DE1563335A1 - Strombegrenzungseinrichtung,vorzugsweise zur Kurzschlussstrombegrenzung in Energieuebertragungsanlagen - Google Patents
Strombegrenzungseinrichtung,vorzugsweise zur Kurzschlussstrombegrenzung in EnergieuebertragungsanlagenInfo
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Description
Strombegrenzungseinrichtung, vorzugsweise zur Kurzschluß strombegrenzung
in Energieübertragungsanlagen
Strombegrenzungseinrichtungen haben die Aufgabe, den in einem
Stromkreis fließenden Strom auf einen zulässigen Wert zu begrenzen. Sie spielen eine besondere Rolle in Energieübertragungsanlagen zum Senken der Abschaltleistung und zur Begrenzung von
Kurzschlußströmen. Die Kurzschlußströme können so groß sein, daß die hierbei entstehenden mechanischen Kräfte zu Zerstörungen von
Teilen der Anlage führen. Um dies zu verhindern, werden bei Wechselstromübertragungsanlagen Drosselspulen in den Laststromkreis
eingesetzt. Diese verursachen auch im ETormalbetrieb einen
Spannungsabfall und infolge des ohmachen Widerstandes, beträchtliche
Verluste. Damit sich die Strombegrenzungseinrichtung nur beim Überschreiten der zulässigen Stromstärke auswirkt, hat man
auch schon im Leitungsaug einen Reihenschwinkreis vorgesehen, der auf die Netzfrequenz abgestimmt ist und aus einer sättigbaren
Drossel und einem Kondensator besteht. Beim Überschreiten des zulässigen Stromwertes gelangt die Drossel in den Sättigungsbereich
und ändert dadurch ihre Induktivität. Der als Bandpass wirkende Reihenschwingkreis wird verstimmt. Hierbei wird der Wechselstromwiderstand
erhöht. Nachteilig an dieser Strombegrenzungseinrichtung ist die Trägheit, die dadurch bedingt ist, daß das Eisen
zuerst gesättigt werden muß. Die Begrenzungswirkung tritt oft erst ein, nachdem durch den Überstrom bereits ein Schaden verursacht
worden ist.
Ziel der Erfindung ist eine Strombegrenzungseinrichtung, vorzugsweise
zur Kurzschlußstrombegrenzung in Energieübertragungsanlagen, die schnell anspricht und den Laststromkreis im Hennbetrieb
praktisch nicht beeinflußt.
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PLA - 2 ι
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Strombegrenzungseinrichtung
zwei parallel geschaltete Wicklungen mit annähernd gleicher Durchflutung entgegengesetzter Richtung enthält,
wobei wenigstens die erste der Wicklungen ganz oder teilweise aus einem Supraleitermaterial besteht und so ausgelegt
und/oder angeordnet ist, daß ihre kritische Feldstärke bzw. Stromstärke bei Überschreiten des Grenzwertes des Stromes überschritten
und die Wicklung normalleitend wird.
Im Nennbetrieb ist nur das Streufeld wirksam, es befindet sich also nur ein verhältnismäßig kleiner induktiver Widerstand im
Stromkreis. Der ohmsche Widerstand ist dann besonders klein, wenn auch die zweite Wicklung als Tieftemperatuj/a^isg^ildet ist. Beim
Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes des Stromes wird die erste Wicklung normalleitend; es entfällt das Gegenfeld, die
zweite Wicklung kann voll zur Wirkung kommen.
Die Erfindung wird durch zwei Ausführungsbeispiele anhand zweier Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Strombegrenzungseinrichtung mit zwei Zylinderwicklungen,
Figur 2 eine Strombegrenzungseinrichtung mit scheibenförmigen Wicklungen.
Die in Figur 1 dargestellte Strombegrenzungseinrichtung besteht
aus zwei parallel geschalteten Wicklungen 1 und 2 mit entgegengesetzt gerichtetem Wickelsinn und etwa gleichgroßer Durchflutung.
Die Wicklung 1 besteht aus einem Supraleitermaterial, die Wicklung 2 aus Aluminium oder Kupfer hohen Reinheitsgrades
und dementsprechend hohen Restleitwertes. Die beiden Wicklungen sind innerhalb eines wärmeisolierenden Gehäuses 3 angeordnet.
Dieses ist mit flüssigem Helium angefüllt, das durch Anschlüsse 4 zu- und abgeführt wird. Die Wicklungsenden sind an Anschlußklemmen 5 und 6 geführt. Mit diesen wird die Strombegrenzungseinrichtung
in den zu schützenden Stromkreis geschaltet. Die beiden Wicklungen sollen möglichst eng gekoppelt sein, so daß
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das Streufeld klein bleibt. Nur dieses verursacht eine in dem Stromkreis wirkende Reatreaktanz, da sich die gemeinsam ver- * »
ketteten Flüsse der beiden Wicklungen gegenseitig aufheben. Die supraleitende Wicklung ist durch geeignete Materialauswahl oder
geeignete Drahtabmessung so ausgelegt, daß sie bei dem zwei- bis
dreifachen Wert des Nennstromes normalleitend wird. Tritt dieser Zustand ein, so wird die Durchflutung der supraleitenden Wicklung
verschwindend klein, der Strom wird von der anderen Wicklung mit übernommen, deren Induktivität sich voll entfalten kann, da kein
Gegenfeld mehr vorhanden ist. Die Verhältnisse für Nennbetrieb und den Kurzschlußfall sind durch die Kurven 7 und 8 angedeutet.
