[发明专利]具有线圈和开关的电流限制装置

说明书

本发明涉及一种用于在上级电网中限制短路电流的电流限制装置。电流限制装置具有限制电流的线圈装置和与线圈装置电气串联的负载开关，其中开关被设计为负载开关。此外还涉及一种利用这种电流限制装置用于在电网中限制短路电流的方法，其中，流过线圈装置的短路电流借助线圈装置被限制到预设的限制电流，并且流过负载开关的限制电流会通过负载开关的断开而被中断。

技术领域

本发明涉及一种用于在上级电网中限制短路电流的电流限制装置，其中电流限制装置具有限制电流的线圈装置和与线圈装置电气串联的开关，此外本发明还涉及一种利用这种电流限制装置在电网中限制短路电流的方法。

背景技术

已知的电流限制装置通常具有限制电流的线圈装置，其在短路情况下具有快速并且突然增长的阻抗。这种线圈装置可以特别是超导线圈装置，其中，超导特性在超过临界电流密度时会被破坏。由此，线圈装置的阻抗和温度会非常快速地且自动地增长，所以不需要通过外部控制单元实现开关过程。此外，这种突然的阻抗增长是可逆的，使得在消除短路起因之后，通常可以非常快速的恢复在超导状态的运行。在多数情况下，只需等待很短的时间，超导体就会在短路情况之后重新被冷却到其突变温度以下的运行温度。

限制电流的线圈装置可以例如设计为电阻性线圈装置，其中，线圈的电阻会由于超导特性被破坏而非常快速的增长。或者线圈装置也可以设计为电感性的或电感-电阻性的限制电流的线圈装置，其中，在短路情况下会导致线圈装置电感的强烈的变化。其例如可以被构建为普通导通的或超导的扼流线圈。超导的次级线圈(其不是所保护的电流回路的一部分)额外地可以作为补偿线圈，其屏蔽了扼流线圈的磁场并且因此降低了正常运行情况下扼流线圈的电感。在短路情况下，补偿线圈的超导特性也由于超过临界的感应电流的电流密度而被破坏。由于补偿线圈的屏蔽作用中的突然变化，扼流线圈的电感快速地并且自动地改变，在这种情况下使得短路电流在所保护的电流回路中可以快速且可逆的被限制。或者，对于具有超导线圈的这种电流限制器也可以应用其他改变电感的可能的方法。另一个例子通过被称为接地消弧线圈的已知概念给出。在这种接地消弧线圈中，可移动的含铁的芯，即所谓活动铁芯进入或移出扼流线圈的线圈中心。以这种方式可以改变扼流线圈的电感。

这些已知的电流限制装置的所有变型的共同点是，通过在电流回路中连接的线圈装置从而能够有效的限制短路电流。这种通常是自动的限制是保护电网的第一步。在第二步中，通常通过断开与线圈装置串联的功率开关来断开流过线圈装置的剩余电流，并且通常至少保持到短路的起因被消除。在具有超导线圈的电流限制装置中，这种串联的开关的优点在于，通过断开该开关，电流流过变为普通导电的超导体的时间可以被限制在很短的持续时间内，并且由此可以有效避免例如由于热过载引起的对于超导材料的损害。通过这种两个阶段的限制和开断系统，全部的电流限制装置可以在排除故障之后相对快速地再次用于传导完全电流。同时，与没有用于防止热过载的额外的开关相比，限制电流的线圈装置的线圈可以更节省材料地设计。

根据现有技术，额外的开关迄今为止被设计为功率开关，因此，在紧急情况下在开关和线圈装置之间的线缆段上导致短路的短路电流通过开关的动作被断开。这种在开关和限制电流的线圈装置之间的范围中的短路在不利的电网构造中不会预先通过线圈装置被限制，而是必须只能或者至少主要通过开关的动作来防止。因此，串联的开关被设计为功率开关，其可以可靠地断开电网额定电压下的完全的短路电流。

这种电流限制装置的缺点是，设计为功率开关的串联开关，除了较高的成本和增加的空间需求等外，还需要忍受相对长的开断时间。然而，对于更长的开关的开断时间，在短路情况下在第一步中被限制的电流的剩余电流通过线圈装置的时间会更长。因此线圈装置必须相应地被设计得更稳定，从而至少能够承受该被限制的电流，直到剩余电流由功率开关可靠地断开。尤其是对于具有超导线圈的限制电流的线圈装置，与更快的开关的情况相比，这导致超导材料的高负载以及对超导导体材料更高的需求量。

发明内容

因此，本发明的任务是，提供一种克服上述缺点的电流限制装置。特别是应该提供可以将流过线圈装置的已经被限制的剩余电流尽快地断开的电流限制装置。