Устройство ограничения токов короткого замыкания

Устройство ограничения токов короткого замыкания относится к области электротехники, предназначено для использования в электрических сетях при токах короткого замыкания, превышающих предельные значения токов отключения выключателей, и позволяет повысить надежность работы, обеспечиваемую простотой его схемотехнического решения. Устройство 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. В случае короткого замыкания при резком уменьшении сопротивления нагрузки (6), под действием напряжения сети электропитания (7), ток нагрузки, протекающий в контуре, содержащем выключатель (5), провода (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. Замыкание искрового промежутка (8) соответствует изменению граничных условий в цепи с квазираспределенными параметрами. Уменьшение сопротивления искрового промежутка (8) приводит к резкому возрастанию сопротивления на входе, выводах (9, 12). 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в электрических сетях при токах короткого замыкания, превышающих предельные значения токов отключения выключателей.

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.

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.

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.

Недостатками такого устройства являются его конструктивная сложность, нерациональное использование материалов и проводников, громоздкость конструктивного и схемотехнического исполнения, а также большие массогабаритные показатели.

Технической задачей изобретения является многофункциональное использование проводников и диэлектриков, компактность конструктивного исполнения, снижение массогабаритных показателей.

Технический результат устройства ограничения токов короткого замыкания заключается в повышении надежности работы, обеспечиваемой простотой его схемотехнического решения.

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.

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.

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.

Устройство ограничения токов короткого замыкания работает следующим образом.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

.

Из условия резонансная частота определяется как:

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 выражением

.

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.

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.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к системам программного управления. Устройство для защиты управляющего сигнала имеет первый режим работы и второй режим работы и содержит первую клеммную пару, вторую клеммную пару, элемент для временного накапливания электроэнергии и переключающую цепь для управления режимом работы устройства для защиты управляющего сигнала.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение стабильной эксплуатации сильноточного сверхпроводящего ограничителя тока за счет реализации одинакового подводящего и отводящего сопротивления в цепи к каждому модулю ограничителя тока, а также уменьшение габаритов сверхпроводящего ограничителя тока и его упрощение.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности за счет уменьшения токовых нагрузок на питающий источник напряжения переменного тока и на конденсатор нагрузки как при включении устройства, так и в режимах перегрузки устройства по его выходу.

Изобретение относится к электротехнике, к ограничителям тока утечки. Технический результат состоит в повышении к.п.д.

Использование: в области электротехники. Технический результат - улучшение рабочей характеристики ограничителя.

Использование: в области электротехники. Технический результат - ускорение восстановления сверхпроводящих свойств сверхпроводящего ограничителя тока (СОТ) после токоограничения за счет увеличения открытости сверхпроводящей ленты для жидкого азота с обеспечением жесткости предлагаемой конструкции и ее устойчивости к действию пондеромоторных сил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к ограничителям тока утечки. Технический результат состоит в повышении кпд путем повышения отношения индуктивностей.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение эффективного охлаждения сверхпроводящего элемента при срабатывании токоограничивающего устройства.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности коммутации в условиях изменения температуры при снижении массы и габаритов коммутатора.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в источниках питания с защитой от перегрузки по току без использования датчика тока, преимущественно в системах управления космических аппаратов.

Устройство ограничения токов короткого замыкания относится к области электротехники, предназначено для использования в электрических сетях при токах короткого замыкания, превышающих предельные значения токов отключения выключателей, и позволяет повысить надежность работы, обеспечиваемую простотой его схемотехнического решения. Устройство содержит трансформатор, выполненный на магнитопроводе с немагнитным зазором и с двухзаходной обмоткой из первого и второго проводов из алюминиевой фольги, изолированных друг от друга пленками диэлектрика, причем начало первого провода и конец второго провода образуют последовательный контур, содержащий выключатель 5, нагрузку электропитания 6 и сеть электропитания, при этом начало второго провода и конец первого провода подсоединены к искровому промежутку 8. Вывод 9 начала первого провода, вывод конца провода, вывод начала провода и вывод конца провода определяют цепь с распределенными параметрами. В случае короткого замыкания при резком уменьшении сопротивления нагрузки, под действием напряжения сети электропитания, ток нагрузки, протекающий в контуре, содержащем выключатель, провода, намотанные двухзаходно на магнитопровод, пленки диэлектрика, изолирующие друг от друга провода, резко увеличивается. Значительно возрастает напряжение на входе устройства относительно выводов. Учитывая, что напряжение на выходе, на выводах,, то есть напряжение на искровом промежутке, в 2⋅Q раз больше напряжения на входе, происходит пробой искрового промежутка, и он становится замкнутым. Замыкание искрового промежутка соответствует изменению граничных условий в цепи с квазираспределенными параметрами. Уменьшение сопротивления искрового промежутка приводит к резкому возрастанию сопротивления на входе, выводах. 3 ил.

Наверх