專利名稱：包括減少過電流的關于保護物體免遭過電流的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電廠中用于保護和電力網(wǎng)絡或和電廠中的另一個設備相連的物體免遭和故障有關的過電流的裝置，所述裝置包括設置在物體和電網(wǎng)/設備之間的線路中的開關裝置。此外，本發(fā)明包括一種保護物體免遭過電流的方法。
所涉及的電物體最好由具有磁路的旋轉電機構成，例如發(fā)電機，電動機(包括同步電動機和異步電動機)，或要求保護免遭和故障相關的過電流，即實際上的短路電流的同步補償器。如下文將要詳細討論的，旋轉電機的結構可以基于常規(guī)的和非常規(guī)技術。
本發(fā)明旨在用于和中電壓或高電壓的連接中。按照IEC標準，中電壓為1-72.5kv，而高電壓為72.5kv以上。因而，包括輸電、輔助輸電和配電等級。
在這種性質的電廠中，人們一直尋求用于有關物體的保護的一種常規(guī)的斷路器(開關裝置)，其被這樣設計，使得其在遮斷時提供電隔離。因為這種斷路器必須被設計成能夠遮斷很高的電流和電壓的，所以將獲得具有大的慣性的相當笨重的設計，這表現(xiàn)在其具有相當長的遮斷時間。需要指出的是，主要針對的過電流是其發(fā)生和被保護物體有關的短路電流，例如由于被保護物體的電絕緣系統(tǒng)的故障。這種故障意味著，外部電網(wǎng)/設備的故障電流(短路電流)將要通過在物體中產生的電弧來流動。其結果可以導致極大的破壞。可以提及的是，對于瑞典電網(wǎng)，計算的短路電流/故障電流是63kA。實際上，短路電流可以為40-50kA。
所述斷路器具有的問題是其長的遮斷時間。對于完全實現(xiàn)遮斷的計算遮斷時間(IEC標準)是150毫秒。根據(jù)實際情況，把遮斷時間減少到50-130毫秒以下是困難的。其結果是，在被保護物體中存在故障時，在用于啟動斷路器使其斷路所需的整個時間期間極高的電流將通過被保護物體。在這個時間期間，外部電網(wǎng)的全部故障電流在被保護物體上具有相當?shù)呢撦d。為了避免被保護物體的破壞和完全擊穿，按照現(xiàn)有技術，人們如此設計物體，使得在斷路器的遮斷時間期間，其設法經(jīng)受短路電流/故障電流而沒有明顯的破壞。應當指出，在被保護物體中的短路電流/故障電流可以包括物體本身對故障電流的貢獻和從電網(wǎng)/設備發(fā)出的附加電流。物體本身對故障電流的貢獻不受斷路器性能的影響，但是由電網(wǎng)/設備供出的故障電流取決于斷路器的操作。要求如此設計被保護物體，使得其可以在相當長的時間間隔期間經(jīng)受大的短路電流/故障電流，這帶來的主要缺點是更昂貴的設計和性能的降低。
此處提及的旋轉電機包括同步電機，其主要用作發(fā)電機，被連接到分配與輸送網(wǎng)絡，下面總稱為電網(wǎng)。同步電機也用作電動機并用于相位補償以及電壓調節(jié)，此時作為在機械上為空載的機器。該技術領域還包括雙饋電機，異步變換器串聯(lián)裝置，外部磁極機和同步磁通機。
本文所指的磁路可以是空心繞制的，但是也可以包括磁心，其由垂直或按一定取向層疊的片制成，或者例如由非晶形的或者基于粉末的材料制成，或通過任何其它的方式制成，使得能夠通過交流磁通，并可以使繞組、冷卻系統(tǒng)等能夠被設置在電機的定子或轉子，或者定子與轉子上。
按照本發(fā)明，主要意圖是保護非常規(guī)的旋轉電機，使其直接和所有種類的高壓電網(wǎng)相連。這種電機具有由有螺紋的導體構成的磁路，其利用固體絕緣件絕緣，并且其中包括地。
為了能夠解釋和說明非常規(guī)的電機，將首先以同步電機為例給出旋轉電機的簡要說明。本說明的第一部分主要涉及這種電機的磁路和按照經(jīng)典技術如何構成這種電機。因為在絕大多數(shù)情況下所指的磁路都位于定子上，下面將以具有層疊的金屬片鐵芯的定子為例對磁路進行一般的說明，其中鐵芯的繞組被稱為定子繞組，在層疊鐵芯上布置的用于繞組的槽被稱為定子槽或簡稱為槽。
大部分同步電機在轉子上具有磁場繞組，在磁場繞組內由直流電流產生主磁通，并在定子上具有交流繞組。同步電機一般被設計成三相的，本發(fā)明主要涉及這種電機。有時同步電機被設計成凸極的，不過，對于二極或四極渦輪發(fā)電機和雙饋電機使用圓柱轉子。雙饋電機在轉子上具有交流繞組，并被設計成用于電網(wǎng)電壓等級。
大的同步電機的定子本體通常由具有焊接結構的鋼片制成。層疊的鐵芯一般由0.35或0.5mm的涂漆電鋼片制成。為了徑向通風和冷卻，至少對于中電機和大電機，層疊鐵芯被劃分為具有徑向通風通道或軸向通風通道的部件。對于大電機，鋼片被沖成幾段，它們通過楔形連接/燕尾連接被固定在定子上。利用壓指和壓板固定層疊鐵芯。定子繞組位于層疊鐵芯的槽內，按照慣例，槽具有矩形的或梯形的橫截面。
多相交流繞組被設計成單層繞組或雙層繞組。在單層繞組的情況下，每個槽只有一個線圈邊，在雙層繞組的情況下，每個槽具有兩個線圈邊。線圈邊指的是一個或幾個導體，它們被集中在一起，具有一定高度與/寬度，并具有公共的線圈絕緣，即旨在承受電機對地的額定電壓的絕緣。雙層繞組通常被設計成菱形繞組，而單層繞組和其連接有關可以被設計成菱形繞組或扁繞組。在菱形繞組的情況下，只具有一個線圈距(或者可能有兩個線圈距)，而扁繞組被設計成同心繞組，即具有十分不同的線圈距。線圈距指的是在屬于同一線圈的兩個線圈邊之間圓環(huán)尺寸的距離，其或者和相關的極距有關，或者和中間槽距的數(shù)量有關。通常使用弦的不同的變量，例如部分間距，以便使繞組具有所需的性能。
繞組的類型主要說明在槽中的線圈，即線圈邊在定子外部是如何被連接到一起的。一種典型的線圈邊由所謂的Roebel棒構成，其中一些棒被制成空心的，以便容納冷卻劑。Roebel棒包括多個矩形的并聯(lián)連接的銅導體，這些銅導體沿著槽被轉置360度。也具有轉置540度的Ringland棒和其它轉置的棒。為了避免環(huán)形電流，轉置是需要的。在每股之間具有薄的絕緣，例如環(huán)氧樹脂/玻璃纖維。在槽和導體之間的主絕緣例如由環(huán)氧樹脂/玻璃纖維/云母制成，并在外部具有半導電的地電位層用于使電場均衡。鋼片堆的外部，沒有任何外部半導電的地電位層，但是采用呈所謂的電暈保護清漆形式的電場控制，旨在把徑向電場轉換成軸向電場，這意味著在線圈端部上在高的對地電位下具有絕緣。電場控制的一個問題是有時在線圈端部區(qū)域產生電暈，這可能具有破壞性。
一般所有的大電機被設計成具有兩層繞組并具有同樣大的線圈。使每個線圈有一個邊處于一層中，另一個邊處于另一層中。這意味著線圈也和線圈端部的另一個交叉。如果使用兩層以上，這些交叉使繞組難于加工，并損壞線圈端部。
