CN100514791C - 电阻超导故障限流器 - Google Patents
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Abstract
一种电阻超导故障限流器，包括：超导限制器元件，其在发生正常电流的情况下处于超导状态，且在大于预定阈值电流值的故障电流流动时处于具有预定电阻的正常导电状态；超导串联线圈，串联连接到超导限制器元件，从而彼此面对，使得当电流以相反方向流动从而消除磁场时能够相应地最小化电流损耗，且具有大于超导限制器元件的阈值电流值预定比率的阈值电流值；和正常导体并联线圈，并联连接到超导限制器元件，且在发生故障电流时具有小于超导限制器元件的电阻的预定电阻，以通过分流流到超导限制器元件的电流而防止超导限制器元件过热，并用于通过在发生故障电流时产生磁场来均匀地失超该超导限制器元件。
Description
技术领域
本发明涉及电阻超导故障限流器，且更为具体地说，涉及一种当施加正常电流时因为本身磁场和外部磁场能够减少超导限制器元件的电流损耗，并且当施加比如短路的故障电流时能够均匀地失超(quench)超导限制器元件的电阻的超导故障限流器。
背景技术
电力系统中的故障限流器用于在发生比如短路、接地故障和雷击的故障电流时限制加到电源系统的总线排、绝缘器、断路器等的机械、热和电应力。
超导故障限流器使用超导体由于超过阈值电流的故障电流而失超(quench)的原理，就是说，超导体在失去了其超导特性之后转变为阻态(resistive state)。
故障电流因为电源系统故障而流到超导故障限流器，超导故障限流器转变为具有高阻抗的电阻由此防止故障电流。
通常，在超导状态中具有特定电阻“0”(零)的超导体因为存在电流或磁场和温度特性转变为其中特定电阻不是“0”(零)的正常导电状态。超导体失去其超导特性的现象被称为“失超”。
超导故障限流器被大致分为电感类型和电阻类型。电阻类型超导故障限流器在和电感类型超导故障限流器比较时具有较简单的结构，较轻的总量和较便宜的制造成本，这是因为超导体管理包括故障电流检测、到电阻的状态转变和限流的所有工作。
将参考图1描述现有电阻类型超导故障限流器的结构。
现有电阻类型超导故障限流器包括由非金属材料形成且填充有比如液态氮的冷却剂的低温箱14；在低温箱14中的冷却剂中容纳的且维持为超导状态的超导限制器元件；在低温箱14外侧安装从而环绕低温箱14，且由铜或铝形成，用于以水平方向施加均匀磁场到超导限制器元件12的箔制线圈(foil coil)16；用于串联连接超导限制器元件12和箔制线圈16的电流引线13和15；以及并联连接到超导体限制器元件12和箔制线圈16之间的串联电路，用于防止在串联电路瞬时产生过电压的变阻器17。
现有的电阻类型超导故障限流器被连接到电源系统的电源线。
当故障电流流到电阻类型超导故障限流器时，水平方向的均匀和强磁场从箔制线圈16加到超导限制器元件12。之后，超导限制器元件12变为超过阈值电流密度和阈值磁场密度的状态，且因此转变为具有电阻的正常导电状态。因此，限制了故障电流。
在电阻类型超导故障限流器中，箔制线圈16在大故障电流的情况下施加强磁场到超导限制器元件12，由此，均匀和快速地失超超导限制器元件12。然而，即使当小于额定电流地正常电流流过电阻类型超导故障限流器时，箔制线圈16施加磁场到超导限制器元件12，且超导限制器元件12产生本身磁场，这引起超导限制器元件12具有大的电流损耗。因此，通过补偿电流损耗为了增加流到超导限制器元件12的电流量，必须增加超导限制器元件12的数目，这引起箔制线圈16的尺寸和数目增加。当电源系统的额定电压变高时问题更加严重。
