专利名称：包括减少过电流和限制过电流在内的关于保护物体免遭过电流的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种电厂中用于保护和电力网络或和电厂中的另一个设备相连的物体免遭和故障有关的过电流的装置，所述装置包括设置在物体和电网/设备之间的线路中的开关装置。此外，本发明包括一种保护物体免遭过电流的方法。
所涉及的电物体最好由具有磁路的旋转电机构成，例如发电机，电动机(包括同步电动机和异步电动机)，或要求保护免遭和故障相关的过电流，即实际上的短路电流的同步补偿器。如下文将要详细讨论的，旋转电机的结构可以基于常规的和非常规技术。
本发明旨在用于中电压或高电压中。按照IEC标准，中电压为1-72.5kv，而高电压为72.5kv以上。因而，包括输电、辅助输电和配电等级。
在这种性质的电厂中，人们一直寻求用于有关物体的保护的一种常规的断路器(开关装置)，其被这样设计，使得其在遮断时提供电隔离。因为这种断路器必须被设计成能够遮断很高的电流和电压的，所以将获得具有大的惯性的相当笨重的设计，这表现在其具有相当长的遮断时间。需要指出的是，主要针对的过电流是其发生和被保护物体有关的短路电流，例如由于被保护物体的电绝缘系统的故障。这种故障意味着，外部电网/设备的故障电流(短路电流)将要通过在物体中产生的电弧来流动。其结果可以导致极大的破坏。可以提及的是，对于瑞典电网，计算的短路电流/故障电流是63kA。实际上，短路电流可以为40-50kA。
所述断路器具有的问题是其长的遮断时间。对于完全实现遮断的计算遮断时间(IEC标准)是150毫秒。根据实际情况，把遮断时间减少到50-130毫秒以下是困难的。其结果是，在被保护物体中存在故障时，在用于启动断路器使其断路所需的整个时间期间极高的电流将通过被保护物体。在这个时间期间，外部电网的全部故障电流在被保护物体上具有相当的负载。为了避免被保护物体的破坏和完全击穿，按照现有技术，人们如此设计物体，使得在断路器的遮断时间期间，其设法经受短路电流/故障电流而没有明显的破坏。应当指出，在被保护物体中的短路电流/故障电流可以包括物体本身对故障电流的贡献和从电网/设备发出的附加电流。物体本身对故障电流的贡献不受断路器性能的影响，但是由电网/设备供出的故障电流取决于断路器的操作。要求如此设计被保护物体，使得其可以在相当长的时间间隔期间经受大的短路电流/故障电流，这带来的主要缺点是更昂贵的设计和性能的降低。
此处提及的旋转电机包括同步电机，其主要用作发电机，被连接到分配与输送网络，下面总称为电网。同步电机也用作电动机并用于相位补偿以及电压调节，此时作为在机械上为空载的机器。该技术领域还包括双馈电机，异步变换器串联装置，外部磁极机和同步磁通机。
本文所指的磁路可以是空心绕制的，但是也可以包括磁心，其由垂直或按一定取向层叠的片制成，或者例如由非晶形的或者基于粉末的材料制成，或通过任何其它的方式制成，使得能够通过交流磁通，并可以使绕组、冷却系统等能够被设置在电机的定子或转子，或者定子与转子上。
按照本发明，主要意图是保护非常规的旋转电机，使其直接和所有种类的高压电网相连。这种电机具有由有螺纹的导体构成的磁路，其利用固体绝缘件绝缘，并且其中包括地。
为了能够解释和说明非常规的电机，将首先以同步电机为例给出旋转电机的简要说明。本说明的第一部分主要涉及这种电机的磁路和按照经典技术如何构成这种电机。因为在绝大多数情况下所指的磁路都位于定子上，下面将以具有层叠的金属片铁芯的定子为例对磁路进行一般的说明，其中铁芯的绕组被称为定子绕组，在层叠铁芯上布置的用于绕组的槽被称为定子槽或简称为槽。
大部分同步电机在转子上具有磁场绕组，在磁场绕组内由直流电流产生主磁通，并在定子上具有交流绕组。同步电机一般被设计成三相的，本发明主要涉及这种电机。有时同步电机被设计成凸极的，不过，对于二极或四极涡轮发电机和双馈电机使用圆柱转子。双馈电机在转子上具有交流绕组，并被设计成用于电网电压等级。
大的同步电机的定子本体通常由具有焊接结构的钢片制成。层叠的铁芯一般由0.35或0.5mm的涂漆电钢片制成。为了径向通风和冷却，至少对于中电机和大电机，层叠铁芯被划分为具有径向通风通道或径向通风通道的部件。对于大电机，钢片被冲成几段，它们通过楔形连接/燕尾连接被固定在定子上。利用压指和压板固定层叠铁芯。定子绕组位于层叠铁芯的槽内，按照惯例，槽具有矩形的或梯形的横截面。
多相交流绕组被设计成单层绕组或双层绕组。在单层绕组的情况下，每个槽只有一个线圈边，在双层绕组的情况下，每个槽具有两个线圈边。线圈边指的是一个或几个导体，它们被集中在一起，具有一定高度与/宽度，并具有公共的线圈绝缘，即旨在承受电机对地的额定电压的绝缘。双层绕组通常被设计成菱形绕组，而单层绕组和其连接有关可以被设计成菱形绕组或扁绕组。在菱形绕组的情况下，只具有一个线圈距(否则可能有两个线圈距)，而扁绕组被设计成同心绕组，即具有十分不同的线圈距。线圈距指的是在属于同一线圈的两个线圈边之间圆环尺寸的距离，其或者和相关的极距有关，或者和中间槽距的数量有关。通常使用弦的不同的变量，例如部分间距，以便使绕组具有所需的性能。
绕组的类型主要说明在槽中的线圈，即线圈边在定子外部是如何被连接到一起的。一种典型的线圈边由所谓的Roebel棒构成，其中一些棒被制成空心的，以便容纳冷却剂。Roebel棒包括多个矩形的并联连接的铜导体，这些铜导体沿着槽被转置360度。也具有转置540度的Ringland棒和其它转置的棒。为了避免环形电流，转置是需要的。在每股之间具有薄的绝缘，例如环氧树脂/玻璃纤维。在槽和导体之间的主绝缘例如由环氧树脂/玻璃纤维/云母制成，并在外部具有半导电的地电位层用于使电场均衡。钢片堆的外部，没有任何外部半导电的地电位层，但是采用呈所谓的电晕保护清漆形式的电场控制，旨在把径向电场转换成轴向电场，这意味着在线圈端部上在高的对地电位下具有绝缘。电场控制的一个问题是有时在线圈端部区域产生电晕，这可能具有破坏性。
一般所有的大电机被设计成具有两层绕组并具有大的线圈。使每个线圈有一个边处于一层中，另一个边处于另一层中。这意味着线圈也和线圈端部的另一个交叉。如果使用两层以上，这些交叉使绕组难于加工，并损坏线圈端部。
从旋转电机的观点看来，上述内容可以说都属于经典技术。
在近数十年期间，对于具有比先前可以设计和生产的电压较高电压的旋转电机的需要一直在增加。按照现有技术，对于同步电机，在线圈生产中具有好的产量的可以达到的最大电压值大约为25-30kv。还普遍知道，同步机/发电机和电网的连接必须通过Δ/Y连接的一种被叫做升压变压器的装置实现，因为电网电压一般高于旋转电机的电压。因而，这变压器和同步机一道构成电厂的一个整体的部件。变压器带来了额外的费用，同时必然伴有效率低的缺点。如果能够制造相当高的电压的电机，则可以省略升压变压器。
