СХЕМА ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКА

По сетям энергоснабжения передаются все большие электрические мощности. При вводе все больших электрических мощностей в сети и из-за соединений сетей друг с другом также повышается опасность того, что при неисправностях возникают все большие токи неисправностей, в частности, что при коротких замыканиях возникают все большие токи короткого замыкания. Возникновение неисправностей в электрических сетях энергоснабжения является, однако, неизбежным. Во-первых, могут возникать повреждения в непосредственной близости от неисправностей, например, из-за электрических дуг. Во-вторых, большие токи неисправности, протекающие в сетях энергоснабжения к месту неисправности, обуславливают большую динамическую и термическую нагрузку на компоненты сети. Поэтому важно, в случае неисправности ограничивать величину возникающих токов. Для ограничения тока, общеизвестно применение катушек или трансформаторов с высоким импедансом. Однако эти катушки или трансформаторы также при нормальной работе сети энергоснабжения имеют значительное влияние на токи, протекающие в сети, и ухудшают поток нагрузки через сеть.
В основе полезной модели лежит задача обеспечить схему ограничения тока и способ, с помощью которых безопасно и надежно может ограничиваться величина тока, возникающего в сети энергоснабжения.
Эта задача согласно полезной модели решается посредством схемы ограничения тока и способа в соответствии с независимыми пунктами формулы полезной модели. Предпочтительные формы выполнения схемы ограничения тока и способа определены в зависимых пунктах формулы полезной модели.
Раскрыта схема ограничения тока для ограничения величины переменного тока с
блоком катушки и блоком конденсатора, которые электрически соединены последовательно, и
шунтирующим устройством для электрического шунтирования блока конденсатора при возникновении тока перегрузки. При этом шунтирующее устройство может быть включено электрически параллельно блоку конденсатора. Эта схема ограничения тока имеет преимущество, состоящее в том, что при разомкнутом шунтирующем устройстве последовательная цепь из блока катушки и блока конденсатора является действующей для переменного тока, в то время как при замкнутом шунтирующем устройстве действующим для переменного тока является только блок катушки.
Схема ограничения тока может быть выполнена таким образом, что блок конденсатора имеет такую емкость, и блок катушки имеет такую индуктивность, что при номинальной частоте переменного тока, величина емкостного реактивного сопротивления блока конденсатора соответствует величине индуктивного реактивного сопротивления блока катушки. Другими слова, емкостное реактивное сопротивление блока конденсатора компенсирует (при номинальной частоте переменного тока) индуктивное реактивное сопротивление блока катушки. Таким образом, схема ограничения тока имеет вовне очень низкий импеданс (в идеальном случае, нулевой импеданс), потому что емкостное реактивное сопротивление и индуктивное реактивное сопротивление (при разомкнутом шунтирующем устройстве) компенсируются. Таким образом, переменный ток (или протекание переменного тока) при разомкнутом шунтирующем устройстве не ухудшается или ухудшается только в очень незначительной степени.
Схема ограничения тока может быть выполнена таким образом, что шунтирующее устройство содержит первую шунтирующую ветвь для шунтирования блока конденсатора, причем первая шунтирующая ветвь содержит первый шунтирующий элемент, в частности, силовой полупроводниковый переключатель.
Первая шунтирующая ветвь может быть включена параллельно блоку конденсатора. Силовой полупроводниковый переключатель может иметь (анти-параллельно включенные) включаемые и отключаемые полупроводниковые вентили, в частности, тиристоры. Электрически последовательно с силовым полупроводниковым переключателем может быть включена первая схема затухания (в частности, дополнительный блок катушки). Эта первая схема затухания ограничивает протекание тока через силовой полупроводниковый переключатель. Первая схема затухания расположена в первой шунтирующей ветви. С помощью первого шунтирующего элемента, блок конденсатора может замыкаться накоротко в случае тока перегрузки. Особенно предпочтительно выполнить первый шунтирующий элемент как силовой полупроводниковый переключатель, так как с помощью силового полупроводникового переключателя блок конденсатора может быть шунтирован особенно быстро. Силовой полупроводниковый переключатель может очень быстро включаться (т.е. замыкаться), например, могут достигаться времена включения, которые меньше, чем одна миллисекунда.
Схема ограничения тока может также быть выполнена таким образом, что
шунтирующее устройство содержит вторую шунтирующую ветвь для шунтирования блока конденсатора, причем вторая шунтирующая ветвь включена электрически параллельно первой шунтирующей ветви, и вторая шунтирующая ветвь содержит второй шунтирующий элемент, в частности искровой промежуток. Вторая шунтирующая ветвь может иметь расположенную электрически последовательно с искровым промежутком (вторую) схему затухания. (Вторая) схема затухания служит для ограничения тока разряда блока конденсатора, протекающего через искровой промежуток при зажигании искрового промежутка. Посредством второй шунтирующей ветви может шунтироваться блок конденсатора, если бы первая шунтирующая ветвь не сработала из-за неисправности. Особенно предпочтительно использовать в качестве второго шунтирующего элемента искровой промежуток, поскольку искровой промежуток может быстро шунтировать блок конденсатора (по сравнению с механическим шунтирующим переключателем), а также является кратковременно высоко устойчивым.