因为电流损耗表现为热发射，为了维持65K-77K(开尔文)的温度(其是维持超导限制器元件处于超导状态的温度)，需要比如大低温箱的冷却设备。
因为电流总是流到箔制线圈16，需要一种用于屏蔽加热的箔制线圈16的热发射的低温箱14的热屏蔽装置。
在现有的超导故障限流器中，从箔制线圈16产生的磁场被以水平方向施加到超导限制器元件12，由此引起超导限制器元件的均匀和同步失超。上述方法应用于基于BISCCO的超导限制器元件，从而获得相同效果。但是，当将上述方法应用于基于YBCO的超导限制器元件时，需要应用水平磁场的磁场必须大于需要应用垂直磁场的磁场几十倍。为了使箔制线圈16产生大的磁场，必须增加箔制线圈的尺寸和数目。结果，超导故障限流器的尺寸增加，从而难以获得其安装空间，且其制造成本增加。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种电阻超导故障限流器，其能够减少在出现正常电流的情况下超导限制器元件因为自身磁场和外部磁场的电流损耗，且能够在发生故障电流的情况下均匀地失超超导限制器元件，由此增强超导限制器元件对于高压的耐压。
本发明的另一目的是提供一种电阻超导故障限流器，其能够通过增加超导限制器元件相对高压的耐压来减少总尺寸，由此最小化超导限制器元件的数目，且能够减少制造成本。
为实现本发明的这些和其它的优点，以及根据本发明的目的，如这里具体地和广泛地描述的，提供了一种电阻超导故障限流器，其包括：超导限制器元件，其在正常电流流动的情况下处于超导状态，且在流过大于预定阈值电流值的故障电流时处于具有预定电阻的正常导电状态；超导串联线圈，其串联连接到超导限制器元件，从而彼此面对，使得当电流以相反方向流动从而消除磁场时能够相应地最小化电流损耗，且其具有比超导限制器元件的阈值电流值大预定比率的阈值电流值；和正常导体并联线圈，且并联连接到超导限制器元件，且在发生故障电流时，具有小于超导限制器元件的电阻的预定电阻，以通过分流流到超导限制器元件的电流而防止超导限制器元件过热，并用于通过在发生故障电流时产生磁场来均匀地失超超导限制器元件，其中，该超导串联线圈是具有螺旋线圈形状的超导体，且被安装以环绕超导限制器元件。
根据本发明的另一实施例，提供了一种电阻超导故障限流器，其包括：超导限制器元件，其在正常电流流动的情况下处于超导状态，且在大于预定阈值电流值的故障电流流过时，其处于具有预定电阻的正常导电状态；超导串联线圈，其串联连接到超导限制器元件，从而彼此面对，使得当电流以相反方向流动从而消除磁场时，其能够相应地最小化电流损耗，且其具有比超导限制器元件的“n”值大预定比率的“n”值，从而在发生故障电流时先于超导限制器元件失超；第一正常导体并联线圈，其并联到连接超导限制器元件，且在发生故障电流时，具有小于超导限制器元件的电阻的预定电阻，以通过分流流到超导限制器元件的电流而防止超导限制器元件过热，并用于通过在发生故障电流时产生磁场来均匀地失超超导限制器元件；和第二正常导体并联线圈，其并联连接到超导限制器元件，且在发生故障电流时具有小于超导限制器元件的电阻的预定电阻，以通过分流流到超导限制器元件的电流而防止超导限制器元件过热，并用于通过在产生故障电流时产生磁场来均匀地失超超导限制器元件，其中，该超导串联线圈是具有螺旋线圈形状的超导体，且被布置以环绕该超导限制器元件。
通过结合附图的下面的本发明详细描述能够更加清楚说明本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点。
