故障電流限制器系統(tǒng)及電流分流裝置制造方法
【專利摘要】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(lái)傳送電流于相對(duì)于第一方向的第二方向，如此一來(lái)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。
【專利說(shuō)明】故障電流限制器系統(tǒng)及電流分流裝置
[0001]相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考
[0002]本案為2011年4月15日申請(qǐng)的第61/475，976號(hào)待決美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案的非臨時(shí)申請(qǐng)案，所述臨時(shí)專利申請(qǐng)案的內(nèi)容以全文引用的方式并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明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(lái)減少流經(jīng)故障電流限制器的穩(wěn)態(tài)電流。
【背景技術(shù)】
[0004]故障電流限制器(fault current limiter, 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(Superconducting Fault Current Limiters, SCFCLs)、固態(tài)故障電流控制器(Solid StateFault Current Limiters)、電感故障電流控制器(Inductive Fault Current Limiters)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。
[0005]故障電流是一種在電力系統(tǒng)中的異常電流，會(huì)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(shí)，在電路中會(huì)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(huì)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?yàn)樗鼤?huì)傷害網(wǎng)絡(luò)本身或連接網(wǎng)絡(luò)的裝置。
[0006]圖1A顯不一現(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(shí)關(guān)閉的電路遮斷器(Circtui Breaker) 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。
[0007]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(lái)說(shuō)，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(gè)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(lái)說(shuō)，假使FCL是一個(gè)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 (Superconducting Fault CurrentLimiter, 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?yàn)镕CL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(duì)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(gè)周期。在故障后的時(shí)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。
[0008]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(gè)顯著缺點(diǎn)是FCL需承載于正常運(yùn)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(shuō)明。在較大的電流應(yīng)用中，一般來(lái)說(shuō)需要一個(gè)具有大實(shí)體占用空間和高能量消耗的FCL。舉例來(lái)說(shuō)，在SCFCL方面，F(xiàn)CL將包含置于冷卻槽(低溫恒溫器)(Ceryogenic Tank /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(chǎng)，如果超過三個(gè)其中任一個(gè)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(shí)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]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。
