一種故障電流限制器系統(tǒng)包括故障電流限制器和可變分流電流分流裝置(Variable?Shunt?Current?Splitting?Device)。電流分流裝置包括第一和第二導(dǎo)電線圈，其中第一導(dǎo)電線圈與故障電流限制器并聯(lián)用以傳送電流于第一方向。第二導(dǎo)電線圈與故障電流限制器串聯(lián)用來傳送電流于相對于第一方向的第二方向，如此一來在故障電流限制器穩(wěn)定狀態(tài)下，第一線圈的電抗被第二線圈的電抗抵銷。因此穩(wěn)態(tài)電流的第一部份傳遞通過故障電流限制器，而穩(wěn)態(tài)電流的第二部份傳遞通過電流分流裝置。故障電流限制器的穩(wěn)態(tài)電流負(fù)載因而減少。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】故障電流限制器系統(tǒng)及電流分流裝置相關(guān)申請案的交叉參考本案為2011年4月15日申請的第61/475,976號待決美國臨時專利申請案的非臨時申請案，所述臨時專利申請案的內(nèi)容以全文引用的方式并入本文中。
本專利技術(shù)涉及一種故障電流控制器，尤其涉及一種具有故障電流限制器和可變分流電流分流裝置的故障電流限制器系統(tǒng)，用來減少流經(jīng)故障電流限制器的穩(wěn)態(tài)電流。
技術(shù)介紹
故障電流限制器(faultcurrentlimiter,FCL)是通常在電力系統(tǒng)中的一種限制故障電流的裝置。不同類型的FCL已經(jīng)發(fā)展超過好幾十年，包括超導(dǎo)體故障電流限制器(SuperconductingFaultCurrentLimiters,SCFCLs)、固態(tài)故障電流控制器(SolidStateFaultCurrentLimiters)、電感故障電流控制器(InductiveFaultCurrentLimiters)和其他該領(lǐng)域的技術(shù)人員充分了解的種類。使用FCL的電力系統(tǒng)可包括產(chǎn)生、傳送和分配網(wǎng)絡(luò)，該電力系統(tǒng)產(chǎn)生和傳送電源到各種工業(yè)、商業(yè)和/或住家電力的負(fù)載。故障電流是一種在電力系統(tǒng)中的異常電流，會造成系統(tǒng)的故障，例如是短路。故障電流可能發(fā)生于系統(tǒng)中的任何事件，像是被天氣嚴(yán)重破壞電源線和其他系統(tǒng)的組件(例如:雷擊電源系統(tǒng))。當(dāng)故障發(fā)生時，在電路中會立刻出現(xiàn)巨大的負(fù)載。在這種故障的情況下，網(wǎng)絡(luò)會響應(yīng)地傳送巨大的電流(例如:故障電流)至負(fù)載。這種突然大幅上升電流是不可取的，因為它會傷害網(wǎng)絡(luò)本身或連接網(wǎng)絡(luò)的裝置。圖1A顯示一現(xiàn)有技術(shù)于穩(wěn)定狀態(tài)下具有已知固定分流114的FCL的電力系統(tǒng)100的電路圖。電力系統(tǒng)100包括AC電源102、正常時關(guān)閉的電路遮斷器(CirctuiBreaker)108及不同的負(fù)載110。在穩(wěn)定狀態(tài)下，AC電源102提供電源至負(fù)載110。電路遮端器108關(guān)閉且AC電源的100％電流流經(jīng)導(dǎo)線103、FCL106及導(dǎo)線105至負(fù)載110，如箭頭150所示。圖1B顯示圖1A于故障狀態(tài)下電路遮斷器108打開前的電路圖。舉例來說，故障狀態(tài)發(fā)生于不慎接地的位置112。為了響應(yīng)故障，AC電源102企圖傳送一個龐大的故障電流至故障負(fù)載，而FCL106產(chǎn)生遠(yuǎn)大于固定分流114的電阻。舉例來說，假使FCL是一個具有于超導(dǎo)穩(wěn)定狀態(tài)下呈現(xiàn)幾乎零阻抗的超導(dǎo)體的超導(dǎo)體FCL(SuperconductingFaultCurrentLimiter，SCFCL)，故障電流造成超導(dǎo)體被抑制因而產(chǎn)生阻抗遠(yuǎn)大于固定分流114的阻抗。因為FCL阻抗變大，故障電流如箭頭152所示傳送至固定分流114。固定分流114在電路遮斷器108打開前，藉由減少故障電流的峰對峰值以限制故障電流至可接收的電位。已知電路遮斷器108打開需要已知頻率60Hz的2至5個周期。在故障后的時間間隔中，電路遮斷器108斷開且沒有電流提供至負(fù)載110甚至通過FCL或固定分流114。雖然固定分流FCL系統(tǒng)像是如上述可以非常有效率限制故障電流，但此系統(tǒng)的一個顯著缺點是FCL需承載于正常運作下電路中的全部預(yù)期穩(wěn)態(tài)電流，如上述參考圖1A的說明。在較大的電流應(yīng)用中，一般來說需要一個具有大實體占用空間和高能量消耗的FCL。舉例來說，在SCFCL方面，F(xiàn)CL將包含置于冷卻槽(低溫恒溫器)(CeryogenicTank/Cryostat)的超導(dǎo)體。