Схема ограничения тока может также быть выполнена таким образом, что
шунтирующее устройство содержит третью шунтирующую ветвь для шунтирования второго шунтирующего элемента, причем третья шунтирующая ветвь включена электрически параллельно второму шунтирующему элементу, и третья шунтирующая ветвь содержит третий шунтирующий элемент, в частности механический шунтирующий переключатель.
С помощью третьей шунтирующей ветви может предпочтительно быть реализовано шунтирование блока конденсатора (шунтирующая ветвь блока конденсатора), которое может проводить протекающий ток также в течение более длительного периода времени. При этом третий шунтирующий элемент предпочтительно выполнен таким образом, что он во включенном состоянии (замкнутом состоянии) имеет очень низкое омическое сопротивление. Предпочтительно, в качестве подобного третьего шунтирующего элемента может использоваться механический шунтирующий переключатель (механический обходной (байпасный) переключатель), так как с помощью механического шунтирующего переключателя могут достигаться очень низкие омические сопротивления, в частности, более низкие сопротивления, чем реализуемые с силовым полупроводниковым переключателем или с искровым промежутком.
Схема ограничения тока может также быть выполнена таким образом, что
блок конденсатора снабжен ограничителем перенапряжения, в частности, варистором. Таким образом, блок конденсатора может быть надежно защищен от перенапряжений, что, в частности увеличивает срок службы схемы ограничения тока.
Схема ограничения тока может также быть выполнена таким образом, что
блок катушки содержит две параллельно включенные электрические катушки. С помощью двух подобных параллельно включенных электрических катушек может предпочтительно распознаваться, если одна из обеих катушек имеет неисправность (например, короткое межвитковое короткое замыкание), потому что тогда изменяется отношение протекающих через обе катушки электрических токов.
Схема ограничения тока может содержать блок управления, который выполнен таким образом, что блок управления генерирует первый сигнал шунтирования, когда электрический ток, протекающий через блок катушки, превышает первое пороговое значение, причем первый сигнал шунтирования предназначен для того, чтобы вызывать замыкание первого шунтирующего элемента (в частности, замыкание силового полупроводникового переключателя). С помощью такого блока управления, при возникновении тока перегрузки (т.е. при возникновении тока, который превышает первое пороговое значение), генерируется первый сигнал шунтирования, и тем самым выдается команда для замыкания первого шунтирующего элемента.
Блок управления может быть выполнен таким образом, что блок управления первый сигнал шунтирования (дополнительно) генерирует также тогда, когда электрический ток, протекающий через ограничитель перенапряжения, превышает второе пороговое значение. При этом выполнении первый сигнал шунтирования генерируется также тогда, когда электрический ток, протекающий через блок катушки, превышает первое пороговое значение, или когда электрический ток, протекающий через ограничитель перенапряжения, превышает второе пороговое значение. Электрический ток, протекающий через ограничитель перенапряжения, превышает тогда второе пороговое значение, когда на блоке конденсатора возникает перенапряжение, и, тем самым, ограничитель перенапряжения блока конденсатора становится активным. Таким образом, предпочтительно гарантируется, что шунтирующее устройство замыкается также тогда, когда, например, возникает ошибка при измерении электрического тока, протекающего через блок катушки, и поэтому превышение первого порогового значения не распознается.
Блок управления может быть выполнен таким образом, что блок управления генерирует второй сигнал шунтирования, причем второй сигнал шунтирования предназначен для того, чтобы вызвать замыкание второго шунтирующего элемента (в частности, вызывать зажигание искрового промежутка), когда в ответ на первый сигнал шунтирования, шунтирующий элемент (например, из-за неисправности) не замыкается. За счет такого выполнения блока управления, надежность схемы ограничения тока еще больше повышается. Даже если первый шунтирующий элемент в ответ на первый сигнал шунтирования не замыкается (например, потому что возникает неисправность в схеме ограничения тока), блоком управления генерируется второй сигнал шунтирования, и, тем самым, второму шунтирующему элементу указывается шунтировать блок конденсатора. Таким образом, и в этом случае с помощью схемы ограничения тока может надежно ограничиваться величина переменного тока.
Схема ограничения тока может содержать первое устройство измерения тока для измерения электрического тока, протекающего через блок катушки. Схема ограничения тока может содержать второе устройство измерения тока для измерения электрического тока, протекающего через ограничитель перенапряжения. Схема ограничения тока может содержать третье устройство измерения тока для измерения электрического тока, протекающего через одну из обеих катушек блока катушки.