尤其是在J.Elektrotechnika，No.1，1970，pp 6-8中在标题为“Water-and-oil-cooled Turbogenerator TVM-300”的文章中，在美国专利4429244“Stator of generator”，以及在俄国专利文件CCCP 955369中描述了同步电机的设计方法的一些新的尝试。
在J.Elektroteknika中描述的水冷和油冷的同步电机旨在用于高达20kv的电压。这篇文章描述了一种包括油/纸绝缘的新的绝缘系统，这使得可以把定子完全浸在油中。此时把油作为冷却剂，同时又用作绝缘。为了阻止定子中的油向转子泄漏，在铁芯的内部表面提供绝缘的隔油环。定子绕组由导体制成，导体呈配备有油与纸绝缘的椭圆空心形状。带有绝缘的线圈边利用楔形物被固定在矩形截面的槽中。在空心导体和定子壁的孔中使用油作冷却剂。然而，这种冷却系统在线圈端部必然伴有油和电的大量接触。厚的绝缘也必然增加导体的曲率半径，这又导致绕组外伸部分尺寸的增加。
上述的美国专利涉及一种同步电机的定子部件，其包括具有用于定子绕组的梯形槽的层叠片制成的磁芯。槽被制成梯形是因为定子绕组所需的绝缘向着转子内而减小，在朝向转子内部设置的那部分绕组最接近中性点。此外，定子部件在最接近铁芯的内表面处包括一个绝缘的隔油圆柱。和没有这个环时相比，这个部件会增加磁化要求。定子绕组由油浸的电缆制成，对于每一线圈层都具有相同的直径。借助于槽中的垫片使每层相互分开，并利用楔形物固定。这种绕组的特殊之点在于，其中包括两个串联连接的所谓半绕组。两个半绕组中的一个位于中心，在绝缘套筒的内部。定子绕组导体利用周围的油冷却。在系统中具有大量的油的缺点在于，具有泄漏的危险，并由于故障可能带来大量的清洁工作。绝缘套筒的位于槽外的部件具有圆柱部分和锥形的端部，其工作状态用于控制电缆离开层叠芯区域内的电场强度。
从CCCP 955369可清楚地看出，在试图升高同步电机的额定电压的另一种方法中，油冷的定子绕组包括对于所有层尺寸相同的常规的高压电缆。电缆被置于定子槽中，定子槽呈圆环形式的沿径向设置的开口，其和电缆的截区域以及用于固定电缆和用于冷却剂的空间相应。沿径向设置的不同的绕组层被包围并被固定在绝缘的管中。绝缘垫片把管固定在定子槽内。因为采用油冷，所以此处也需要相对于内部空气隙使油冷却剂密封。所示的结构没有减少绝缘或减少定子槽。这种结构包括在不同的定子槽之间非常薄的径向腰部，这会带来严重影响电机的磁化性能的大的槽泄漏磁通。
按照上述文献的电机设计说明定子中的电磁材料没有得到最佳的使用。从磁的观点看来，定子齿应当尽可能紧密地接近线圈边的套管。非常希望使定子齿在每个径向平面具有最大宽度，因为齿的宽度相当大地影响机器的损耗，因而相应地影响所需的磁化。对于高电压的电机这尤其是重要的，因为此时每个槽的导体数是大的。
本发明的主要目的在于设想一种途径，用于设计一种装置和方法，使得实现对物体的较好的保护，并且，相应地，使得物体上的负载减小，即物体本身不必设计成能够在相当长的时间间隔期间经受住最大短路电流/故障电流。
本发明的第二目的在于设计一种保护装置和方法，使得对旋转电机实现足够的保护，其中的设计基于非常规的设计原理，这意味着所述的设计在和故障相关的内部与外部过电流时和当今的电机具有不同的阻抗。
按照本发明，上述目的是这样实现的物体和开关装置之间的线路和过电流减少装置相连，所述过电流减少装置可借助于过电流状态检测装置在大大小于开关装置的断开时间的时间间隔内被启动用于过电流减少，并在过电流减少装置和线路的连接点与物体之间配备电流限制器。
因而，本发明基于这样的原理，其不仅仅依靠最后建立电隔离的开关装置切断电路，而是使用快速操作的过电流减少装置，该装置实际上不切断过电流，而是把过电流减少到这样一个程度，使得被保护的物体将承受被大大减少的过电流，因而，将受到较小的破坏。因而，减小的过电流/故障电流意味着，当开关装置建立电隔离时，注入被保护物体的总能量比没有过电流减少装置时小得多。此外，借助于电流限制器，使得流入(或流出)物体的故障电流进一步减少。电流限制器还具有这样的性质，其能够进行快速操作把电流减少到这样一个程度，使得加于物体上的载荷被急剧地减小，而不必使电流限制器实现过电流/故障电流的任何总的切断。
按照本发明的优选实施例，过电流减少装置被设计成包括过电流分流器，用于把过电流向地或向其它比电网/设备电位低的装置分流。
按照本发明的电流限制器借助于恒定的或可变的电感与/或电阻或其它阻抗被合适地用于电流限制。
如权利要求中更精确地限定的，本发明可应用于具有利用电缆技术设计的磁路的旋转电机。这些电机在某些条件下可以成为对电气故障是敏感的。这种设计例如可以具有比电力领域内目前一般认为的阻抗较低的阻抗。这意味着，和目前的常规技术相比，面临故障电流的电阻较低。此外，如果这些电机开始设计时便考虑到在比目前常规电机较高的电压下操作，则由产生的较高电场引起的在电机的电绝缘系统上的载荷当然较大。这意味着和常规电机相比，电机的效率可以更高，更经济，重量更轻，更可靠成本更低，并且可以使电机不用像通常那样和其它的电磁机械相连，但是，这种电机对电气保护提出了较高的要求，要求消除或至少减少在相关的电机中击穿的后果。按照本发明的保护装置和按照这种方式设计的电机的组合意味着电厂在其整体上的最佳化。
按照本发明的电机主要打算用于这样的高电压，其中省略上述的Δ/Y连接的升压变压器，即，这种电机比常规电机的电压高得多，以便能够在所有类型的高电压下直接和电网连接。这意味着对于具有旋转电机的系统其投资大大降低，而又可以提高系统的总效率。
按照本发明的旋转电机必然大大减少在定子上的热应力。机器的暂时过载的严重性将降低，并且能够在较长的时间间隔内在过载条件下驱动机器而没有被破坏的危险。这对发电厂的所有者是相当有利的，目前在操作出现故障的情况下，这些所有者被迫快速地转换到其它设备，以便保证由法律规定的供电要求。利用本发明的电机，可以使维护成本大大减少，因为系统中不必包括用于使电机和电网相连的变压器。
本发明也包括直接和电网相连的同步补偿器。
