliability, provided by its design simplicity. Device comprises transformer, made on the magnetic circuit (1) with non-magnetic gap and with dual-lead winding from the first (2) and second (3) aluminum foil wires isolated from each other by the dielectric films (4), wherein the first wire beginning (2, 9) and the second wire (3, 12) end form the series circuit comprising switch 5, the power supply load 6 and the power supply network (7), at that, the second wire (3) beginning and the first wire (2, 10) end are connected to the spark gap 8. First wire (2) beginning lead 9, the wire end (1) lead (10), the wire (3) beginning lead (11) and the wire (3) lead (12) end the define circuit with distributed parameters. In case of the short circuit with sharp decrease in the load (6) resistance, under the mains (7) voltage influence, flowing in the circuit containing the switch (5), the wires (2 and 3), dual-lead wound double-wound on the magnetic circuit (1), dielectric films (4), insulating from each other wires (2 and 3), load current sharply increases. Voltage at the device input significantly increases relative to the leads (9, 12). Considering that the output voltage, at the leads (10), (11), that is, the voltage across the spark gap (8), in 2⋅Q times greater than the input voltage, the spark gap (8) breakdown occurs, and it becomes closed. Spark gap (8) closing corresponds to the change in boundary conditions in the circuit with quasi-distributed parameters.
EFFECT: decrease in the spark gap (8) resistance leads to the sharp increase in the input and leads (9, 12) resistance.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в электрических сетях при токах короткого замыкания, превышающих предельные значения токов отключения выключателей.The invention relates to the field of electrical engineering and is intended for use in electrical networks with short circuit currents exceeding the limit values of the circuit breaker currents.

Известно токоограничивающее устройство для ограничения токов короткого замыкания в электрических сетях. Токоограничивающее устройство содержит трансформатор, батарею конденсаторов и выключатель. Электрические аппараты высокого напряжения. Издательство СПб. ГПУ, 2005 г., с. 138-153. Александров Г.Н. и др. Под ред. Г.Н. Александрова.Known current-limiting device for limiting short circuit currents in electrical networks. The current limiting device comprises a transformer, a capacitor bank and a switch. High voltage electrical apparatus. Publisher SPb. GPU, 2005, p. 138-153. Alexandrov G.N. et al. Ed. G.N. Alexandrova.

Недостаток известного устройства состоит в том, что имеет место постоянное присутствие индуктивного сопротивления реактора в цепи нагрузки, что приводит к посадке напряжения на реакторе при протекании по нему тока номинального режима.A disadvantage of the known device is that there is a constant presence of the inductive reactance of the reactor in the load circuit, which leads to a voltage drop across the reactor when a rated current flows through it.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является изобретение: «Устройство ограничения токов короткого замыкания», патент РФ на полезную модель №69311, МПК H01F 27/30, опубл. 10.12.2007. Токоограничивающее устройство содержит трансформатор, батарею конденсаторов и выключатель, трансформатор выполнен двухобмоточным и содержит сетевую обмотку, магнитопровод, обмотку управления, причем батарея конденсаторов включена параллельно сетевой обмотке, а обмотка управления закорочена через искровой промежуток.The closest in technical essence to the proposed device is the invention: "Device for limiting short-circuit currents", RF patent for utility model No. 69311, IPC H01F 27/30, publ. 12/10/2007. The current-limiting device contains a transformer, a capacitor bank and a switch, the transformer is double-wound and contains a network winding, a magnetic circuit, a control winding, the capacitor bank being connected in parallel with the network winding, and the control winding is shorted through the spark gap.

Недостатками такого устройства являются его конструктивная сложность, нерациональное использование материалов и проводников, громоздкость конструктивного и схемотехнического исполнения, а также большие массогабаритные показатели.The disadvantages of such a device are its structural complexity, the irrational use of materials and conductors, the cumbersome design and circuit design, as well as large weight and size indicators.

Технической задачей изобретения является многофункциональное использование проводников и диэлектриков, компактность конструктивного исполнения, снижение массогабаритных показателей.An object of the invention is the multifunctional use of conductors and dielectrics, compact design, reducing overall dimensions.