從旋轉電機的觀點看來，上述內容可以說都屬于經(jīng)典技術。
在近數(shù)十年期間，對于具有比先前可以設計和生產的電壓較高電壓的旋轉電機的需要一直在增加。按照現(xiàn)有技術，對于同步電機，在線圈生產中具有好的產量的可以達到的最大電壓值大約為25-30kv。還普遍知道，同步機/發(fā)電機和電網(wǎng)的連接必須通過Δ/Y連接的一種被叫做升壓變壓器的裝置實現(xiàn)，因為電網(wǎng)電壓一般高于旋轉電機的電壓。因而，這變壓器和同步機一道構成電廠的一個整體的部件。變壓器帶來了額外的費用，同時必然伴有效率低的缺點。如果能夠制造相當高的電壓的電機，則可以省略升壓變壓器。
尤其是在J.Elektrotechnika，No.1，1970，pp6-8中在標題為“Water-and-oil-cooled Turbogenerator TVM-300”的文章中，在美國專利4429244“Stator of generator”，以及在俄國專利文件CCCP955369中描述了同步電機的設計方法的一些新的嘗試。
在J.Elektroteknika中描述的水冷和油冷的同步電機旨在用于高達20kv的電壓。這篇文章描述了一種包括油/紙絕緣的新的絕緣系統(tǒng)，這使得可以把定子完全浸在油中。此時把油作為冷卻劑，同時又用作絕緣。為了阻止定子中的油向轉子泄漏，在鐵芯的內部表面提供絕緣的隔油環(huán)。定子繞組由導體制成，導體呈配備有油與紙絕緣的橢圓空心形狀。帶有絕緣的線圈邊利用楔形物被固定在矩形截面的槽中。在空心導體和定子壁的孔中使用油作冷卻劑。然而，這種冷卻系統(tǒng)，然而，這種冷卻系統(tǒng)在線圈端部必然伴有油和電的大量接觸。厚的絕緣也必然增加導體的曲率半徑，這又導致繞組外伸部分尺寸的增加。
上述的美國專利涉及一種同步電機的定子部件，其包括具有用于定子繞組的梯形槽的層疊片制成的磁芯。槽被制成梯形是因為定子繞組所需的絕緣向著轉子內而減小，在朝向轉子內部設置的那部分繞組最接近中性點。此外，定子部件在最接近鐵芯的內表面處包括一個絕緣的隔油圓柱。和沒有這個環(huán)時相比，這個部件會增加磁化要求。定子繞組由油浸的電纜制成，對于每一線圈層都具有相同的直徑。借助于槽中的墊片使每層相互分開，并利用楔形物固定。這種繞組的特殊之點在于，其中包括兩個串聯(lián)連接的所謂半繞組。兩個半繞組中的一個位于絕緣套筒的內部，處于中心。定子繞組導體利用周圍的油冷卻。在系統(tǒng)中具有大量的油的缺點在于，具有泄漏的危險，并由于故障可能帶來大量的清潔工作。絕緣套筒的位于槽外的部件具有圓柱部分和錐形的端部，其作用是控制在電纜離開層疊芯區(qū)域內的電場強度。
從CCCP 955369可清楚地看出，在試圖升高同步電機的額定電壓的另一種方法中，油冷的定子繞組包括對于所有層尺寸相同的常規(guī)的高壓電纜。電纜被置于定子槽中，定子槽呈圓環(huán)形式的沿徑向設置的開口，其和電纜的截區(qū)域以及用于固定電纜和用于冷卻劑的空間相應。沿徑向設置的不同的繞組層被包圍并被固定在絕緣的管中。絕緣墊片把管固定在定子槽內，因為采用油冷，所以此處也需要相對于內部空氣隙使油冷卻劑密封。所示的結構沒有減少絕緣或減少定子槽。這種結構包括在不同的定子槽之間非常薄的徑向腰部，這會帶來嚴重影響電機的磁化性能的大的槽泄漏磁通。
按照上述文獻的電機設計說明定子中的電磁材料沒有得到最佳的使用。從磁的觀點看來，定子齒應當盡可能緊密地接近線圈邊的套管。非常希望使定子齒在每個徑向平面具有最大寬度，因為齒的寬度相當大地影響機器的損耗，因而相應地影響所需的磁化。對于高電壓的電機這尤其是重要的，因為此時每個槽的導體數(shù)是大的。
本發(fā)明的主要目的在于設想一種途徑，用于設計一種裝置和方法，使得實現(xiàn)對物體的較好的保護，并且，相應地，使得物體上的負載減小，即物體本身不必設計成能夠在相當長的時間間隔期間經(jīng)受住最大短路電流/故障電流。
本發(fā)明的第二目的在于設計一種保護裝置和方法，使得對旋轉電機實現(xiàn)足夠的保護，其中的設計基于非常規(guī)的設計原理，這意味著所述的設計采用的抵抗和故障相關的內部與外部過電流的措施和當今的電機中采用的措施不同。
按照本發(fā)明，上述目的是這樣實現(xiàn)的物體和開關裝置之間的線路和過電流減少裝置相連，所述過電流減少裝置可借助于過電流狀態(tài)檢測裝置在大大小于開關裝置的斷開時間的時間間隔內被啟動用于過電流減少。
因而，本發(fā)明基于這樣的原理，其不僅僅依靠最后建立電隔離的開關裝置切斷電路，而是使用快速操作的過電流減少裝置，該裝置實際上不切斷過電流，而是把過電流減少到這樣一個程度，使得被保護的物體將承受被大大減少的載荷，因而，將受到較小的破壞。因而，減小的過電流/故障電流意味著，當開關裝置建立電隔離時，注入被保護物體的總能量比沒有過電流減少裝置時小得多。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，過電流減少裝置被設計成包括過電流分流器，用于把過電流向地或向其它比電網(wǎng)/設備電位低的裝置分流。
按照本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施例，采取措施以便獲得一個減少的時間間隔，在此時間間隔期間，已經(jīng)被過電流減少裝置減少的電流可以流入被保護的物體。為此目的，該裝置包括被設置在電路斷路器和物體之間的線路中的另一個斷路器，所述另一個斷路器被設計用于在比開關裝置在較低的電壓和電流下遮斷電路，因此，由于該斷路器的可動觸點所需的運動較小和重量較輕，該斷路器可被設置成比開關裝置具有較短的遮斷時間，所述另一個斷路器被設置用于只有在流向或離開被保護物體的過電流借助于過電流減少裝置被減少時才遮斷電路。更具體地說，另一個斷路器的可動觸點所需的運動較小，這是由于電壓較低，同時由于較低的電流不需要這樣大的接觸面積，使得觸點的重量可以保持較低。
如權利要求中更精確地限定的，本發(fā)明可應用于具有利用電纜技術設計的磁路的旋轉電機。這些電機在某些條件下可以成為對電氣故障是敏感的。這種設計例如可以具有比電力領域內目前一般認為的阻抗較低的阻抗。這意味著，和目前的常規(guī)技術相比，相對于故障電流的電阻較低。此外，如果這些電機開始設計時便考慮到在比目前常規(guī)電機較高的電壓下操作，則由產生的較高電場引起的在電機的電絕緣系統(tǒng)上的載荷當然較大。這意味著和常規(guī)電機相比，電機的效率可以更高，更經(jīng)濟，重量更輕，成本更低，并且可以使電機不用像通常那樣和其它的電磁機械相連，但是，這種電機對電氣保護提出了較高的要求，要求消除或至少減少在相關的電機中擊穿的后果。按照本發(fā)明的保護裝置和按照這種方式設計的電機的組合意味著電廠在其整體上的最佳化。