附图说明
附图是为了能进一步了解本发明而包含的，并且被纳入本说明书中构成本说明书的一部分，这些附图示出了本发明的一个或多个实施例，并用于与本说明书一起对本发明的原理进行说明。
在附图中：
图1是示出了根据现有技术的实施例的电阻超导故障限流器的结构图；
图2是示出了根据本发明第一实施例的电阻超导故障限流器的水平截面结构的截面图；
图3是根据本发明第一实施例的电阻超导故障限流器的等效电路图；
图4A是根据本发明第一实施例的在正常电流流动时电阻超导故障限流器的等效电路图；
图4B是示出了根据本发明第一实施例的在一正常电流流动时电阻超导故障限流器的电流和磁场的视图；
图5A是根据本发明第一实施例的在故障电流流动时电阻超导故障限流器的等效电路图；
图5B是示出了根据本发明第一实施例的在故障电流流动时电阻超导故障限流器的电流和磁场的视图；
图6A是根据本发明第二实施例的在故障电流流动时电阻超导故障限流器的等效电路图；
图6B是示出了根据本发明第二实施例的在故障电流流动时电阻超导故障限流器的电流和磁场的视图；以及
图7是示出了根据本发明第一实施例的电阻超导故障限流器彼此串联连接从而具有对高压的耐压的等效电路图。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的优选实施例，在附图中示出了其实例。
在下文中，将参考附图解释根据本发明的电阻超导故障限流器。
图2是示出了根据本发明第一实施例的电阻超导故障限流器的水平结构的截面图。
如图所示，根据本发明第一实施例的电阻超导故障限流器包括：超导限制器元件21，其被布置在最内侧；超导串联线圈22，其被布置在最外侧从而环绕超导限制器元件21；和正常导体并联线圈23，其被布置在21和超导串联线圈22之间。
正常导体并联线圈23是螺旋形状的线圈，且能够位于超导限制器元件21和超导串联线圈22之间，如图2所示。作为另一实施例，正常导体并联线圈23也能够位于超导串联线圈22外侧。
根据本发明第一实施例的电阻超导故障限流器能够进一步包括位于超导限制器元件21和正常导体并联线圈23之间和位于正常导体并联线圈23和超导串联线圈22之间的绝缘层24。
在下文中，绝缘层24必须由具有和超导限制器元件21、正常导体并联线圈23和超导串联线圈22的比率相同的热膨胀率的材料形成，或由具有和21-23类似的热膨胀率的材料形成，以防止在冷却或过热时的热应力和表面分离。因为在失超操作时在超导限制器元件21外侧产生强电磁力，且因此产生大量热，快速传送热量到冷却剂的材料必须用于绝缘层24。因此，绝缘层24必须由能够机械耐受电磁力和具有良好导热性且厚度小于1mm的材料形成。
优选地，绝缘层24由环氧树脂或玻璃纤维增强塑料(省略为FRP)形成。
图3是根据本发明第一实施例的电阻超导故障限流器的等效电路图。
如图所示，根据本发明第一实施例的电阻超导故障限流器包括：超导限制器元件21；串联连接到超导限制器元件21从而面对超导限制器元件21的超导串联线圈22；和并联连接到超导限制器元件21的正常导体并联线圈23。
当正常(normal)电流流过超导限制器元件21时，元件21处于具有电阻“0”(零)的超导状态。但是，当大于阈值电流值的故障电流，比如具有额定电流的几倍或几十倍的电气短路电流流过时，超导限制器元件21变为失超状态以转变为具有几十毫欧(mΩ)到几欧(Ω)的正常导电状态。
超导串联线圈22被串联连接到超导限制器元件21从而面对超导限制器元件21，且超导串联线圈22和超导限制器元件21具有彼此相反的电流方向。因此，从超导串联线圈22和超导限制器元件21产生的磁场彼此取消(cancel)，由此最小化磁场造成的电流损耗。在这里，磁场造成的电流损耗意味着由磁场引起的涡流(eddy current)造成的电流损耗。