为了增加旋转电机的功率，已知的方法是试图增加交流线圈内的电流。这通过对导电材料的数量最佳化来实现，即在矩形的转子槽内紧密地放置矩形导体。其目的是通过增加绝缘材料的数量并使用更多的耐温因而也更贵的绝缘材料处理由此引起的温度增加。绝缘上的高的温度和场负载也引起绝缘寿命的问题。在用于高压设备的相当厚的壁的绝缘层中，例如浸渍的云母带层，局部放电(pd)构成严重问题。当制造这些绝缘层时，容易形成凹陷、小孔等等，当绝缘处于高的电场强度下时，在其中发生内部电晕放电。这些电晕放电逐渐使材料变劣，并可能导致绝缘的电击穿。
为了能够以技术上和经济上合理的方式增加旋转电机的功率，这必须通过保证绝缘不被上述的现象所击穿来实现。这可以借助于这样生产的绝缘系统，使得产生凹陷和小孔的危险最小来实现。在相关的绕组中包括的所述至少一个载流导体周围的这种绝缘系统包括固态绝缘材料的电绝缘层，围绕电绝缘层设置有半导体材料的外层。半导体材料的内层被设置在绝缘层的内部。所述至少一个导体被设置在内层的内部。
为了获得好的耐热性，最好至少内层和外层中的一个的热胀系数基本上和绝缘材料的相等。实际上，所述两层和绝缘材料具有基本上相等的热胀系数。结合内层和外层基本上沿着整个界面相对于绝缘材料被联接的事实，这说明绝缘材料以及内层和外层将形成一个整体的部分，使得不会发生由于不同的温度膨胀而导致的缺陷。在绝缘上的电负荷由于以下的事实而增加，即在绝缘材料周围的半导体层将形成等位面，这意味着绝缘材料中的电场将在绝缘材料上均匀地分布。外部半导体层被合适地连接地电位或其它的低电位。这意味着对于这种电缆包围绝缘材料的外层对于整个电缆长度可被保持在地电位。
外部半导体层也可以在沿着导体长度的适当位置被切开，并且每个切开的部分长度可以直接和地电位相连。围绕外部半导体层也可以设置其它层、壳体等，例如金属屏蔽和保护套。本发明的进一步的改进通过制造圆形而不是矩形的线圈和放置线圈的槽来实现。通过使线圈的截面为圆形，线圈将被恒定的磁场包围而不会在产生磁分离处使磁场集中。此外，在线圈中的电场将在截面上均匀分布，并使在绝缘上的局部负荷大大减少。此外，容易以这样方式把圆形线圈放置在槽中，使得每个线圈组的线圈边的数量可以增加，因而可以增加电压而不必增加导体中的电流。
附加的改进还可以通过由较小的部分，被称为股，构成导体。这些股可以相互绝缘，只有少数的股是非绝缘的，并和内部半导体层接触，从而确保和导体的电位相同。
外部半导体层应当具有这样的电性能，使得确保沿着导体电位相等。不过，外层可以不具有这种可以沿表面输送电流的导电性能，这可能是引起损耗的原因，损耗又引起不希望的热负荷。内部半导体层必须具有足够的导电性，以便确保等电位，因而，也确保在层的外部电场相等，不过，在另一方面，这要求电阻率不太小。最好内层和外层的电阻率的范围是10-6Ωcm-100kΩcm，合适的是10-3-1000Ωcm，最好1-500Ωcm。
使用柔性电缆形成绕组意味着绕制工作可以通过穿线操作进行，其中电缆被穿入磁芯槽的开口中。
因为外部半导体层和地电位或其它低电位相连，它将主要用于封闭层内部的电场。使用包括由用于封闭绝缘内的电场的内外半导体层包围的固态绝缘的绝缘系统和现有技术相比意味着一种重要的改进，因而完全不需要液态或气态绝缘材料。
为了解决把旋转电机和各类高压电网直接相连而出现的问题，按照本发明的电机具有许多特点，这些特点使其区别于关于经典电机技术的现有技术和近年来公开的电机技术-如上所述，绕组利用具有一个或几个固态绝缘的导体的电缆制成，在绝缘周围具有导电层。几种典型的这类导体是XLPE电缆(交联聚乙烯Cross linked polyethylene)或具有EP橡胶绝缘的电缆(EP＝乙烯-丙烯ethylene-propylene)；不过，这些电缆必须在导体股和半导体层方面作进一步的改进。
-最好使用具有圆形截面的电缆。不过为了获得较好的叠放密度，可以使用其它截面的电缆-使用这种电缆可以使磁芯在槽和齿方面能够按照本发明的新的优化方式设计-为了更好地利用磁芯，绕组采用封闭的绝缘进行制造-用这种方式使槽的设计适合于绕组的电缆截面，即沿轴向径向向外地形成许多槽，其相互提供圆柱形开口，具有处于定子绕组层间的敞开的腰部-槽的设计按照电缆截面进行调整，以便-使槽的设计适合于槽的封闭绝缘-关于股的改进指的是绕组的导体由许多相互组合的层构成，即不需要使股充分地相互换位，包括绝缘股和非绝缘股-关于外壳体的改进指的是，沿着导体的长度在适当位置把外壳体切开，并把每个切开的部分长度直接接地电位-绕组最好绕制成多层同心电缆绕组，以便减少线圈端部交叉的数量。
这些特点和现有技术的电机相比具有许多优点-封闭绝缘意味着可以使用几乎恒定的齿宽，而与径向位置无关-使用这种电缆意味着绕组的外部半导体层沿其整个长度可以被保持在地电位-一个重要的优点在于，在外部半导体层的外部的线圈端部区域电场几乎是0，并且当层处于地电位时，电场不必被控制。这意味着，不会导致任何电场集中，不论在铁芯，在线圈端部区域，或者在它们之间的过渡区域-此外，绝缘的和非绝缘的组合股和换位股的混合还涉及低的附加成本。
总之，按照本发明的旋转电机和现有技术的电机相比具有许多重要优点。首先，本发明的电机可以和所有电压类型的电网直接相连。另一个重要优点是，沿着整个绕组电位都是恒定的地电位，这意味着，线圈端部区域可被作得紧凑，并且意味着线圈端部区域的支撑装置实际上处于地电位。另一个重要优点是，基于油的绝缘和冷却系统消失了。这意味着没有没有密封问题，并且也不需要以前所述的绝缘环。还有一个优点是可以使所有的强迫冷却系统都处于地电位。利用本发明的旋转电机，从安装的角度来看，可以节省大的空间和重量，因为代替了具有电机和升压变压器的先前的设计。
本发明的其它优点和特点，特别是按照本发明的方法的其它优点和特点，从下面的说明和权利要求中可以看出。
下面参照
本发明的实施例，其中图1是说明按照本发明的方法的基本概念的示意图；图2a-2d是说明在有或没有按照本发明的保护装置的情况下故障电流的产生和能量的产生的示意图；图3说明按照本发明的装置的一种可能的设计；图4-9局部地相应于关于图3用6表示的电流限制器的不同的实施例；图10说明过电流减少装置的一种可能的设计；图11说明按照本发明的装置用于和电厂的连接，电厂中包括发电机，变压器和用于连接它们的电力网络；图12说明包含在用于对旋转电机的磁路形成绕组的电缆中的部件，所述旋转电机尤其适用于由按照本发明的保护装置保护；以及图13以轴端部视图说明在旋转电机中磁路的扇区/极距的实施例，其中设置有按照本发明的保护装置。
