专利名称：一种无损耗电阻器式短路电流限制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电工技术领域，具体涉及一种用于限制电力系统短路电流限制装置。
众所周知，电力系统在发生短路故障时，其电流值通常是工作电流的十余倍，它所产生的热效应与力效应对电气设备及电缆危害严重，需要加以限制。目前电工界广泛采用″限流电抗器″来限制短路电流，但当把限流电抗器串入电力系统以后，在正常运行情况下它会增加电力系统的电压损失和电能损耗，并会使相位角增大，影响供电质量，而且存在体积大、占地面积大等缺点。
本实用新型的目的在于提供一种不会增加电力系统的电能损耗和相位角的短路电流限制装置。
本实用新型的短路电流限制装置是这样实现的是将无损耗电阻器与电气负荷串联，应用于三相交流电力系统，单相交流系统和直流电力系统均可，关键是采用了无损耗电阻器，该电阻器是由交一交变频器和超导线圈及控制电路组成，由于交一交变频器是由电子开关器件连结成双向桥式变频器，它是用来把50赫的工频电压调制成频率为fs＝1/2h的高频电压波，送给超导线圈，这样在控制电路的驱动下，从输入端A、B两端看过去，该装置就是一个没有电能损耗器、具有电阻性伏安特性的，其阻值可调节的无损耗电阻器。
由于利用无损耗电阻器与电气负荷串联，当电力系统发生短路故障时，以无损耗电阻器的高电阻限制住短路电流的数值，但当电力系统处在正常情况没有短路故障时，该无损耗电阻器的电阻为零，对电力系统无影响，
以下结合附图对本实用新型作详细描述附
图1.本实用新型在各类电力系统中连接方式电路图附图2.无损耗电阻器的接线图附图3.无损耗电阻器在直流电力系统中的接线图附图4.本实用新型在电力系统发生故障时工作原理图附图1中的(a)、(b)、(c)分别表示本实用新型的限制装置在三相交流电力系统、直流电力系统和单相交流电力系统中连接情况，其中(1)、(2)、(3)、(7)、(9)均为无损耗电阻器；(4)、(5)、(6)、(8)、(10)为电气负荷。
本实用新型由无损耗电阻器和电气负荷串联于各类电力系统中而构成的，在三相交流电力系统中，三个无损耗电阻器(1)、(2)、(3)分别与电气负荷(4)、(5)、(6)串联，在直流电力系统中，无损耗电阻器(9)与电气负荷(10)串联。而无损耗电阻器是由电子开关器件(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)联接成的双向桥式变频器、超导线圈(19)和控制电路(20)组成。其中电子开关器件(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)也可采用功率场效应晶体管(MOSFET)、可关断晶闸管(GTO)。
本实用新型的关键技术部件是无损耗电阻器，该无损耗电阻器的各无器件联接方式为电子开关器件(11)与(14)串联，(13)与(12)串联、(15)与(18)串联、(17)与(16)串联，然后将(11)与(13)的漏极e、(15)与(17)的漏极c连接在一起；(14)与(12)的漏极c和(18)与(16)的漏极e连接在一起组成桥式电路，并将(11)与(18)的漏极c和(15)与(14)的漏极e互相连接后引向超导线圈(19)的一端；将(13)与(16)的漏极c和(12)与(17)的漏极e互相连接后引向超导线圈(19)的另一端。
当无损耗电阻器的八个电子开关器件均采用绝缘栅双极晶体管对，在交流电源电压的下正半周期内，在电子开关器件(15)、(16)、(17)、(18)的栅极上连续地施加正向解发脉冲令其导通，按二极管方式运行。如附图3所示，无损耗电阻器用于直流电力系统时，电子开关器件(21)、(22)、(23)、(24)、仍用IGBT，电子开关器件(25)、(26)、(27)、(28)用快速二极管，实际上是将交流电源电压中的电子开关器件(15)、(16)、(17)、(18)换成快速二极管分别为(25)、(26)、(27)、(28)。当电力系统正常运行无短路事故时，IGBT(21)、(22)、(23)、(24)全部处在饱和导通状态，将超导线圈(29)短接，这样从输入端AB着进去，它等于一个电阻为零的器件。
以下结合附图3、4对本实用新型工作原理作进一步阐述设电力系统在某一时刻发生短路事故(例如附图4中的t＝＝Ts/4时发生短路)、各电子开关器件便开始以频率为fs，占空比(duty ratio)为0.5的开关方式轮流导通与截止。