Кроме того, раскрыт способ для ограничения величины переменного тока (протекающего через точку сетевого подключения сети энергоснабжения), при котором
переменный ток направляется через электрическую последовательную цепь из блока катушки и блока конденсатора, и
для ограничения величины переменного тока блок конденсатора электрически шунтируется, за счет чего индуктивное реактивное сопротивление последовательной цепи увеличивается (и за счет ограничения индуктивного реактивного сопротивления ограничивается величина переменного тока).
При номинальной частоте переменного тока, емкостное реактивное сопротивление блока конденсатора компенсирует индуктивное реактивное сопротивление блока катушки. Другими словами, емкость блока конденсатора и индуктивность блока катушки выбраны так, что при номинальной частоте переменного тока величина емкостного реактивного сопротивления блока конденсатора соответствует величине индуктивного реактивного сопротивления блока катушки.
Этот способ может быть выполнен таким образом, что (при возникновении тока перегрузки) блок конденсатора электрически шунтируется посредством первой шунтирующей ветви, которая содержит первый шунтирующий элемент, в частности, силовой полупроводниковый переключатель. Первая шунтирующая ветвь может быть включена электрически параллельно блоку конденсатора. Измеряется электрический ток, протекающий через блок катушки. Возникновение тока перегрузки распознается, когда электрический ток, протекающий через блок катушки, превышает первое пороговое значение, или когда электрический ток, протекающий через ограничитель перенапряжения (блок конденсатора), превышает второе пороговое значение.
Способ может быть выполнен таким образом, что блок конденсатора с помощью второй шунтирующей ветви электрически шунтируется, когда при шунтировании блока конденсатора с помощью первой шунтирующей ветви возникает неисправность, причем вторая шунтирующая ветвь содержит второй шунтирующий элемент, в частности искровой промежуток.
Вторая шунтирующая ветвь может быть включена электрически параллельно блоку конденсатора.
Способ также может быть выполнен таким образом, что дополнительно к шунтированию блока конденсатора посредством первой шунтирующей ветви или посредством второй шунтирующей ветви, второй шунтирующий элемент электрически шунтируется посредством третьей шунтирующей ветви, которая включена электрически параллельно второму шунтирующему элементу и содержит третий шунтирующий элемент, в частности механический шунтирующий переключатель.
Способ может быть выполнен таким образом, что
блок катушки содержит две параллельно соединенные электрические катушки,
контролируется ток, протекающий через катушки, и
генерируется сигнал тревоги, как только отношение токов, протекающих через обе катушки, изменяется больше, чем на (третье) пороговое значение (пороговое значение тока катушки).
Вышеописанные способы имеют те же преимущества, что и описанные выше в связи со схемой ограничения тока.
Далее полезная модель поясняется более подробно на основе примеров выполнения. Одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым или эквивалентным элементам. На чертежах показано следующее:
фиг. 1 - пример выполнения схемы ограничения тока,
фиг. 2 - более подробный пример выполнения схемы ограничения тока,
фиг. 3 - пример выполнения блока катушки и
фиг. 4 - примерная блок-схема способа.
Хотя примеры выполнения показаны на фиг. 1-3 как однофазные, но они могут также быть выполнены на практике многофазными, в частности трехфазными.
На фиг. 1 показан пример выполнения схемы 1 ограничения тока. Схема 1 ограничения тока посредством первого разъединителя 5 электрически соединена с первой точкой 8 сетевого подключения и посредством второго разъединителя 11 со второй точкой 14 сетевого подключения. Первая точка 8 сетевого подключения и вторая точка 14 сетевого подключения соединены с (не показанной) сетью энергоснабжения. Первая точка 8 сетевого подключения посредством третьего разъединителя 17 (байпасного разъединителя 17, шунтирующего разъединителя 17) может быть электрически соединена со второй точкой 14 сетевого подключения. Когда шунтирующий разъединитель 17 замкнут, переменный ток 20 протекает непосредственно от первой точки 8 сетевого подключения через шунтирующий разъединитель 17 (перемычку 17) ко второй точке 14 сетевого подключения. В этом случае переменный ток 20 не протекает через схему ограничения тока. Однако, если шунтирующий разъединитель 17 разомкнут, а первый разъединитель 5 и второй разъединитель 11 замкнуты, то переменный ток 20 протекает от первой точки 8 сетевого подключения через схему 1 ограничения тока ко второй точке 14 сетевого подключения. Тогда схема 1 ограничения тока является действующей.