包括被保护的物体1的电厂如图1所示。如后所述，这物体例如可以包括发电机。该物体通过线路2和外部配电网3相连。代替这种电网，可以由包含在电厂中的一些其它设备构成由3表示的单元。所涉及的电厂设想具有这样的性质，使得物体1本身成为要被保护的对象，当在物体1中发生故障从而产生从电网/设备3朝向物体1的故障电流，使得故障电流将要流过物体1时，阻止来自电网/设备3中的故障电流。所述的故障可以包括在物体1中形成的短路。短路是一种在两点或几点之间形成的非特意的导电通路。短路例如可以由电弧构成。这种短路和由其产生的极大的电流可能造成极大的破坏，甚至使物体1整个崩溃。
已经指出，具有至少一些类型的被保护的电物体1，对相关物体构成危害的短路电流/故障电流可以从被保护物体流向电网/设备3。在本发明的范围内，为了保护的目的，不仅保护物体使其不流过外部产生的故障电流，而且还使在物体中产生的内部故障电流不沿相反的方向流动。
下面，为了简化说明，认为标号3总是由外部电网构成。不过，应当记住，除去这种电网之外，还可以涉及一些其它的设备，只要当存在故障时，所述设备产生流过物体1的大电流即可。
在物体1和电网3之间的线路2中设置有常规的断路器4。该断路器包括至少一个自身的检测器，用于检测表示在线路2中流过过电流的情况。这种情况可以是电流/电压，但是也可以是其它表示发生故障的量。例如，检测器可以是电弧检测器，或者是记录短路声音的检测器。当检测器表示过电流超过某个值时，断路器4被启动而断开物体1和电网3之间的连接。不过，断路器4必须切断总的短路电流/故障电流。因而，断路器必须被设计成能够满足高的要求，在实际上这意味着它将相当慢地动作。图2a的电流/时间曲线说明，在时刻tfault，例如在物体1中发生故障例如短路时，在图1中用2表示的线路中的故障电流快速地上升为幅值i1。故障电流i1在t1借助于断路器4切断，t1至少为在tfault之后150ms。图2b说明曲线i2·t，即由于短路的结果在被保护的物体1中产生的能量。因而，由于短路的结果而注入到物体中的能量由图2d的外部矩形的总面积表示。
在这种连接中需要指出的是，在图2a-c中的故障电流和在图2d中的故障电流表示极值的包络。为简明起见图中只划出了一个极。
断路器4是这样设计的，使得通过分断金属触点来实现电的隔离。因而，按照惯例，断路器4包括用于熄灭电弧所需的辅助设备。
按照本发明，在物体1和开关装置4之间的线路2和一个用于减少流向设备1的过电流的装置相连，该装置在图中用标号5表示。该装置可以借助于过电流状态检测装置在一个时间间隔内被启动，以便减少过电流，所述时间间隔大大小于断路器4的遮断时间。因而，这种装置5被这样设计，使得其不必实现任何的电隔离。因此，创造条件以便快速地实现电流减少而不必实现从电网3流向被保护物体1的总电流的切断。和图2a相比，图2b说明按照本发明的过电流减少装置5在时刻tfault发生短路电流时被启动，在时刻t2使电流减少到i2的情况。因而，时间间隔tfault-t2代表过电流减少装置5的反应时间。装置5的任务不是切断故障电流，而仅仅是减少故障电流，可以使这种装置极快地反应，这在后面将更详细地讨论。作为例子，可以提及的是，在检测到不能接收的过电流状态之后，过电流从i1减少到i2期望在1ms或几ms内实现。目标是在小于1ms最好是在小于1微妙的时间间隔内实现电流的减少。
由图1可见，该装置包括由标号6表示的并且设置在装置5对线路2的连接和物体1之间的线路2中的电流限制器。这电流限制器适用于操作用于主要限制朝向物体1的电流，但是在某些故障情况下也用于限制离开物体方向的电流。电流限制器6可以被设置用于实现操作，以便如过电流减少装置5那样快地甚至比过电流减少装置5更快地限制电流。按照和减少电流限制器6的负担有关的另一个方案，电流限制器应当被这样设计，使得只有借助于过电流减少装置5减少朝向物体1的来自电网3的过电流之后才启动，从而进行电流限制，但是当然电流限制器6应当在比断路器4遮断时的时刻早得多的一个时刻动作，以便实现电流限制。由此可见，电流限制器6以这样方式和线路2相连是合适的，即借助于过电流减少装置减少的电流将以更加减少的数量流过电流限制器6。
图2b说明电流限制器6的作用。在所述的图中，表示电流限制器6在时刻t3开始操作进行电流限制，在这个例子中，这意味着，由过电流减少装置5减少的电流i2的持续时间被大大地限制了，即限制为时间间隔t2-t3。再次指出，在图2中的表示纯属示意性的。时刻t3，即电流限制器6动作时的时刻，可以更早，甚至于早于过电流减少装置5的动作时刻t2。从图2b可见，在t3之后的故障电流被减少到值i3。这剩余的故障电流i3在时刻t1利用断路器4最后切断。不过，故障电流i3由于电流限制器6的足够的容量而变得如此之小，使得该故障电流可由被保护的物体以及电厂内其它的部件长期承受。对故障电流进行减少和限制的结果，使得由所述故障电流引起的从电网3向被保护物体1注入的能量由图2中具有斜线标记的面积表示。可以看出，极大地减少了注入的能量。应当指出，在这种连接中，按照特定的方式，因为能量随电流的平方而增加，所以减少一半的电流则使注入能量减少到1/4。图2c说明应当流过装置5的故障电流。总的故障电流i1的一部分i3，其在时刻t3之后将继续流过电流限制器6，在图2c中也标出了。
实际上，装置5和电流限制器6的容量被这样设计，使得装置5把要被电流限制器6限制的故障电流和电压减少到一个相当低的值。关于电流限制器6的实际动作时间是1ms，这个时间可以这样来实现，直到装置5把流过限制器6的电流至少减少到一个相当的程度之后，才使电流限制器6限制电流。如同指出的那样，虽然不作为要求，但是相反的情况应当也是可能的。
图3中更详细地说明了所述装置可以如何实现。应当指出，本发明可应用于直流(也称为HVDC即高压直流)连接和交流连接。在利用交流的多相结构中，由2表示的线路可以认为是多相交流系统中的一相。不过，应当注意，按照本发明的装置可以这样实现，使得在检测到故障的情况下，或者所有的相都执行按照本发明的保护功能，或者只对检测到故障电流的那些相进行电流限制。
由图3可见，由5表示的过电流减少装置包括过电流分流器7，用于把过电流向地8或者向具有比电网3的电位低的电位的其它装置分流。因而，过电流分流器可以认为形成一个电流分配器，其快速地建立对地或对其它低电位点8的短路，用于至少分流流过线路2中的主要部分的电流，使得所述电流不会到达要被保护的物体1。如果在物体1中存在严重的故障，例如短路，其和过电流分流器7能够建立的短路具有相同的大小。在故障接近于过电流分流器7的情况下，一般地说，由于过电流分流器7的存在可以使从电网3流向物体1的电流减少到一半。因而，和图2b相比，在最坏的情况下，其中所示的电流值i2接近于i1的一半。在正常情况下，其目的在于，过电流分流器7应当能够建立短路，所述短路比要被保护的物体1中发生的相应地短路故障的短路具有较好的导电性，因而使得故障电流的主要部分通过过电流分流器7被分流到地或者较低的电位。因而，由此可见，在一般的故障情况下，由于较低的电流值i2和较短的时间持续间隔t2-t3，在故障情况下注入到物体1中的能量大大小于图2d所示的能量。