[0010]根據(jù)本案揭示一實(shí)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(qiáng)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。
[0011]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(jì)的電場(chǎng)。因此造成于電路中可忽略不計(jì)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(duì)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(shí)體大小也可因此減少。
[0012]當(dāng)故障狀態(tài)發(fā)生時(shí)，F(xiàn)CL驅(qū)動(dòng)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(chǎng)，而將失去他們的強(qiáng)磁耦合。線圈相對(duì)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(shí)，因此通過FCL的電流比例減少。
[0013]本案揭示的實(shí)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?？勺兎至靼ɡp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。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]本發(fā)明所揭示的特定實(shí)施將會(huì)參考附加圖示以作說(shuō)明，其中:
[0015]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。[0016]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。
[0017]圖2A顯示一符合實(shí)施例的FCL系統(tǒng)的電路圖。
[0018]圖2B顯示一于穩(wěn)定狀況下和圖2A相同的電路圖。
[0019]圖2C顯示一于故障狀況下和圖2A相同的電路圖。
[0020]圖2D顯示一符合另一種具有電壓控制分流的實(shí)施例的電路圖。
[0021]圖2E顯不一符合另一種具有電壓控制分流和調(diào)整電抗的實(shí)施例的電路圖。
[0022]圖3顯示一與圖2A和2B顯示的FCL相同的SCFCL實(shí)施例的方塊圖。
[0023]圖4顯示一和現(xiàn)有揭示相同的可變分流配置的電路圖。
[0024]圖5顯不一和現(xiàn)有具有同心線圈的揭不相同的另一種可變分流配置的電路圖。
[0025]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(shí)施方式】
[0026]圖2A至2C和圖4顯示本案發(fā)明實(shí)施例的故障電流限制器(FCL)系統(tǒng)200的電路圖。尤其是關(guān)于FCL系統(tǒng)200包括耦合于FCL206的電流分流裝置202。圖2B顯示于穩(wěn)定狀態(tài)操作下的FCL系統(tǒng)200，圖2C顯示故障狀態(tài)下的FCL系統(tǒng)200于如下面所述。
[0027]FCL系統(tǒng)200透過導(dǎo)線203和導(dǎo)線205串聯(lián)介于AC電源201和一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載210之間。此領(lǐng)域的技術(shù)人員可了解FCL系統(tǒng)200可執(zhí)行于其他不同應(yīng)用與具有故障電流限制的電力系統(tǒng)配置。圖2A至2C所描述的特殊電力系統(tǒng)以范例呈現(xiàn)而不被其限制。
[0028]考慮到不同類型的FCL可以執(zhí)行于FCL系統(tǒng)200中，包括但不限于超導(dǎo)體故障電流限制器(SCFCL)、固態(tài)故障電流限制器、電感故障電流限制器和該領(lǐng)域的技術(shù)人員了解的其他類型故障電流限制器。為了說(shuō)明的目的，此處描述的FCL系統(tǒng)200配有超導(dǎo)體的FCL206。然而，可以了解上述任何不同的FCL以及此處沒有明確命名的各種不同F(xiàn)CL，可以替代超導(dǎo)體的FCL206而不會(huì)違背本案所揭示。