按照本發(fā)明的電機主要打算以這樣的高電壓操作，其中省略上述的Δ/Y連接的升壓變壓器，即，這種電機比常規(guī)電機的電壓高得多，以便能夠在所有類型的高電壓下直接和電網(wǎng)連接。這意味著對于具有旋轉電機的系統(tǒng)其投資大大降低，而又可以提高系統(tǒng)的總效率。
按照本發(fā)明的旋轉電機必然大大減少在定子上的熱應力。機器的暫時過載的嚴重性將降低，并且能夠在較長的時間間隔內在過載條件下驅動機器而沒有被破壞的危險。這對發(fā)電廠的所有者是相當有利的，目前在操作出現(xiàn)故障的情況下，這些所有者被迫快速地轉換到其它設備，以便保證由法律規(guī)定的供電要求。利用本發(fā)明的電機，可以使維護成本大大減少，因為系統(tǒng)中不必包括用于使電機和電網(wǎng)相連的變壓器。
本發(fā)明也包括直接和電網(wǎng)相連的同步補償器。
為了增加旋轉電機的功率，已知的方法是試圖增加交流線圈內的電流。這通過對導電材料的數(shù)量最佳化來實現(xiàn)，即在矩形的轉子槽內緊密地放置矩形導體。其目的是通過增加絕緣材料的數(shù)量并使用更多的耐溫因而也更貴的絕緣材料處理由此引起的溫度增加。絕緣上的高的溫度和場負載也引起絕緣壽命的問題。在用于高壓設備的相當厚的壁的絕緣層中，例如浸漬的云母帶層，局部放電(pd)構成嚴重問題。當制造這些絕緣層時，容易形成凹陷、小孔等等，當絕緣處于高的電場強度下時，在其中發(fā)生內部電暈放電。這些電暈放電逐漸使材料變劣，并導致絕緣的電擊穿。
為了能夠以技術上和經(jīng)濟上合理的方式增加旋轉電機的功率，這必須通過保證絕緣不被上述的現(xiàn)象所擊穿來實現(xiàn)。這可以借助于這樣生產的絕緣系統(tǒng)，使得產生凹陷和小孔的危險最小來實現(xiàn)。在相關的繞組中包括的所述至少一個載流導體周圍的這種絕緣系統(tǒng)包括固態(tài)絕緣材料的電絕緣層，圍繞電絕緣層設置有半導體材料的外層。半導體材料的內層被設置在絕緣層的內部。所述至少一個導體被設置在內層的內部。
為了獲得好的耐熱性，最好至少內層和外層中的一個的熱脹系數(shù)基本上和絕緣材料的相等。實際上，所述兩層和絕緣材料具有基本上相等的熱脹系數(shù)。結合內層和外層基本上沿著整個界面相對于絕緣材料被聯(lián)接的事實，這說明絕緣材料以及內層和外層將形成一個整體的部分，使得不會發(fā)生由于不同的溫度膨脹而導致的缺陷。在絕緣上的電負荷由于以下的事實而增加，即在絕緣材料周圍的半導體層將形成等位面，這意味著絕緣材料中的電場將在絕緣材料上均勻地分布。外部半導體層被合適地連接地電位或其它的低電位。這意味著對于這種電纜包圍絕緣材料的外層對于整個電纜長度可被保持在地電位。
外部半導體層也可以在沿著導體長度的適當位置被切開，并且每個切開的部分長度可以直接和地電位相連。圍繞外部半導體層也可以設置其它層、殼體等，例如金屬屏蔽和保護套。本發(fā)明的進一步的改進通過制造圓形而不是矩形的線圈和放置線圈的槽來實現(xiàn)。通過使線圈的截面為圓形，線圈將被恒定的磁場包圍而不會在產生磁分離處使磁場集中。此外，在線圈中的電場將在截面上均勻分布，并使在絕緣上的局部負荷大大減少。此外，容易以這樣方式把圓形線圈放置在槽中，使得每個線圈組的線圈邊的數(shù)量可以增加，因而可以增加電壓而不必增加導體中的電流。
附加的改進還可以通過由較小的部分，被稱為股，構成導體。這些股可以相互絕緣，只有少數(shù)的股是非絕緣的，并和內部半導體層接觸，從而確保和導體的電位相同。
外部半導體層應當具有這樣的電性能，使得確保沿著導體電位相等。不過，外層可以不具有這種可以沿表面輸送電流的導電性能，這可能是引起損耗的原因，損耗又引起不希望的熱負荷。內部半導體層必須具有足夠的導電性，以便確保等電位，因而，也確保在層的外部電場相等，不過，在另一方面，這要求電阻率不太小。最好內層和外層的電阻率的范圍是10-6Ωcm-100kΩcm，合適的是10-3-1000Ωcm，最好1-500Ωcm。
使用柔性電纜形成繞組意味著繞制工作可以通過穿線操作進行，其中電纜被穿入磁芯槽的開口中。
因為外部半導體層和地電位或其它低電位相連，它將主要用于封閉層內部的電場。使用包括由用于封閉絕緣內的電場的內外半導體層包圍的固態(tài)絕緣的絕緣系統(tǒng)和現(xiàn)有技術相比意味著一種明顯的改進，因而完全不需要液態(tài)或氣態(tài)絕緣材料。
為了解決把旋轉電機和各類高壓電網(wǎng)直接相連而出現(xiàn)的問題，按照本發(fā)明的電機具有許多特點，這些特點使其區(qū)別于關于經(jīng)典電機技術的現(xiàn)有技術和近年來公開的電機技術
-如上所述，繞組利用具有一個或幾個固態(tài)絕緣的導體的電纜制成，在絕緣周圍具有導電層。幾種典型的這類導體是XLPE電纜(交聯(lián)聚乙烯Cross linked polyethylene)或具有EP橡膠絕緣的電纜(EP＝乙烯-丙烯ethylene-propylene)；不過，這些電纜必須在導體股和半導體層方面作進一步的改進。
-最好使用具有圓形截面的電纜。不過為了獲得較好的疊放密度，可以使用其它截面的電纜-使用這種電纜可以使磁芯在槽和齒方面能夠按照本發(fā)明的新的優(yōu)化方式設計-為了更好地利用磁芯，封閉的絕緣制造繞組。
-用這種方式使槽的設計適合于繞組的電纜截面，即沿軸向及徑向向外地形成許多槽，其相互提供圓柱形開口，具有處于定子繞組層間的敞開的腰部-槽的設計按照電纜截面進行調整，以便-使槽的設計適合于槽的封閉絕緣-關于股的改進指的是繞組的導體由許多相互組合的層構成，即不需要使股充分地相互換位，包括絕緣股和非絕緣股-關于外殼體的改進指的是，沿著導體的長度在適當位置把外殼體切開，并把每個切開的部分長度直接接地電位-繞組最好繞制成多層同心電纜繞組，以便減少線圈端部交叉的數(shù)量。
這些特點和現(xiàn)有技術的電機相比具有許多優(yōu)點-封閉絕緣意味著可以使用幾乎恒定的齒寬，而與徑向位置無關-使用這種電纜意味著繞組的外部半導體層沿其整個長度可以被保持在地電位-一個重要的優(yōu)點在于，在外部半導體層的外部的線圈端部區(qū)域電場幾乎是0，并且當層處于地電位時，電場不必被控制。這意味著，不會導致任何電場集中，不論在鐵芯，在線圈端部區(qū)域，或者在它們之間的過渡區(qū)域-此外，絕緣的和非絕緣的組合股和換位股的混合還涉及低的附加成本。
