Токоограничивающий реактор

(ГОСПАТЕНТ СССР) мйацщТЯл. г ,Б ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ИДЕТЕЛЬСТВУ РСКОМ К ан, фа(21) 4792543/07(56) Сингучев Ф.И. Применение группового шунтирующего реактора. Электрические станции. 1962, М 5, с. 88-89.Либкинд М.С. Искусственное ограничение токов короткого замыкания в электрических сетях. Известия АН СССР. Энергетика и транспорт, 1967, М 2, с. 53-60.Вершинин Ю.Н., Меер.ович В.М., Наум- кина И.Е., Новиков Н,Л., Соколовский В.Л. Сравнительный анализ нелинейных реакторов с экранами из низкотемпературных и высокотемпературных (90 К) сверхпроводников. Электричество. - М,: Энергоиэдат, 1989, с. 1-6. 15 Н 02 Н 9/02, Н 01 Р 37(54) ТО КОО ГРАН ИЧИ ВАЮЩИЙ РЕАКТОР (57) Использование: для быстрого и надежного ограничения токов короткого замыкания в электрических сетях, Сущность изобретения; реактор содержит рабочую обмотку 1 и одновитковый экранирующий элемент 2 в виде сплошного цилиндра из высокотемпературного сверхпроводящего материала. расположенный внутри обмотки и имеющий торцовые выступы, выходящие за обмотку, в виде полусфер. Экранирующий элемент может быть выполнен комбинированным в виде полого цилиндра иэ высокотемпературного сверхпроводящего материала и размещенного внутри этого цйлиндра стержня 3 из ферромагнитного материала. 2 з,п. ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к электротехнике и предназначено в качестве бесконтактного электромагнитного устройства для ограничения токов короткого замыкания в электроэнергетических системах, в 5 частности, в кабельных и обычных электрических сетях.Цель изобретения - устранение указанных недостатков. т.е. осуществление бесконтактного переключения реактора иэ одного состояния в другое, увеличение быстродействия, снижение потерь, упрощение конструкции и повышение надежности.Керамические СП материалы широко 15 известны и применяют их обычно в виде токопроводящих пленок и проводов.Однако, при их использовании в качестве сердечника о предлагаемом устройст 20ве, последнее проявляет новые свойства,что приводит к увеличению быстродействия, снижению потерь, упрощению конструкции и повышению надежности,Для заявленного устройства с ВТСП экранирующим элементом быстродействие определяется скоростью проникновения поля через экран и выхода из него. Согласно, эти времена составляют т=0,01 глс при толщине ВТСП. равной 1 мм.Быстродействие устройств с СП экранами (прототип) определяется скоростью перехода СП экрана в нормальное состояние и обратно. Как указано в скорости перехода составляют 0,2 мс и 6,5 мс, соответственно, при толщине, равной 15 мкм. Таким обраэогл. быстродействие заявленного устройства на несколько порядков выше, чем у устройства прототипа.В устройстве прототипа (замкнутый неуправляеглый экран) переход такого экрана из СП состояния в нормальное связан с вьделением при этом энергии, Согласно, средняя величина выделяемой при этом энергии составляет 10 -10 Дж, В СП упзравляемых экранах. кроме того, следует учесть потери в системе управления экраном (нагревательные элементы и т.д.).В заявляемом устройстве ВТСП экранирующий элемент сохраняет сверхпроводящее состояние как в номинальном, так и в режиме токоограничения, что обусловливает отсутствие потерь, связанных с переходом. Поэтому заявленное устройство является гораздо более экономичным, чем устройство прототипа, Кроме того, отсутствие в заявленном токоограничивающем реакторе необходимости использования жидкого гелия и связанного с ним криоэлектрооборудования существенно снижает как энергозатраты, так и потери энергии. 25 30 35 40 45 50 55 В устройстве прототипа для экранов использованы низкотемпературные СП материалы, переходящие в процессе работы иэ СП состояния в нормальное и обратно, Для этого класса материалов, как указывается, характерны в процессе работы в переменном поле скачки магнитного потока, что существенно снижает стабильность характеристик и надежность работы всего устройства в целом. Кроме этого, в устройствах с управляемым экраном наличие управляющих элементов и связанных с ними систем также снижают надежность работы устройства. В заявленном устройстве, как указывалось выше, экранирующий элемент из ВТСП материала в процессе работы не переходит в нормальное состояние, что обусловливает отсутствие скачков потока и высокую надежность и стабильность характеристик. Кроме этого, в заявленном устройстве отсутствие управляющих элементов, систем управления ими, а также систем гелиевого криоэлектрооборудования существенно увеличивает надежность работы данного устройства,Следовательно. в предлагаемом устройстве размещение и функции ВТСП материала отличаются от размещения и функций такого материала в известных конструкциях.