[0029]電流分流裝置202包括第一和第二線圈404和406以于穩(wěn)定狀態(tài)操作下呈現(xiàn)最小阻抗，如圖2B所示，而于故障狀態(tài)下呈現(xiàn)相對(duì)較大的阻抗，如圖2C所示，而下面會(huì)進(jìn)一步描述以有效限制故障電流。尤其是于穩(wěn)定狀態(tài)下如圖2A所示，電流分流裝置202的線圈404與406設(shè)定根據(jù)一預(yù)定的方法分配穩(wěn)態(tài)電流于平行路徑207和209。舉例來(lái)說(shuō)，假使穩(wěn)態(tài)電流的流經(jīng)路徑207，而其余穩(wěn)態(tài)電流的(100-x) %流經(jīng)路徑209。在一實(shí)施例中，電流分配50%流經(jīng)路徑207而50%流經(jīng)路徑209。在另一實(shí)施例中，比例設(shè)定為40%流經(jīng)路徑207而60%流經(jīng)路徑209 ; 30%流經(jīng)路徑207而70%流經(jīng)路徑209等。
[0030]再參考圖2B所顯示于故障狀態(tài)下的系統(tǒng)200。在故障狀態(tài)下，F(xiàn)CL206的阻抗遠(yuǎn)大于電流分流裝置202的阻抗，因此，故障電流傳入電流分流裝置202的第一線圈404(即路徑209)。電流分流裝置202仍呈現(xiàn)相同阻抗，而足以限制故障電流至可接受峰對(duì)峰振幅傳送到負(fù)載210。
[0031]圖3為用于FCL系統(tǒng)200的范例FCL206的方塊圖。FCL206為一 SCFCL其中包括定義內(nèi)部空間303的冷卻槽(Cryogenic Tank)(低溫恒溫器)302、定位于此內(nèi)部空間303中的超導(dǎo)體307、冷卻系統(tǒng)312、控制器320、溫度傳感器308和電流傳感器326。為了簡(jiǎn)化圖示與說(shuō)明，只顯示一個(gè)FCL206以容納單一相位AC電力系統(tǒng)。該領(lǐng)域的技術(shù)人員可了解三個(gè)不同的FCL同樣可執(zhí)行容納三相AC的電力系統(tǒng)。
[0032]超導(dǎo)體307可為任何類型的超導(dǎo)體材料像是乾鋇銅氧化物(Yittruim BariumCopper Oxide, YBCO)，而可呈現(xiàn)適合的超導(dǎo)體特性于低于臨界溫度、臨界電流密度和臨界磁場(chǎng)。超導(dǎo)體包括多種根據(jù)特殊應(yīng)用所需超導(dǎo)體材料數(shù)量的模塊(即系統(tǒng)傳送較大的電流則需要較大量超導(dǎo)體材料的FCL)。冷卻系統(tǒng)312用來(lái)維持超導(dǎo)體307的溫度低于臨界溫度，對(duì)于高溫超導(dǎo)體大約介于77° K和93° K之間。藉由循環(huán)低溫冷卻液通過冷卻槽302，再通過操作連接于冷卻系統(tǒng)312和冷卻槽302的供應(yīng)導(dǎo)管316和回收導(dǎo)管314以達(dá)到此條件。尤其是冷卻系統(tǒng)312包括低溫冷卻單元以在循環(huán)冷卻液通過供應(yīng)導(dǎo)管316返至冷卻槽302前，冷卻自回收導(dǎo)管314的低溫輸入液。冷卻槽302可被多種不同的材料構(gòu)成，包括但不限于介電材料和/或溫度絕緣材料。低溫冷卻液可為任意合適冷卻液包括但不限于液態(tài)氮、液態(tài)氦、液態(tài)氬、液態(tài)氖和不同相同的混合物。冷卻系統(tǒng)312還包括不同閥、泵、促進(jìn)液體流動(dòng)的傳感器和儲(chǔ)存額外低溫冷卻液的儲(chǔ)存槽。
[0033]控制器320從不同系統(tǒng)和組件接收輸入信號(hào)，像是溫度傳感器308和電流傳感器326以掌控冷卻系統(tǒng)312的操作，根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)一步說(shuō)明如下?？刂破?20也可以是或包括通用計(jì)算機(jī)或通用計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)以完成需要的輸入/輸出功能?？刂破?20也可包括其他電子電路或組件，其中包括但不限于特定應(yīng)用的集成電路、硬件連接線或可編程的電子裝置和離散組件電路?？刂破?20還包括通訊裝置(例如:WiFi，藍(lán)芽等等)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置和軟件。
[0034]溫度傳感器308用來(lái)量測(cè)超導(dǎo)體307和/或于低溫槽302的內(nèi)部空間303的低溫冷卻液的溫度，然后輸出此溫度量測(cè)至控制器320?？紤]到任何類型的已知溫度傳感器能夠量測(cè)低溫，像是可利用量測(cè)冷卻槽302的溫度傳感器。溫度傳感器308顯示于安裝于冷卻槽302外部，但此并非必要。
[0035]電流傳感器326可連接導(dǎo)線205介于電流分流裝置302和負(fù)載210之間。電流傳感器326用來(lái)量測(cè)實(shí)時(shí)電流消耗且輸出此實(shí)時(shí)電流消耗量測(cè)至控制器320。考慮到可利用任何類型的已知電流傳感器，舉例來(lái)說(shuō)，電流轉(zhuǎn)換器位于導(dǎo)線205上。