總之，按照本發(fā)明的旋轉電機和現(xiàn)有技術的電機相比具有許多重要優(yōu)點。首先，本發(fā)明的電機可以和所有高電壓類型的電網(wǎng)直接相連。另一個重要優(yōu)點是，沿著整個繞組電位都是恒定的地電位，這意味著，線圈端部區(qū)域可被作得緊湊，并且意味著線圈端部區(qū)域的支撐裝置實際上處于地電位。另一個重要優(yōu)點是，基于油的絕緣和冷卻系統(tǒng)消失了。這意味著沒有密封問題，并且也不需要以前所述的絕緣環(huán)。還有一個優(yōu)點是可以使所有的強迫冷卻系統(tǒng)都處于地電位。利用本發(fā)明的旋轉電機，從安裝的角度來看，可以節(jié)省大的空間和重量，因為代替了具有電機和升壓變壓器的先前的設計。
本發(fā)明的其它優(yōu)點和特點，特別是按照本發(fā)明的方法的其它優(yōu)點和特點，從下面的說明和權利要求中可以看出。
下面參照


本發(fā)明的實施例，其中圖1是說明按照本發(fā)明的方法的基本概念的示意圖；圖2a-2d是說明在有或沒有按照本發(fā)明的保護裝置的情況下故障電流的產生和能量的產生的示意圖；圖3說明按照本發(fā)明的裝置的一種可能的設計；圖4說明過電流減少裝置的一種可能的設計；圖5示意地說明按照本發(fā)明的裝置用于和電廠的連接，電廠中包括發(fā)電機，變壓器和用于連接它們的電力網(wǎng)絡；圖6說明包含在用于對旋轉電機的磁路形成繞組的電纜中的部件，所述旋轉電機尤其適用于由按照本發(fā)明的保護裝置保護；以及圖7以軸端部視圖說明在旋轉電機中磁路的扇區(qū)/極距的實施例，其中設置有按照本發(fā)明的保護裝置。
包括被保護的物體1的電廠如圖1所示。如后所述，這物體例如可以包括發(fā)電機。該物體通過線路2和外部配電網(wǎng)3相連。代替這種電網(wǎng)，可以由包含在電廠中的一些其它設備構成由3表示的單元。所涉及的電廠設想具有這樣的性質，使得物體1本身成為要被保護的對象，當在物體1中發(fā)生故障從而產生從電網(wǎng)/設備3朝向物體1的故障電流，使得故障電流將要流過物體1時，阻止來自電網(wǎng)/設備3中的故障電流。所述的故障可以包括在物體1中形成的短路。短路是一種在兩點或幾點之間形成的非特意的導電通路。短路例如可以由電弧構成。這種短路和由其產生的極大的電流可能造成極大的破壞，甚至使物體1整個崩潰。
已經(jīng)指出，對于至少一些類型的被保護的電物體1，對相關物體構成危害的短路電流/故障電流可以從被保護物體流向電網(wǎng)/設備3。在本發(fā)明的范圍內，為了保護的目的，不僅保護物體使其不流過外部產生的故障電流，而且還使在物體中產生的內部故障電流不沿相反的方向流動。
下面，為了簡化說明，認為標號3總是由外部電網(wǎng)構成。不過，應當記住，除去這種電網(wǎng)之外，還可以涉及一些其它的設備，只要當存在故障時，所述設備產生流過物體1的大電流即可。
在物體1和電網(wǎng)3之間的線路2中設置有常規(guī)的斷路器4。該斷路器包括至少一個自身的檢測器，用于檢測表示在線路2中流過過電流的情況。這種情況可以是電流/電壓，但是也可以是其它表示發(fā)生故障的量。例如，檢測器可以是電弧檢測器，或者是記錄短路聲音的檢測器。當檢測器表示過電流超過某個值時，斷路器4被啟動而斷開物體1和電網(wǎng)3之間的連接。不過，斷路器4必須切斷總的短路電流/故障電流。因而，斷路器必須被設計成能夠滿足高的要求，在實際上這意味著它將相當慢地動作。圖2a的電流/時間曲線說明，在時刻tfault，例如在物體1中發(fā)生故障例如短路時，在圖1中用2表示的線路中的故障電流快速地上升為幅值i1。故障電流i1在t1借助于斷路器4切斷，t1至少為在tfault之后150ms。圖2b說明曲線i2.t，即由于短路的結果在被保護的物體1中產生的能量。因而，由于短路的結果而注入到物體中的能量由圖2d的外部矩形的總面積表示。
在這種連接中需要指出的是，在圖2a-c中的故障電流和在圖2d中的故障電流表示極值的包絡。為簡明起見圖中只劃出了一個極性。
斷路器4是這樣設計的，使得通過分斷金屬觸點來實現(xiàn)電的隔離。因而，按照慣例，斷路器4包括用于熄滅電弧所需的輔助設備。
按照本發(fā)明，在物體1和開關裝置4之間的線路2和一個用于減少流向設備1的過電流的裝置相連，該裝置在圖中用標號5表示。該裝置可以借助于過電流狀態(tài)檢測裝置在一個時間間隔內被啟動，以便減少過電流，所述時間間隔大大小于斷路器4的遮斷時間。因而，這種裝置5被這樣設計，使得其不必實現(xiàn)任何的電隔離。因此，創(chuàng)造條件以便快速地實現(xiàn)電流減少而不必實現(xiàn)從電網(wǎng)3流向被保護物體1的總電流的切斷。和圖2a相比，圖2b說明按照本發(fā)明的過電流減少裝置5在時刻tfault發(fā)生短路電流時被啟動，在時刻t2使電流減少到i2的情況。因而，時間間隔tfault-t2代表過電流減少裝置5的反應時間。裝置5的任務不是切斷故障電流，而僅僅是減少故障電流，可以使這種裝置極快地反應，這在后面將更詳細地討論。作為例子，可以提及的是，在檢測到不能接收的過電流狀態(tài)之后，過電流從i1減少到i2期望在1ms或幾ms內實現(xiàn)。目標是在小于1ms最好是在小于1微妙的時間間隔內實現(xiàn)電流的減少。
由圖1可見，該裝置包括由標號6表示的并且設置在斷路器4和物體1之間的線路2中的另一個斷路器。這另一個斷路器被設計用于遮斷比斷路器4較低的電壓和電流，并因而可以利用比斷路器的遮斷時間較短的遮斷時間進行操作。另一個斷路器6被設置用于只有在從電網(wǎng)3流向物體1的過電流被過電流減少裝置5減少之后才進行遮斷，但是其遮斷時刻大大早于斷路器4的遮斷時刻。由此可見，另一個斷路器6應當以這樣方式和線路2相連，即借助于過電流減少裝置5減少的電流將流過這另一個斷路器，并且因而這個被減少的電流是要被這另一個斷路器切斷的電流。
圖2b說明另一個斷路器6的作用。更具體地說，該斷路器被設計用于在時刻t3遮斷電路，這意味著，由過電流減少裝置5減少的電流i2的持續(xù)時間基本上被限定了，即限定為時間間隔t2-t3。其結果是，由故障電流引起的從電網(wǎng)3向被保護物體1注入的能量由圖2d中具有斜線標記的面積表示?？梢钥闯?，極大地減少了注入的能量。應當指出，在這種連接中，按照特定的方式，因為能量隨電流的平方而增加，所以減少一半的電流則使注入能量減少到1/4。圖2c說明應當流過裝置5的故障電流。