过电流分流器7包括被连接在地8或所述较低电位点和在物体1与电网3之间的线路2之间的开关装置。该开关装置包括控制部件9和开关部件10。这种开关部件例如可以由至少一个半导体元件例如可控硅构成，其在正常状态下是打开的，即对地是绝缘的，但是，通过控制部件9可以在极短的时间内变为导通状态，以便通过对地分流使电流减少。
图3还说明过电流状态检测装置可以包括至少一个最好几个检测器11-13，其适用于检测需要启动保护功能的这种过电流状态。从图3还可看出，这些检测器可以包括位于物体1中或其附近的检测器13。此外，检测器装置包括检测器11，其适用于检测过电流减少装置5和线路2的连接点的上游的线路2中的过电流状态。如下所述，提供另一个检测器12是合适的，其用于检测在线路2中流向要被保护的物体1中的电流，即通过过电流减少装置5已被减少的电流。此外，应当指出，检测器12以及检测器13，能够检测线路2中的沿离开物体1的方向流动的电流，例如在物体1中以磁方式存储的能量产生沿离开物体1的方向而流动的电流。
应当指出，检测器11-13不必只由电流与/或电压检测器构成，在本发明的范围内，检测器可以具有这样的性质，使得一般地说它们可以检测表示发生具有要求启动保护功能的性质的故障的任何条件。
在发生的故障使得故障电流沿离开物体1的方向而流动的情况下，该装置被如此设计，使得其控制单元14控制另一个断路器6使其闭合，如果其原来是打开的话，此外，启动过电流减少装置5，使得其分流短路电流。例如当物体1由变压器构成时，在其中发生短路时所述功能将是这样的首先向变压器流入极大的电流，该电流被检测到，并使装置5启动而进行分流。当流向变压器1的电流已被减少到所需的程度时，使电流限制器6减少电流，但是，通过控制单元14的控制，切断时间不可能早于使以磁方式储存在发电机1中的能量离开发电机1流动并通过装置5被分流的所需时间。
此外，该装置包括由14表示的控制单元。其和检测器11-13相连，还和过电流减少装置5以及电流限制器6相连。其操作是这样的当控制单元14通过一个或几个检测器11-13接收到表示发生了不能接受的朝向物体1的故障电流时，过电流减少装置5立即被控制，以便快速地提供所需的电流减少。控制单元14可以被这样设置，使得当检测器12检测到电流或电压已经减少到一个足够的程度时，它便控制电流限制器6使其工作以便在过电流被减少到预定值以下时将电流切断。这种设计保证电流限制器6直到实际上电流被减少到其能够限制的程度时才限制电流。不过，本实施例也可以是这样的在过电流减少装置被控制进行电流减少之后的一个预定的时间，控制电流限制器6限制电流。
断路器4可以包括其自身的用于检测过电流情况的检测装置，或者断路器可以通过控制单元14根据来自也控制过电流减少装置的操作的检测器11-13的信息被控制。
在图3所示的实施例中，电流限制器6由在线路2中配备的电感27构成。这种利用线圈实现的电感的效果是，在电流增加时，反电势上升，其反抗电流的增加。这一实施例的优点在于，其结构极其简单，而且，当发生故障时，其能够快速地限制流向物体1的电流而不需要进行有源控制。
至此所述的装置按照下述方式工作在没有故障时，断路器是闭合的，而过电流减少装置5的开关装置10是打开的，即处于非导通状态。在这种情况下，当然，开关装置10必须具有足够的电强度，使得其不致非特意地进入导通状态。因而，由于大气环境(雷电)或相连的测量装置使线路2出现的过电压不应超过闭合装置10处于非导通状态的电压强度。为此，和开关装置10至少并联一个浪涌避雷器22是合适的。在本例中，这种浪涌避雷器被设置在开关装置10的每一侧。因而，浪涌避雷器具有牵制这种过电压的作用，否则这个过电压可能把开关装置10击穿。
当过电流状态被检测器11-13中任何一个或者断路器4自身的检测器检测到(当然，应当理解，按照本发明，来自断路器4的自身检测器的信息可以用作控制过电流减少装置5的依据)，并且这个过电流状态是如此严重，以致可以预料在物体1中存在严重故障时，和断路器有关的断路功能便被启动。此外，控制单元14控制过电流减少装置5实行这种减少，更确切的说，通过控制部件9使开关装置10进入导通状态。如前所述，这可以极快地发生，其时间是由断路器4遮断所需的时间的几分之一，因此，要被保护的物体立即从来自电网3的全部的短路电流中解脱出来，这是通过开关装置10把电流中的至少一个重要部分，实际上是其主要部分分流到地或者分流到一个低电位点来实现的。电流限制器6也可以实现快速动作限制从线路2流向(或者可以是流出)物体1的电流。
当这些事件都发生后，作为最后的措施，通过断路器4遮断电路。重要的是，注意到按照本发明的第一实施例的过电流减少装置5以及电流限制器6被设计成能够重复地工作。因而，当通过检测器11-13确定断路器4已经闭合时，开关装置10被复位成非导通状态，并且电流限制器6处于备用状态，从而使得下一次断路器4闭合时，保护装置处于完好的可操作状态。按照另一个实施例，装置5需要更换一个或几个部件，以便再次操作。
图4说明电流限制器的另一个实施例6a。该实施例包括电感28和电容29，它们协同构成谐振电路，在谐振时产生非常高的阻抗。电感和电容彼此并联耦合。开关30和电容器29通过位于线路2上的电感28并联。因而，开关30和电容器29相互串联。开关30具有一个或几个触点，通过合适的操作件31可以由控制单元14控制闭合或打开。
图4说明的电流限制器6a的操作方式如下在正常操作状态期间，开关30是打开的。电流限制器6a的阻抗由电抗器的电感和电阻给出。在足够大的故障电流的情况下，控制单元14将控制开关装置10使其闭合以便分流过电流，此外，控制单元14还控制开关30闭合，使得电容29被接入，并且形成被调整到电源频率的并联谐振电路。电流限制器6a的阻抗在谐振时将非常高。对照图2b可清楚地看出，电流被大大减少而成为电流值I3。
图5是电流限制器6b的另一个实施例，该实施例基于串联谐振电路，其中包括电感32和与之串联的电容33，以及和电容33并联连接的开关34。用于操作开关34的触点的操作部件35在控制单元14的控制之下。在正常操作期间，电容33上的开关34是打开的。线圈32和电容33串联谐振(例如在50Hz)，因而具有很小的阻抗。瞬态故障电流被线圈32阻断。在故障的情况下，加于电容和电感上的电压增加。通过使开关34在电容器上闭合，使电容器短路。这导致总阻抗的极大增加，因而电流被限制。