C
L
C
L
В этом случае переменный ток 20 течет от первой точки 8 сетевого подключения через первый разъединитель 5, блок 23 катушки, блок 26 конденсатора и второй разъединитель 11 ко второй точке 14 сетевого подключения. Электрическая индуктивность блока 23 катушки и электрическая емкость блока 26 конденсатора выбраны таким образом, что при номинальной частоте f переменного тока величина емкостного реактивного сопротивления X блока 26 конденсатора соответствует величине индуктивного реактивного сопротивления X блока 23 катушки. Таким образом, при номинальной частоте f переменного тока, емкостное сопротивление X блока 26 конденсатора компенсирует индуктивное реактивное сопротивление X блока 23 катушки. Таким образом, для индуктивности L блока 23 катушки и емкости С блока 26 конденсатора справедливо:
с угловой (круговой) частотой ω=2πf, причем f является номинальной частотой f переменного тока. Таким образом, при номинальной частоте f переменного тока емкость блока 26 конденсатора компенсирует (при разомкнутом шунтирующем устройстве 29) индуктивность блока 23 катушки, так что индуктивное реактивное сопротивление блока катушки не имеет никакого влияния на переменный ток 20. Для переменного тока 20, последовательная цепь из блока катушки и блока конденсатора имеет тогда в идеальном случае импеданс, равный нулю; на практике, последовательная цепь может иметь низкий импеданс из-за, возможно, не всегда идеально осуществляемой компенсации индуктивного реактивного сопротивления емкостным реактивным сопротивлением. Это приводит к тому, что поток переменного тока 20 от первой точки 8 сетевого подключения ко второй точке 14 сетевого подключения не нарушается или нарушается лишь очень незначительно под действием последовательной цепи из блока 23 катушки и блока 26 конденсатора. Тогда схема 1 ограничения тока не оказывает нежелательного влияния или оказывает лишь очень незначительное влияние на передачу энергии.
Другими словами, блок 23 катушки и блок 26 конденсатора настроены на электрическую частоту/номинальную частоту переменного тока (то есть, на номинальную частоту защищаемой сети энергоснабжения). Таким образом, импеданс последовательной цепи из блока 23 катушки и блока 26 конденсатора при номинальной частоте переменного тока в идеальном случае равен нулю. Поэтому поток мощности через схему ограничения тока в нормальном случае не ухудшается.
Блок 26 конденсатора может электрически шунтироваться посредством шунтирующего устройства 29, шунтирующее устройство 29 в примере выполнения согласно фиг. 1 символически показано как переключатель, который в его замкнутом состоянии электрически шунтирует блок 26 конденсатора. Шунтирующее устройство 29 включено параллельно блоку 26 конденсатора. Шунтирующее устройство 29 служит для электрического шунтирования блока 26 конденсатора при возникновении тока перегрузки.
С
L
L
Переменный ток, протекающий через блок 23 катушки, измеряется посредством первого датчика 32 тока (первого устройства 32 измерения тока). Первый датчик 32 тока, таким образом, служит для измерения электрического тока, протекающего через блок 23 катушки. Первый датчик 32 тока может, например, быть выполнен как измерительный преобразователь. От первого датчика 32 тока, первый сигнал 35 измерения тока поступает к блоку 38 управления схемы 1 ограничения тока. После того, как блок 38 управления распознает, что ток, протекающий через блок 23 катушки, слишком велик (то есть, ток, протекающий через блок 23 катушки, превышает первое пороговое значение 39), блок 38 управления затем отправляет шунтирующий сигнал 41 на шунтирующее устройство 29. Затем шунтирующее устройство 29 шунтирует блок 26 конденсатора. Тогда переменный ток 20 больше не протекает через блок 26 конденсатора, а протекает через шунтирующее устройство 29. В результате, емкостное реактивное сопротивление Х конденсатора 26 замыкается накоротко, так что только индуктивное реактивное сопротивление X блока 23 катушки является действующим для переменного тока 20. Это индуктивное реактивное сопротивление X ограничивает переменный ток 20, так что схема 1 ограничения тока выполняет теперь свою функцию ограничения тока.
С
L
Если переменный ток 20, протекающий через блок 23 катушки, снова принимает свое нормальное значение (например, вследствие того, что короткое замыкание в сети энергоснабжения устранено), то блок 38 управления распознает на основе первого сигнала 35 измерения тока наличие нормальных отношений тока (то есть, ток 20, протекающий через блок 23 катушки, спадает ниже первого порогового значения 39). Блок 38 управления затем прекращает посылать сигнал 41 шунтирования на шунтирующее устройство 29. Затем шунтирующее устройство 29 размыкается, открывается (т.е. шунтирующее устройство 29 переходит из замкнутого состояния в разомкнутое состояние), и переменный ток 20, протекающий через шунтирующее устройство 29, коммутируется обратно на блок 26 конденсатора. Затем блок 26 конденсатора снова становится действующим для переменного тока 20, емкостное реактивное сопротивление Х блока конденсатора компенсируется индуктивным реактивным сопротивлением X блока катушки, и переменный ток 20 может беспрепятственно (или почти беспрепятственно) протекать через схему 1 ограничения тока.