Die Kurve 7 veranschaulicht die Größe des Streufeldes bei Nennbetrieb,
die Kurve 8 die Größe des Feldes im KurzSchlußfall bei
normalleitend gewordener innerer Wicklung 1. Es soll bei diesem
Ausführungsbeispiel noch hervorgehoben werden, daß durch die Anordnung der supraleitenden Wicklung 1 innerhalb der leitfähig
bleibenden Wicklung 2 die Transition begünstigt wird, da.die Wicklung 1 dem Magnetfeld der Wicklung 2 ausgesetzt ist.
Bereits bei dem ersten Beispiel wurde hervorgehoben, daß die beiden Wicklungen möglichst eng gekoppelt sein sollen, damit
die im Nennbetrieb wirksame Streureaktanz möglichst klein bleibt. Im Hinblick auf ein möglichst kleines Streufeld ist es vorteilhaft,
wenn beide Wicklungen aus scheibenförmig ausgeführten Teilwicklungen bestehen, die aufeinander angeordnet sind. Figur 2
zeigt eine derartig aufgebaute Strombegrenzungseinrichtung. Teilwicklungen
der Wicklung 1 und Teilwicklungen der Wicklung 2 folgen hier abwechselnd aufeinander. Bei diesem Ausführungsbei- .
spiel sind die beiden Wicklungen durch eine thermische Isolation 9 getrennt und das zur Kühlung der ersten Wicklung verwendete
Kühlmedium ist nach dem Austritt aus dem Kühlraum 10 der ersten Wicklung in den Kühlraum 11 der zweiten Wicklung geleitet. Das
Temperaturniveau der zweiten Wicklung kann dabei höher sein als
das Temperaturniveau der ersten Wicklung. Beispielsweise kann
sieh*die zweite Wicklung auf einer Temperatur von 2O0K und die
erste Wicklung auf einer Temperatur von 4,2 bis 80K befinden*
Bei den beiden Ausführungsbeispielen war die zweite Wicklung als*
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Aluminium- oder Kupferleiter mit hohem Reinheitsgrad ausgebildet.
Die zweite Wicklung kann auch aus Supraleitermaterial bestehen.
Dann ist aber dafür zu sorgen, daß sie im Kurzschlußfall, wenn die erste Wicklung in Transition geht, nicht auch normalleitend
wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß für die zweite Wicklung ein Supraleitermaterial verwendet wird, dessen kritische
Feldstärke bzw. Stromdichte höher liegt, so daß die Wicklung beim Überschreiten des Grenzwertes des Stromes supraleitend
bleibt. Es können auch die Leiterabmessungen dieser zweiten aus Supraleitermaterial bestehenden Wicklung so gewählt sein, .daß
die Wicklung beim Überschreiten des Grenzwertes des Stromes supraleitend bleibt.
Die Wicklungen der Strombegrenzungseinrichtung können vorzugsweise
in einem Kryogefäß aus elektrisch nicht leitendem Material, insbesondere Glasfaser-Kunststoff-Verbundmaterial, untergebracht
sein.
9 Patentansprüche
2 Figuren
2 Figuren
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Claims (1)
- PLA 66/124J9553335Patentansprüche( 1.J Strombegrenzungseinrichtung, vorzugsweise zur Kurzschlußs trombe grenzung in Energieübertragungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei parallel geschaltete Wicklungen (1, 2) mit annähernd gleicher Durchflut uig entgegengesetzter Richtung enthält, wobei wenigstens die erste (1) der Wicklungen ganz oder teilweise aus einem Supraleitermaterial besteht und so ausgelegt und/oder- angeordnet ist, daß ihre kritische Feldstärke bzw. Stromstärke beim Überschreiten des Grenzwertes des Stromes überschritten und die Wicklung normalleitend wird.2. Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite. Wicklung (2) aus Aluminium oder Kupfer hohen Reinheitsgrades und dementsprechend hohen Restleitwertes besteht.3. Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die zweite (2) der Wicklungen aus Supraleitermaterial besteht, wobei für diese ein Material verwendet ist, dessen kritische Feldstärke bzw.' Stromdichte höher liegt, so daß sie beim Überschreiten des Grenzwertes des Stromes supraleitend bleibt.4. Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die zweite (2) der Wicklungen aus Supraleitermaterial besteht, wobei die Leiterabmessung dieser Wicklung so gewählt ist, daß sie bei Überschreiten des Grenzwertes des Stromes supraleitend bleibt=5. Strombegrenzungseinrichtung nach einem der Anspruch® 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wicklung (1) so angeordnet ist, daß ihre Leiter so weit wie möglich im IPeId der zweiten Wicklung (2) liegen.ό. Strombegrenzungseinrichtung nach eines der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet9 dai beide Wicklungen aus scheibenförmig ausgeführten Teilwicklungen bestehen und Teilwicklungen der009808/0771PLA 66/1249ersten und der zweiten Wicklung abwechselnd aufeinanderfolgen (Figur 2).7. Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungen durch eine thermische Isolation (9) getrennt sind und das Temperaturniveau der zweiten Wicklung (2) höher ist als das Temperaturniveau der ersten Wicklung (1).8. Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung beider Wicklungen dasselbe Kühlmedium verwendet ist, das nach Austritt aus dem Kühlraum (10) der ersten Wicklung den Kühlraum (11) der zweiten Wicklung durchströmt.9. Strombegrenzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen in einem Kryogefäß aus elektrisch nichtleitendem Material untergebracht sind.009808/077 1
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