專利名稱：一種無損耗電阻器式短路電流限制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于限制電力系統(tǒng)短路電流限制裝置。
眾所周知，電力系統(tǒng)在發(fā)生短路故障時，其電流值通常是工作電流的十余倍，它所產(chǎn)生的熱效應(yīng)與力效應(yīng)對電氣設(shè)備及電纜危害嚴重，需要加以限制。目前電工界廣泛采用″限流電抗器″來限制短路電流，但當把限流電抗器串入電力系統(tǒng)以后，在正常運行情況下它會增加電力系統(tǒng)的電壓損失和電能損耗，并會使相位角增大，影響供電質(zhì)量，而且存在體積大、占地面積大等缺點。
本實用新型的目的在于提供一種不會增加電力系統(tǒng)的電能損耗和相位角的短路電流限制裝置。
本實用新型的短路電流限制裝置是這樣實現(xiàn)的是將無損耗電阻器與電氣負荷串聯(lián)，應(yīng)用于三相交流電力系統(tǒng)，單相交流系統(tǒng)和直流電力系統(tǒng)均可，關(guān)鍵是采用了無損耗電阻器，該電阻器是由交一交變頻器和超導(dǎo)線圈及控制電路組成，由于交一交變頻器是由電子開關(guān)器件連結(jié)成雙向橋式變頻器，它是用來把50赫的工頻電壓調(diào)制成頻率為fs＝1/2h的高頻電壓波，送給超導(dǎo)線圈，這樣在控制電路的驅(qū)動下，從輸入端A、B兩端看過去，該裝置就是一個沒有電能損耗器、具有電阻性伏安特性的，其阻值可調(diào)節(jié)的無損耗電阻器。
由于利用無損耗電阻器與電氣負荷串聯(lián)，當電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，以無損耗電阻器的高電阻限制住短路電流的數(shù)值，但當電力系統(tǒng)處在正常情況沒有短路故障時，該無損耗電阻器的電阻為零，對電力系統(tǒng)無影響，
以下結(jié)合附圖對本實用新型作詳細描述附

圖1.本實用新型在各類電力系統(tǒng)中連接方式電路圖附圖2.無損耗電阻器的接線圖附圖3.無損耗電阻器在直流電力系統(tǒng)中的接線圖附圖4.本實用新型在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時工作原理圖附圖1中的(a)、(b)、(c)分別表示本實用新型的限制裝置在三相交流電力系統(tǒng)、直流電力系統(tǒng)和單相交流電力系統(tǒng)中連接情況，其中(1)、(2)、(3)、(7)、(9)均為無損耗電阻器；(4)、(5)、(6)、(8)、(10)為電氣負荷。
本實用新型由無損耗電阻器和電氣負荷串聯(lián)于各類電力系統(tǒng)中而構(gòu)成的，在三相交流電力系統(tǒng)中，三個無損耗電阻器(1)、(2)、(3)分別與電氣負荷(4)、(5)、(6)串聯(lián)，在直流電力系統(tǒng)中，無損耗電阻器(9)與電氣負荷(10)串聯(lián)。而無損耗電阻器是由電子開關(guān)器件(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)聯(lián)接成的雙向橋式變頻器、超導(dǎo)線圈(19)和控制電路(20)組成。其中電子開關(guān)器件(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)可以是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)也可采用功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、可關(guān)斷晶閘管(GTO)。
本實用新型的關(guān)鍵技術(shù)部件是無損耗電阻器，該無損耗電阻器的各無器件聯(lián)接方式為電子開關(guān)器件(11)與(14)串聯(lián)，(13)與(12)串聯(lián)、(15)與(18)串聯(lián)、(17)與(16)串聯(lián)，然后將(11)與(13)的漏極e、(15)與(17)的漏極c連接在一起；(14)與(12)的漏極c和(18)與(16)的漏極e連接在一起組成橋式電路，并將(11)與(18)的漏極c和(15)與(14)的漏極e互相連接后引向超導(dǎo)線圈(19)的一端；將(13)與(16)的漏極c和(12)與(17)的漏極e互相連接后引向超導(dǎo)線圈(19)的另一端。
當無損耗電阻器的八個電子開關(guān)器件均采用絕緣柵雙極晶體管對，在交流電源電壓的下正半周期內(nèi)，在電子開關(guān)器件(15)、(16)、(17)、(18)的柵極上連續(xù)地施加正向解發(fā)脈沖令其導(dǎo)通，按二極管方式運行。如附圖3所示，無損耗電阻器用于直流電力系統(tǒng)時，電子開關(guān)器件(21)、(22)、(23)、(24)、仍用IGBT，電子開關(guān)器件(25)、(26)、(27)、(28)用快速二極管，實際上是將交流電源電壓中的電子開關(guān)器件(15)、(16)、(17)、(18)換成快速二極管分別為(25)、(26)、(27)、(28)。當電力系統(tǒng)正常運行無短路事故時，IGBT(21)、(22)、(23)、(24)全部處在飽和導(dǎo)通狀態(tài)，將超導(dǎo)線圈(29)短接，這樣從輸入端AB著進去，它等于一個電阻為零的器件。
以下結(jié)合附圖3、4對本實用新型工作原理作進一步闡述設(shè)電力系統(tǒng)在某一時刻發(fā)生短路事故(例如附圖4中的t＝＝Ts/4時發(fā)生短路)、各電子開關(guān)器件便開始以頻率為fs，占空比(duty ratio)為0.5的開關(guān)方式輪流導(dǎo)通與截止。