Фиг. 2 показывает более подробно структуру шунтирующего устройства 29. Шунтирующее устройство 29 содержит первую шунтирующую ветвь 203 для шунтирования блока 26 конденсатора. Первая шунтирующая ветвь 203 содержит первый шунтирующий элемент 206. Первый шунтирующий элемент 206 может представлять собой, например, (двунаправленный) силовой полупроводниковый переключатель 206. Этот силовой полупроводниковый переключатель 206 может содержать (антипараллельно соединенные) включаемые и отключаемые полупроводниковые вентили, особенно (анти-параллельно соединенные) тиристоры. Силовой полупроводниковый переключатель 206, в частности, тиристоры могут быстро переключаться. Электрически последовательно с первым шунтирующим элементом 206 включена первая схема 209 затухания. Первая схема 209 затухания может быть выполнена, например, как другой блок 209 катушки. Первая схема 209 затухания ограничивает при включении первого шунтирующего элемента 206 электрический ток, протекающий через первый шунтирующий элемент 206. Силовой полупроводниковый переключатель 206 и первая схема 209 затухания являются элементами первой шунтирующий ветви 203. Первая шунтирующая ветвь 203 включена параллельно блоку 26 конденсатора. Если первый шунтирующий элемент 206 включен, то первая шунтирующая ветвь 203 шунтирует блок 26 конденсатора, и переменный ток 20 коммутируется от блока 26 конденсатора в первую шунтирующую ветвь 203.
Шунтирующее устройство 29 содержит вторую шунтирующую ветвь 218, которая также служит для шунтирования блока 26 конденсатора. Вторая шунтирующая ветвь 218 включена электрически параллельно первой шунтирующей ветви 203. Вторая шунтирующая ветвь 218 содержит второй шунтирующий элемент 221. Второй шунтирующий элемент 221 может представлять собой, например, искровой промежуток 221. Кроме того, вторая шунтирующая ветвь 218 содержит вторую схему 225 затухания, эта вторая схема 225 затухания может представлять собой, например, дополнительный блок 225 катушки. Вторая схема 225 затухания расположена электрически последовательно второму шунтирующему элементу 221. Вторая схема 225 затухания служит для ограничения тока, протекающего через второй шунтирующий элемент 221 при включении второго шунтирующего элемента 221 (зажигании искрового промежутка 221).
Шунтирующее устройство 29 содержит третью шунтирующую ветвь 233 для шунтирования второго шунтирующего элемента 221. Третья шунтирующая ветвь 233 включена электрически параллельно второму шунтирующему элементу 221. Третья шунтирующая ветвь 233 содержит третий шунтирующий элемент 237. Третий шунтирующий элемент 237 может быть, например, механическим шунтирующим переключателем 237 (байпасным переключателем 237).
Блок 26 конденсатора снабжен ограничителем 245 перенапряжения. Этот ограничитель 245 перенапряжения может представлять собой, например, варистор 245. Варистор 245 включен параллельно блоку 26 конденсатора и образует часть шунтирующего устройства 29. Как только в блоке 26 конденсатора возникает перенапряжение, ограничитель 245 перенапряжения переходит в проводящее состояние, так что ток от блока 26 конденсатора коммутируется на ограничитель 245 перенапряжения. Таким образом, блок 26 конденсатора защищается от перенапряжения.
В дополнение к уже упомянутому в связи с фиг. 1 первому датчику 32 тока, шунтирующее устройство 29 содержит второй датчик 247 тока (второе устройство 247 измерения тока) для измерения электрического тока, протекающего через ограничитель 245 перенапряжения. Второй датчик 247 тока передает второй сигнал 248 измерения тока на блок 31 управления.
Блок 38 управления может послать первый сигнал 255 шунтирования на первый шунтирующий элемент 206. В ответ на первый шунтирующий сигнал 255 осуществляется замыкание первого шунтирующего элемента 206, то есть, первый шунтирующий элемент 206 шунтирует блок 26 конденсатора. Например, при первом сигнале 255 шунтирования, импульсы зажигания направляются на тиристоры силового полупроводникового переключателя 206, так что тиристоры зажигаются, и силовой полупроводниковый переключатель 206 замыкается. Кроме того, блок 38 управления может послать второй сигнал 258 шунтирования на второй шунтирующий элемент 221. В ответ на второй сигнал 258 шунтирования осуществляется замыкание второго шунтирующего элемента 221, то есть, второй шунтирующий элемент 221 шунтирует блок 26 конденсатора. Кроме того, блок 38 управления может послать третий сигнал 262 шунтирования на третий шунтирующий элемент 237. В ответ на третий сигнал 262 шунтирования, третий шунтирующий элемент 237 шунтирует второй шунтирующий элемент 221.