[0036]在操作方面，超導(dǎo)體307將維持于超導(dǎo)狀態(tài)直到三個(gè)參數(shù)中的其中一個(gè)超出范圍，即臨界溫度、電流密度和磁場(chǎng)。在穩(wěn)定狀態(tài)操作下，冷卻系統(tǒng)312維持超導(dǎo)體307的溫度低于其臨界溫度，其對(duì)于高溫超導(dǎo)體的溫度而言大約介于77° K和93° K。電流分流裝置202有利于允許一部分的穩(wěn)態(tài)電流流經(jīng)此路徑。舉例來(lái)說(shuō)，在此實(shí)施例中，電流70%流經(jīng)電流分流裝置202而其余30%流經(jīng)FCL206。因此，此FCL206，可能是SCFCL，可以調(diào)至接近所給定的預(yù)期的穩(wěn)態(tài)電流位準(zhǔn)(Levels)。舉例來(lái)說(shuō)，相對(duì)于使用固定分流的SCFCL，超導(dǎo)體307所需要的超導(dǎo)材料必要數(shù)量可被減少，冷卻槽302的體積將因此可更小，而冷卻系統(tǒng)312的容量，也可因?yàn)槔鋮s液的必要體積而減少。此外，冷卻系統(tǒng)312所需要的能源成本也因而減少。因此，顯著的材料和能量成本節(jié)省效果可以實(shí)現(xiàn)。此外，可減少FCL206的實(shí)體大小，如此，可使FCL安裝于過去很困難且無(wú)法實(shí)現(xiàn)的安裝位置。
[0037]圖4顯示本案揭示的一實(shí)施例，關(guān)于具有反向平行連接關(guān)系的第一導(dǎo)電線圈404與第二導(dǎo)電線圈406的電流分流裝置202實(shí)施例的關(guān)系圖。輸入可變分流402的電流被導(dǎo)向通過第一線圈404于第一方向且穿過第二線圈于相反于第一方向的第二方向?？勺兎至?02選擇性還包括串聯(lián)地電性連接于第一線圈404的導(dǎo)電調(diào)變線圈408，以在系統(tǒng)明顯下降時(shí)促進(jìn)系統(tǒng)對(duì)限制電流的調(diào)整。線圈404和406纏繞于芯上(例如:芯603如圖6所示)，舉例來(lái)說(shuō)，像是雙線線圈配制(Bifilar Coil Arrangement)方式纏繞。其他線圈配置可使用且將會(huì)于后面描述?？紤]到芯可能是基于特殊應(yīng)用的限制電流需求決定鐵芯或中空的芯尺寸大小，而該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以了解。
[0038]可變分流402的第一線圈404與FCL206并聯(lián)地電性連接，而可變分流402的第二線圈406與FCL206串聯(lián)地電性連接。在系統(tǒng)200的穩(wěn)定狀態(tài)操作下(例如，在沒有故障條件下)，超導(dǎo)體307會(huì)維持在超導(dǎo)的狀態(tài)(Superconducting State) u并且將呈現(xiàn)幾乎零阻抗。流經(jīng)第一線圈404的電流因此幾乎等于流經(jīng)第二線圈406的電流，而因?yàn)榫€圈404和406以上述的反向平行方式配置，線圈將被磁耦合且呈現(xiàn)可忽略不計(jì)的凈值或等值的阻抗。
[0039]因此，藉由選擇具有合適的匝數(shù)量的第一和第二線圈404和406，系統(tǒng)200的穩(wěn)態(tài)操作下可以設(shè)計(jì)分配穩(wěn)態(tài)電流到平行路徑207和209，如此可使穩(wěn)態(tài)電流的于路徑207，而其余穩(wěn)態(tài)電流的(100-x) %于路徑209。在一實(shí)施例中，舉例來(lái)說(shuō)，在FCL系統(tǒng)200中介于路徑207和209之間，第一和第二線圈404和406選用適合匝數(shù)以平均分配電流，以50%的電流流經(jīng)路徑207及50%的電流的流經(jīng)路徑209。在另一實(shí)施例中，比例可以設(shè)定為40 /60,30 / 70,20 / 80等，舉例來(lái)說(shuō)，個(gè)別路徑207和209。在其他例子中電流分配被設(shè)定更準(zhǔn)確，外部調(diào)變線圈408可做為一選擇裝置。
[0040]在故障狀態(tài)發(fā)生時(shí)，如圖2C所示，穿過系統(tǒng)200的電流突然增加而電流傳感器326感測(cè)到增加的故障電流(圖3所示)。在接收到從電流傳感器326的輸出時(shí)，指出故障電流高于預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，控制器320立即跳脫(“Trips”)FCL206。換句話說(shuō)，控制器320使FCL206進(jìn)入故障狀態(tài)，其中FCL206呈現(xiàn)遠(yuǎn)大于第一線圈404的阻抗。在一特定的情況下，F(xiàn)CL206為SCFCL，這將造成FCL206被抑制(quench)，因此驅(qū)動(dòng)FCL206至高阻抗，而在非超導(dǎo)狀態(tài)下FCL206的阻抗遠(yuǎn)大于第二線圈406的阻抗。因此，故障電流傳送至第一線圈404。第一和第二線圈404和406產(chǎn)生的磁場(chǎng)解耦合而不再相互抵銷，而第一線圈的阻抗增加至電流限制阻抗，可有效限制故障電流，并對(duì)于FCL206作用如同分流電抗器(Shunt Reactor)。在回復(fù)時(shí)，F(xiàn)CL206回復(fù)且Iw2增加最后達(dá)到Iwi的值，因此電抗再次抵銷。