通过构造超导串联线圈22和超导限制器元件21为螺旋形状的相同超导线圈能够更加增加磁场的抵消效果，且通过构造超导串联线圈22和超导限制器元件21具有相同的匝数和相同的盘绕方向能够更加增加磁场的抵消效果。
优选的，超导串联线圈22的阈值电流是超导限制器元件21的阈值电流的1.1-2.0倍。因此，在发生故障电流的情况下，超导限制器元件21相比超导串联线圈22首先失超。当超导限制器元件21首先失超时，从超导串联线圈22和超导限制器元件21产生的磁场的抵消状态改变，且因此由来自超导串联线圈22的强磁场均匀失超超导限制器元件21。结果，超导限制器元件21具有对高压的增强的耐压。
超导串联线圈22和超导限制器元件21分别能够由Bi2212超导块，Bi2223超导线和涂覆YBCO的超导体之一形成。
因为超导限制器元件21在因为故障电流而失超时具有几十毫欧(mΩ)到几欧(Ω)的电阻，在普通温度具有小于几十毫欧(mΩ)到几欧(Ω)的电阻的导体用作正常导体并联线圈23。优选地，用作正常导体并联线圈23的导体由铜(copper)、青铜(bronze)、CuNi和Ni合金之一形成。
当超导限制器元件21因为故障电流而失超时，正常导体并联线圈23形成电流的其它流动路径，也就是，分流路径，且因此大多数电流流过正常导体并联线圈23而不流过超导限制器元件21。结果，在发生故障电流时防止超导限制器元件21过热。另外，当分流的故障电流流过正常导体并联线圈23时，从正常导体并联线圈23产生的磁场被施加到超导限制器元件21，由此均匀地失超该超导限制器元件21。
超导串联线圈22比正常导体并联线圈23更显著地影响超导限制器元件21的均匀失超。在这里，超导限制器元件21的均匀失超意味着超导限制器元件21的整个区域同时转变为正常导体。
下面将参考图4A和4B解释根据本发明的超导故障限流器的结构和工作。图4A是根据本发明第一实施例的在正常电流流动时电阻超导故障限流器的等效电路图，而图4B是示出了根据本发明第一实施例的在正常电流流动时电阻超导故障限流器的电流和磁场的视图。
当小于额定电流的正常电流流过时，小于阈值电流值的电流流过，且因此超导电流限制器21和超导串联线圈22分别具有电阻“0”。结果，电流不流到具有预定电阻的正常导体并联线圈23。根据本发明第一实施例的电阻超导故障限流器的电路图能够被表示为图4A的等效电路图。
参考图4A，超导限制器元件21和超导串联线圈22串联连接从而面对彼此，且具有相同的匝数和环绕方向，并具有相反的电流方向(如箭头所示)。在图4A中，由数字400指示的粗箭头(thick arrow)表示电力系统中流入/流出超导故障限流器的电流和流过超导故障限流器的电流。
因为流过超导限制器元件21和超导串联线圈22的电流具有相反的方向，在其每个外围部分形成的磁场具有相反方向且彼此消除。
在图4A中，在其两端具有箭头的弧线表示从超导限制器元件21和超导串联线圈22产生的磁场彼此影响。
如图4B所示，超导限制器元件21和超导串联线圈22是当缠绕具有薄的厚度和宽的宽度表面21a和22a的带形的基于BISCCO或基于YBCO的超导体时形成的超导线圈，且超导限制器元件21和超导串联线圈22的总体形状具有圆柱形。超导限制器元件21被安装在内侧，而超导串联线圈22被安装在外侧，从而环绕该超导限制器元件21。
超导限制器元件21和超导串联线圈22的宽的宽度表面21a和22a面对彼此，使得磁场彼此影响。