為了操作于幾乎零阻抗的超導(dǎo)狀態(tài)下，超導(dǎo)體必須操作于低于臨界溫度、臨界電流密度和臨界磁場，如果超過三個其中任一個標(biāo)準(zhǔn)，超導(dǎo)體從超導(dǎo)狀態(tài)抑制為一般狀態(tài)，而呈現(xiàn)遠(yuǎn)大于固定分流114的阻抗。為了維持超導(dǎo)體溫度低于臨界溫度，冷卻系統(tǒng)傳送低溫冷卻液至低溫恒溫器。因此超導(dǎo)體材料的數(shù)量以及冷卻系統(tǒng)的容量必須足夠以維持超導(dǎo)體低于臨界溫度，而能容納所有系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)電流。此需要顯著的設(shè)備與能量耗損。此外為了特殊應(yīng)用，SCFCL的實體面積很難或不可安裝于應(yīng)用部位，類似質(zhì)疑發(fā)生于使用需要采用大量并聯(lián)組件的固態(tài)故障電流限制器系統(tǒng)中，呈現(xiàn)高耗能而需要龐大且昂貴的冷卻系統(tǒng)以掌控較大的系統(tǒng)負(fù)載電流。因此目前需要改善這些或其他部分。
技術(shù)實現(xiàn)思路
鑒于前述，揭示了一種為了促進(jìn)由故障電流限制器所處理降低的穩(wěn)態(tài)電流的電流分流裝置。尤其是揭示了一種FCL系統(tǒng)包括具有可變分流的電流分流裝置。根據(jù)本案揭示一實施例的FCL系統(tǒng)中包括FCL電性耦接至可變分流。此FCL可以是各種類型的FCL，例如超導(dǎo)體FCL、固態(tài)FCL或電感FCL。電流分流裝置包括纏繞于芯上的第一導(dǎo)電線圈和第二導(dǎo)電線圈，例如雙線配置方式或其他型態(tài)，可促進(jìn)于線圈之間的強磁耦合，其中此耦合的出現(xiàn)或消失采用一種可變阻抗(分流)以用于限制電流的應(yīng)用。第一導(dǎo)電線圈與故障電流限制器并聯(lián)地電性連接，以承載電流于第一方向。第二導(dǎo)電線圈與故障電流限制器串聯(lián)地電性連接，以承載電流于相反于第一方向的第二方向。在FCL系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)操作下，電流分流裝置分配電流至兩支流，其中流經(jīng)導(dǎo)電線圈于相反方向，以產(chǎn)生凈值為零或可忽略不計的電場。因此造成于電路中可忽略不計的等值或凈阻抗。第一線圈的電抗因此被第二線圈的反方向電抗抵銷。因此，藉由選擇具有適當(dāng)匝數(shù)的第一和第二線圈，預(yù)先決定的部份穩(wěn)態(tài)電流可以通過可變分流。因此相對于已知FCL系統(tǒng)，在FCL上的穩(wěn)態(tài)電流負(fù)載可以減少。FCL的成本和實體大小也可因此減少。當(dāng)故障狀態(tài)發(fā)生時，F(xiàn)CL驅(qū)動至故障狀態(tài)，其中由FCL所呈現(xiàn)的阻抗增加，而經(jīng)由通過第二線圈與此FCL的電流比例與第一線圈比較，比于穩(wěn)定狀態(tài)操作下的電流比例明顯地降低。因此，第一線圈與第二線圈不再產(chǎn)生相同且相反的電場，而將失去他們的強磁耦合。線圈相對于穩(wěn)定狀態(tài)操作下，呈現(xiàn)更高等值或限制電流網(wǎng)絡(luò)阻抗，因此于系統(tǒng)中限制了故障電流。在超導(dǎo)FCL方面，故障狀態(tài)發(fā)生于FCL被限制時，因此通過FCL的電流比例減少。本案揭示的實施例包含一種故障電流限制器系統(tǒng)，其中包括故障電流限制器與可變分流。可變分流包括纏繞于芯上的第一和第二導(dǎo)電線圈，其中第一導(dǎo)電線圈與故障電流限制器并聯(lián)地電性連接，以承載電流于第一方向。第二導(dǎo)電線圈與故障電流限制器串聯(lián)地電性連接，以承載電流于相反于第一方向的第二方向，如此于故障電流限制器的穩(wěn)定狀態(tài)操作下第一線圈的電抗至少部分被第二線圈的電抗抵銷。因此，穩(wěn)態(tài)電流的第一部份傳送至故障電流限制器，穩(wěn)態(tài)電流的第二部份傳送至可變分流。附圖說明本專利技術(shù)所揭示的特定實施將會參考附加圖示以作說明，其中：圖1A顯示一現(xiàn)有技術(shù)于穩(wěn)定狀態(tài)下具有FCL和固定分流的電力系統(tǒng)的電路圖。圖1B顯示一現(xiàn)有技術(shù)于故障狀態(tài)下和圖1A相同的電路圖。圖2A顯示一符合實施例的FCL系統(tǒng)的電路圖。圖2B顯示一于穩(wěn)定狀況下和圖2A相同的電路圖。圖2C顯示一于故障狀況下和圖2A相同的電路圖。圖2D顯示一符合另一種具有電壓控制分流的實施例的電路圖。圖2E顯示一符合另一種具有電壓控制分流和調(diào)整電抗的實施例的電路圖。圖3顯示一與圖2A和2B顯示的FCL相同的SCFCL實施例的方塊圖。圖4顯示一和現(xiàn)有揭示相同的可變分流配置的電路圖。圖5顯示一和現(xiàn)有具有同心線圈的揭示相同的另一種可變分流配置的電路圖。圖6和圖7顯示一和現(xiàn)有具有十字交叉線圈的揭示相同的另一種可變分流配置的電路圖。具體實施方式圖2A至2C和圖4顯示本案專利技術(shù)實施例的故障電流限制器(F本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種電流分流裝置，包括：第一電路；第二電路，其中在正常操作狀況下，該第一電路與該第二電路磁耦合，在故障狀況下該第一電路與該第二電路解磁耦合以限制一電流量傳遞至一負(fù)載。