Блок 38 управления генерирует первый сигнал 255 шунтирования, когда электрический ток, протекающий через блок 23 катушки, превышает первое пороговое значение 39, или когда электрический ток, протекающий через ограничитель 245 перенапряжения, превышает второе пороговое значение 263. При этом ток, протекающий через блок катушки, измеряется с помощью первого датчика 32 тока, а ток, протекающий через ограничитель 245 перенапряжения, измеряется с помощью второго датчика 247 тока. Первый сигнал 255 шунтирования предназначен, чтобы вызвать замыкание первого шунтирующего элемента 206. Блок 26 конденсатора, таким образом, также электрически шунтируется, как только на блоке конденсатора возникает перенапряжение. Однако если в ответ на первый сигнал 255 шунтирования первый шунтирующий элемент 206 не замыкается (например, потому что первый шунтирующий элемент 206 неисправен, или нарушена передача сигнала между блоком 38 управления и первым шунтирующим элементом 206), то блок 38 управления генерирует второй сигнал 258 шунтирования и посылает его на второй шунтирующий элемент 221. Второй сигнал 258 шунтирования предназначен для того, чтобы вызывать замыкание второго шунтирующего элемента 221. Таким образом, ток с помощью схемы 1 ограничения тока эффективно ограничивается и в том случае, когда в первом шунтирующем элементе 206 возникает неисправность.
Кроме того, блок 38 управления передает вместе с первым сигналом 255 шунтирования и вместе со вторым сигналом 258 шунтирования (или с небольшой временной задержкой после первого сигнала 255 шунтирования или второго сигнала 258 шунтирования) третий сигнал 262 шунтирования на третий шунтирующий элемент 237. В ответ на третий сигнал 262 шунтирования, третий шунтирующий элемент 237 замыкается и, таким образом, шунтирует второй шунтирующий элемент 221. Затем переменный ток, протекающий перед этим через первый шунтирующий элемент 206 или через второй шунтирующий элемент 221, коммутируется на третий шунтирующий элемент 237. Эта коммутация происходит, так как третий шунтирующий элемент 237 в замкнутом состоянии имеет очень низкое омическое сопротивление. Третий шунтирующий элемент предпочтительно выполнен как механический шунтирующий переключатель. С третьим шунтирующим элементом 237, переменный ток 20 может проводиться сравнительно долго, без чрезмерно сильной нагрузки первого шунтирующего элемента 206 или второго шунтирующего элемента 221.
Второй шунтирующий элемент 221/искровой промежуток 221 является также быстродействующим шунтирующим элементом и шунтирует блок 26 конденсатора, когда первый шунтирующий элемент 206/силовой полупроводниковый переключатель 206 не замыкается из-за неисправности.
На фиг. 3 показано, что блок 23 катушки предпочтительно может содержать две электрически параллельно включенные катушки: первую катушку 303 и электрически параллельно включенную вторую катушку 306. Переменный ток 20, протекающий через блок 28 катушки, разделяется на первый частичный ток 309, который протекает через первую катушку 303, и второй частичный ток 312, который протекает через вторую катушку 306. С помощью первого датчика 32 тока измеряется общий переменный ток 20, с помощью третьего датчика 315 тока измеряется второй частичный ток 312, протекающий через вторую катушку 306. Посредством оценки первого сигнала 35 измерения тока, полученного от первого датчика 32 тока, и третьего сигнала 320 измерения тока, полученного от третьего датчика 315 тока, может определяться первый частичный ток 309, а также второй частичный ток 312.
Если первая катушка 303 и вторая катушка 306 имеют одинаковую электрическую индуктивность, то переменный ток 20 разделяется равномерно на первую катушку 303 и вторую катушку 306: первый частичный ток 309 тогда той же величины, что и второй частичный ток 312. Если теперь, например, в первой катушке 303 возникает неисправность (например, межвитковое короткое замыкание), то электрическая индуктивность первой катушки 303 изменяется. В случае межвиткового короткого замыкания, электрическая индуктивность первой катушки 303 уменьшается. Таким образом, первый частичный ток 309 увеличивается. Блок 38 управления контролирует отношение первого частичного тока 309 к второму частичному току 312. Если это отношение существенно изменяется (например, больше, чем на третье пороговое значение 268, см. фиг. 2), то блок 38 управления генерирует сигнал тревоги 270 (см. фиг. 2). Этот сигнал тревоги 270 указывает, что в блоке 23 катушки возникает неисправность.
Например, сигнал тревоги 270 может быть сгенерирован, как только первый частичный ток 309 увеличивается больше, чем на 5%, чем второй частичный ток 312 (третье пороговое значение 268 соответствует 5%). В качестве альтернативы, также может формироваться дифференциальный ток из первого частичного тока и второго частичного тока (дифференциальный ток=первый частичный ток 309 - второй частичный ток 312), и сигнал тревоги 270 может генерироваться, как только дифференциальный ток превышает пороговое значение (третье пороговое значение 268 соответствует этому пороговому значению). Посредством этого распознавания неисправности блока катушки еще более повышается надежность схемы ограничения тока.
На фиг. 4 с помощью блок-схемы показан пример выполнения способа для ограничения величины переменного тока. При этом в блоках 401-409 выполняются этапы способа, перечисленные ниже.
