故障電流限制器的制造方法
【專利摘要】提供一種故障電流限制器，包括能磁性飽和的芯。第一芯包括：第一支腿；第二支腿，在第二支腿上卷繞有第一AC線圈；第三支腿，在第三支腿上卷繞有第二AC線圈，第一和第二AC線圈串聯(lián)卷繞并且連接至第一相AC源；以及第四支腿。第一磁性偏壓單元布置成在第一支腿和第二支腿中產(chǎn)生具有第一通量方向的第一閉合磁路，并且第二線圈布置成在第四支腿和第三支腿中產(chǎn)生具有第二通量方向的第二閉合磁路，其中第一通量方向與第二通量方向相反。第一和第二AC線圈布置成在第二和第三支腿中產(chǎn)生在AC通量方向上的第一閉合AC磁路，該AC通量方向隨著每個AC半周期交替。
【專利說明】故障電流限制器
[0001]本發(fā)明涉及一種故障電流限制器(fault current limiter, FCL)。
[0002]電力系統(tǒng)中的故障是不可避免的。從電源流至故障位置的故障電流導致在設備(例如，架空線路、纜線、變壓器和開關設備)上產(chǎn)生的高動態(tài)熱應力。
[0003]傳統(tǒng)斷路器技術不能提供對與這種故障相關的電流進行選擇性阻斷的完整的解決方案。發(fā)電量和耗電量的增長以及網(wǎng)絡間增加的互連導致故障電流電平(level，等級)的增大。特別地，發(fā)電量的持續(xù)增長具有這樣的結果，即網(wǎng)絡到達或甚至超過就其短路承受能力而言的極限。因此，存在對于能夠限制故障電流的裝置的需要。
[0004]由于輸送和配送網(wǎng)絡擴張以解決增大能量需求和發(fā)電電源同間歇性電源連接，短路電流升高。這些可能導致電力中斷，設備損壞以及大規(guī)模中斷，據(jù)估計這些每年耗費數(shù)十億美元。為了限制故障電流的影響，公用工程操作工傳統(tǒng)上需要借助網(wǎng)絡分段以及安裝昂貴且有損耗的保護裝置，諸如串聯(lián)扼流圈、電容器、高速斷路器和高阻抗變壓器。這樣的解決方案以能量效率和網(wǎng)絡穩(wěn)定性的總體降低為代價。
[0005]故障電流限制器(FCL)的使用允許使得即使預期故障電流超過其額定峰值和短時耐受電流時設備仍保持工作。因此，設備(包括斷路器)的替換可被避免或者推遲到以后。
[0006]可以各種形式提供故障電流限制器(FCL)。一種類型的故障電流限制器包括完全磁化(飽和)的鐵芯。這樣的故障電流限制器通常具有卷繞在鐵芯上的一個或多個AC線圈，其中通過處于正常工作狀態(tài)下的DC偏壓線圈使鐵芯保持在飽和狀態(tài)。AC線圈連接至柵格(grid),并且線圈在正常工作狀態(tài)下被保持為飽和，使得在正常運行過程中FCL對于柵格而言是幾乎通透的(transparent)。
[0007]在故障狀態(tài)(例如短路)下，電流的激增將增加AC線圈上的電流，導致鐵芯的去飽和。由于鐵芯的去飽和，阻抗將升高，從而起到限制AC線圈上電流的作用。飽和芯和AC、DC線圈的各種布置是可能的。在W02007/029224中描述了現(xiàn)有技術的飽和芯FCL的實例。
[0008]本發(fā)明旨在提供一種與傳統(tǒng)布置相比具有改進的性能的FCL。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種故障電流限制器，包括第一能磁性飽和的芯，該第一芯包括:第一支腿；第二支腿，在第二支腿上卷繞有第一 AC線圈；第三支腿，在第三支腿上卷繞有第二 AC線圈，第一和第二 AC線圈串聯(lián)卷繞并且連接至第一相AC源；第四支腿；其中第一、第二、第三、第四支腿依序布置，其中第一、第二、第三、第四支腿的第一端部通過第一軛狀件結合，并且第一、第二、第三、第四支腿的第二端部通過第二軛狀件結合；第一磁性偏壓單兀布置成在第一支腿和第二支腿中產(chǎn)生具有第一通量方向的第一閉合磁路；第二磁性偏壓單元布置成在第四支腿和第三支腿中產(chǎn)生具有第二通量方向的第二閉合磁路，其中，第一通量方向與第二通量方向相反；其中第一和第二 AC線圈布置成在第二和第三支腿中產(chǎn)生沿AC通量方向的第一閉合AC磁路，該AC通量方向隨著每個AC半周期交替。