На фиг,1 изображена конструкция предлагаемого реактора в разрезе; на фиг.2 - варианты выполнения реактора; на фиг,3 и 4 - соответственно вольт-амперная характеристика и изменение индуктивного сопротивления реактора,Токоограничивающий реактор содержит силовую обмотку 1, размещенную на экранируемом элементе 2, выполненном в виде сплошного цилиндра иэ керамического ВТСП материала, расположенного в криогенной среде (фиг.1).Внутренняя полость ВТСП керамического экранирующего элемента 2 заполнена ферромагнитным материалом, образующим ферромагнитный стержень 3 (фиг.2).Реактор работает следующим образом.При номинальном режиме через силовую обмотку 1 реактора течет номинальный ток нагрузки, экранирующий элемент 2 иэ ВТСП материала находится в сверхпроводящем состоянии, обладая при этом весьма малой магнитной проницаемостью, а внутри него поле отсутствует (не проникае-.), Поэтому сопротивление реактора мало - близко к нулю хн = О, При КЗ ток в обмотке реактора быстро возрастает до значения тока КЗ и теперь вглубь сверхпроводящего зкранирующего элемента проникает большое поле. Вместе с тем сопротивле 1823067ние реактора увеличивается до максимального значения х. При этом зависимость между током и напряжением, т,е. вольтамперная характеристика реактора имеет оид кривой. представленной на фиг.З сплошной линией. На участке от начала координат до точки "а" кривая приближается к оси абсцисс и реактор имеет малое сопротивление. На участке "ао" наклон характеристики и сопротивление реактора заметно возрастают вследствие осе большего проникновения потока в глубь материала экранирующего элемента,Наклон характеристики в ее начальной части "оа" определяется полем рассеяния силовой обмотки реактора. Если уменьшить рассеяние, то уменьшится и сопротивление о нормальном режиме и можно получигь большую кратность изменения сопротиоления реактора о режиме КЗ:К=х/хьгде х - сопротивление реактора о режиме КЗ, т.е. при номинальном напряжении,хн - сопротивление реактора в номинальном режиме. т.е, при номинальном токе.Сопротивление реактора с зкранирующим элементом из керамического ВТСП материала изменяется в соответствии с его оольтамперной характеристикой без вмешательства каких-либо регулирующих или иных устройств и без применения каких-либо контактов и,дополнительных переключающих элементов, т,е. автоматически беэ осякого запаздывания,Наличие стержня 3 из ферромагнитного материала внутри керамического сверхпроводящего полого экранирующего элемента не влияет нд работу реактора о номинальном режиме, однако позволяет еще более увеличить сопротивление х (см. пунктирную часть кривой на фиг.4) и улучшить параметр реактора - повысить кратность К врежиме КЗ, т,е. позволяет расширить диапазон использования устройства,5 Придание торцам цилиндра экранирующего элемента формы полусфер позволяетуменьшить влияние краевых эффектоо;Таким образом, предлагаемая конструкция токоограничивающего реактора сде 10 лает его эффективным устройствомкриогенного электрооборудования соерхпрооодящих кабельных и воздушных системгерсменного тока,Экспериментальные исследования15 предложенного токоогрдничиоающего реактора показали, что по срав нению с устройством аналогичного назначения прототип)предложенное устройс оо обеспечиваетзначительное улучшение характеристик, по 20 оышение быстродейсдии, снижение потерь, упрощение конструкции и г 1 ооышениенадеж ости.Формула изобретения1, Токоогрдничиоающий реактор, со 25 деождщий рабочую обмотку и однооиткоонй экранирующий элемент иэвысокотемпературного сверхпроводящегоматериала, отличающийся 1 ем,что,с.целью повышения быстродейс 1 оия, сниже 30 нии поерь, упрощения конструкции и повышения надежности, экрднирующий элементоь;полнен о виде цилиндра, расположенвнутри обмотки, имеет орцеоые оыступы, о, оиде полусфер, выходящие зд обмотку,352. Реактор по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что цилиндр выполнен сплошным.3. Реактор поп,1, отл ича ю щи й сятем, что, с целью расширения диапазона 40 использооании, он снабжен стержнем иэферромагнитного материала, экранирующий элемент оыполнен о виде полого цилиндрд, а стержень размещен о цилиндре,1823067ФФиг 4Составитель Ю,Башкиров Редактор Техред М,Моргентал Корректор Н. Коро Заказ 2183 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5роизводственно-издательскиК комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10