[发明专利]故障电流限制器系统及电流分流装置

说明书

相关申请案的交叉参考

本案为2011年4月15日申请的第61/475,976号待决美国临时专利申请案的非临时申请案，所述临时专利申请案的内容以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种故障电流控制器，尤其涉及一种具有故障电流限制器和可变分流电流分流装置的故障电流限制器系统，用来减少流经故障电流限制器的稳态电流。

背景技术

故障电流限制器(fault current limiter,FCL)是通常在电力系统中的一种限制故障电流的装置。不同类型的FCL已经发展超过好几十年，包括超导体故障电流限制器(Superconducting Fault Current Limiters，SCFCLs)、固态故障电流控制器(Solid State Fault Current Limiters)、电感故障电流控制器(Inductive Fault Current Limiters)和其他该领域的技术人员充分了解的种类。使用FCL的电力系统可包括产生、传送和分配网络，该电力系统产生和传送电源到各种工业、商业和／或住家电力的负载。

故障电流是一种在电力系统中的异常电流，会造成系统的故障，例如是短路。故障电流可能发生于系统中的任何事件，像是被天气严重破坏电源线和其他系统的组件(例如：雷击电源系统)。当故障发生时，在电路中会立刻出现巨大的负载。在这种故障的情况下，网络会响应地传送巨大的电流(例如：故障电流)至负载。这种突然大幅上升电流是不可取的，因为它会伤害网络本身或连接网络的装置。

图1A显示一现有技术于稳定状态下具有已知固定分流114的FCL的电力系统100的电路图。电力系统100包括AC电源102、正常时关闭的电路遮断器(Circtui Breaker)108及不同的负载110。在稳定状态下，AC电源102提供电源至负载110。电路遮端器108关闭且AC电源的100％电流流经导线103、FCL106及导线105至负载110，如箭头150所示。

图1B显示图1A于故障状态下电路遮断器108打开前的电路图。举例来说，故障状态发生于不慎接地的位置112。为了响应故障，AC电源102企图传送一个庞大的故障电流至故障负载，而FCL106产生远大于固定分流114的电阻。举例来说，假使FCL是一个具有于超导稳定状态下呈现几乎零阻抗的超导体的超导体FCL(Superconducting Fault Current Limiter，SCFCL)，故障电流造成超导体被抑制因而产生阻抗远大于固定分流114的阻抗。因为FCL阻抗变大，故障电流如箭头152所示传送至固定分流114。固定分流114在电路遮断器108打开前，藉由减少故障电流的峰对峰值以限制故障电流至可接收的电位。已知电路遮断器108打开需要已知频率60Hz的2至5个周期。在故障后的时间间隔中，电路遮断器108断开且没有电流提供至负载110甚至通过FCL或固定分流114。

虽然固定分流FCL系统像是如上述可以非常有效率限制故障电流，但此系统的一个显著缺点是FCL需承载于正常运作下电路中的全部预期稳态电流，如上述参考图1A的说明。在较大的电流应用中，一般来说需要一个具有大实体占用空间和高能量消耗的FCL。举例来说，在SCFCL方面，FCL将包含置于冷却槽(低温恒温器)(Ceryogenic Tank／Cryostat)的超导体。为了操作于几乎零阻抗的超导状态下，超导体必须操作于低于临界温度、临界电流密度和临界磁场，如果超过三个其中任一个标准，超导体从超导状态抑制为一般状态，而呈现远大于固定分流114的阻抗。为了维持超导体温度低于临界温度，冷却系统传送低温冷却液至低温恒温器。因此超导体材料的数量以及冷却系统的容量必须足够以维持超导体低于临界温度，而能容纳所有系统中的稳态电流。此需要显著的设备与能量耗损。此外为了特殊应用，SCFCL的实体面积很难或不可安装于应用部位，类似质疑发生于使用需要采用大量并联组件的固态故障电流限制器系统中，呈现高耗能而需要庞大且昂贵的冷却系统以掌控较大的系统负载电流。因此目前需要改善这些或其他部分。

发明内容

鉴于前述，揭示了一种为了促进由故障电流限制器所处理降低的稳态电流的电流分流装置。尤其是揭示了一种FCL系统包括具有可变分流的电流分流装置。