Технический результат устройства ограничения токов короткого замыкания заключается в повышении надежности работы, обеспечиваемой простотой его схемотехнического решения.The technical result of the device for limiting short-circuit currents is to increase the reliability of the operation, provided by the simplicity of its circuitry.

Это достигается тем, что известное устройство ограничения токов короткого замыкания, содержащее трансформатор с магнитопроводом, нагрузку, искровой промежуток, сеть электропитания, выключатель, отличающееся тем, что магнитопровод трансформатора выполнен с двухзаходной обмоткой из двух проводов из алюминиевой фольги, изолированных друг от друга пленками диэлектрика, причем начало первого провода и конец второго провода образуют последовательный контур, содержащий выключатель, нагрузку и сеть электропитания, а начало второго провода и конец первого провода подсоединены к искровому промежутку.This is achieved by the fact that the known device for limiting short-circuit currents, comprising a transformer with a magnetic circuit, a load, a spark gap, a power supply network, a switch, characterized in that the magnetic circuit of the transformer is made with a double winding of two wires of aluminum foil insulated from each other by dielectric films moreover, the beginning of the first wire and the end of the second wire form a serial circuit containing a switch, a load and a power supply network, and the beginning of the second wire end of the first wire is connected to the spark gap.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная условная схема соединения элементов устройства ограничения токов короткого замыкания, на фиг. 2 изображена эквивалентная схема замещения устройства ограничения токов короткого замыкания, на фиг. 3 показано расположение проводов и пленок диэлектрика при намотке двухзаходно на магнитопровод.The essence of the proposed device is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a schematic schematic diagram of the connection of elements of a device for limiting short-circuit currents, in FIG. 2 shows an equivalent circuit of the device for limiting short-circuit currents; FIG. Figure 3 shows the arrangement of wires and dielectric films when winding two-way onto the magnetic circuit.

Устройство ограничения токов короткого замыкания содержит трансформатор, выполненный на магнитопроводе 1 с немагнитным зазором и с двухзаходной обмоткой из первого 2 и второго 3 проводов из алюминиевой фольги, изолированных друг от друга пленками диэлектрика 4, причем начало первого провода 2, 9 и конец второго провода 3, 12 образуют последовательный контур, содержащий выключатель 5, нагрузку электропитания 6 и сеть электропитания 7, при этом начало второго провода 3 и конец первого провода 2, 10 подсоединены к искровому промежутку 8. Вывод 9 начала первого провода 2, вывод 10 конца провода 1, вывод 11 начала провода 3 и вывод 12 конца провода 3 определяют цепь с распределенными параметрами.The device for limiting short-circuit currents contains a transformer made on the magnetic circuit 1 with a non-magnetic gap and with a double winding of the first 2 and second 3 wires of aluminum foil, insulated from each other by dielectric films 4, the beginning of the first wire 2, 9 and the end of the second wire 3 , 12 form a series circuit containing a switch 5, a load of power supply 6 and a power supply network 7, while the beginning of the second wire 3 and the end of the first wire 2, 10 are connected to the spark gap 8. Conclusion 9 beginning a first wire 2, the output end 10 of the wire 1, the output 11 starts the wire 3 and the terminal 12 end of the wire 3 define a distributed parameter circuit.

Устройство ограничения токов короткого замыкания работает следующим образом.A device for limiting short circuit currents operates as follows.

В случае короткого замыкания при резком уменьшении сопротивления нагрузки 6, под действием напряжения сети электропитания 7, ток нагрузки, протекающий в контуре, содержащем выключатель 5, провод 2 и 3, намотанные двухзаходно на магнитопровод 1, пленки диэлектрика 4, изолирующие друг от друга провода 2 и 3, резко увеличивается. Значительно возрастает напряжение на входе устройства относительно выводов 9, 12. Учитывая, что напряжение на выходе, на выводах 10, 11, то есть напряжение на искровом промежутке 8, в 2⋅Q раз больше напряжения на входе, происходит пробой искрового промежутка 8 и он становится замкнутым.In the case of a short circuit with a sharp decrease in the load resistance 6, under the influence of the voltage of the power supply 7, the load current flowing in the circuit containing the switch 5, wire 2 and 3, wound two-way on the magnetic circuit 1, the dielectric film 4, insulating wires 2 from each other and 3, increases dramatically. Significantly increases the voltage at the input of the device relative to pins 9, 12. Considering that the voltage at the output at pins 10, 11, that is, the voltage at the spark gap 8, is 2⋅Q times the voltage at the input, breakdown of the spark gap 8 occurs and it becomes closed.