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2011.04.15 US 61/475,9761.一種電流分流裝置，包括：第一電路；第二電路，其中在正常操作狀況下，該第一電路與該第二電路磁耦合，在故障狀態(tài)下該第一電路與該第二電路解磁耦合以限制一電流量傳遞至一負(fù)載；分流；及故障電流限制器，并聯(lián)的電性耦接到該分流，其中以并聯(lián)耦接的該分流及該故障電流限制器與該第二電路串聯(lián)，其中，串聯(lián)耦接的該故障電流限制器、該分流及該第二電路與該第一電路并聯(lián)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流分流裝置，其中該第一電路包含第一線圈纏繞于芯上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流分流裝置，其中該第二電路包含第二線圈纏繞于芯上，其中一第一電流通過該第一線圈于一第一方向，第二電流通過該第二線圈于相反于該第一方向的第二方向。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流分流裝置，其中該第一線圈和該第二線圈以雙線線圈配置方式纏繞。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流分流裝置，其中該第一線圈和該第二線圈以反向同心配置方式纏繞。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流分流裝置，其中該第一線圈和該第二線圈于相同匝數(shù)下以十字交叉配置方式纏繞。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流分流裝置，其中該第一線圈和第二線圈于不相同匝數(shù)下以十字交叉配置方式纏繞。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流分流裝置，其中該故障電流限制器包括超導(dǎo)體故障電流限制器。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流分流裝置，其中該故障電流限制器包括固態(tài)故障電流限制器。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流分流裝置，其中該故障電流限制器包括電感故障電流限制器。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流分流裝置，其中還包括調(diào)整線圈與該第一電路串聯(lián)，以促進(jìn)阻抗微調(diào)與該電流分流裝置的電流分流。12.一種載流系統(tǒng)，包括：電流分流裝置，包括第一電路與一第二電路，其中該第一電路與該第二電路在正常操作狀況下磁耦合，在故障狀態(tài)下解磁耦合；分流；及故障電流限制器，并聯(lián)的電性耦接到該分流并且與該第二電路串聯(lián)，其中，串聯(lián)耦接的該故障電流限制器、該分流及該第二電路與該第一電路并聯(lián)，該故障電流限制器與該電流分流裝置結(jié)合，以于該正常操作狀態(tài)提供等效阻抗和于該故障狀態(tài)提供一電流限制阻抗。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的載流系統(tǒng)，其中該第一電路包含第一線圈纏繞于芯上。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的載流系統(tǒng)，其中該第二電路包括一第二線圈纏繞于該芯上，其中第一電流通過該第一線圈于第一方向，第二電流通過該第二線圈于相反于該第一方向的第二方向。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的載流系統(tǒng)，其中該第一線圈和第二線圈以雙線線圈配置方式纏繞。16.根據(jù)權(quán)利要求...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：卡森·D·泰克雷特薩迪克，
申請(專利權(quán))人：瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US
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