如图5所示，电感32可以制成可变的，例如通过短路绕组的一部分或者短路位于同一铁芯上的绕组的一部分。用这种方式，便可以连续地调整电流限制器6b使得在正常负载期间电流限制器上的电压降最小。在图5中没有示出的另一种改型是使用自触发的火花隙代替电容33上的开关34。用这种方式，实现自触发功能，即本实施例成为无源的，即不需要来自任何控制单元的特定控制。
在图6所示的一种改型中，电流限制器6c包括设置在线路2上的开关36以及和开关36并联的电容37和电阻38，电容和电阻相互并联连接。开关36实际上具有真空断路器的性质，其配备有横向线圈39，用于增加电弧电压并使电流换向而进入限流电阻38。设置控制单元14用于通过操作部件40控制开关36。
图7所示是由机械开关41构成的电流限制器6d，其具有由大量串联弧室构成的换向元件42。弧室由电阻材料制成。当开关41打开时，电弧使电阻弧室短路。当电弧进入弧室时，电弧被分成许多子弧。用这种方式，电弧增加触点之间的电阻路径的长度，从而实现增加电阻。
如前所述，设置控制单元14用于通过操作部件43控制开关41的操作。
图8示出了电流限制器的另一个实施例6e。在本实施例中，电流限制器包括快速半导体开关44和并联的电流限制阻抗45以及电压限制元件46，例如压敏电阻。半导体开关44可以由控制极关断可控硅(GTO可控硅)构成。电阻用作电流限制阻抗。压敏电阻46限制当电流被限制时的过电压。在正常负载条件下，电流通过半导体44流动。当检测到故障时，半导体开关44通过控制单元14最好通过操作部件47的控制被打开，因而使电流换向到电阻45。
最后，图9说明电流限制器6f，其包括连接在线路2上的线圈48。线圈48被包括在具有铁芯49的电抗器中。在电抗器的铁芯49和线圈48之间配备有超导管状栅50。在正常操作状态下，超导栅50从线圈中筛除铁芯，因而电感相当低。当电流超过某一值时，超导作用停止，因而电感急剧增加。因而，获得很强的电流限制作用。
在图9所示的实施例中，由于Meissner效应而发生铁芯从线圈中筛除。本实施例的优点在于，关于电流限制器6f，其在正常操作时具有小的电感。其缺点是，为了实现超导例如要用液态氮冷却到极低的温度。
在刚刚说明的图4-9的实施例中，唯一更确切地说明的是电流限制器和按照图3的设计的区别。其它方面可以参看图3的说明。
图10说明过电流减少装置5的另一个实施例。代替依靠图3的半导体开关装置，按照图10的实施例旨在通过控制部件9a使在电极23之间的间隙24中的介质成为导电的。设置该控制部件用于控制部件25的操作，使得引起或至少激发间隙24中的介质或其中的一部分成为导电状态。在本例中设置所述部件25用于通过使或至少帮助介质进行电离/成为等离子体而使间隙24中的介质成为导电的。最好部件25包括至少一个激光器，其通过向间隙24中的介质提供能量而使介质电离。由图10可见，可以使用反射镜26使激光束偏转。在这种结构中应当指出，按照图10的实施例可以是这样的，即装置25不独自在整个电极间隙中产生电离/等离子体。因而，设想可以是这样的，即加于间隙上的电场应当对电离/等离子体形成具有贡献，只有在间隙中的一部分介质被装置25电离，使得此后在间隙中的电场在整个间隙中形成等离子体。在这种连接中应当指出，在电极间隙中可能不仅具有包括各种气体或气体混合物的介质，而且还包括真空。在真空的情况下，至少在一个电极通过激光激发，因而，该电极将作为电子和离子发送器用于在电极间隙中建立电离环境/等离子体。
图11说明一种常规的实施例，其中发电机1b通过变压器1a和电网3a相连。相应地，要被保护的物体由变压器1a和发电机1b表示。由图可见，过电流减少装置5a和电流限制器6g以及普通断路器4a的设置情况和图1类似，其中所示的物体1被设想是按照图11的物体1a。因而，在这方面可以参看图1的说明。关于发电机1b的过电流减少装置5c和电流限制器6i的功能也和图1的相应。在这种情况下，发电机1b可以等效于图1中的物体1，而变压器1a可以等效于图1中的设备3。因而过电流减少装置5c和电流限制器6i和常规的断路器4b相结合则能够保护发电机1b不遭受离开变压器1a方向的巨大电流。
作为图11中的一个附加方面，其中具有和电流限制器6h相关的附加过电流减少装置5b。由图可见，在变压器1a的每一侧具有过电流减少装置5a和5b。应当指出，电流限制器6g和6i分别被设置在所述过电流减少装置5a、5b和变压器1a之间的连线中。另一个过电流减少装置5b旨在用于保护变压器1a免遭从发电机1b流向变压器的电流。由图可见，断路器4b能够不依赖于物体1a和1b之间的方向而进行遮断，这种保护功能是需要的。
借助于图12和图13，现在说明一个实施例，和图11相比其“非常规”之处在于，具有一个磁路或高电压的旋转电机打算直接和高压电网3，3a相连，而没有中间的升压变压器。
能够制造非常规磁路的一个重要条件是利用一种导体电缆制造绕组，所述导体电缆具有在导体和壳体上的固态电绝缘和半导体层。这种电缆可以用作标准电缆用于其它的电力工程领域。如前所述，这种标准电缆的进一步研制的实施例被用作定子绕组。为了能够说明一个实施例，首先对标准电缆在作一个简短的说明。内部载流导体包括许多非绝缘的股。在这些股的周围，具有半导体内壳体。在所述半导体内壳体的周围，具有固态绝缘的绝缘层。这种固态绝缘的一个例子是交联的聚乙烯(XLPE)，另一种是乙烯-丙烯(EP)-橡胶。这个绝缘层被另一个半导体层包围，所述半导体层又被金属屏蔽和外壳包围。这种电缆下面称为电力电缆。
图12是进一步研制的电缆的优选实施例。图中说明的电缆51包括载流导体52，其包括换位的绝缘的和非绝缘的导线股。在电气上和机械上被换位的固态绝缘的线股也是可以的。在导体周围，具有内部半导体层或壳体53，其又被固态绝缘材料制成的层54包围着。在优选实施例中用作绕组的电缆没有金属屏蔽和外部护套。为了避免在外部半导体层中感应电流和由其引起的损耗，其最好在端部被切开，即，在从钢板的堆叠部分到端部绕组的过渡部分被切开。然后把每个切开的部分接地，借以使在整个电缆长度上外部半导体层55被保持在或接近于地电位。这意味着，围绕在线圈端部的固态绝缘的绕组，可能接触的表面以及在使用一段时间之后弄脏的表面只具有可以忽略的对地电位，因而也只产生可以忽略的电场。
为了使旋转电机最佳化，关于槽和齿的各自的磁路设计是最重要的。如上所述，槽应当尽可能紧密地连接线圈侧的壳体。还需要在每个径向平面的齿尽可能地宽。为了减少电机的损耗以及满足磁化要求等等，这是重要的。