Замыкание искрового промежутка соответствует изменению граничных условий в цепи с квазираспределенными параметрами. Резкое уменьшение сопротивления искрового промежутка приводит к резкому возрастанию сопротивления на входе, выводах 9, 12. В цепи, содержащей сеть электропитания 7, выключатель 5, происходит ограничение тока короткого замыкания.The closure of the spark gap corresponds to a change in the boundary conditions in the circuit with quasi-distributed parameters. A sharp decrease in the resistance of the spark gap leads to a sharp increase in the resistance at the input, terminals 9, 12. In the circuit containing the power supply 7, switch 5, the short circuit current is limited.

Возрастание сопротивления на входе, выводах 9, 12 обусловлено режимом резонанса токов в эквивалентной части схемы. Значения резонансных частот для исходного режима устройства при резонансе напряжений, когда искровой промежуток 8 разомкнут, и при резонансе токов, когда искровой промежуток 8 замкнут, в режиме ограничения тока короткого замыкания, практически совпадают.The increase in resistance at the input, terminals 9, 12 is due to the current resonance mode in the equivalent part of the circuit. The values of the resonant frequencies for the initial mode of the device when the resonance of the voltage when the spark gap 8 is open, and when the resonance of the currents when the spark gap 8 is closed, in the mode of limiting the short circuit current, almost coincide.

Эквивалентная схема замещения устройства ограничения токов короткого замыкания представляет собой цепь с квазираспределенными параметрами, в которой каждая индуктивность, с межиндуктивными связями со всеми остальными, соответствует сосредоточенному элементу, а провод 2 с выводами 9,10 и провод 3 с выводами 11,12, изолированные друг от друга пленками диэлектрика 4, проявляются как конденсатор, элемент с распределенными параметрами. Схема представлена относительно выводов 9, 10 провода 2 и выводов 11,12 провода 3, представляет собой цепь с распределенными параметрами, содержащую совокупность элементарных ячеек. В каждой ячейке схемы R0 и G0 определяют соответственно потери в проводах 2, 3, магнитопроводе 1 и диэлектрике 4, С0 - значение емкости и L0 - значение эквивалентной индуктивности на единицу длины проводов - l.The equivalent circuit of the device for limiting short-circuit currents is a circuit with quasi-distributed parameters, in which each inductance, with inter-inductive coupling with all the others, corresponds to a lumped element, and wire 2 with conclusions 9,10 and wire 3 with conclusions 11,12, isolated each from each other by dielectric films 4, appear as a capacitor, an element with distributed parameters. The circuit is presented with respect to pins 9, 10 of wire 2 and pins 11,12 of wire 3, is a circuit with distributed parameters, containing a set of unit cells. In each cell of the circuit, R 0 and G 0 determine the losses in wires 2, 3, magnetic circuit 1 and dielectric 4, respectively, C 0 - the value of the capacitance and L 0 - the value of the equivalent inductance per unit length of the wires - l.

При разомкнутом искровом промежутке 8, вход устройства относительно начала провода 2, вывод 9, и конца провода 3, вывод 12, на основе синтеза представляется цепью соответствующей резонансу напряжений.With the spark gap 8 open, the input of the device relative to the beginning of wire 2, terminal 9, and the end of wire 3, terminal 12, on the basis of synthesis, appears as a circuit corresponding to a voltage resonance.

При замкнутом искровом промежутке 8 вход устройства относительно начала провода 2, вывод 9 и конца провода 3, вывод 12, на основе синтеза представляется цепью, соответствующей резонансу токов.With a closed spark gap 8, the input of the device relative to the beginning of wire 2, terminal 9 and the end of wire 3, terminal 12, on the basis of synthesis is represented by a circuit corresponding to the resonance of currents.