Блок 401:
Определение, превышает ли электрический ток, протекающий через блок катушки, первое пороговое значение 39.
Блок 402:
Определение, превышает ли электрический ток, протекающий через ограничитель перенапряжения, второе пороговое значение 263.
Блок 403:
Связь по схеме ИЛИ выходов блока 401 и блока 402.
Блок 404:
Генерация первого сигнала 255 шунтирования, который предназначен для того, чтобы вызвать замыкание первого шунтирующего элемента 206 (например, замыкание силового полупроводникового переключателя).
Блок 405: Генерация с временной задержкой второго сигнала 258 шунтирования, который предназначен для того, чтобы вызывать замыкание второго шунтирующего элемента 221 (например, зажигание искрового промежутка).
Блок 406:
Распознавание, замыкается ли первый шунтирующий элемент 206.
Блок 407 (если первый шунтирующий элемент замыкается):
Замыкание третьего шунтирующего элемента 237 (например, механического переключателя).
Блок 408 (если первый шунтирующий элемент не замыкается, например, из-за неисправности):
Замыкание второго шунтирующего элемента 221 (например, искрового промежутка).
Блок 409:
Замыкание третьего шунтирующего элемента 237 (например, механического переключателя).
К блоку 404: Опционально, первый сигнал 255 шунтирования и третий сигнал 262 шунтирования генерируются одновременно. Однако первый шунтирующий элемент 206 замыкается быстрее, чем третий шунтирующий элемент 237, потому что первый шунтирующий элемент 206 является более быстродействующим шунтирующим элементом, чем третий шунтирующий элемент 237. Например, первый шунтирующий элемент (относительно более быстродействующий) является силовым полупроводниковым переключателем, а третий шунтирующий элемент (относительно более медленный) является механическим шунтирующим переключателем. Тем самым переменный ток 20, протекающий через блок 26 конденсатора, относительно быстро коммутируется в первую шунтирующую ветвь 203 с первым шунтирующим элементом 206 и (после замыкания третьего шунтирующего элемента 237) коммутируется в третью шунтирующую ветвь 233 с третьим шунтирующим элементом 237.
К блоку 405: Опционально, второй сигнал 258 шунтирования и третий сигнал 262 шунтирования генерируются одновременно. Однако второй шунтирующий элемент 221 замыкается быстрее, чем третий шунтирующий элемент 237, потому что второй шунтирующий элемент 221 является более быстродействующим шунтирующим элементом, чем третий шунтирующий элемент 237. Например, второй шунтирующий элемент 221 является (относительно быстродействующим) искровым промежутком, в то время как третий шунтирующий элемент является (относительно более медленным) механическим шунтирующим переключателем. В результате, переменный ток 20, протекающий через блок 26 конденсатора, при неисправности первой шунтирующей ветви 203 может относительно быстро коммутироваться во вторую шунтирующую ветвь 218 с вторым шунтирующим элементом 221 и (после замыкания третьего шунтирующего элемента 237) коммутироваться в третью шунтирующую ветвь 233 с третьим шунтирующим элементом 237.
Между блоком 404 и блоком 405 имеется временная задержка, так что указанные для блока 405 сигналы шунтирования генерируются несколько позже, чем сигналы шунтирования, указанные для блока 404. Тем самым гарантируется, что в ответ на первый сигнал 255 шунтирования из блока 404 сначала замыкается первый шунтирующий элемент 206 в первой шунтирующей ветви 203. Если первый шунтирующий элемент 206 замкнут, то на втором шунтирующем элементе 221 не падает никакое или падает лишь очень низкое напряжение, так что замыкание второго шунтирующего элемента 221 не имеет какой-либо существенного воздействия, или (если второй шунтирующий элемент 221 выполнен как искровой промежуток) этот искровой промежуток 221 вообще более не зажигается. Замыкание второго шунтирующего элемента (в ответ на второй шунтирующий сигнал 258) происходит лишь в случае, если из-за неисправности первый шунтирующий элемент (в ответ на первый сигнал 255 шунтирования) не замыкается.
Была описана схема ограничения тока и способ для ограничения величины переменного тока, при котором (при разомкнутом шунтирующем устройстве) в идеальном случае присутствует импеданс, равный нулю (или в реальном случае очень низкий импеданс), и поэтому в нормальном случае переменный ток протекает беспрепятственно или не испытывает влияния. Нормальный случай является случаем, когда отсутствует ток перегрузки (в частности, нет тока короткого замыкания из-за короткого замыкания). Только когда возникает ток перегрузки, блок 26 конденсатора шунтируется (замыкается накоротко) шунтирующим устройством 29, в результате чего блок 23 катушки становится действующим по отношению к протекающему переменному току и быстро ограничивает этот переменный ток. Как правило, блок 26 конденсатора шунтируется посредством первой (быстродействующей) шунтирующей ветви 203 шунтирующего устройства 29, в частности, блок 26 конденсатора шунтируется посредством (быстродействующего) силового полупроводникового переключателя 206, который расположен в первой шунтирующий ветви 203. Если в первой шунтирующий ветви 203 возникает неисправность (так что не происходит шунтирования посредством первой шунтирующей ветви 203), то осуществляется шунтирование блока 26 конденсатора посредством второй шунтирующей ветви 218, в частности, посредством искрового промежутка 221. Для более долговременного проведения переменного тока, кроме того, предусмотрена третья шунтирующая ветвь 233 с третьим шунтирующим элементом 237, в частности с механическим шунтирующим переключателем 237, который может проводить переменный ток сравнительно долго и без потерь.
