[发明专利]故障电流限制器

说明书

技术领域

本公开涉及一种故障电流限制器，尤其涉及一种在电力系统中使用的故障电流限制器。

背景技术

故障电流限制器是使用超导体作为电流限制装置检测由闪电、接地和短路产生的故障电流并在数秒内将电流限制至正常水平的器件，在达到预定电流值以前超导体基本没有电阻，但是在超过预定电流值以后超导体迅速地呈现高电阻以限制传导电流。

由于超导体产生的电阻，故障电流限制器会聚集大量的能量，所以超导体的能量损耗随着施加于超导体的电压增加而增加。

也就是说，在正常操作状态期间超导体在系统中呈现零电阻，然而，当故障电流在系统中流动时，超导体失超以产生限制故障电流的电阻。此时，电阻可能会产生施加于电流限制器的相当大的能量。当施加于运行超导体的系统上的电压较高时，由于在超导体上产生的阻抗，在超导体中流动的能量相应地增加。因此需要大量超导体来分摊能量。

这样，为了使超导体的能量损耗减至最小，需要很多超导体，这导致增加了制造成本，并且总体积伴随大量超导体的使用而增加，从而增加了安装和冷却成本。

也就是说，超导体价格昂贵，并且大量超导体意味着大体积，这可能会增加用于安装和冷却超导体的成本。为了克服上述问题，已经公开了包含现有的断路器件和少量超导体的混合式超导故障电流限制器（SFCL）。但是，这种建议未能解决价格问题。随着电阻型超导故障电流限制器的容量变大，不得不增加线性线圈的尺寸和绕组的数量，从而在成本和操作方面具有劣势。

图1为图示出根据在先技术的混合式超导故障电流限制器的构造的电路图，图2A为图1的混合式超导故障电流限制器的电流曲线图，图2B为图示出图1的混合式超导故障电流限制器的操作开始时间的曲线图，图2C为图示出图1的混合式超导故障电流限制器中的弧电流的曲线图，图2D为混合式超导故障电流限制器的电流曲线图，其中，电弧未被故障电流限制器的主电路阻断。

参照图1和图2，在没有任何故障的正常操作状态期间电流I_tot经过闭合的断路器210和超导体100(I_main)，所以由电阻的出现而产生的损失基本为零。然而，在故障电流I_fuse流入电路的情况下，超导体100开始以很快的速度失超（A），并且由于在超导体100上出现的阻抗，故障电流I_fuse分流到驱动线圈220。

此时，流入驱动线圈220的电流产生磁场，并且在位于驱动线圈220上方的电磁反射极230上感应出具有反磁成分的涡电流。

因此，反射极230快速移动并且断开与反射极230机械连结的断路器210，从而切断流入超导体100（B）的故障电流。

然而，在如此配置的故障电流限制器中，在断路器210断开时，在断路器210中出现弧电流，这导致故障电流继续流入超导体100。为了消除弧电流，故障电流限制器被设计为闭合与电磁反射极230机械地连结的短触点240（C）。

也就是说，整个故障电流通过短触点240被转移至辅助电路，并且因此，消除了断路器210中的弧电流（D），并且故障电流被转移至辅助电路并被电流限制单元300削减（E）。

然而，在上面说明的限制故障电流的期间，在电流限制单元300开始操作之前，由于在由超导体100和快速开关形成的主电路与电流限制单元300形成的起限制电流作用的辅助电路之间在阻抗上存在差异，可能无法充分地除去在与超导体100串联连接的断路器210中出现的电弧（F）。

因此，由于主电路与辅助电路之间在阻抗上存在差异，可以再生在断路器210中的电弧（弧电流）（G），这能减少电弧阻抗，以便故障电流能够穿过变成正常传导状态的超导体100和由于电弧而变得导电的断路器210。此时，大部分电压被施加至处于正常传导状态的超导体100，所以故障能量可以流入超导体100，从而损坏超导体100。

图3为图示出根据在先技术的混合式超导故障电流限制器的电路图，为了解决上述问题，这里增加了功率半导体元件400。功率半导体元件400被增加至主电路以阻断在超导体100失超之后产生的弧电流。

然而，根据图3的故障电流限制器也未能解决这些问题，这是因为使用了超导体并且必须调整超导体的数量以调节操作电流，从而增加了安装和冷却超导体的成本并降低了操作方便性。

发明内容

提出本公开以解决现有技术的前述问题，并且因此本发明的特定实施例的目的是提供一种故障电流限制器，其被配置为轻松除去其中存在的故障电流。