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EP1644951B1 - Procede et dispositif permettant de limiter le courant au moyen d'un limiteur de courant a metal liquide - Google Patents

Procede et dispositif permettant de limiter le courant au moyen d'un limiteur de courant a metal liquide Download PDF

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EP1644951B1
EP1644951B1 EP04738057A EP04738057A EP1644951B1 EP 1644951 B1 EP1644951 B1 EP 1644951B1 EP 04738057 A EP04738057 A EP 04738057A EP 04738057 A EP04738057 A EP 04738057A EP 1644951 B1 EP1644951 B1 EP 1644951B1
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EP
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liquid metal
path
limiting
electrical resistance
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Kaveh Niayesh
Friedrich Koenig
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ABB Research Ltd Sweden
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ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
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Publication date
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    • H01H77/10—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H29/22—Switches having at least one liquid contact operated by tilting contact-liquid container wherein contact is made and broken between liquid and solid
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    • H01H53/00—Relays using the dynamo-electric effect, i.e. relays in which contacts are opened or closed due to relative movement of current-carrying conductor and magnetic field caused by force of interaction between them
    • H01H53/08—Relays using the dynamo-electric effect, i.e. relays in which contacts are opened or closed due to relative movement of current-carrying conductor and magnetic field caused by force of interaction between them wherein a mercury contact constitutes the current-carrying conductor

Definitions

  • the electrical resistance as a function of the second position and the path-time characteristic of the liquid metal along the direction of movement is chosen so that in each second position of the liquid metal, the product of electrical resistance and current smaller than one Arc ignition voltage between the liquid metal and the fixed electrodes and intermediate electrodes and a sufficient slope of the current limit for controlling network-related short-circuit currents is achieved.
  • Claim 6 shows an advantageous, because automatic and at the same time self-recovering current limit.
  • the positioning means 3a; 20, B, 12 for moving and spatially positioning the liquid metal 3 along a movement direction x in at least one second position x 12 , x 2 include the channels 3a and a transport or drive means 20, B, 12 for the liquid metal 3, in particular also one Drive control 11 (as shown in Fig. 6).
  • a transport or drive means 20, B, 12 for the liquid metal 3, in particular also one Drive control 11 (as shown in Fig. 6).
  • an electromagnetic drive 20, B or a mechanical drive with a dielectric fluid 12 is provided, through which the liquid metal 3 between the nominal current path 30 and the current limiting path 31 is movable.
  • the electrical resistance R x as a function R x (x 12 ) of the second position x 12 and a path-time characteristic x 12 (t) of the liquid metal 3 along the direction of movement x should be selected so that in every second position x 12 , x 2 of the liquid metal 3 is the product of electrical resistance R x and current I 2 is smaller than an arc ignition voltage U b between the liquid metal 3 and the fixed electrodes 2a, 2b and intermediate electrodes 2c and / or that a sufficient slope of the current limit for controlling network-related short-circuit currents i ( t) is achieved.
  • F r restoring force, in particular equal to gravitational force
  • an electromagnetic force F F mag , which is exerted on the liquid metal 3 by self-interaction of the flowing current i (t), was assumed by way of example.
  • the isolation path 32 for power cutoff is arranged above the second current path 31 and / or below the first current path 30.
  • the isolation path 32 for power cutoff is arranged above the second current path 31 and / or below the first current path 30.

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Claims (13)

