[發明專利]故障電流限制器

無效

• 申請號: 200980101657.4
• 申請日: 2009-04-03
• 公開（公告）號: CN101911422A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 弗朗西斯·安東尼·達爾曼
• 申請（專利權）人: 全能智電力股份有限公司
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02;H01F29/14
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 張成新

技術領域

本發明涉及一種故障電流限制器。

本發明主要用于高壓飽和鐵芯故障電流限制器，并且將根據本申請對其進行說明。然而，本發明不局限于特定的使用領域，其還適用于低壓、中壓、超高壓和極高壓故障電流限制器。

背景技術

飽和鐵芯故障電流限制器(FCLs)是公知的。超導故障電流限制裝置的實例包括：

達馬恩等人的美國專利No.7193825；

于安等人的美國專利No.6809910；

伯恩寧的美國專利No.7193825.

沃克等人的美國專利申請公報No.2002/0018327.

上述這些故障電流限制器用于干式絕緣型銅芯配置，并且更具體地，僅適用于直流(DC)飽和故障電流限制器，該直流飽和故障電流限制器采用空氣作為主絕緣介質。即，多相FCL的交流(AC)相位線圈之間以及AC相位線圈和鋼芯、DC線圈、低溫恒溫器和主結構之間的靜絕緣介質是通過適當距離的空氣來提供的。這基本上將FCL限制成“干式”絕緣技術。干式技術通常指那些變壓器結構技術，該技術采用電絕緣銅芯，但是僅采用通常的靜空氣和絕緣的固體絕緣柵材料作為絕緣介質的平衡。通常，空氣形成高壓側和FCL的接地元件之間的主要電絕緣材料。這些接地元件包括鋼架工件和外殼。

使用干式絕緣將FCL限制成高達大約39KV的AC線電壓的低壓范圍。通常商業上可獲得的干式變壓器和電抗器的電壓為高達大約39KV的等級。結果，用于DC飽和FCL的電流探明技術不適于擴展到高壓型號。由于使用空氣作為絕緣介質，當處理更高電壓時，這種干式設計導致不能設計實用尺寸的緊湊結構。

FCL的一個主流市場是高壓(33KV至166KV)和超高壓(166KV至750KV)范圍的介質。當在這些電壓范圍內工作時，前面描述的DC飽和FCL的技術和文獻是不實用的。主要原因是由于靜壓設計考慮——例如，高壓銅線圈和低溫恒溫器或鋼芯或DC線圈之間的空氣絕緣介質的故障。高壓(高于39KV)介質處的高壓相位線圈常需要浸在下面一種中：

絕緣氣體(例如SF₆、氮等)；

真空(高于10-3mbar)；

液體，例如合成氧化硅油、植物油或其它通?？色@得的使用于高壓和超高壓變壓器和電抗器技術的介質的絕緣油。

當高壓裝置浸在這種絕緣介質中時，這種介質常稱作“主體絕緣介質”或“電介質”。

典型地，這種電介質的相對介電常數的等級為大約2至4，除了真空具有等于1的相對介電常數。相對于特定液體或氣體電介質的故障特性，通過限制固體絕緣柵之間的最大距離和優化填充介電距離，如果審慎地采用的話，這些所謂的電介質絕緣介質具有遠優于大氣空氣的靜電故障強度特性。

這些通?？色@得的主體絕緣氣體和液體，典型地具有10至20KV/mm的等級的故障強度，但是通常采用的平均電場應力不超過大約6至10KV/mm。故障應力值的這種安全裕度是必須的，因為即使平均電場應力為6至10KV/mm，但是由于各種靜電場增強效應沿任一等壓電場線的峰值靜電場應力也許是平均值的2至3倍。

通常，對于封裝設備(例如變壓器和電抗器和故障電流限制器)的高壓主體絕緣要求，介電液體或氣體有五個主要期望的要求：

電介質必須具有非常高電阻率；

介電損失必須很低；

液體必須能夠容納固體絕緣體，而不降低該固體的絕緣性(例如，線圈繞組或環氧樹脂匝到匝的絕緣性)；

電擊穿強度必須高；

介質必須能夠去除熱能損失。

對于封裝設備(例如變壓器、電抗器和故障電流限制器)，通常固體絕緣性技術還不能獲得高壓(即工作電壓高于39KV)介質。固體絕緣性技術的缺點是固體絕緣的主體中或不同材料的表面之間(例如線圈絕緣和其它固體絕緣材料之間)存在不可避免的空穴。公知的是，具有高壓的固體絕緣中的這些空穴由于電場增強效應在空穴中產生高電應力。由于局部放電，這導致周圍材料的物理擊穿，并且能夠最終導致漏電和設備完全失效。

可以認識到的是，采用單個或多個DC線圈用于飽和鋼芯的DC飽和故障電流限制器(例如前述在先技術中公開的那些)，在銅AC相位線圈不再是“干式”結構或在整個設備的主要絕緣介質是空氣時，會出現基礎問題。這種配置的重要問題是存在用于冷卻DC?HTS線圈的鋼低溫恒溫器和DC?HTS線圈自身。該低溫恒溫器和線圈和鋼芯相對于AC相位線圈大致是接地電勢。