裝置5和另一個斷路器6的容量被這樣設計，使得裝置5把要被另一個斷路器切斷的故障電流和電壓減少到一個相當?shù)偷闹怠ｊP于另一個斷路器6的實際遮斷時間是1ms。不過，這個數(shù)量應當這樣來實現(xiàn)，即直到裝置5把流過斷路器6的電流至少減少到一個相當?shù)某潭戎?，才使斷路?切斷電流。
圖3中更詳細地說明了所述裝置可以如何實現(xiàn)。應當指出，本發(fā)明可應用于直流(也稱為HVDC即高壓直流)連接和交流連接。在交流連接中，由2表示的線路可以認為是多相交流系統(tǒng)中的一相。不過，應當記住，按照本發(fā)明的裝置可以這樣實現(xiàn)，使得在檢測到故障的情況下，所有的相都執(zhí)行按照本發(fā)明的保護功能，或者只有對檢測到故障電流的那些相進行電流減少。
由圖3可見，由5表示的過電流減少裝置包括過電流分流器7，用于把過電流向地8或者向具有比電網(wǎng)3的電位低的電位的其它裝置分流。因而，過電流分流器可以認為形成一個電流分配器，其快速地建立對地或對其它低電位點8的短路，用于至少分流流過線路2中的主要部分的電流，使得所述電流不會到達要被保護的物體1。如果在物體1中存在嚴重的故障，例如短路，其和過電流分流器7能夠建立的短路有相同幅度，那么在故障接近于過電流分流器7的情況下，一般地說，由于過電流分流器7的存在可以使從電網(wǎng)3流向物體1的電流減少到一半。因而，和圖2b相比，在最壞的情況下，其中所示的電流值i2接近于i1的一半。在正常情況下，其目的在于，過電流分流器7應當能夠建立短路，所述短路比要被保護的物體1中發(fā)生的相應于短路故障的短路具有較好的導電性，因而使得故障電流的主要部分通過過電流分流器7被分流到地或者較低的電位。因而，由此可見，在一般的故障情況下，由于較低的電流值i2和較短的時間持續(xù)間隔t2-t3，在故障情況下注入到物體1中的能量大大小于圖2d所示的能量。
過電流分流器7包括被連接在地8或所述較低電位點和在物體1與電網(wǎng)3之間的線路2之間的開關裝置。該開關裝置包括控制部件9和開關部件10。這種開關部件例如可以由至少一個半導體元件例如可控硅構成，其在正常狀態(tài)下是打開的，即對地是絕緣的，但是，通過控制部件9可以在極短的時間內變?yōu)閷顟B(tài)，以便通過對地分流使電流減少。
圖3說明過電流狀態(tài)檢測裝置可以包括至少一個最好幾個檢測器11-13，其適用于檢測需要啟動保護功能的這種過電流狀態(tài)。從圖3還可看出，這些檢測器可以包括位于物體1中或其附近的檢測器13。此外，檢測器裝置包括檢測器11，其適用于檢測過電流減少裝置5和線路2的連接點的上游的線路2中的過電流狀態(tài)。如下所述，提供另一個檢測器12是合適的，其用于檢測在線路2中流向要被保護的物體1中的電流，即通過過電流減少裝置5已被減少的電流。此外，應當指出，檢測器12以及檢測器13，能夠檢測線路2中的沿離開物體1的方向流動的電流，例如在物體1中以磁方式存儲的能量產生沿離開物體1的方向而流動的電流。
應當指出，檢測器11-13不必只由電流與/或電壓檢測器構成，在本發(fā)明的范圍內，檢測器可以具有這樣的性質，使得一般地說它們可以檢測表示發(fā)生具有要求啟動保護功能的性質的故障的任何條件。
在發(fā)生的故障使得故障電流沿離開物體1的方向而流動的情況下，該裝置被如此設計，使得其控制單元14控制另一個斷路器6使其閉合，如果其原來是打開的話，此外，啟動過電流減少裝置5，使得其分流短路電流。
例如，當物體1由發(fā)電機構成時，在其中發(fā)生短路時所述功能將是這樣的短路首先使得向發(fā)電機流入極大的電流，該電流被檢測到，并使裝置5啟動而進行分流。當流向發(fā)電機1的電流已被減少到所需的程度時，使斷路器6切斷電路，但是，通過控制單元14的控制，切斷電路的時間不早于使以磁方式儲存在發(fā)電機1中的能量離開發(fā)電機1流動并通過裝置5被分流所需的時間。
此外，該裝置包括由14表示的控制單元。其和檢測器11-13相連，還和過電流減少裝置5以及另一個斷路器6相連。其操作是這樣的當控制單元14通過一個或幾個檢測器11-13接收到表示發(fā)生了不能接受的朝向物體1的故障電流時，過電流減少裝置5立即被控制，以便快速地提供所需的電流減少。控制單元14可以被這樣設置，使得當檢測器12檢測到電流或電壓已經(jīng)減少到一個足夠的程度時，它便控制另一個斷路器6使其動作，以便在過電流被減少到一個預定值以下時將電流切斷。這種設計保證另一個斷路器6直到實際上電流被減少到其能夠斷開的程度時才切斷電流。不過，本實施例也可以是這樣的在過電流減少裝置被控制進行電流減少之后的一個預定的時間，控制另一個斷路器6切斷電流。
斷路器4可以包括其自身的用于檢測過電流情況的檢測裝置，或者斷路器可以通過控制單元14根據(jù)來自也控制過電流減少裝置的操作的檢測器11-13的信息被控制。
圖3所示，另一個斷路器6包括具有金屬觸點的開關15。借助于操作部件16，開關15可在斷開位置和閉合位置之間操作，操作部件16又被控制單元14控制。分流線路17經(jīng)開關15并聯(lián)連接，所述分流線路包括一個或幾個元件18，旨在通過使分流線路17接收經(jīng)觸點流通的電流來避免在開關15分離時而產生的電弧。這些元件被這樣設計，使得它們可以切斷或限制電流。因而，元件18在正常時應當使分流線路17中的導電通路保持斷開，而在開關15要被打開時使分流線路閉合，從而使電流通過開關15被分流，用這種方式，則不會發(fā)生電弧，或者可以有效地熄滅可能發(fā)生的電弧。元件18包括一個或幾個相關的控制部件19，其和控制單元14相連用于進行控制。按照本發(fā)明的一個實施例，所述元件18是可控半導體元件，例如具有所需的浪涌放電器的GT0可控硅。
隔離開關20和所述一個或幾個元件18串聯(lián)地被設置，用于在借助于分流線路17對要被保護的物體1形成的電流通路中實現(xiàn)電隔離。隔離開關20通過由控制單元14控制的操作部件21控制。在圖3中所示的隔離開關20位于分流線路17本身中。當然這并不是必須的。隔離開關20也可以被設置在線路2中，只要其通過和所述一個或幾個元件18串聯(lián)連接，在借助于所述串聯(lián)連接而形成的導電通路中保證實際的電隔離，因而使得電流根本不可能通過元件18。