  1. Procédé de limitation de courant (1), en particulier dans des réseaux électriques avec un dispositif de limitation de courant (1), qui comprend des électrodes fixes (2a, 2b) et un récipient (4) avec au moins un canal (3a) pour un métal liquide (3), un courant de service (I1) étant guidé, dans un premier état de service, entre les électrodes fixes (2a, 2b), sur une première voie de courant (30) à travers le dispositif de limitation de courant (1) et la première voie de courant (30) étant alors guidée au moins partiellement à travers le métal liquide (3) se trouvant dans une première position (x1), le métal liquide (3) étant déplacé, dans une second état de service, le long d'une direction de déplacement (x) dans au moins une seconde position (x12, x2), étant guidé lors du passage de la première position (x1) à la seconde position (x12, x2) le long d'un élément de résistance (5) et se trouvant dans au moins une seconde position (x12, x2) placé en série avec l'élément de résistance (5) et ainsi une seconde voie de courant limitatrice de courant (31) étant formée par le dispositif de limitation de courant (1), voie qui présente une résistance électrique prédéterminable (Rx),
    caractérisé en ce que
    a) l'élément de résistance (5) est ohmique et la résistance électrique (Rx) augmente de manière non linéaire et continue avec la seconde position (x12, x2) pour obtenir une caractéristique de coupure douce,
    b) la résistance électrique (Rx) en tant que fonction (Rx(x12)) de la seconde position (x12) augmentant, dans la représentation logarithmique, tout d'abord de manière surproportionnée avec la seconde position (x12), puis augmentant de manière linéaire avec la seconde position (x12) dans une phase dans laquelle l'énergie stockée dans une inductance de réseau doit être absorbée et ensuite, dans une zone où le courant de court-circuit (i(t)) est déjà limité et où des résistances électriques plus importantes (Rx) sont tolérables, repassant à une fonction (Rx(x12)) croissante de manière surproportionnelle de la seconde position (x12).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance électrique (Rx) en tant que fonction (Rx(x12)) de la seconde position (x12) et la caractéristique trajet-temps (x12(t)) du métal liquide (3) le long de la direction de déplacement (x) sont sélectionnées de sorte que
    a) dans chaque seconde position (x12, x2) du métal liquide (3), le produit issu de la résistance électrique (Rx) et du courant (I2) est plus petit qu'une tension d'amorçage d'arc électrique (Ub) entre le métal liquide (3) et les électrodes fixes (2a, 2b) et des électrodes intermédiaires (2c) et/ou
    b) une transconductance suffisante de la limitation de courant pour maîtriser des courants de court-circuit causés par le réseau (i(t)) est atteinte.
  3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
    a) la direction de déplacement (x) du métal liquide (3) est prédéterminée par une extension en hauteur d'au moins un canal (3a) et/ou
    b) la voie de courant limitatrice de courant (31) s'étend sensiblement perpendiculairement à une extension en hauteur dudit au moins un canal (3a) et à une hauteur variable, prédéterminable par la seconde position (x12, x2) du métal liquide (3).
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
    a) une pluralité de canaux (3a) sont disposés sensiblement parallèlement les uns aux autres et sont séparés les uns des autres par des brides formant cloison (5a),
    b) les brides (5a) formant des résistances individuelles (5a) de l'élément de résistance (5), et la seconde voie de courant limitatrice de courant (31) étant formée par un montage en série alternant des canaux (3a) et des résistances individuelles (5a) et
    c) en ce qu'en particulier les brides (5a) présentent pour le passage du courant de service (I1) des électrodes intermédiaires (2c) à une certaine hauteur des électrodes fixes (2a, 2b).
  5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
    a) la résistance électrique (Rx) augmente jusqu'à une seconde position extrémale (x2) à une valeur maximale (Rx(x2)) et/ou
    b) pour un niveau de tension donné, une valeur maximale (Rx(x2)) de la résistance électrique (Rx) est calculée d'après un courant à limiter (I2) à une valeur finale ou pour la coupure du courant de service (I1) à une valeur diélectrique d'isolation.
  6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
    a) le second état de service est déclenché par un courant de surintensité (I2) et/ou
    b) la limitation de courant est activée automatiquement, en particulier par une force électromagnétique (Fmag), qui agit sur le métal liquide (3) traversé par le courant, le métal liquide (3) étant disposé dans un champ magnétique externe (B) ou dans un champ magnétique interne (B) généré par une arrivée de courant (2a, 2b ; 20).
  7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans un troisième état de service
    a) le métal liquide (3) est déplacé le long d'une direction de déplacement opposée (-x) dans au moins une troisième position (x13, x3) et
    b) le métal liquide (3) est monté dans au moins une troisième position (x13, x3) en série avec un isolateur (8) et ainsi un trajet d'isolation (32) pour la coupure de courant est formé par le dispositif (1) et
    c) en particulier en ce que le troisième état de service est déclenché par une instruction de coupure et le métal liquide (3) est déplacé par un entraînement électromagnétique avec un champ magnétique externe commutable (B) ou par un entraînement mécanique avec un fluide diélectrique (12), en particulier par un entraînement à gaz (12).