Таким образом, шунтирующее устройство также надежно функционирует при возникновении неисправности в первой шунтирующей ветви или при нарушении передачи сигнала между блоком 38 управления и первым шунтирующим элементом 206, так что обеспечивается устойчивая и надежная схема ограничения тока.
Блок 23 катушки ограничивает электрический ток, в частности, электрический ток короткого замыкания. Блок 26 конденсатора генерирует (в нешунтированном состоянии) в нормальном случае/в случае нормальной работы нулевой импеданс последовательной цепи из блока катушки и блока конденсатора. Ограничитель 245 перенапряжения защищает блок конденсатора от перенапряжения, особенно при возникновении неисправности или короткого замыкания. Силовой полупроводниковый переключатель 206 обеспечивает быстрое шунтирование блока конденсатора в случае тока перегрузки и, как правило (т.е. в отсутствие неисправности в схеме ограничения тока), используется для шунтирования блока 26 конденсатора. Таким образом, быстрое шунтирование блока 26 конденсатора, как правило, производится с помощью силового полупроводникового переключателя 206, который содержит анти-параллельные тиристоры. Первая схема 209 затухания/дополнительный блок 209 катушки ограничивает ток через силовой полупроводниковый переключатель 206 и величину изменения тока di/dt, которое возникает на силовом полупроводниковом переключателе 206.
Таким образом, протекание тока через силовой полупроводниковый переключатель ограничивается посредством включенной электрически последовательно с силовым полупроводниковым переключателем схемы 209 затухания/дополнительного блока 209 катушки. Второй шунтирующий элемент 221, в частности, искровой промежуток 221, обеспечивает возможность альтернативного шунтирования блока конденсатора в случае, когда первый шунтирующий элемент 206/первый силовой полупроводниковый переключатель 206 выходит из строя. Тем самым обеспечивается полная избыточность. Вторая схема 225 затухания ограничивает ток через второй шунтирующий элемент 221/искровой промежуток 221 и через третий шунтирующий элемент 237/механический шунтирующий переключатель 237 и обеспечивает возможность достаточного затухания тока разряда блока 26 конденсатора. Третий шунтирующий элемент 237/механический шунтирующий переключатель 237 защищает ограничитель 245 перенапряжения, первый шунтирующий элемент 206 и второй шунтирующий элемент 221. Третий шунтирующий элемент 237 также может замыкаться и тогда, когда шунтирование блока 26 конденсатора необходимо по другим причинам, иным, чем ток перегрузки, например, при другой неисправности в сети энергоснабжения. Шунтирующий разъединитель 17, первый разъединитель 5 и второй разъединитель 11 используются для ввода схемы ограничения тока в сеть энергоснабжения (сеть передачи энергии) и для отделения схемы ограничения тока от сети энергоснабжения.
На основе тока, протекающего через блок 23 катушки, и/или тока, протекающего через ограничитель 245 перенапряжения, обнаруживается, когда присутствует ток перегрузки, и когда, следовательно, должно замыкаться шунтирующее устройство 29. Применение двух независимых токов гарантирует, что схема 1 ограничения тока даже в случае неисправности связи или отказа датчика тока функционирует надежно. Как только один из обоих токов превысит соответствующее пороговое значение, генерируется первый сигнал шунтирования генерируется и, тем самым, вызывается/активируется шунтирование блока конденсатора. Затем это протекает в соответствии со способом, описанным со ссылкой на фиг. 4.
Описаны схема ограничения тока и способ для ограничения величины переменного тока, с помощью которых, в случае тока перегрузки, ток может быть быстро ограничен. В нормальном случае (то есть, в отсутствие тока перегрузки), схема ограничения тока не влияет или практически не влияет на протекающий переменный ток. Ввиду наличия нескольких шунтирующих ветвей, в шунтирующем устройстве 29 достигается высокая надежность схемы ограничения тока, в частности, также при возникновении неисправностей в компонентах или связи на отдельных участках схемы ограничения тока. Путем ограничения тока (в частности при возникновении коротких замыканий), динамическая и термическая нагрузка для компонентов в сети энергоснабжения значительно снижается, так что срок службы этих компонентов может быть значительно увеличен.