至此所述的裝置的操作是這樣的在沒有故障時，斷路器4是閉合的，正如另一個斷路器6的開關15一樣。在分流線路17中的元件18處于非導通狀態(tài)。隔離開關20是閉合的。最后，過電流減少裝置5的開關裝置10是打開的，即處于非導通狀態(tài)。在這種情況下，當然，開關裝置10必須具有足夠的電強度，使得其不致非特意地進入導通狀態(tài)。因而，由于大氣環(huán)境(雷擊)或相連的測量裝置使線路2出現(xiàn)的過電壓不應超過閉合裝置10處于非導通狀態(tài)的電壓強度。為此，和開關裝置10至少并聯(lián)一個浪涌避雷器22是合適的。在本例中，這種浪涌避雷器被設置在開關裝置10的兩側。因而，浪涌避雷器具有牽制這種過電壓的作用，否則這個過電壓可能把開關裝置10擊穿。
當過電流狀態(tài)被檢測器11-13中的一些或者斷路器4自身的檢測器檢測到(當然，應當理解，按照本發(fā)明，來自斷路器4的自身檢測器的信息可以用作控制過電流減少裝置5的依據(jù))，并且這個過電流狀態(tài)是如此嚴重，以致可以預料在物體1中存在嚴重故障時，和斷路器有關的斷路功能便被啟動。此外，控制單元14控制過電流減少裝置5實行這種減少，更確切的說，通過控制部件9使開關裝置10進入導通狀態(tài)。如前所述，這可以極快地發(fā)生，其時間是由斷路器4遮斷所需的時間的幾分之一，因此，要被保護的物體立即從來自電網(wǎng)3的全部的短路電流中解脫出來，這是通過開關裝置10把電流中的至少一個重要部分，實際上是其主要部分分流到地或者分流到一個低電位點來實現(xiàn)的。只要通過另一個斷路器6流向物體1的電流已被減少到所需的程度，這可以借助于開關裝置10的啟動和斷路器6的操作之間的時間差，因而只根據(jù)時間來確定，或者借助于例如檢測器12檢測線路2中的電流來確定，開關15的操作部件16便通過控制單元14被控制打開開關15的觸點。為了熄滅或避免電弧，元件18，例如GT0可控硅或氣體開關，通過控制部件19被控制接通分流線路17。當開關15已被打開因而提供電隔離時，元件18再次被控制使分流線路17處于非導通狀態(tài)。用這種方式，從電網(wǎng)3流向物體1的電流便被有效地切斷。此外，在使分流線路17處于非導通狀態(tài)之后，借助于隔離開關20，通過由控制單元14控制其操作部件21，可以實現(xiàn)電隔離。當所有這些事件發(fā)生后，作為最后的事件，通過斷路器4遮斷電路。重要的是，注意到按照本發(fā)明的第一實施例的過電流減少裝置5以及另一個斷路器6被設計成能夠重復地工作。因而，當通過檢測器11-13確定斷路器4已經(jīng)打開時，開關裝置10被復位成非導通狀態(tài)，并且開關15和隔離開關20再次閉合，從而使得下一次斷路器4閉合時，保護裝置處于完好的可操作狀態(tài)。不過，按照另一個實施例，設想過電流減少裝置5需要更換一個或幾個部件，以便再次操作。
應當指出，按照本發(fā)明的另一個實施例，可以使元件18處于導通狀態(tài)，只要過電流減少裝置5已經(jīng)處于閉合狀態(tài)，并且這和開關15以后是否可能打開無關，此時，如上所述，元件18可由控制單元14控制，或者借助于和跟蹤裝置5的閉合有關的控制功能進行控制。
圖4說明過電流減少裝置5的另一個實施例。代替依靠圖3的半導體開關裝置，按照圖4的實施例旨在通過控制部件9a使在電極23之間的間隙24中的介質成為導電的。設置該控制部件用于控制部件25的操作，使得引起或至少激發(fā)間隙24中的介質或其中的一部分成為導電狀態(tài)。在本例中設置所述部件25用于通過使或至少幫助介質進行電離/成為等離子體而使間隙24中的介質成為導電的。最好部件25包括至少一個激光器，其通過向間隙24中的介質提供能量而使介質電離。由圖4可見，可以使用反射鏡26使激光束偏轉。在這種結構中應當指出，按照圖4的實施例可以是這樣的，即裝置25不獨自在整個電極間隙中產生電離/等離子體。因而，設想可以是這樣的，即加于間隙上的電場應當對電離/等離子體形成具有貢獻，只有在間隙中的一部分介質被裝置25電離，使得此后在間隙中的電場在整個間隙中形成等離子體。在這種連接中應當指出，在電極間隙中可能不僅具有包括各種氣體或氣體混合物的介質，而且還包括真空。在真空的情況下，至少在一個電極通過激光激發(fā)，因而，該電極將作為電子和離子發(fā)送器用于在電極間隙中建立電離環(huán)境/等離子體。
圖5說明一種常規(guī)的實施例，其中發(fā)電機1b通過變壓器1a和電網(wǎng)3a相連。相應地，要被保護的物體由變壓器1a和發(fā)電機1b表示。由圖可見，過電流減少裝置5a和另一個斷路器6a以及普通斷路器4a的設置情況和圖1類似，其中所示的物體1被設想是按照圖5的物體1a。因而，在這方面可以參看圖1的說明。關于發(fā)電機1b的過電流減少裝置5c和另一個斷路器6c的保護功能也和圖1的相應。在這種情況下，發(fā)電機1b可以等效于圖1中的物體1，而變壓器1a可以等效于圖1中的設備3。因而過電流減少裝置5c和另一個斷路器6c和常規(guī)的斷路器4b相結合則能夠保護發(fā)電機1b不遭受離開變壓器1a方向的巨大電流。
作為圖5中的一個附加方面，其中具有和另一個斷路器6b相關的附加過電流減少裝置5b。由圖可見，在變壓器1a的每一側具有過電流減少裝置5a和5b。應當指出，另一個斷路器6a和6b分別被設置在所述過電流減少裝置5a、5b和變壓器1a之間的連線中。另一個過電流減少裝置5b旨在用于保護變壓器1a免遭從發(fā)電機1b流向變壓器的電流。由圖可見，斷路器4b能夠不依賴于究竟物體1a和1b之間的哪一個方向需要保護功能而進行遮斷。
借助于圖6和圖7，現(xiàn)在說明一個實施例，和圖5相比其“非常規(guī)”之處在于，具有一個磁路或高電壓的旋轉電機打算直接和高壓電網(wǎng)3，3a相連，而沒有中間的升壓變壓器。
能夠制造非常規(guī)磁路的一個重要條件是利用一種導體電纜制造繞組，所述導體電纜具有在導體和殼體上的固態(tài)電絕緣和半導體層。這種電纜可以用作標準電纜用于其它的電力工程領域。如前所述，這種標準電纜的進一步研制的實施例被用作定子繞組。為了能夠說明一個實施例，首先對標準電纜在作一個簡短的說明。內部載流導體包括許多非絕緣的股。在這些股的周圍，具有半導體內殼體。在所述半導體內殼體的周圍，具有固態(tài)絕緣的絕緣層。這種固態(tài)絕緣的一個例子是交聯(lián)的聚乙烯(XLPE)，另一種是乙烯-丙烯(EP)-橡膠。這個絕緣層被另一個半導體層包圍，所述半導體層又被金屬屏蔽和外殼包圍。這種電纜下面稱為電力電纜。