从几个方面看来，有许多可能性能够利用绕组的导体例如上述的电缆使层叠的磁心最佳化。在下面，参照旋转电机的定子中的磁路进行说明。图13表示按照本发明的电机的一个实施例的扇区/极距56的轴向端部视图。具有转子磁极的转子用标号57表示。以常规方式，定子包括由电钢板制成的层叠芯，其中包括许多扇形的钢板。从位于径向最外端的铁芯的后部58，许多齿59沿径向向着转子内部延伸。在齿之间是相应的槽60。此外，按照上述，使用电缆51使得可以把高压电机的槽的深度作得比现有技术中的深度大。所述的槽具有向着转子而减小的截面，因为对于每层绕组，其电缆的绝缘要求朝向转子而降低。从图可以清楚地看出，槽具有基本上是圆形的截面62，其包围着每层绕组，在每层之间具有较窄的腰部63。这种槽截面可以被称为“圆链环”，这是有些道理的。因为在这种高压电机中需要相当多的层，以及由于就绝缘和外部半导体而言所涉及的实际电缆尺寸的可利用性是受限制的，在实际上，要实现分别连续减少电缆绝缘和定子槽是困难的。在图13所示的实施例中，使用了具有三种不同尺寸的电缆绝缘，被排列在三个相应尺寸的截面64，65和66中，即，实际上获得的是修正的圆链槽。该图还表示实际上可以把定子齿制成沿整个槽的深度具有恒定的径向宽度。
在另一个实施例中，用作绕组的电缆可以是上述的常规的电力电缆。此时外部半导体层的接地可以通过在合适位置剥离电缆的金属屏蔽和护套来实现。
就涉及的所谓的圆链槽的绝缘以及外部半导体层等而言，根据可利用的电缆尺寸，本发明的范围包括许多其它实施例。
如上所述，磁路可以位于旋转电机的定子与/或转子中。不过，磁路的设计在很大程度上相应于上述的磁路是位于定子与/或转子中。
关于绕组，最好使用多层的同心电缆绕组。这种绕组意味着通过把所有线圈沿径向逐个向外地放置在同一组内，在线圈端部的交叉数量可被减到最小。这也使得能够利用较简单的方法在不同的槽中制造和绕制定子绕组。
应当注意，上面的实施例只是说明构成本发明的本发明的构思的一些例子。因而，显然，本领域的技术人员不脱离本发明的构思可以作出各种改变和改型。例如，可以利用机械开关作为开关装置10。
权利要求
1一种在电厂中用于保护和电网(3)或电厂中包括的另一种设备相连的物体(1)免遭和故障相关的过电流的装置，该装置包括在物体和电网/设备之间的线路(2)中的开关装置(4)，其特征在于，在物体和开关装置之间的线路(2)连接一个过电流减少装置(5)，后者可以借助于过电流状态检测装置(11-13)，在大大小于开关装置的遮断时间的时间间隔内动作而使过电流减少，以及在过电流减少装置(5)和线路(2)的连接点与物体(1)之间设置一个电流限制器(6)。
2如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关装置(4)由断路器构成。
3如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，过电流减少装置(5)包括过电流分流器(7)，用于向地(8)或向其它具有比电网/设备的电位低的电位的装置分流过电流。
4如权利要求3所述的装置，其特征在于，过电流分流器(7)包括连接在地或所述较低电位的装置和在物体(1)与电网/设备(3)之间的线路之间的开关装置(10)。
5如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述开关(10)包括至少一个半导体元件。
6如权利要求4所述的装置，其特征在于，开关(10a)包括电极间隙(24)和用于引起或者至少用于激发电极间隙或至少电极间隙的一部分成为导电状态的装置(25)。
7如权利要求6所述的装置，其特征在于，用于引起或者至少用于激发电极间隙成为导电状态的所述装置(25)被设置用于使间隙或者间隙的一部分成为等离子体形式的。
8如权利要求7所述的装置，其特征在于，用于引起或者至少用于激发电极间隙或间隙的一部分成为导电状态的所述装置(25)包括至少一个激光器。
9如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，电流限制器(6)包括至少一个电感与/或电阻，或另一个阻抗。
10如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，电流限制器(6a，6b)包括电感(28；32)和电容(29；33)，它们以协同的方式形成谐振电路，用于在谐振时提供高阻抗。
11如权利要求10所述的装置，其特征在于，电感(28)和电容(29)相互并联连接。
12如权利要求11所述的装置，其特征在于，开关(30)和电容(29)通过在线路上提供的电感(28)而并联连接。
13如权利要求11所述的装置，其特征在于，电感(32)和电容器(33)相互串联连接。
14如权利要求13所述的装置，其特征在于，一个用于使电容器短路的装置(34)和电容(33)并联。
15如权利要求14所述的装置，其特征在于，用于使电容器短路的装置由一个开关(34)构成。
16如权利要求14所述的装置，其特征在于，用于使电容器短路的装置由火花间隙构成。
17如权利要求9所述的装置，其特征在于，电流限制器(6c)包括设置在线路(2)中的开关(36)和与开关并联连接并且相互并联连接的电容(37)和电阻(38)。
18如权利要求9所述的装置，其特征在于，电流限制器(6d)包括设置在线路中的开关(41)和包括至少一个阻性弧室的换向装置(42)。
19如权利要求9所述的装置，其特征在于，电流限制器(6e)包括设置在线路中的开关(44)和在开关上并联连接的限流阻抗(45)，一个限流元件(46)和所述阻抗并联连接。
20如权利要求9所述的装置，其特征在于，电流限制器(6f)包括和线路相连的线圈(48)，所述线圈被包括在具有铁芯(49)的电抗器中，在电抗器的铁芯和线圈之间配备有超导的管状栅(50)，在正常操作状态下，超导栅从线圈中屏蔽铁芯，因而电感相当低，而当电流超过某个值时，则超导终止，因而电感急剧增加。
21如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，电流限制器被设置用于当检测到过电流状态时被启动而进行电流限制。
22如权利要求21所述的装置，其特征在于，设置控制单元(14)，用于根据来自检测过电流状态的装置的信息启动电流限制器。
23如权利要求22所述的装置，其特征在于，控制单元(14)被设置，用于通过操作权利要求12，15，18或19限定的开关来启动电流限制器。