[0010]第一磁性偏壓單元可包括卷繞在第一支腿上的第一 DC線圈，第二磁性偏壓單元可包括卷繞在第四支腿上的第二 DC線圈。在這樣的布置中，在一個AC半周期中，第二支腿中的AC通量對抗第二支腿中的DC通量并且第三支腿中的AC通量支持第三支腿中的DC通量，并且在下一個半周期中，第三支腿中的AC通量對抗第三支腿中的DC通量并且第二支腿內(nèi)的AC通量支持第二支腿內(nèi)的DC通量。然而，其他實施例可使用用于第一和第二磁性偏壓單元的可替換的布置，其中由第一磁性和第二單元在第一和第二閉合磁路上產(chǎn)生的AC通量的對抗/支持作用是相同的。
[0011]在正常狀態(tài)下，第一芯的第二和第三支腿是飽和的，并且因此FCL的阻抗是低的。因此，在正常狀態(tài)下，第二和第三支腿中的AC通量使得第二和第三支腿保持深度的飽和。
[0012]在故障狀態(tài)下，AC電流將升高，使得在一個半周期內(nèi)，AC通量將使得第二支腿脫離飽和并且使得第三支腿較深地進入飽和。使第二支腿脫離飽和的效果是使阻抗升高，這用作限制故障。在下一個半周期中，AC通量使得第三支腿脫離飽和并且使得第二支腿較深地進入飽和，再次用作限制故障。
[0013]由于閉合AC磁路，該實施例具有改進的故障與正常狀態(tài)阻抗比。這保證僅通過芯飽和來控制從正常到短路狀態(tài)的阻抗增大，而不是通過一些傳統(tǒng)結構中的組合的芯-空氣磁通路來控制。這提供了短路狀態(tài)下的阻抗的可控制的增大，并且可實現(xiàn)高的阻抗比例(通常遠大于5)而引起AC安培匝數(shù)的大量增加。
[0014]換言之，就實現(xiàn)更低阻抗的方面而言，具有閉合AC結構是有益的，具有比傳統(tǒng)設計(例如在開路AC設計中使用組合空氣/芯磁路的設計)更高的阻抗。此外，由于減少了DC安培匝數(shù)和降低了 FCL外的DC通量，具有DC磁路的閉合通路也是有益的。
[0015]芯的第一、第二、第三、第四支腿可在相同的方向上定向。例如,第一、第二、第三、第四支腿可豎直地布置。從制造的角度，將支腿豎直地布置具有這樣的優(yōu)勢，即，與使用圍繞水平支腿卷繞的傳統(tǒng)FCL相比更易于對芯與線圈進行組裝。例如，傳統(tǒng)FCL中水平布設的DC線圈必須支撐在空中，并且芯層壓件必須穿過線圈，一次穿過較少的層壓件。在制造過程中這是慢的并且相對不安全。
[0016]此外，在具有布置在罐(tank)中的水平線圈的FCL中，DC線圈中水平管道內(nèi)的油運動缺乏在DC線圈內(nèi)產(chǎn)生熱點溫度(hot spot temperature)的液壓流動。通過豎直支腿可避免該問題，因為熱油(較輕的)上升至繞組的頂部，從而由于重力而建立虹吸效應。該油壓頭驅使油穿過繞組以降低導體溫度。換言之，使用豎直定向的繞組提供自然的虹吸效應并且提供用于使油流過繞組的較高的熱壓頭。防止了傳統(tǒng)結構的水平定向繞組中油的停滯，降低了繞組溫度并且使熱點最少。
[0017]第一和第二軛狀件可在相同方向上定向。例如，第一和第二軛狀件水平地布置。
[0018]FCL可包括卷繞在第二支腿上的第三AC線圈和卷繞在第三支腿上的第四DC線圈，第三和第四AC線圈串聯(lián)卷繞并且連接至第二相AC源。第三和第四線圈可布置成在第二和第三支腿中產(chǎn)生沿AC通量方向的第二閉合AC磁路，該AC通量方向隨著每個AC半周期交替。此外，F(xiàn)CL還可包括卷繞在第二支腿上的第五AC線圈和卷繞在第三支腿上的第六AC線圈，其中第五和第六AC線圈串聯(lián)卷繞并且連接至第三相AC源，其中第五和第六線圈布置成在第二和第三支腿中產(chǎn)生沿AC通量方向的第三閉合AC磁路，該AC通量方向隨著每個AC半周期交替。