在Ts/4≤t≤Ts/2时间阶段，IGBT(21)、(22)饱和导通，(23)、(24)截止，超导线圈被接入电力系统，其线圈电流ic自零开始直线上升，到t＝Ts/L为止，在这段时间内超导线圈充磁，由电源向它输送能量，贮于线圈的磁场中。
在Ts/2≤t≤3Ts/4时间阶段，IGBT(21)、(22)、(23)、(24)全部截止，超导线圈中的电流ic经由二极管(27)、(28)流回电源，其数值直线下降，将超导线圈内所贮的能量返回电源，到t＝3Ts/4时，ic降为零。由于占空比d＝0.5，故此时线圈中的能量恰好释放完毕。
在3Ts/4≤t≤Ts时间阶段，IGBT(23)、(24)饱和导通，(21)、(22)截止，此时由于加在超导线圈上的电压Vc改变方向，因此超导线圈中的电流ic也改变方向并直线增大，到t＝Ts时为止，这段时间内，超导线圈反方向充磁，线圈中贮藏能量，能量来自电源。
在Ts/2≤t≤5Ts/4时间阶段，IGBT(21)、(23)、(24)全部截止，超导线圈中的电流ic经由二极管(25)、(26)流回电源，电流ic直线减少，由于占空比d＝0.5，故在t＝5Ts/4时ic恰好降为零，线圈中能量全部返回电源。
如此周而复始，按频率fs循环工作，一直到短路事故被清除为止。
在这一段时间为止，超导线圈周期性地被接入电力系统，使电力系统阻抗增大，从而降低了短路电流值，并由附图4所示曲线可知，该装置不消耗电能。
如果不希望无损耗电阻器产生高频电流经电力系统的电路和设备，则可采用高通滤波器(100)与无损耗电阻器并联，高通滤波器(100)的两端分别并联在无损耗电阻器的A、B两端。由于其输入端A、B上的电压波与电流的包罗线是同相位的，换句话说，它具有电阻性伏安特性，又没有电能损耗。
本实用新型中的超导线圈(19)是由浸渍于液氨冷却剂中的超导体金属线制成的，可采用(Bi、Pb)2Sr2CaCu3O10+x硅酸盐嵌银的金属线或YBa2Cu3O7-x的YBCO超导金属线。超导线圈(19)的形状可为螺旋管型或盘型。为了便于工业化，超导线圈(19)也可采用普通高导无氧铜的导线绕制，只要其电阻十分小，就可以得到工业上满意的近似产品。
权利要求1.一种无损耗电阻器式短路电流限制装置，包括电阻器、电气负荷，其特征在于采用无损耗电阻器与电气负荷串联于各类电力系统中，而无损耗电阻器是由电子开关器件(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)联接成的双向桥式变额器、超导线圈(19)和控制电路(20)组成。
2.根据权利要求1所述的限制装置，其特征在于电子开关器件(11)与(14)串联、(13)与(12)串联、(15)与(18)串联、(17)与(16)串联，然后将(11)与(13)的漏极e、(15)与(17)的漏极c连接在一起；(14)与(12)的漏极c、和(18)与(16)的漏极e连接在一起组成桥式电路，并将(11)与(18)的漏极c和(15)与(14)的漏极e互相连接后引向超导线圈(19)的一端；将(13)与(16)的漏极c和(12)与(17)的漏极e互相连接后引向超导线圈(19)的另一端。
3.根据权利要求1或2所述的限流装置，其特征在于在交流电源电压的正半周期内，在电子开关器件(15)、(16)、(17)、(18)的栅极上连续地施加正向触发脉冲，令其导通，按二极管方式运行；而在交流电源电压的负半周期内，在电子开关器件(11)、(12)、(13)、(14)的栅极上连续地施加正向解发脉冲，令其导通，按二极管方式运行；当无损耗电阻器应用于直流电力系统时，将电子开关器件(15)、(16)、(17)、(18)换成快速二极管分别为(25)、(26)、(27)、(28)。
4.根据权利要求1或2所述的限制装置，其特征在于超导线圈(19)是由浸渍于液氮冷却剂中的超导体金属线制成，超导线圈(19)的形状可为螺旋管型或盘型，超导线圈(19)也可采用普通高导无氧铜的导线绕制。
专利摘要本实用新型公开了一种新型无损耗电阻器式短路电流限制装置，它适用于三相或单相的、交流或直流电力系统。无损耗电阻器是由交-交变频桥式电路的超导线圈组成的、该器件具有电阻元件的伏安特性，在运行中没有电能损耗，其阻值又可通过控制桥式电路各电子开关而随意连续变化。本装置与目前广泛使用的限流电抗器相比，具有节能、轻型、功率因数高，及在电力系统正常运行时不会产生电压损失等特点。
文档编号H02H9/02GK2267571SQ9623175
公开日1997年11月12日 申请日期1996年4月30日 优先权日1996年4月30日
发明者陈寄炎, 陈仲铭 申请人:陈寄炎, 陈仲铭