圖6是進一步研制的電纜的優(yōu)選實施例。圖中說明的電纜27包括載流導體28，其包括換位的絕緣的和非絕緣的導線股。在電氣上和機械上被換位的固態(tài)絕緣的線股也是可以的。在導體周圍，具有內部半導體層或殼體29，其又被固態(tài)絕緣材料制成的層30包圍著。在優(yōu)選實施例中用作繞組的電纜沒有金屬屏蔽和外部護套。為了避免在外部半導體層中感應電流和由其引起的損耗，其最好在端部被切開，即，在從鋼板的堆疊部分到端部繞組的過渡部分被切開。然后把每個切開的部分接地，借以使在整個電纜長度上外部半導體層31被保持在或接近于地電位。這意味著，圍繞在線圈端部的固態(tài)絕緣的繞組，可能接觸的表面以及在使用一段時間之后弄臟的表面只具有可以忽略的對地電位，因而也只產生可以忽略的電場。
為了使旋轉電機最佳化，關于槽和齒的各自的磁路設計是最重要的。如上所述，槽應當盡可能緊密地連接線圈側的殼體。還需要在每個徑向平面的齒盡可能地寬。為了減少電機的損耗以及滿足磁化要求等等，這是重要的。
從幾個方面看來，有許多可能性能夠利用繞組的導體例如上述的電纜使層疊的磁心最佳化。在下面，參照旋轉電機的定子中的磁路進行說明。圖7表示按照本發(fā)明的電機的一個實施例的扇區(qū)/極距的軸向端部視圖。具有轉子磁極的轉子用標號33表示。以常規(guī)方式，定子包括由電鋼板制成的層疊芯，其中包括許多扇形的鋼板。從位于徑向最外端的鐵芯的后部34，許多齒35沿徑向向著轉子內部延伸。在齒之間是相應的槽36。此外，按照上述，使用電纜37使得可以把高壓電機的槽的深度作得比現(xiàn)有技術中的深度大。所述的槽具有向著轉子而減小的截面，因為對于每層繞組，其電纜的絕緣要求朝向轉子而降低。從圖可以清楚地看出，槽具有基本上是圓形的截面38，其包圍著每層繞組，在每層之間具有較窄的腰部39。這種槽截面可以被稱為“圓鏈環(huán)”，這是有些道理的。因為在這種高壓電機中需要相當多的層，并且由于就絕緣和外部半導體而言所涉及的實際電纜尺寸的可利用性是受限制的，在實際上，要實現(xiàn)分別連續(xù)減少電纜絕緣和定子槽是困難的。在圖7所示的實施例中，使用了具有三種不同尺寸的電纜絕緣，被排列在三個相應尺寸的截面40，41和42中，即，實際上獲得的是修正的圓鏈槽。該圖還表示實際上定子齒可以被制成沿整個槽的深度具有恒定的徑向寬度。
在另一個實施例中，用作繞組的電纜可以是上述的常規(guī)的電力電纜。此時外部半導體層的接地可以通過在合適位置剝離電纜的金屬屏蔽和護套來實現(xiàn)。
就涉及的所謂的圓鏈槽的絕緣以及外部半導體層等而言，根據(jù)可利用的電纜尺寸，本發(fā)明的范圍包括許多其它實施例。
如上所述，磁路可以位于旋轉電機的定子與/或轉子中。不過，磁路的設計在很大程度上相應于上面的說明，而與磁路是位于定子與/或轉子中無關。
關于繞組，最好使用多層的同心電纜繞組。這種繞組意味著通過把所有線圈沿徑向逐個向外地放置在同一組內，在線圈端部的交叉數(shù)量可被減到最小。這也使得能夠利用較簡單的方法在不同的槽中制造和繞制定子繞組。
應當注意，上面的實施例只是說明構成本發(fā)明的本發(fā)明的構思的一些例子。因而，顯然，本領域的技術人員不脫離本發(fā)明的構思可以作出各種改變和改型。例如，可以利用機械開關作為開關裝置10。
權利要求
1一種在電廠中用于保護和電網(wǎng)(3)或電廠中包括的另一種設備相連的物體(1)免遭和故障相關的過電流的裝置，該裝置包括在物體和電網(wǎng)/設備之間的線路(2)中的開關裝置(4)，其特征在于，在物體和開關裝置之間的線路(2)連接一個過電流減少裝置(5)，其可以借助于過電流狀態(tài)檢測裝置(11-13)，在大大小于開關裝置的遮斷時間的時間間隔內動作而使過電流減少。
2如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述開關裝置(4)由斷路器構成。
3如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，過電流減少裝置(5)包括過電流分流器(7)，用于向地(8)或向其它具有比電網(wǎng)/設備的電位低的電位的裝置分流過電流。
4如權利要求3所述的裝置，其特征在于，過電流分流器(7)包括連接在地或所述較低電位的裝置和在物體(1)與電網(wǎng)/設備(3)之間的線路之間的開關裝置(10)。
5如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述開關(10)包括至少一個半導體元件。
6如權利要求1所述的裝置，其特征在于，開關(10a)包括電極間隙(24)和用于引起或者至少用于激發(fā)電極間隙或至少電極間隙的一部分成為導電狀態(tài)的裝置(25)。
7如權利要求6所述的裝置，其特征在于，用于引起或者至少用于激發(fā)電極間隙成為導電狀態(tài)的所述裝置(25)被設置用于使間隙或者間隙的一部分成為等離子體形式的。
8如權利要求7所述的裝置，其特征在于，用于引起或者至少用于激發(fā)電極間隙或間隙的一部分成為導電狀態(tài)的所述裝置(25)包括至少一個激光器。
9如前面任何一個權利要求所述的裝置，其特征在于，還包括被設置在開關裝置(4)和物體之間的線路中的另一個斷路器(6)，所述另一個斷路器被設置在過電流減少裝置(5)和物體(1)之間，并適用于比開關裝置(4)遮斷較低的電壓和電流，并因而比開關裝置能夠在較短的時間進行遮斷，并且另一個斷路器適用于當借助于過電流減少裝置(5)減少流向或流出物體(1)的過電流而又比開關裝置大大早的時刻進行遮斷。
10如權利要求9所述的裝置，其特征在于，包括控制單元(14)，其和檢測裝置(11-13)以及另一個斷路器(6)相連，以便啟動另一個斷路器，使得當流向或流出物體(1)的過電流由檢測裝置指示小于一個預定值時進行遮斷。
11如權利要求9-10所述的裝置，其特征在于，另一個斷路器(6)包括開關(15)，其上連接有具有一個或幾個元件(18)的分流線路(17)，通過使分流線路(17)接收流過觸點的電流，用于避免在開關(15)的觸點分離時產生的電孤。
12如權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述分流線路(17)中的一個或幾個元件借助于控制器(14)的控制是可以閉合而導通的。
13如權利要求11或12所述的裝置，其特征在于，所述分流線路(17)中的一個或幾個元件(18)由可控的半導體元件構成。
14如權利要求11-13任何一個所述的裝置，其特征在于，所述分流線路(17)中的一個或幾個元件(18)配備有至少一個測試放電器(30)。