[0019]在這樣的布置中，F(xiàn)CL可用于三相AC電源，其中每個AC相連接至一對或串聯(lián)連接的AC線圈。第一、第三、第五AC線圈可依序布置在第二支腿上，并且第二、第四、第六AC線圈可依相反的順序布置在第三支腿上。在一些實施例中，用于每個相AC源的AC線圈可成對構造，使得AC線圈的對中的至少一對相對于用于每個相的AC線圈對中的其余AC線圈表現(xiàn)出不平衡磁阻。在一些實施例中，每個相的AC線圈可卷繞不同的匝數(shù)以實現(xiàn)非對稱磁阻。在其他實施例中，每個相的AC線圈可布置在內(nèi)部支腿的不同部分上以實現(xiàn)非對稱磁阻。此夕卜，每個相的AC線圈可具有不同的線圈形狀以實現(xiàn)非對稱磁阻。
[0020] 在一些實施例中，第二和第三支腿可具有比第一和第四支腿更小的截面。
[0021 ] 在一些實施例中，F(xiàn)CL可進一步包括布置成容納第一芯的罐，罐可部分或全部地填充有介電流體。
[0022]在一些小FCL的實施例中，可使用干型絕緣體并且罐/包覆物可以不包括介電流體。
[0023]在一些實施例中，F(xiàn)CL還可包括第二磁性飽和芯，以及第三磁性飽和芯，第二和第三磁性飽和芯分別包括:第一支腿；第二支腿，在第二支腿上卷繞有第一 AC線圈；第三支腿，在第三支腿上卷繞有第二 AC線圈，第一和第二 AC線圈串聯(lián)卷繞；第四支腿；其中第一、第二、第三、第四支腿依序布置，其中第一、第二、第三、第四支腿的第一端部通過第一軛狀件結合，第一、第二、第三、第四支腿的第二端部通過第二軛狀件結合；第一磁性偏壓單元布置成在第一支腿和第二支腿中產(chǎn)生具有第一通量方向的第一閉合磁路；并且
[0024]第二磁性偏壓單元布置成在第四支腿和第三支腿中產(chǎn)生具有第二通量方向的第二閉合磁路，其中，第一通量方向與第二通量方向相反；其中第一和第二 AC線圈布置成在第二和第三支腿中產(chǎn)生在AC通量方向上的第一閉合AC磁路,該AC通量方向隨著每個AC半周期交替。在這樣的布置中，第二芯的第一和第二 AC線圈可連接至第二相AC源，第三芯的第一和第二 AC線圈連接至第三相AC源。因此，這樣的布置可提供三相FCL，其中三相中的每個具有一個四支腿的芯。
[0025]第二和第三芯的第二和第三支腿可具有比第二和第三芯的第一和第四支腿更小的截面。
[0026]第一、第二、第三芯可布置在相同的罐中，罐部分或全部地填充有電介質。
[0027]第二和第三芯的第一磁性偏壓單元可分別包括卷繞在相應第一支腿上的第一 DC線圈，并且第二和第三芯的第二磁性偏壓單元可分別包括卷繞在相應第四支腿上的第二 DC線圈。
[0028]在一些實施例中，第一共用DC線圈可卷繞在第一、第二、第三芯上，以提供第一、第二、第三芯的第一磁性偏壓單元，并且第二共用DC線圈可卷繞在第一、第二、第三芯的第二支腿上，以提供第一、第二、第三芯的第二磁性偏壓單元。
[0029]在采用三個四支腿的芯的一些實施例中，第一、第二、第三芯可為分離的。第一、第二、第三芯可水平地或豎直地布置在相同的罐中?？商鎿Q地，第一、第二、第三芯布置在單獨的罐中。罐可部分或全部地填充有介電流體。
[0030]現(xiàn)將通過實例的方式并參照附圖對本發(fā)明的實施例進行描述，附圖中:
[0031]圖1a和圖1b示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的FCL ；
[0032]圖2示出了在根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的FCL中產(chǎn)生的磁路的示意圖；
[0033]圖3是本發(fā)明的第一實施例的AC電流相對時間的曲線圖；
[0034]圖4a和圖4b示出了本發(fā)明第一實施例的初始狀態(tài)的通量密度(B)的模型和安培匝數(shù)/m (H)的模型；
[0035]圖5a和圖5b示出了本發(fā)明第一實施例的正常工作狀態(tài)的通量密度(B)的模型和安培匝數(shù)/m (H)的模型；
[0036]圖6a和圖6b示出了本發(fā)明第一實施例的故障狀態(tài)的通量密度(B)的模型和安培匝數(shù)/m (H)的模型；
[0037]圖7a和圖7b示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的FCL ；
[0038]圖8是本發(fā)明的第二實施例的AC電流相對時間的曲線圖；