В исходном положении, в номинальном режиме, в соответствии с принципиальной схемой устройства фиг. 1, выключатель 5 замкнут, искровой промежуток 8 разомкнут, под действием напряжения сети электропитания 7 ток нагрузки протекает в контуре, содержащем выключатель 5, провод 2, провод 3, провода 1, 2 намотаны двухзаходно на магнитопровод 1, пленки диэлектрика 4, изолирующие друг от друга провода 2 и 3, и нагрузку 6. Ток между проводами 2 и 3 представляет собой ток электрического смещения. Значения электрической емкости, определяемой пленками диэлектрика 4 и проводами 2, 3, как в конденсаторе, индуктивности проводов на основе магнитопровода с немагнитным зазором определяют резонансную частоту. При этом сопротивление относительно входа между началом провода 2, вывод 9, и концом провода 3, вывод 12, много меньше сопротивления нагрузки 6. Имеет место режим резонанса напряжений. В соответствии со схемой устройства с эквивалентным представлением схемы цепи относительно выводов 9, 12 сопротивление относительно выводов 9, 12 как входа при резонансной частоте может быть вычислено по выражению:In the initial position, in the nominal mode, in accordance with the circuit diagram of the device of FIG. 1, the switch 5 is closed, the spark gap 8 is open, under the influence of the voltage of the power supply network 7, the load current flows in the circuit containing the switch 5, wire 2, wire 3, wires 1, 2 are wound two-way on the magnetic circuit 1, the dielectric film 4, insulating from each other the other wires 2 and 3, and the load 6. The current between wires 2 and 3 is the electric bias current. The values of the electric capacitance determined by the dielectric films 4 and wires 2, 3, as in a capacitor, and the inductances of wires based on a magnetic circuit with a non-magnetic gap determine the resonant frequency. Moreover, the resistance to the input between the beginning of wire 2, terminal 9, and the end of wire 3, terminal 12, is much less than the load resistance 6. There is a voltage resonance mode. In accordance with the device circuit with an equivalent representation of the circuit diagram with respect to the terminals 9, 12, the resistance with respect to the terminals 9, 12 as an input at the resonant frequency can be calculated by the expression:

Figure 00000001
.
Figure 00000001
.

Из условия

Figure 00000002
резонансная частота определяется как:From the condition
Figure 00000002
resonant frequency is defined as:

Figure 00000003
Figure 00000003

В исходном положении, когда на входе относительно выводов 9, 12 значение напряжения много меньше напряжения на нагрузке 6, напряжение на искровом промежутке 8, как на выходе, хотя и больше в 2⋅Q раз напряжения на входе, но недостаточно для пробоя, и искровой промежуток 8 остается разомкнутым. Добротность Q определяется выражениемIn the initial position, when the voltage value at the input relative to terminals 9, 12 is much less than the voltage at load 6, the voltage at the spark gap 8, as at the output, although it is 2⋅Q times higher than the input voltage, but not enough for breakdown, and the spark gap 8 remains open. Q factor is determined by the expression

Figure 00000004
.
Figure 00000004
.

Использование изобретения позволяет повысить надежность работы устройства на основе обеспечения простоты его схемотехнического решения. Уменьшение массогабаритов предлагаемого устройства достигается за счет многофункционального применения проводников и диэлектриков в проводах и конденсаторе, использования в одном и том же устройстве режимов резонанса напряжений и резонанса токов, обеспечения функции повышающего трансформатора и возможности компактного конструктивного его исполнения.The use of the invention improves the reliability of the device based on the simplicity of its circuitry. The reduction in the mass and dimensions of the proposed device is achieved due to the multifunctional use of conductors and dielectrics in wires and a capacitor, the use of voltage and current resonance modes in the same device, the function of a step-up transformer and the possibility of its compact design.