如图4B所示，当在电力系统上流动小于额定电流的正常电流时，流过超导串联线圈22的电流和流到超导限制器元件21的电流彼此相反，为进入方向(EN)和离开方向(EX)。
因此，超导限制器元件21中的磁场和超导串联线圈22中的磁场具有相反方向从而彼此消除，由此仅在超导限制器元件21和超导串联线圈22之间留下很小的磁场(minute magnetic)。因此，根据本发明的电阻超导故障限流器与仅具有超导限制器元件的超导故障限流器相比能够减少三倍的电流损耗。
下面将更加详细地描述本发明的结构。例如，当300安培的正常电流在电力系统上流动时，将Bi2212管或块设备以螺旋线圈形状缠绕20次作为超导限制器元件21，由此具有420A(安培)的阈值。将具有良好传导性和绝缘特性的低温绝缘材料以小于1mm的厚度涂覆在超导限制器元件外侧。通过使用0.16mm直径的铜线圈，以相应于大约150的匝数在低温绝缘材料上缠绕正常导体并联线圈23，且将正常导体并联线圈23并联连接到超导限制器元件。比如玻璃纤维增强塑料(FRP)的绝缘管位于正常导体并联线圈23的外侧，且在绝缘管上缠绕超导串联线圈22。在这里，超导串联线圈22形成为两个涂覆YBCO的导体，每个具有300A的阈值电流，将其彼此层压为双层结构，并且以和超导限制器元件21相同的方向缠绕20次，从而串联连接到超导限制器元件。
下面将参考图5A和5B描述根据本发明的超导故障限流器的结构和工作。图5A是根据本发明第一实施例的在故障电流流动时电阻超导故障限流器的等效电路图，且图5B是示出了根据本发明第一实施例的在故障电流流动时电阻超导故障限流器的电流和磁场的视图。
参考图5A，在大于额定电流的几倍或几十倍的故障电流流到电阻超导故障限流器的情况下，如向下的大箭头400指示的，当故障电流大于超导限制器元件21的预定电流阈值时，超导限制器元件21失超，从而从具有电阻“0”(零)的超导状态改变为具有几十毫欧(mΩ)到几欧(Ω)的电阻的正常导电状态。
结果，流到超导故障限流器的故障电流被分流到超导限制器元件21和正常导体并联线圈23。在这里，因为正常导体并联线圈23具有小于失超的超导限制器元件21的电阻，大多数故障电流流过正常导体并联线圈23。如图5A的小箭头指示的参考数字410和420指示分流到超导限制器元件21和正常导体并联线圈23的故障电流。
如图5A所示，在发生故障电流的情况下，流过正常导体并联线圈23的电流具有和流过超导串联线圈22的电流相同的方向，且因此从其产生具有相同方向的磁场。
在图5A中，在其两端具有箭头的圆弧表示从超导限制器元件21和超导串联线圈22产生的磁场彼此影响。
在这里，因为在超导限制器元件21失超之后，流到超导串联线圈22的电流远大于流到超导限制器元件21的电流，产生磁场，如图5B所示。
就是说，因为流到超导串联线圈22的电流远大于流到超导限制器元件21的电流，超导限制器元件21内的磁场没有被抵消，而是由超导串联线圈22在超导限制器元件21的内侧和外侧以垂直方向形成，如图5B的向下箭头指示的。另外，因为流到正常导体并联线圈23的电流具有和流到超导串联线圈22的电流相同的方向，从正常导体并联线圈23产生的磁场具有和从超导串联线圈22产生的垂直磁场相同的方向，即使其小于垂直磁场。结果，在发生故障电流的情况下，在超导限制器元件21内侧和外侧同时产生磁场，由此均匀地失超该超导限制器元件21。因此，增加了超导限制器元件21对高压的耐压，由此稳定该电力系统。
超导串联线圈22能够由大于阈值电流的电流失超。但是，因为超导串联线圈22具有大于超导限制器元件21的阈值电流，且在失超时具有加到其的低预定电阻，其很少具有限流功能。