[0039]圖9a和圖9b示出了本發(fā)明第二實施例初始狀態(tài)時的通量密度(B)的模型和安培匝數(shù)/m (H)的模型；
[0040]圖1Oa和圖1Ob示出了本發(fā)明第二實施例正常工作狀態(tài)的通量密度(B)的模型和安培匝數(shù)/m (H)的模型；
[0041]圖1la和圖1lb示出了本發(fā)明第二實施例的故障狀態(tài)的開始時的通量密度(B)的模型和安培匝數(shù)/m (H)的模型；
[0042]圖12a至圖15a和圖12b至圖15b示出了對于在本發(fā)明第二實施例故障狀態(tài)過程中的各種時段的通量密度(B)的模型和安培匝數(shù)/m (H)的模型；
[0043]圖16a和圖16b不出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的FCL的截面圖；
[0044]圖17a和圖17b示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的FCL的截面圖；
[0045]圖18不出了根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的FCL的截面圖；
[0046]圖19不出了根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的FCL的截面圖。
[0047]圖1a和圖1b示出了本發(fā)明的第一實施例。在該實施例中，F(xiàn)CLl具有單個芯，并且FCLl布置成限制單相AC電源的故障電流。圖1a示出了側視圖，而圖1b示出了端視圖。
[0048]如圖1a所示，F(xiàn)CLl具有單個芯,該單個芯包括在相同方向上對準(aligned)的四個支腿10a、20a、20b以及10b。四個支腿在一端通過第一軛狀件(yoke)30a連接并且在另一端通過第二軛狀件30b連接。在該實施例中，四個支腿10a、20a、20b以及IOb豎直地對準，其中兩個軛狀件30a、30b水平地對準。
[0049]第一 DC線圈Ila卷繞在第一支腿IOa上，第二 DC線圈Ilb卷繞在第四支腿IOb上。因此，DC線圈卷繞在兩個外部支腿10a、10b中的每一個上。
[0050]第一 AC線圈21a卷繞在第二支腿20a上，第二 AC線圈21b卷繞在第三支腿20b上。AC線圈21a、21b串聯(lián)連接，并且連接至柵格。因此，兩個AC線圈21a、21b以串聯(lián)的方式卷繞在內(nèi)部支腿上。
[0051]DC線圈IlaUlb卷繞成使得由DC線圈在外部兩個支腿中產(chǎn)生的通量具有相反的極性。AC線圈卷繞成使得由AC線圈在內(nèi)部兩個支腿中產(chǎn)生的通量支持一個AC支腿中的DC通量并且對抗另一個AC支腿中的DC通量。因此，圖1中的布置具有用于DC通量的閉合磁環(huán)和用于AC通量的閉合磁環(huán)。這在圖2中示出，圖2示意性示出了由DC和AC線圈產(chǎn)生的磁路。為了易于說明，線圈自身并未在圖2中示出。
[0052]如圖2中所示，第一 DC線圈Ila在繞第一支腿IOa和第二支腿20a的閉合組中產(chǎn)生第一 DC磁路12a。第二 DC線圈在繞第四支腿IOb和第三支腿20b的閉合環(huán)中產(chǎn)生第二DC磁路12b。如圖2中所示，第一 DC磁路12a具有第一 DC通量方向(圖2中的順時針方向)，第二 DC磁路12b具有第二 DC通量方向(圖2中的逆時針方向)。
[0053]AC線圈21a和21b卷繞成使得存在閉合AC磁路22。閉合AC磁路22的方向使得內(nèi)部支腿的一個中的AC通量將對抗該支腿中的DC通量，而另一個支腿中的AC通量將支持該支腿內(nèi)的DC通量。這種情形在AC電路的下一個半周期中將變得相反。
[0054]因此，圖2示出了第二支腿20a中的AC通量對抗第二支腿20a中的DC通量方向而第三支腿20b中的AC通量支持第三支腿20b中的DC通量的實時快照(snapshot)。在下一個半周期中，AC磁路的方向將變得相反(即，它將從順時針轉變成逆時針)，并且第二支腿20a中的AC通量將支持第二支腿20a中的DC通量方向相同且第三支腿20b中的AC通量將對抗第三支腿20b中的DC通量。