15如權利要求11-14任何一個所述的裝置，其特征在于，和所述一個或幾個元件串聯(lián)設置用于電氣隔離的隔離開關(20)。
16如權利要求15所述的裝置，其特征在于，隔離開關(20)和控制單元(14)相連，以便被其控制，在開關(15)被控制而閉合，并且所述一個或幾個元件(18)處于切斷分流線路(17)的狀態(tài)時打開。
17如前面任何一個權利要求所述的裝置，其特征在于，至少一個測試放電器(22)和過電流減少裝置(5)并聯(lián)連接。
18如前面任何一個權利要求所述的裝置，其特征在于，兩個過電流減少裝置被設置在物體的每一側，以便從兩側保護物體。
19如權利要求1所述的裝置，其特征在于，其中包括控制單元(14)，其和過電流減少裝置(5)以及過電流狀態(tài)檢測裝置(11-13)相連，所述控制單元被設置用于借助于來自過電流狀態(tài)檢測裝置的信息，當由于保護理由而需要時，控制過電流減少裝置閉合。
20如權利要求19，或權利要求10，12和16的一個或幾個所述的裝置，其特征在于，一個并且是同一個控制單元(14)被設置，用于根據(jù)來自過電流狀態(tài)檢測裝置(11-13)的信息控制過電流減少裝置(5)和另一個斷路器(6)。
21如前面任何一個權利要求所述的裝置，其特征在于，被保護的物體(1)由具有磁路的旋轉電機構成。
22如權利要求21所述的裝置，其特征在于，所述旋轉電機由發(fā)電機、電動機或同步補償器構成。
23如權利要求22所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)電機是水力發(fā)電機或渦輪發(fā)電機。
24如權利要求21-23任何一個所述的裝置，其特征在于，所述旋轉電機的磁路被設計成用于高電壓的。
25如權利要求21-24任何一個所述的裝置，其特征在于，所述磁路包括繞組(27)，其包括至少一個載流導體(28)，圍繞該載流導體設置有固態(tài)絕緣材料制成的絕緣層(30)，圍繞所述絕緣層設置有半導體材料制成的外層(31)，半導體材料制成的內層(29)被設置在絕緣層(30)的內部，并且至少一個導體被設置在內層(29)的內部。
26如權利要求25所述的裝置，其特征在于，所述內層和外層(29，31)中的至少一個具有和絕緣材料基本上相等的熱膨脹系數(shù)。
27如權利要求25和26任何一個所述的裝置，其特征在于，內層(29)和所述至少一個導體(28)呈電接觸狀態(tài)。
28如權利要求25-27任何一個所述的裝置，其特征在于，外層(31)基本上形成等位面。
29如權利要求21-28任何一個所述的裝置，其特征在于，旋轉電機的磁路包括由電纜(27)制成的繞組。
30如權利要求21-29任何一個所述的裝置，其特征在于，旋轉電機直接和被設置成高電壓的，最好36kv或更高的電網(wǎng)(3)相連。
31如權利要求25-30任何一個所述的裝置，其特征在于，所述磁路包括具有用于繞組的槽(36)的一個或幾個芯(32)。
32如權利要求25所述的裝置，其特征在于，繞組還包括金屬屏蔽和外殼。
33如權利要求21-32任何一個所述的裝置，其特征在于，所述磁路被設置在旋轉電機的定子與/或轉子內。
34如權利要求25-28任何一個所述的裝置，其特征在于，外半導體層(31)和地電位相連。
35如權利要求25或34所述的裝置，其特征在于，外半導體層(31)被切成幾部分，其中的每一部分和地電位相連。
36如權利要求34或35所述的裝置，其特征在于，由于外半導體層(31)和地電位相連，在半導體層外部在槽(36)內或在線圈端部區(qū)域的機器的電場將幾乎為0。
37如權利要求25-36任何一個所述的裝置，其特征在于，其中電纜包括被換位的多個導體。
38如權利要求27所述的裝置，其特征在于，載流導體/導體(28)包括非絕緣的和絕緣的導線，它們被絞合成多層。
39如權利要求27所述的裝置，其特征在于，載流導體/導體(28)包括非絕緣的和絕緣的導線股，其并被換位而處于許多層中。
40如權利要求31所述的裝置，其特征在于，所述槽(36)由許多圓柱開口(38)構成，被在圓柱開口之間的較窄的腰部(39)分開。
41如權利要求40所述的裝置，其特征在于，所述槽的圓柱開口(38)的橫截面被設計成從芯的后部(8)算起連續(xù)地減少。
42如權利要求40所述的裝置，其特征在于，所述槽的圓柱開口(38)的橫截面被設計成從層疊芯的后部(8)算起斷續(xù)地減少。
43按照前面任何一個權利要求所述的裝置的用途，用于保護具有磁路的旋轉電機免遭和故障相關的過電流。
44一種用于在電廠中保護和電網(wǎng)(3)或者和被包括在電廠中的另一設備相連的物體(1)免遭和故障相關的過電流的方法，一個開關裝置(4)被設置在物體和電網(wǎng)/設備之間的線路中，其特征在于，當過電流狀態(tài)借助于用于檢測過電流的裝置(11-13)檢測到時，在比開關裝置(4)的遮斷時間小得多的時間間隔內，啟動和物體(1)與開關裝置(4)之間的線路相連的過電流減少裝置(5)，從而減少過電流。
45如權利要求44所述的方法，其特征在于，借助于過電流減少裝置(5)使過電流向地(8)或向電位比電網(wǎng)/設備低的其它裝置分流。
46如權利要求44或45所述的方法，其特征在于，在流向或離開物體(1)的過電流被過電流減少裝置(5)減少之后，另一個斷路器(6)被啟動，用于切斷電路，另一個斷路器(6)被設置在開關裝置和物體之間之間的線路中，并且在過電流減少裝置(5)和物體(1)之間。
47如權利要求44-46任何一個所述的方法，其特征在于，使用過電流減少裝置用于保護呈具有磁路的旋轉電機構成的物體，尤其是發(fā)電機、電動機或同步補償器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在電廠中保護物體(1)免受來自電網(wǎng)(3)或被包括在高壓電廠中的另一設備的過電流的裝置和方法,所述裝置包括在物體與電網(wǎng)/設備之間的線路(2)中的開關裝置(4)。在物體和電網(wǎng)/設備之間的線路(2)和減少流向物體(1)的過電流的裝置(5)相連,所述裝置(5)借助于過電流狀態(tài)檢測裝置(11—13)可以在比開關裝置(4)的遮斷時間短得多的時間間隔內被啟動進行減少過電流。
文檔編號H01F3/10GK1246211SQ9718182
公開日2000年3月1日 申請日期1997年5月27日 優(yōu)先權日1996年12月17日
發(fā)明者H·貝恩霍夫, M·貝里奎斯特, M·?？素惱? J·伊斯貝里, M·萊永, 黎明, A·蘇內松, D·溫德馬, B·貝里格倫 申請人:瑞典通用電器勃朗勃威力公司