下面将参考图6A和6B描述根据本发明第二实施例的超导故障限流器的结构和工作。图6A是根据本发明第二实施例的在故障电流流动时电阻超导故障限流器的等效电路图，且图6B是示出了根据本发明第二实施例的在故障电流流动时电阻超导故障限流器的电流和磁场的视图。
如图6A所示，根据本发明第二实施例的电阻超导故障限流器包括：超导限制器元件21，其在正常电流流动的情况下处于超导状态，且在具有预定阈值电流值的故障电流流动时改变为具有预定电阻的正常导电状态；超导串联线圈22，其串联连接到超导限制器元件21；第一正常导体并联线圈23a，其并联连接到超导限制器元件21；和第二正常导体并联线圈23b，其并联连接到超导串联线圈22。
超导限制器元件21是具有螺旋线圈形状的超导体。
超导串联线圈22串联连接到超导限制器元件21，从而面对彼此，使得当电流以相反方向流过它们从而彼此消除磁场时，相应地最小化电流损耗。而且，超导串联线圈22具有大于超导限制器元件21的“n”值预定比率的“n”值，从而当发生故障电流时，先于超导限制器元件21失超。在这里，“n”值指示从超导体到正常导体的转变速率的转变指数。在相同阈值电流下，“n”值越大，执行从超导体转变为正常导体越快。
优选地，超导串联线圈22的“n”值大于超导限制器元件21的“n”值1.5-4.0倍。
串联连接以面对超导限制器元件21的超导串联线圈22是具有螺旋线圈形状从而通过在发生正常电流的情况下彼此抵消磁场而最小化电流损耗的超导体。而且，布置超导串联线圈22以环绕超导限制器元件21，且超导串联线圈22具有和超导限制器元件21相同的匝数。
优选地，超导串联线圈22和超导限制器元件21分别是在缠绕具有薄的厚度和宽的宽度表面的带形的基于BISCCO的超导体(例如，Bi2212，Bi2223)或涂覆YBCO的超导体时形成的超导体。
布置超导串联线圈22和超导限制器元件21使得该宽的宽度表面能够彼此面对。
另外，超导串联线圈22和超导限制器元件21具有彼此类似且小于3％的差值的电流阈值。
用于通过分流流到超导限制器元件的电流而防止超导限制器元件过热和用于通过在发生故障电流时产生磁场而均匀地失超该超导限制器元件的第一正常导体并联线圈23a并联连接到超导限制器元件21，且其在故障电流流动时具有小于超导限制器元件的电阻的预定电阻。
第二正常导体并联线圈23b在故障电流流动时具有小于超导串联线圈22的电阻的预定电阻。
第二正常导体并联线圈23b通过分流流到超导串联线圈22的电阻而防止超导串联线圈22过热，且通过在发生故障电流时产生磁场且之后将其加到超导限制器元件21来均匀地失超该超导限制器元件21。
因为超导串联线圈22早于超导限制器元件21失超，超导限制器元件21的均匀失超更快，且从第二正常导体并联线圈23b产生的磁场对其的影响大于从第一正常导体并联线圈23a产生的磁场。
第一正常导体并联线圈23a和第二正常导体并联线圈23b具有和超导串联线圈22及超导限制器元件21中的一个相同的电流方向。
第一正常导体并联线圈23a和第二正常导体并联线圈23b分别是螺线形状的线圈，且位于超导串联线圈22外侧并在超导限制器元件21和超导串联线圈22之间。
超导串联线圈22和超导限制器元件21分别能够由Bi2212超导块，Bi2223超导线和涂覆YBCO的超导体之一来形成。
第一正常导体并联线圈23a和第二正常导体并联线圈23b由铜、青铜、CuNi和Ni合金之一形成。