[0055]在該實施例中，支腿和軛狀件具有交錯的、斜接的、階梯重疊的(st印-lapped)結合部。然而，其他實施例可采用使用非斜接、對接重疊的更簡單的布置。芯由晶粒取向的鋼板層壓件構成，盡管如此，其他實施例可使用可替換的芯結構。
[0056]在該實施例中，線圈(AC和DC)由電解銅制成。然而，其他實施例可使用用于線圈的可替換材料。
[0057]第一實施例的FCLl可進一步包括布置成容納芯的罐(未示出)。該罐可部分或完全地填充有介電流體。可使用任何合適的介電流體，例如，礦物油或植物油(已發(fā)現(xiàn)其適于作為用于高達300kV及以上的電壓的電介質)。
[0058]在呈現(xiàn)額定IOkVA的FCL的圖1a的實施例中，外部DC支腿(第一支腿IOa和第四支腿10b)、頂部軛狀件30a和底部軛狀件30b中的每一者均為60mm寬和32mm深。內(nèi)部AC支腿(第二支腿20a和第三支腿20b)中的每一者均為40mm寬和32mm深。介于AC支腿之間的支腿中心(leg centre)為103mm,介于AC與DC支腿之間的支腿中心為149mm。如將在下文更詳細解釋的，AC與DC之間較長的距離減小了在短路過程中在DC線圈中引起的AC電壓。
[0059]在示出的實施例中，每個DC線圈IlaUlb具有60匝和50Arms標準電流。每個AC線圈20a、20b具有48匝和14.5Arms標準電流。當然，應當理解的是，上述FCL的實例性數(shù)值和尺寸僅僅是用于說明的目的。例如，根據(jù)本發(fā)明的FCL可具有更高的電流額定值并且尺寸上可為更大的。
[0060]現(xiàn)在將解釋圖1a中所示的故障電流限制器I在正常和故障狀態(tài)下的運行。用3D瞬態(tài)電磁模型模擬單相結構，并且在圖3至圖6中示出結果，所述結果將用于說明在圖1a中所示的故障電流限制器I在正常和故障狀態(tài)下的運行。
[0061]圖3示出了圖1a所示的串聯(lián)AC線圈21a和21b的電流相對時間的曲線圖。較深的線示出了 FCLl運行中的電流，較淺的線示出了在電路中不存在FCLl的情況下系統(tǒng)的預期短路電流。在該實例中，預期短路電流被模擬為143.5Arm。
[0062]直到30.5毫秒的時間，F(xiàn)CLl處于正常狀態(tài)。因此，直到30.5毫秒的時間，AC電流是正弦曲線形的。較淺的線示出了在短路時電路中不存在FCLl的情況下將流過的AC電流。較深的線了由FCLl的故障電流限制導致的有限的短路電流。
[0063]圖4a和圖4b示出了本發(fā)明第一實施例的初始狀態(tài)(t=0毫秒)的通量密度(B)的模型和安培匝數(shù)/m (H)的模型。
[0064]初始(瞬態(tài))狀態(tài)(t=0毫秒)用于建立瞬態(tài)分析。在該點，AC電流為0A，并且每個DC線圈中的DC電流為50A。如圖4a中的通量圖示(plot)所示，由DC線圈IlaUlb的每一個產(chǎn)生的通量通靠過最近的AC支腿返回。
[0065]因此，第一 DC線圈Ila產(chǎn)生繞第一支腿IOa和第二支腿20a流動的第一 DC磁路12a。第二 DC線圈lib產(chǎn)生繞第四支腿IOb和第三支腿20b流動的第二 DC磁路12b。第一DC磁路12a在與第二 DC磁路12b不同的方向上流動。在AC線圈上不存在電流，并且因此不存在由AC線圈產(chǎn)生的通量。
[0066]因此，在示出的實施例中，第一 DC磁路12a在順時針方向上流動，并且第二 DC磁路12b在逆時針方向上流動。
[0067]如飽和圖不4b所不，由于通量的該布置，第一 11a、第二 20a、第三20b以及第四IOb支腿中的每一者均處于飽和(圖4b中的淺顏色)。如圖4b所示，在該實施例中，由于AC支腿20a、20b具有較小的截面，所述AC支腿比DC支腿更深地處于飽和(顏色更淺)。