24如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，电流限制器适用于在借助于过电流减少装置(5)减少流向物体(1)或流出物体(1)的过电流之后但是比开关装置大大提前被启动进行电流限制。
25如权利要求22-24所述的装置，其特征在于，控制单元(14)适用于在流入或流出物体(1)的过电流由检测装置表明在一个预定值以下时提供电流限制器的启动。
26如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，两个过电流减少装置被设置在物体的每一侧，用于从两侧保护物体。
27如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中包括控制单元(14)，其和过电流减少装置(5)以及检测过电流状态的装置(11-13)相连，所述控制单元被设置用于借助于来自检测过电流状态的装置的信息，当由保护理由证实时控制过电流减少装置闭合。
28如权利要求22，23，25或27所述的装置，其特征在于，一个并且是同一个控制单元(14)适用于根据来自检测过电流状态的装置(11-13)的信息控制过电流减少装置(5)和电流限制器(6)。
29如前面任何一个权利要求所述的装置，其特征在于，被保护的物体(1)由具有磁路的旋转电机构成。
30如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述旋转电机由发电机、电动机或同步补偿器构成。
31如权利要求30所述的装置，其特征在于，所述发电机是水力发电机或涡轮发电机。
32如权利要求29-31任何一个所述的装置，其特征在于，所述旋转电机的磁路被设计成用于高电压的。
33如权利要求29-32任何一个所述的装置，其特征在于，所述磁路包括绕组(27)，其包括至少一个载流导体(28)，围绕该载流导体设置有固态绝缘材料制成的电绝缘层(30)，围绕所述绝缘层设置有半导体材料制成的外层(31)，半导体材料制成的内层(29)被设置在绝缘层(30)的内部，并且至少一个导体被设置在内层(29)的内部。
34如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述内层和外层(29，31)中的至少一个具有和绝缘材料基本上相等的热膨胀系数。
35如权利要求33和34任何一个所述的装置，其特征在于，内层(29)和所述至少一个导体(28)呈电接触状态。
36如权利要求33-35任何一个所述的装置，其特征在于，外层(31)基本上形成等位面。
37如权利要求29-36任何一个所述的装置，其特征在于，旋转电机的磁路包括由电缆(27)制成的绕组。
38如权利要求29-37任何一个所述的装置，其特征在于，旋转电机直接和设置成高电压，最好是36kv或更高的电网(3)相连。
39如权利要求29-38任何一个所述的装置，其特征在于，所述磁路包括具有用于绕组的槽(36)的一个或几个芯(32)。
40如权利要求33所述的装置，其特征在于，绕组还包括金属屏蔽和外壳。
41如权利要求29-40任何一个所述的装置，其特征在于，所述磁路被设置在旋转电机的定子与/或转子上。
42如权利要求33-36任何一个所述的装置，其特征在于，外半导体层(31)和地电位相连。
43如权利要求33-42任何一个所述的装置，其特征在于，外半导体层(31)被切成几部分，其中的每一部分和地电位相连。
44如权利要求33或43任何一个所述的装置，其特征在于，由于外半导体层(31)和地电位相连，在半导体层外部在槽(36)内或在线圈端部区域的机器的电场将几乎为0。
45如权利要求33-34任何一个所述的装置，其特征在于，其中电缆包括被换位的多个导体。
46如权利要求33-45任何一个所述的装置，其特征在于，载流导体/导体(28)包括非绝缘的和绝缘的导线，具有多股处于许多层中。
47如权利要求33-46任何一个所述的装置，其特征在于，载流导体/导体(28)包括非绝缘的和绝缘的导线股，其并被换位而处于许多层中。
48如权利要求39所述的装置，其特征在于，所述槽(36)由许多圆柱开口(38)构成，被在圆柱开口之间的较窄的腰部(39)分开。
49如权利要求48所述的装置，其特征在于，所述槽的圆柱开口(38)的横截面被设计成从芯的后部(8)算起连续地减少。
50如权利要求48所述的装置，其特征在于，所述槽的圆柱开口(38)的横截面被设计成从层叠芯的后部(8)算起断续地减少。
51按照前面任何一个权利要求所述的装置的用途，用于保护具有磁路的旋转电机免遭和故障相关的过电流。
52一种用于在电厂中保护和电网(3)或者和被包括在电厂中的另一设备相连的物体(1)免遭和故障相关的过电流的方法，一个开关装置(4)被设置在物体和电网/设备之间的线路中，其特征在于，当过电流状态借助于用于检测过电流的装置(11-13)检测到时，在比开关装置(4)的遮断时间小得多的时间间隔内，启动和物体(1)与开关装置(4)之间的线路相连的过电流减少装置(5)，从而减少过电流。
53如权利要求52所述的方法，其特征在于，借助于过电流减少装置(5)使过电流向地(8)或向电位比电网/设备低的其它装置分流。
54如权利要求52或53所述的方法，其特征在于，在流向或离开物体(1)的过电流被过电流减少装置(5)减少之后，电流限制器(6)被启动，用于切断电路，电流限制器(6)被设置在开关装置和物体之间的线路中，并且在过电流减少装置(5)和物体(1)之间。
55如权利要求52-54任何一个所述的方法，其特征在于，使用过电流减少装置用于保护呈具有磁路的旋转电机构成的物体，尤其是发电机、电动机或同步补偿器。
全文摘要
本发明涉及一种用于在电厂中保护物体(1)免受来自电网(3)或被包括在高压电厂中的另一设备的过电流的装置和方法,所述装置包括在物体与电网/设备之间的线路(2)中的开关装置(4)。在物体和电网/设备之间的线路(2)和减少流向物体(1)的过电流的装置(5)相连,所述装置(5)借助于过电流状态检测装置(11—13)可以在比开关装置(4)的遮断时间短得多的时间间隔内被启动进行减少过电流。
文档编号H02H9/02GK1246213SQ97181829
公开日2000年3月1日 申请日期1997年5月27日 优先权日1996年12月17日
发明者H·贝恩霍夫, M·贝里奎斯特, M·埃克贝里, J·伊斯贝里, M·莱永, 黎明, A·苏内松, D·温德马 申请人:瑞典通用电器勃朗勃威力公司