Claims (1)

Устройство ограничения токов короткого замыкания, содержащее трансформатор с магнитопроводом, нагрузку, искровой промежуток, сеть электропитания, выключатель, отличающееся тем, что магнитопровод трансформатора выполнен с двухзаходной обмоткой из двух проводов из алюминиевой фольги, изолированных друг от друга пленками диэлектрика, причем начало первого провода и конец второго провода образуют последовательный контур, содержащий выключатель, нагрузку и сеть электропитания, а начало второго провода и конец первого провода подсоединены к искровому промежутку.A device for limiting short-circuit currents containing a transformer with a magnetic circuit, a load, a spark gap, a power supply network, a switch, characterized in that the magnetic circuit of the transformer is made with a double winding of two wires of aluminum foil insulated from each other by dielectric films, the beginning of the first wire and the end of the second wire form a series circuit containing a switch, a load and a power supply network, and the beginning of the second wire and the end of the first wire are connected s the spark gap.
RU2017131883A 2017-09-12 2017-09-12 Short circuit currents limitation device RU2660177C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017131883A RU2660177C1 (en) 2017-09-12 2017-09-12 Short circuit currents limitation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017131883A RU2660177C1 (en) 2017-09-12 2017-09-12 Short circuit currents limitation device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2660177C1 true RU2660177C1 (en) 2018-07-05

Family

ID=62815207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017131883A RU2660177C1 (en) 2017-09-12 2017-09-12 Short circuit currents limitation device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2660177C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109167232A (en) * 2018-10-12 2019-01-08 东莞市卓劲电子机械有限公司 A kind of aluminium foil nailing machine lead feeding device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2184403C1 (en) * 2000-10-18 2002-06-27 Фишлер Яков Львович Current-limiting reactor
RU69311U1 (en) * 2007-07-11 2007-12-10 Закрытое акционерное общество "Промышленно-Инвестиционная Компания "Энерготраст" SHORT-CURRENT LIMIT DEVICE
DE102007055071B3 (en) * 2007-11-16 2009-07-09 Moeller Gmbh Short-circuit limiting device in a low-voltage system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2184403C1 (en) * 2000-10-18 2002-06-27 Фишлер Яков Львович Current-limiting reactor
RU69311U1 (en) * 2007-07-11 2007-12-10 Закрытое акционерное общество "Промышленно-Инвестиционная Компания "Энерготраст" SHORT-CURRENT LIMIT DEVICE
DE102007055071B3 (en) * 2007-11-16 2009-07-09 Moeller Gmbh Short-circuit limiting device in a low-voltage system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109167232A (en) * 2018-10-12 2019-01-08 东莞市卓劲电子机械有限公司 A kind of aluminium foil nailing machine lead feeding device
CN109167232B (en) * 2018-10-12 2023-09-29 东莞市卓劲电子机械有限公司 Aluminum foil nailing machine lead feeding device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110546731B (en) Circuit breaker
JP5907894B2 (en) Current limiting device with variable coil impedance
RU2660177C1 (en) Short circuit currents limitation device
RU2012117538A (en) DAMAGE CURRENT LIMITER
Wannous et al. The impact of current transformer saturation on the distance protection
Hu et al. Electric field optimization of cast resin dry-type transformer under lightning impulse
RU2762827C1 (en) Short-circuit current limiter
RU69311U1 (en) SHORT-CURRENT LIMIT DEVICE
CN203931968U (en) The shunting syndeton of zero sequence current mutual inductor in residual current circuit breaker
Lindblom et al. Pulsed power transmission line transformer based on modern cable technology
RU167845U1 (en) FILTER-COMPENSATING DEVICE
RU2340027C1 (en) Short circuit current limiting device
RU2508584C1 (en) Automatic adjustment method of arc-suppression reaction coil
RU2690689C1 (en) Filter compensating plant
RU2809838C1 (en) Three-phase filter compensating device
RU176454U1 (en) FILTER-COMPENSATING DEVICE
RU2714925C1 (en) Filter compensating device
RU111343U1 (en) SMALL-INDUCTIVE RESISTOR FOR QUALIFICATION OF SWITCHES
JPH0447271B2 (en)
SU42190A1 (en) Device to protect electrical installations from overcurrents
RU10935U1 (en) CASCADE VOLTAGE TRANSFORMER
RU108856U1 (en) HIGH VOLTAGE COMPACT DEVICE FOR INSULATION TEST
CN203193240U (en) Earth leakage protection device for preventing ground wire electrification
RU2450413C1 (en) Inductance-capacitance converter
CN105914014A (en) Single-phase high-power magnetic integrated high-frequency transformer