[0068]如圖4b中所示，F(xiàn)CLl的四個有支腿的結構使得保持第一 10a、第二 20a、第三20b以及第四IOb支腿處于飽和，同時使得軛狀件30a和30b的區(qū)域不處于飽和。如圖4b所示，軛狀件的轉角區(qū)域31a、31b、31c以及31d不處于飽和中，正如兩個內(nèi)部支腿(第二支腿20a和第三支腿20b)之間的區(qū)域32a和32b。
[0069]因此，如圖4b所示，每個DC線圈耦接至其最靠近的AC線圈，其中通量集中在四個支腿上，其中最大飽和在兩個內(nèi)部支腿上。
[0070]圖5A和圖5B示出了在標準電流狀態(tài)(t=5毫秒)下的實時快照的通量密度(B)和安培匝數(shù)/m (H)的圖示。如圖3中所示，5毫秒的時間示出了標準電流狀態(tài)下的峰值AC電流。
[0071]圖5A示出了 FCLl的中的凈磁通量(即，將AC和DC磁路的通量貢獻相加)。在5毫秒的時間發(fā)生的AC電流峰值下，通過AC線圈21a和21b的閉合AC磁路22的通量在該半周期中是逆時針的。因此，通過AC線圈21a在第二支腿20a中產(chǎn)生的通量支持通過第一DC線圈Ila在第二支腿20a中產(chǎn)生的DC通量，而通過第二 AC線圈21b在第三支腿20b中產(chǎn)生的AC通量對抗通過第二 DC磁路12b在第三支腿20b中產(chǎn)生的DC通量。
[0072]因此，如圖5b所示，當與圖4B中在瞬態(tài)狀態(tài)下第二支腿20a的等效圖示相比時，第二支腿20a更深地處于飽和中(顏色更淺)，而當與圖4B中的第三支腿20b相比時，第三支腿20b更不飽和(顏色更深)。
[0073]支持/對抗DC磁路的AC磁路的布置在下一個半周期中將變得相反，其中與瞬態(tài)狀態(tài)下相比，第三支腿20b變得更加飽和并且第二支腿20a變得更不飽和。
[0074]在正常狀態(tài)下，第二和第三支腿保持在飽和狀態(tài)下(其中一個支腿比另一個更加飽和)。因此，在正常狀態(tài)下，支腿20a和20b的飽和線圈具有非常低的阻抗，并且因此FCLl對于連接至FCLl的柵格幾乎是通透的。
[0075]在上述的實施例中，AC支腿具有比DC支腿更小的截面。這具有的優(yōu)勢在于AC支腿比DC支腿更易于飽和，這有助于保證正常狀態(tài)下的低阻抗。
[0076]如圖3所示，在30.5毫秒的時間處，模擬短路狀態(tài)。圖6A和圖6B示出了在該短路狀態(tài)(t=63.5毫秒)下的實時快照處的通量和飽和圖示。63.5毫秒的時間代表接近短路后的第四AC電流峰的區(qū)域。
[0077]在圖6a和圖6b中，除了由于短路狀態(tài)下較高的AC電流導致AC通量的量級增大之外，DC和AC磁路的布置與圖5a和圖5b中在正常狀態(tài)下的DC和AC磁路的布置相同。因此，在短路狀態(tài)下，AC磁路的支持一個支腿中的DC通量并且對抗另一個內(nèi)部支腿中的DC通量的作用被放大。[0078]如圖6B所示，AC磁路支持/對抗DC磁路的放大具有這樣的效果，即，使得第二支腿20a進入非常高的飽和狀態(tài)，而使得第三支腿20b進入非飽和的狀態(tài)(在該半周期內(nèi))。圖6B中第三支腿20b處于非飽和狀態(tài)的效果將是右邊支腿的阻抗將增大，從而用于限制故障電流。
[0079]該情況在下一個AC半周期中將變得相反，其中使得第二支腿20a脫離飽和(并且因此其阻抗將升高)，其中第三支腿20b更加飽和。因此，在故障狀態(tài)過程中，在每個半周期中，第二或第三支腿(即，內(nèi)部支腿)中的一者將脫離飽和，從而保證高阻抗狀態(tài)。
[0080]內(nèi)部支腿中的一個的阻抗升高的交替持續(xù)，直到故障消除為止。
[0081]表1示出了對于正常狀態(tài)以及對于模擬短路之后五個半周期的計算的AC阻抗。
[0082]表1
[0083]
【權利要求】