根据本发明第二实施例的电阻超导故障限流器能够进一步包括设置在超导限制器元件21和第一正常导体并联线圈23a之间，第一正常导体并联线圈23a和超导串联线圈22之间，以及第二正常导体并联线圈23b和超导串联线圈22之间的绝缘层。在这里，该绝缘层由环氧树脂或玻璃纤维增强塑料(FRP)形成。
下面将解释根据本发明第二实施例的电阻超导故障限流器的工作。
当小于额定电流的正常电流在电力系统上流动时，根据本发明第二实施例的电阻超导故障限流器的工作和根据本发明第一实施例的电阻超导故障限流器的工作相同。就是说，因为在正常电流流动的情况下，正常电流具有小于超导限制器元件21和超导串联线圈22的每个电流阈值的值，超导限制器元件21和超导串联线圈22维持超导状态。如图6A所示，因为电流不流过第一正常导体并联线圈23a和第二正常导体并联线圈23b，根据本发明第二实施例的电阻超导故障限流器是图4A的等效电路图。如图4A所示的超导故障限流器的工作和上述超导故障限流器相同，且因此省略其描述。
参考图6A，当具有大于超导限制器元件21和超导串联线圈22的每个预定阈值电流的阈值的故障电流被引入根据本发明第二实施例的电阻超导故障限流器时，如向下的大箭头400指示的，具有较大“n”值的超导串联线圈22首先失超，从而从具有电阻“0”(零)的超导状态改变为具有几十毫欧(mΩ)到几欧(Ω)的正常导电状态。结果，流到超导故障限流器的故障电流被分流到超导串联线圈22和第二正常导体并联线圈23b。在这里，因为第二正常导体并联线圈23b具有小于失超的超导串联线圈22的电阻，大多数故障电流流过第二正常导体并联线圈23b。如图6A的小箭头指示的参考数字410和420表示分流到超导串联线圈22和第二正常导体并联线圈23b的故障电流。该分流流到并联连接到失超的超导串联线圈的第二正常导体并联线圈23b，由此防止失超的超导串联线圈22过热。同时，第二正常导体并联线圈23b由分流产生磁场，且在超导限制器元件21失超之前，将磁场施加到超导限制器元件21，由此在故障电流流动的情况下，均匀地失超该超导限制器元件21。没有解释的附图标记430和440分别表示流到超导限制器元件21和第一正常导体并联线圈23a的分流。
在图6A中，在其两端具有箭头的弧线表示从超导限制器元件21和超导串联线圈22产生的磁场彼此影响。
当超导限制器元件21失超时，该分流流到第一正常导体并联线圈23a，由此防止超导限制器元件21过热。
因为分流440在超导限制器元件21失超之后流到第一正常导体并联线圈23a，从第一正常导体并联线圈23a产生的磁场对于超导限制器元件21的均匀失超的影响小于从第二正常导体并联线圈23b产生的磁场。
当故障电流流到如图6A所示的根据本发明第二实施例的超导故障限流器时，产生如图6B所示的磁场。
就是说，因为流过第二正常导体并联线圈23b的电流远大于流过超导限制器元件21的电流，超导限制器元件21内侧的磁场没有被抵消，而是由第二正常导体并联线圈23b在超导限制器元件21的内侧和外侧以垂直方向形成，如图6B的向下箭头指示的。
另外，因为流过第一正常导体并联线圈23a的电流具有和流过第二正常导体并联线圈23b的电流相同的方向，从第一正常导体并联线圈23a以向下垂直形式产生的磁场具有和从第二正常导体并联线圈23b产生的磁场相同的方向。
如图6A和6B所示，因为超导限制器元件21和超导串联线圈22彼此面对且具有以彼此相反方向流动的电流，在正常电流流动的情况下从其产生的本身子场彼此消除。因此，能够减少电流损耗。另外，在发生故障电流的情况下，因为超导串联线圈22的“n”值大于超导限制器元件21的“n”值，超导串联线圈22早于超导限制器元件21失超，且加到超导限制器元件21的磁场比由分流420失超该超导限制器元件21的失超时间点快。结果，能够均匀失超该超导限制器元件21。
