[發明專利]包括減少過電流的關于保護物體免遭過電流的裝置和方法

無效

• 申請號: 97181828.2
• 申請日: 1997-05-27
• 公開（公告）號: CN1246212A
• 公開（公告）日: 2000-03-01
• 發明（設計）人: H·貝恩霍夫;M·貝里奎斯特;M·埃克貝里;J·伊斯貝里;M·萊永;黎明;A·蘇內松;D·溫德馬;B·貝里格倫
• 申請（專利權）人: 瑞典通用電器勃朗勃威力公司
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王勇,傅康

本發明涉及一種電廠中用于保護和電力網絡或和電廠中的另一個設備相連的物體免遭和故障有關的過電流的裝置，所述裝置包括設置在物體和電網/設備之間的線路中的開關裝置。此外，本發明包括一種保護物體免遭過電流的方法。

所涉及的電物體最好由具有磁路的設備構成，其要求保護免遭和故障相關的過電流，即實際上的短路電流。例如該物體可以是變壓器或電抗器。本發明旨在用于中電壓或高電壓中。按照IEC標準，中電壓為1-72.5kv，而高電壓為72.5kv以上。因而，包括輸電、輔助輸電和配電等級。

在這種性質的電廠中，人們一直尋求用于有關物體的保護的一種常規的斷路器(開關裝置)，其被這樣設計，使得其在遮斷時提供電隔離。因為這種斷路器必須被設計成能夠遮斷很高的電流和電壓的，所以將獲得具有大的慣性的相當笨重的設計，這表現在其具有相當長的遮斷時間。需要指出的是，主要針對的過電流是其發生和被保護物體有關的短路電流，例如由于被保護物體的電絕緣系統的故障。這種故障意味著，外部電網/設備的故障電流(短路電流)將要通過在物體中產生的電弧來流動。其結果可以導致極大的破壞。可以提及的是，對于瑞典電網，計算的短路電流/故障電流是63kA。實際上，短路電流可以為40-50kA。

所述斷路器具有的問題是其長的遮斷時間。對于完全實現遮斷的計算遮斷時間(IEC標準)是150毫秒。根據實際情況，把遮斷時間減少到50-130毫秒以下是困難的。其結果是，在被保護物體中存在故障時，在用于啟動斷路器使其斷路所需的整個時間期間極高的電流將通過被保護物體。在這個時間期間，外部電網的全部故障電流在被保護物體上具有相當的負載。為了避免被保護物體的破壞和完全擊穿，按照現有技術，人們如此設計物體，使得在斷路器的遮斷時間期間，其設法經受短路電流/故障電流而沒有明顯的破壞。應當指出，在被保護物體中的短路電流(故障電流)可以包括物體本身對故障電流的貢獻和從電網/設備發出的附加電流。物體本身對故障電流的貢獻不受斷路器性能的影響，但是由電網/設備供出的故障電流取決于斷路器的操作。要求如此設計被保護物體，使得其可以在相當長的時間間隔期間經受大的短路電流/故障電流，這帶來的主要缺點是更昂貴的設計和性能的降低。

關于目前的變壓器和電抗器的保護，除去上述的常規斷路器的功能之外，取決于其自身的瞬變電流限制能力，這是由于它們具有高的電感。雖然本發明可以應用于這種常規的變壓器和電抗器，但是應用于新發明的變壓器或電抗器將是尤其有利的，這將在后面更詳細地討論，按照它們的設計，它們具有比常規的變壓器和電抗器較低的電感/阻抗，因此不能在同樣高的程度上構成關于自我保護免遭過電流以及保護分別位于變壓器/電抗器前后的電氣裝置的電感電流限制裝置。在這種非常規的變壓器和電抗器中，當然重要的是保護裝置快速動作，以便限制故障的破壞效果。

為了便于理解，下面說明常規的電力變壓器。所述的全部內容都適合于電抗器。電抗器也被設計成單相和三相的電抗器。關于絕緣和冷卻，在原理上和變壓器是相同的。因而，空氣絕緣的和油絕緣的，自冷的，壓力油冷等的電抗器都可以利用。雖然電抗器具有一個繞組(每相)，并且可以設計成具有鐵芯或沒有鐵芯的，但是下面的說明在很大程度上也適應于電抗器。

常規的變壓器包括變壓器鐵芯，下面稱為鐵芯，通常是層疊取向的硅鋼片。鐵芯包括幾個鐵芯柱，由軛部連接，它們共同形成一個或幾個鐵芯窗口。具有這種鐵芯的變壓器通常稱為鐵芯變壓器。圍繞鐵芯柱具有多個繞組，一般被稱為原繞組、副繞組和控制繞組。就所涉及的電力變壓器而言，這些繞組實際上總是同心設置的，并沿著芯柱的長度分布。鐵芯變壓器一般具有圓形線圈，以及錐形的鐵芯柱截面，以便盡可能緊密地充滿線圈。

有時也有其它類型的鐵芯設計，例如被包括在被稱為殼式變壓器中的鐵芯。這些鐵芯具有一種規則的矩形線圈和矩形的芯柱截面。

在相關的功率范圍的下部，即從1VA到1000MVA，常規的電力變壓器有時被設計成空氣冷卻的，以便帶走不可避免的固有損耗。為了保護以避免接觸，并盡可能地減少變壓器的外部磁場，通常提供具有通風開口的外殼。

不過，最一般的電力變壓器是油冷的。因為其理由之一是，油具有作為絕緣介質的附加的重要功能。因此，油冷的和油絕緣的常規電力變壓器必須被外部殼體包圍著，由下述可清楚地看出，對殼體提出了很高的要求。

常規的油絕緣電力變壓器也利用水冷的油制造。

本說明的下面的大部分內容針對的是常規的充油的電力變壓器。