1.一種故障電流限制器，包括第一能磁性飽和的芯，所述第一芯包括: 第一支腿； 第二支腿，在所述第二支腿上卷繞有第一 AC線圈； 第三支腿，在所述第三支腿上卷繞有第二 AC線圈，所述第一 AC線圈和所述第二 AC線圈串聯(lián)卷繞并且連接至第一相AC源； 第四支腿； 其中所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿依序布置，其中所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿的第一端部通過第一軛狀件結合，并且所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿的第二端部通過第二軛狀件結合； 第一磁性偏壓單元，布置成在所述第一支腿和所述第二支腿中產(chǎn)生具有第一通量方向的第一閉合磁路；并且 第二磁性偏壓單元，布置成在所述第四支腿和所述第三支腿中產(chǎn)生具有第二通量方向的第二閉合磁路，其中，所述第一通量方向與所述第二通量方向相反； 其中所述第一 AC線圈和所述第二 AC線圈布置成在所述第二支腿和所述第三支腿中產(chǎn)生第一閉合AC磁路，所述第一閉合AC磁路沿隨著每個AC半周期交替的AC通量方向。
2.根據(jù)權利要求1所述的故障電流限制器，其中，所述芯的所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿在相同的方向上定向。
3.根據(jù)權利要求2所述的故障電流限制器，其中，所述芯的所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿豎直地布置。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的故障電流限制器，其中，所述第一軛狀件和所述第二軛狀件在相同的方向上定向。
5.根據(jù)權利要求4所述的故障電流限制器，其中，所述第一軛狀件和所述第二軛狀件水平地布置。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的故障電流限制器，其中，所述第一磁性偏壓單元包括卷繞在所述第一支腿上的第一 DC線圈，并且所述第二磁性偏壓單元包括卷繞在所述第四支腿上的第二 DC線圈。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的故障電流限制器，其中，所述FCL還包括卷繞在所述第二支腿上的第三AC線圈以及卷繞在所述第三支腿上的第四AC線圈，所述第三AC線圈和所述第四AC線圈串聯(lián)卷繞并且連接至第二相AC源，其中所述第三AC線圈和所述第四線圈布置成在所述第二支腿和所述第三支腿中產(chǎn)生第二閉合AC磁路，所述第二閉合AC磁路沿隨著每個AC半周期交替的AC通量方向。
8.根據(jù)權利要求7所述的故障電流限制器，其中，所述FCL還包括卷繞在所述第二支腿上的第五AC線圈以及卷繞在所述第三支腿上的第六AC線圈，所述第五AC線圈和所述第六AC線圈串聯(lián)卷繞并且連接至第三相AC源，其中所述第五AC線圈和所述第六AC線圈設置成在所述第二支腿和第三支腿中產(chǎn)生第三閉合AC磁路，所述第三閉合AC磁路沿隨著每個AC半周期交替的AC通量方向。
9.根據(jù)權利要求8所述的故障電流限制器，其中，所述第一AC線圈、所述第三AC線圈、所述第五AC線圈依序布置在所述第二支腿上，并且所述第二 AC線圈、所述第四AC線圈、所述第六AC線圈依相反的順序布置在所述第三支腿上。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的故障電流限制器，其中，用于每個相AC源的所述AC線圈成對地構造，使得所述AC線圈的對中的至少一對相對于用于每個相的AC線圈對中的其余AC線圈對表現(xiàn)出不平衡磁阻。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的故障電流限制器，其中，所述第二支腿和所述第三支腿具有比所述第一支腿和所述第四支腿更小的截面。
12.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的故障電流限制器，還包括布置成容納所述第一芯的罐，所述罐部分或全部地填充有介電流體。