在Ts/4≤t≤Ts/2時間階段，IGBT(21)、(22)飽和導(dǎo)通，(23)、(24)截止，超導(dǎo)線圈被接入電力系統(tǒng)，其線圈電流ic自零開始直線上升，到t＝Ts/L為止，在這段時間內(nèi)超導(dǎo)線圈充磁，由電源向它輸送能量，貯于線圈的磁場中。
在Ts/2≤t≤3Ts/4時間階段，IGBT(21)、(22)、(23)、(24)全部截止，超導(dǎo)線圈中的電流ic經(jīng)由二極管(27)、(28)流回電源，其數(shù)值直線下降，將超導(dǎo)線圈內(nèi)所貯的能量返回電源，到t＝3Ts/4時，ic降為零。由于占空比d＝0.5，故此時線圈中的能量恰好釋放完畢。
在3Ts/4≤t≤Ts時間階段，IGBT(23)、(24)飽和導(dǎo)通，(21)、(22)截止，此時由于加在超導(dǎo)線圈上的電壓Vc改變方向，因此超導(dǎo)線圈中的電流ic也改變方向并直線增大，到t＝Ts時為止，這段時間內(nèi)，超導(dǎo)線圈反方向充磁，線圈中貯藏能量，能量來自電源。
在Ts/2≤t≤5Ts/4時間階段，IGBT(21)、(23)、(24)全部截止，超導(dǎo)線圈中的電流ic經(jīng)由二極管(25)、(26)流回電源，電流ic直線減少，由于占空比d＝0.5，故在t＝5Ts/4時ic恰好降為零，線圈中能量全部返回電源。
如此周而復(fù)始，按頻率fs循環(huán)工作，一直到短路事故被清除為止。
在這一段時間為止，超導(dǎo)線圈周期性地被接入電力系統(tǒng)，使電力系統(tǒng)阻抗增大，從而降低了短路電流值，并由附圖4所示曲線可知，該裝置不消耗電能。
如果不希望無損耗電阻器產(chǎn)生高頻電流經(jīng)電力系統(tǒng)的電路和設(shè)備，則可采用高通濾波器(100)與無損耗電阻器并聯(lián)，高通濾波器(100)的兩端分別并聯(lián)在無損耗電阻器的A、B兩端。由于其輸入端A、B上的電壓波與電流的包羅線是同相位的，換句話說，它具有電阻性伏安特性，又沒有電能損耗。
本實用新型中的超導(dǎo)線圈(19)是由浸漬于液氨冷卻劑中的超導(dǎo)體金屬線制成的，可采用(Bi、Pb)2Sr2CaCu3O10+x硅酸鹽嵌銀的金屬線或YBa2Cu3O7-x的YBCO超導(dǎo)金屬線。超導(dǎo)線圈(19)的形狀可為螺旋管型或盤型。為了便于工業(yè)化，超導(dǎo)線圈(19)也可采用普通高導(dǎo)無氧銅的導(dǎo)線繞制，只要其電阻十分小，就可以得到工業(yè)上滿意的近似產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.一種無損耗電阻器式短路電流限制裝置，包括電阻器、電氣負荷，其特征在于采用無損耗電阻器與電氣負荷串聯(lián)于各類電力系統(tǒng)中，而無損耗電阻器是由電子開關(guān)器件(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)聯(lián)接成的雙向橋式變額器、超導(dǎo)線圈(19)和控制電路(20)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限制裝置，其特征在于電子開關(guān)器件(11)與(14)串聯(lián)、(13)與(12)串聯(lián)、(15)與(18)串聯(lián)、(17)與(16)串聯(lián)，然后將(11)與(13)的漏極e、(15)與(17)的漏極c連接在一起；(14)與(12)的漏極c、和(18)與(16)的漏極e連接在一起組成橋式電路，并將(11)與(18)的漏極c和(15)與(14)的漏極e互相連接后引向超導(dǎo)線圈(19)的一端；將(13)與(16)的漏極c和(12)與(17)的漏極e互相連接后引向超導(dǎo)線圈(19)的另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的限流裝置，其特征在于在交流電源電壓的正半周期內(nèi)，在電子開關(guān)器件(15)、(16)、(17)、(18)的柵極上連續(xù)地施加正向觸發(fā)脈沖，令其導(dǎo)通，按二極管方式運行；而在交流電源電壓的負半周期內(nèi)，在電子開關(guān)器件(11)、(12)、(13)、(14)的柵極上連續(xù)地施加正向解發(fā)脈沖，令其導(dǎo)通，按二極管方式運行；當無損耗電阻器應(yīng)用于直流電力系統(tǒng)時，將電子開關(guān)器件(15)、(16)、(17)、(18)換成快速二極管分別為(25)、(26)、(27)、(28)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的限制裝置，其特征在于超導(dǎo)線圈(19)是由浸漬于液氮冷卻劑中的超導(dǎo)體金屬線制成，超導(dǎo)線圈(19)的形狀可為螺旋管型或盤型，超導(dǎo)線圈(19)也可采用普通高導(dǎo)無氧銅的導(dǎo)線繞制。
專利摘要本實用新型公開了一種新型無損耗電阻器式短路電流限制裝置，它適用于三相或單相的、交流或直流電力系統(tǒng)。無損耗電阻器是由交-交變頻橋式電路的超導(dǎo)線圈組成的、該器件具有電阻元件的伏安特性，在運行中沒有電能損耗，其阻值又可通過控制橋式電路各電子開關(guān)而隨意連續(xù)變化。本裝置與目前廣泛使用的限流電抗器相比，具有節(jié)能、輕型、功率因數(shù)高，及在電力系統(tǒng)正常運行時不會產(chǎn)生電壓損失等特點。
文檔編號H02H9/02GK2267571SQ9623175
公開日1997年11月12日 申請日期1996年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月30日
發(fā)明者陳寄炎, 陳仲銘 申請人:陳寄炎, 陳仲銘