[0041]返回圖2C和圖4，于故障狀態(tài)下路徑205(包括跳閘FCL206和第二線圈406)相對(duì)于路徑207(包括第一線圈404和調(diào)變線圈408)有較高的阻抗，造成全部故障電流傳送至電流分流裝置202的第一線圈404。通過第二線圈的電流因此不足以抵消第一線圈404所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，而第一線圈404的總阻抗因此大于在穩(wěn)態(tài)操作時(shí)產(chǎn)生的阻抗。因此電流分流裝置202對(duì)于FCL206如同分流電抗器(Shunt Reactor)，而產(chǎn)生足夠大的阻抗以限制故障電流至可接受的峰對(duì)峰振幅。在回復(fù)時(shí)，當(dāng)FCL206返回于穩(wěn)定狀態(tài)，通過第一和第二線圈404和406的電流最后返至穩(wěn)態(tài)值，因此達(dá)到如上述的穩(wěn)態(tài)電抗抵銷。
[0042]參考上述系統(tǒng)200的配置，電流分流裝置202處理系統(tǒng)200中穩(wěn)態(tài)電流的重要部分，F(xiàn)CL206可調(diào)整尺寸以處理少于可容納的穩(wěn)態(tài)電流。FCL的材料和運(yùn)作成本可因此減少。FCL的實(shí)體大小也會(huì)減少，使FCL可安裝于困難且沒有不切實(shí)際的位置。此外，電磁場(chǎng)的力量和影響也可因FCL的主動(dòng)組件減少而減少。于FCL中的電量消耗也可減少。當(dāng)FCL206為SCFCL時(shí)，超導(dǎo)材料的數(shù)量可減少50%，在50%的穩(wěn)態(tài)電流傳送至電流分流裝置202的情況下，因此需要較少的能量來(lái)冷卻超導(dǎo)材料低于臨界溫度。冷卻系統(tǒng)容量也可減少，包括低溫液的體積，因此可以了解相較于已知的故障電流限制器有較少的成本和節(jié)省較多的空間。
[0043]FCL系統(tǒng)200的另一實(shí)施例為固定分流214(電壓控制分流)并聯(lián)于FCL206以已知的方式促進(jìn)電壓控制，也各別耦接或不耦接額外調(diào)變電抗208如圖2D和2E所示。電壓控制分流可能為電抗、電阻、變阻器或任何其他電子裝置可固定或設(shè)定所需的電壓值。
[0044]雖然第一和第二線圈404和406如圖4所示于雙線線圈配置方式中，其他線圈配置也可執(zhí)行于電流分流裝置。舉例來(lái)說(shuō)，圖5顯示一具有以反向同心配置方式纏繞的第一線圈504和第二線圈506的可變分流502。調(diào)變線圈408串聯(lián)于第一線圈504和第二線圈506耦接FCL206。在另一個(gè)例子中，圖5顯示具有以十字交叉配置(CrisscrossedArrangement)方式纏繞于磁芯603的第一線圈604和第二線圈606,且各線圈具有相同阻數(shù)的可變分流602。另外，第一線圈604耦接于調(diào)變線圈408和第二線圈606耦接于FCL206。在另一例子中，圖7顯示具有以十字交叉配置方式纏繞于磁芯703的第一線圈704和第二線圈706且各線圈具有不相同匝數(shù)的可變分流702，以控制和限制分配于FCL706的穩(wěn)態(tài)電流。第一線圈704耦接于調(diào)變線圈408和第二線圈706耦接于FCL206。
[0045]雖然此處說(shuō)明了本揭示的多項(xiàng)實(shí)施例，但不會(huì)限制本案的揭示內(nèi)容，而目的在于增廣此領(lǐng)域技術(shù)可容許的范圍，而說(shuō)明書的內(nèi)容也采用同樣方式理解。因此，上述的描述內(nèi)容不應(yīng)被解釋為限制，而僅為特定實(shí)施例的范例。此領(lǐng)域的技術(shù)人員可依據(jù)本案申請(qǐng)專利范圍內(nèi)的范圍和精神內(nèi)設(shè)想其他任何的修改方式。
【權(quán)利要求】
1.一種電流分流裝置，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。
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，還包括故障電流限制器電性耦接到該第一電路與該第二電路。·
9.根據(jù)權(quán)利要求8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。
10.根據(jù)權(quán)利要求8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。
11.根據(jù)權(quán)利要求8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。
12.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。
13.—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，在故障狀況下解磁耦合 '及 故障電流限制器，與該第二電路串聯(lián)，該故障電流限制器與該第二電路的串聯(lián)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。