13.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的故障電流限制器，還包括第二能磁性飽和的芯以及第三能磁性飽和的芯，所述第二芯和所述第三芯分別包括: 第一支腿； 第二支腿，在所述第二支腿上卷繞有第一 AC線圈； 第三支腿，在所述第三支腿上卷繞有第二 AC線圈，所述第一 AC線圈和所述第二 AC線圈串聯(lián)卷繞； 第四支腿； 其中所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿依序布置，其中所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿的第一端部通過第一軛狀件結合，并且所述第一支腿、所述第二支腿、所述第三支腿以及所述第四支腿的第二端部通過第二軛狀件結合； 第一磁性偏壓單兀，布置成在所述第一支腿和第二支腿中產(chǎn)生具有第一通量方向的第一閉合磁路；并且 第二磁性偏壓單元，布置成在所述第四支腿和第三支腿中產(chǎn)生具有第二通量方向的第二閉合磁路，其中，所述第一通量方向與所述第二通量方向相反； 其中所述第一 AC線圈和所述第二 AC線圈布置成在所述第二支腿和所述第三支腿中產(chǎn)生第一閉合AC磁路，所述第一閉合AC磁路沿隨著每個AC半周期交替的AC通量方向； 其中所述第二芯的所述第一 AC線圈和所述第二 AC線圈連接至第二相AC源，并且所述第三芯的所述第一 AC線圈和所述第二 AC線圈連接至第三相AC源。
14.根據(jù)權利要求13所述的故障電流限制器，其中，所述第二芯和所述第三芯的所述第二支腿和所述第三支腿具有比所述第二芯和所述第三芯的所述第一支腿和所述第四支腿更小的截面。
15.根據(jù)權利要求13或14所述的故障電流限制器，其中，所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯布置在相同的罐中，所述罐部分或全部地填充有介電流體。
16.根據(jù)權利要求13至15中任一項所述的故障電流限制器，其中，所述第二芯和所述第三芯的所述第一磁性偏壓單元分別包括卷繞在相應的所述第一支腿上的第一 DC線圈，并且所述第二芯和所述第三芯的所述第二磁性偏壓單元分別包括卷繞在相應的所述第四支腿上的第二 DC線圈。
17.根據(jù)權利要求13至15中任一項所述的故障電流限制器，其中，第一共用DC線圈卷繞在所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯上，以提供所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯的所述第一磁性偏壓單元，并且第二共用DC線圈卷繞在所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯上，以提供所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯的所述第二磁性偏壓單元。
18.根據(jù)權利要求13至16中任一項所述的故障電流限制器，其中，所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯是分離的。
19.根據(jù)權利要求18所述的故障電流限制器，其中，所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯豎直地或水平地布置在所述相同的罐中。
20.根據(jù)權利要求18所述的故障電流限制器，其中，所述第一芯、所述第二芯以及所述第三芯布置在單獨的罐中，每個罐部分或全部地填充有介電流體。
【文檔編號】H02H9/02GK103931071SQ201280040337
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年8月17日 優(yōu)先權日:2011年8月18日
【發(fā)明者】羅伯特·威爾遜, 莫欣德爾·潘努 申請人:格瑞德恩有限公司