  8. Dispositif de limitation de courant (1) en particulier pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes comprenant des électrodes fixes (2a, 2b) et un récipient (4) avec au moins un canal (3a) pour un métal liquide (3), une première voie de courant (30) étant prévue, dans un premier état de service, entre les électrodes fixes (2a, 2b), pour un premier courant de service (I1) à travers le dispositif de limitation de courant (1) et la première voie de courant (30) étant alors guidée au moins partiellement à travers le métal liquide (3) se trouvant dans une première position (x1), des moyens de résistance électrique (5) avec une résistance électrique prédéterminable (Rx) étant prévus, des moyens de positionnement (3a ; 20, B, 12, 11) étant prévus pour le déplacement et le positionnement spatial du métal liquide (3) le long d'une direction de déplacement (x) le long des moyens de résistance (5) dans au moins une seconde position (x12, x2), et le métal liquide (3) étant placé dans un second état de service au moins partiellement en série avec les moyens de résistance (5) et formant ensemble avec ces derniers une seconde voie de courant (31) sur laquelle le courant de service (I1) peut être limité à un courant à limiter (I2), caractérisé en ce que
    a) l'élément de résistance (5) est ohmique et la résistance électrique (Rx) augmente de manière non linéaire et continue avec la seconde position (x12, x2) pour obtenir une caractéristique de coupure douce,
    b) la résistance électrique (Rx) en tant que fonction (Rx(x12)) de la seconde position (x12) augmentant dans la représentation logarithmique, tout d'abord de manière surproportionnée avec la seconde position (x12), puis augmentant de manière linéaire avec la seconde position (x12) dans une phase dans laquelle l'énergie stockée dans une inductance de réseau doit être absorbée et ensuite dans une zone, où le courant de court-circuit (i(t)) est déjà limité et où des résistances électriques plus importantes (Rx) sont tolérables, repassant à une fonction (Rx(x12)) croissante de manière surproportionnelle de la seconde position (x12).
  9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la résistance électrique (Rx) est dimensionnée en tant que fonction (Rx(x12)) de la seconde position (x12) et les moyens de positionnement (3a ; 20, B, 12, 11) présentent une caractéristique trajet-temps (x12(t)) du métal liquide (3) le long de la direction de déplacement (x) de sorte que
    a) dans chaque seconde position (x12, x2) du métal liquide (3), le produit issu de la résistance électrique (Rx) et du courant (I2) est plus petit qu'une tension d'amorçage d'arc électrique (Ub) entre le métal liquide (3) et les électrodes fixes (2a, 2b) et des électrodes intermédiaires (2c) et/ou
    b) une transconductance suffisante de la limitation de courant pour maîtriser des courants de court-circuit causés par le réseau (i(t)) est atteinte.
  10. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que
    a) le moyen de résistance (5) comprend une matrice diélectrique (5) qui présente des brides formant cloison (5a) pour la séparation diélectrique des canaux (3a) pour le métal liquide (3) et les brides (5a) présentent un matériau diélectrique avec une résistance (Rx) croissante de manière non linaire dans la direction de déplacement (x) et les brides (5a) présentent à hauteur de la première position (x1) du métal liquide (3) des électrodes intermédiaires (2c) pour la connexion électriquement conductrice des canaux (3a) et/ou
    b) un récipient de récupération (3b) est prévu pour recueillir le métal liquide (3) et pour créer un trajet d'isolation (32) pour la coupure de courant et/ou
    c) une conduite d'amenée (3c) pour le métal liquide (3) est prévue en vue du remplissage du métal liquide (3) dans les canaux (3a) et pour le redémarrage du dispositif (1).
  11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les moyens de positionnement (3a ; 20, B, 12, 11) comprennent les canaux (3a) et un moyen d'entraînement (20, B, 12, 11) pour le métal liquide (3), en particulier un entraînement électromagnétique (20, B, 11) ou un entraînement mécanique avec un fluide diélectrique (12, 11), qui permet de déplacer le métal liquide (3) entre la première voie de courant (30) pour le courant de service (I1) et la seconde voie de courant (31) pour la limitation de courant et en particulier un trajet d'isolation (32) pour la coupure de courant.
  12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que
    a) la première voie de courant (30) pour le courant de service (I1), la seconde voie de courant (31) pour la limitation de courant et en particulier un trajet d'isolation (32) pour la coupure de courant sont disposés sensiblement parallèlement à la direction de déplacement (x) et/ou sensiblement parallèlement les uns aux autres et/ou
    b) au moins un trajet d'isolation (32) pour la coupure de courant est disposé au dessus de la seconde voie de courant (31) et/ou en dessous de la première voie de courant (30).
  13. Installation de distribution électrique, en particulier installation de distribution moyenne ou haute tension, caractérisée par un dispositif (1) selon l'une des revendications 8 à 12.
EP04738057A 2003-07-10 2004-07-01 Procede et dispositif permettant de limiter le courant au moyen d'un limiteur de courant a metal liquide Expired - Lifetime EP1644951B1 (fr)

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