14.根據(jù)權(quán)利要求13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。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的載流系統(tǒng)，其中該第二電路包括一二線圈纏繞于該芯上，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。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電流分流裝置，其中該第一線圈和第二線圈以雙線線圈配置方式纏繞。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電流分流裝置，其中該第一線圈和第二線圈以反向同心配置方式纏繞。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電流分流裝置，其中該第一線圈和第二線圈于相同匝數(shù)下以十字交叉配置方式纏繞。
19.根據(jù)權(quán)利要求15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。
20.根據(jù)權(quán)利要求13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。
21.根據(jù)權(quán)利要求13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。
22.根據(jù)權(quán)利要求13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。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電流分流裝置，其中還包括一調(diào)整線圈與該第一線圈串聯(lián)，以促進(jìn)阻抗微調(diào)與該電流分流裝置的電流分配。
24.一種故障電流限制器系統(tǒng)，包括: 故障電流限制器；及 電流分流裝置，包括第一導(dǎo)電線圈和第二導(dǎo)電線圈纏繞于芯上，其中該第一導(dǎo)電線圈與該故障電流限制器并聯(lián)地電性連接，用以傳送電流于第一方向，該第二導(dǎo)電線圈與該故障電流限制器串聯(lián)地電性連接，用以傳送電流于相反于該第一方向的第二方向，如此于該故障電流限制器的穩(wěn)定操作狀態(tài)下，該第一線圈的第一磁場(chǎng)與該第二線圈的第二磁場(chǎng)耦合
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的故障電流限制器系統(tǒng)，其中該電流分流裝置的該第一線圈和該第二線圈用來(lái)解磁耦合且增加該電流分流裝置的等效阻抗，以限制于故障狀態(tài)下傳遞至負(fù)載的電流量。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的故障電流限制器，其中該故障電流限制器包括超導(dǎo)體故障電流限制器。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的故障電流限制器，其中該故障電流限制器包括固態(tài)故障電流限制器。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的故障電流限制器，其中該故障電流限制器包括電感故障電流限制器。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的故障電流限制器，其中該電流分流裝置用以于該故障電流限制器系統(tǒng)的穩(wěn)定操作下，傳送低于系統(tǒng)總電流的穩(wěn)態(tài)電流值。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的故障電流限制器，其中該電流分流裝置還包括調(diào)整線圈串聯(lián)連接于該第一線圈，以促進(jìn)阻抗微調(diào)與該電流分流裝置的電流分流。
31.根據(jù)權(quán)利要求24所述的故障電流限制器，其中該第一線圈和第二線圈以雙線線圈配置方式纏繞。
32.根據(jù)權(quán)利要求24所述的故障電流限制器，其中該第一線圈和第二線圈以反向同心配置方式纏繞。
33.根據(jù)權(quán)利要求24所述的故障電流限制器，其中該第一線圈和第二線圈于相同匝數(shù)下以十字交叉配置方式纏繞。
34.根據(jù)權(quán)利要求24所述的故障電流限制器，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。
【文檔編號(hào)】H02H9/02GK103858299SQ201280029013
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月15日
【發(fā)明者】卡森·D·泰克雷特薩迪克 申請(qǐng)人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司