[发明专利]包括减少过电流和限制过电流在内的关于保护物体免遭过电流的装置和方法

说明书

本发明涉及一种电厂中用于保护和电力网络或和电厂中的另一个设备相连的物体免遭和故障有关的过电流的装置，所述装置包括设置在物体和电网/设备之间的线路中的开关装置。此外，本发明包括一种保护物体免遭过电流的方法。

所涉及的电物体最好由具有磁路的设备构成，其要求保护免遭和故障相关的过电流，即实际上的短路电流。例如该物体可以是变压器或电抗器。本发明旨在用于中电压或高电压中。按照IEC标准，中电压为1-72.5kv，而高电压为72.5kv以上。因而，包括输电、辅助输电和配电等级。

在这种性质的电厂中，人们一直寻求用于有关物体的保护的一种常规的断路器(开关装置)，其被这样设计，使得其在遮断时提供电隔离。因为这种断路器必须被设计成能够遮断很高的电流和电压的，所以将获得具有大的惯性的相当笨重的设计，这表现在其具有相当长的遮断时间。需要指出的是，主要针对的过电流是其发生和被保护物体有关的短路电流，例如由于被保护物体的电绝缘系统的故障。这种故障意味着，外部电网/设备的故障电流(短路电流)将要通过在物体中产生的电弧来流动。其结果可以导致极大的破坏。可以提及的是，对于瑞典电网，计算的短路电流/故障电流是63kA。实际上，短路电流可以为40-50kA。

所述断路器具有的问题是其长的遮断时间。对于完全实现遮断的计算遮断时间(IEC标准)是150毫秒。根据实际情况，把遮断时间减少到50-130毫秒以下是困难的。其结果是，在被保护物体中存在故障时，在用于启动断路器使其断路所需的整个时间期间极高的电流将通过被保护物体。在这个时间期间，外部电网的全部故障电流在被保护物体上具有相当的负载。为了避免被保护物体的破坏和完全击穿，按照现有技术，人们如此设计物体，使得在断路器的遮断时间期间，其设法经受短路电流/故障电流而没有明显的破坏。应当指出，在被保护物体中的短路电流(故障电流)可以包括物体本身对故障电流的贡献和从电网/设备发出的附加电流。物体本身对故障电流的贡献不受断路器性能的影响，但是由电网/设备供出的故障电流取决于断路器的操作。要求如此设计被保护物体，使得其可以在相当长的时间间隔期间经受大的短路电流/故障电流，这带来的主要缺点是更昂贵的设计和性能的降低。

关于目前的变压器和电抗器的保护，除去上述的常规断路器的功能之外，取决于其自身的瞬变电流限制能力，这是由于它们具有高的电感。虽然本发明可以应用于这种常规的变压器和电抗器，但是应用于新发明的变压器或电抗器将是尤其有利的，这将在后面更详细地讨论，按照它们的设计，它们具有比常规的变压器和电抗器较低的电感/阻抗，因此不能在相等的程度上构成关于自我保护免遭过电流以及保护位于变压器/电抗器前后的电气装置的电感电流限制装置。在这种非常规的变压器和电抗器中，当然重要的是保护装置快速动作，以便限制故障的破坏效果。

为了便于理解，下面说明常规的电力变压器。所述的全部内容都适合于电抗器。电抗器也被设计成单相和三相的电抗器。关于绝缘和冷却，在原理上和变压器是相同的。因而，空气绝缘的和油绝缘的，自冷的，压力油冷的电抗器都可以利用。虽然电抗器具有一个绕组(每相)，并且可以设计成具有铁芯或没有铁芯的，但是下面的说明在很大程度上也适应于电抗器。

常规的变压器包括变压器铁芯，下面称为铁芯，通常是层叠取向的硅钢片。铁芯包括几个铁芯柱，由轭部连接，它们共同形成一个或几个铁芯窗口。具有这种铁芯的变压器通常称为铁芯变压器。围绕铁芯柱具有多个绕组，一般被称为原绕组、副绕组和控制绕组。就所涉及的电力变压器而言，这些绕组实际上总是同心设置的，并沿着芯柱的长度分布。铁芯变压器一般具有圆形线圈，以及锥形的铁芯柱截面，以便尽可能紧密地充满线圈。

有时也有其它类型的铁芯设计，例如被包括在被称为壳式变压器中的铁芯。这些铁芯具有一种规则的矩形线圈和矩形的芯柱截面。

在相关的功率范围的下部，即从1VA到1000MVA，常规的电力变压器有时被设计成空气冷却的，以便带走不可避免的固有损耗。为了保护以避免接触，并尽可能地减少变压器的外部磁场，通常提供具有通风开口的外壳。

不过，最一般的电力变压器是油冷的。因为其理由之一是，油具有作为绝缘介质的附加的重要功能。因此，油冷的和油绝缘的常规电力变压器必须被外部壳体包围着，由下述可清楚地看出，对壳体提出了很高的要求。

常规的油绝缘电力变压器也利用水冷的油制造。

本说明的下面的大部分内容针对的是常规的充油的电力变压器。