如前所述，根据本发明的超导故障限流器和由并联连接到超导限制器元件的正常导体线圈的磁力操作的开关，以及用于由开关跳闸操作的高电压或超高电压的附加断路器交互工作。因此，在发生故障电流的情况下能够完全屏蔽电力系统的电路。
将参考图7解释连接到高电压的电力系统的本发明的超导故障限流器的结构。
图7是示出了根据本发明第一实施例的电阻超导故障限流器彼此串联连接从而具有对高压的耐压的等效电路图。
为了增加对于高压的耐压，根据本发明的所需数目的电阻超导故障限流器彼此串联连接，由此构成超导故障限流器系统。
在这里，根据电力系统的电压等级来确定电阻超导故障限流器的数目。例如，如果一个超导故障限流器具有1kV的耐电压(voltagetolerance)，在单向14kV的电力系统中彼此串联连接14个超导故障限流器。在本发明中，因为增加了一个超导故障限流器的耐电压，则构成电力系统所需的超导故障限流器的数目能够减少。结果，最小化整个系统且减少了制造成本。
如前所述，在根据本发明的电阻超导故障限流器中，显著减少了因为本身磁场造成的电流损耗，且因此减少了用于冷却因为电流损耗发出的热量的冷却器的尺寸和数目。
另外，在根据本发明的电阻超导故障限流器中，在发生故障电流时均匀地失超该超导限制器元件，由此增加对于高压的耐压。结果，最小化构成高电压的电力系统的超导限流器的数目。
因为在不脱离本发明的精神和本质特征的情况下，本发明可以具体表现为多种形式，应该理解除非特别说明，上述的实施例不由任意前述描述的细节所限制，而是应该在附加的权利要求中定义的精神和范围内被广泛的理解，并且因此，所有在权利要求范围，或界限的等效物内的修改和变更都意在被附加的权利要求所包括。
Claims (28)
1.一种电阻超导故障限流器，其包括：
超导限制器元件，其在正常电流流动的情况下处于超导状态，且在大于预定阈值电流值的故障电流流动时处于具有预定电阻的正常导电状态；
超导串联线圈，串联连接到超导限制器元件，从而彼此面对，使得当电流以相反方向流动从而消除磁场时能够相应地最小化电流损耗，且其具有比超导限制器元件的阈值电流值大预定比率的阈值电流值；和
正常导体并联线圈，并联连接到超导限制器元件，且在发生故障电流时具有小于超导限制器元件的电阻的预定电阻，用于通过分流流到超导限制器元件的电流而防止超导限制器元件过热，并用于通过在发生故障电流时产生磁场来均匀地失超该超导限制器元件，
其中，该超导串联线圈是具有螺旋线圈形状的超导体，且被安装以环绕超导限制器元件。
2.如权利要求1所述的电阻超导故障限流器，其中，该超导限制器元件是具有螺旋线圈形状的超导体。
3.如权利要求1所述的电阻超导故障限流器，其中，该超导串联线圈和超导限制器元件是具有相同缠绕方向和相同匝数的超导线圈。
4.如权利要求1所述的电阻超导故障限流器，其中，该超导串联线圈和超导限制器元件分别是形成为缠绕成具有薄的厚度和宽的宽度表面的带形的基于BISCCO或基于YBCO的超导体的超导线圈。
5.如权利要求1所述的电阻超导故障限流器，其中，该超导串联线圈和超导限制器元件是分别由Bi2212超导块、Bi2223超导线和涂覆YBCO的超导体之一形成的。
6.如权利要求1所述的电阻超导故障限流器，进一步包括位于超导限制器元件和正常导体并联线圈之间以及在正常导体并联线圈和超导串联线圈之间的电绝缘层。
7.如权利要求6所述的电阻超导故障限流器，其中，该绝缘层由环氧树脂或玻璃纤维增强塑料形成。
8.如权利要求4所述的电阻超导故障限流器，其中，布置该超导串联线圈和超导限制器元件使得其宽的宽度表面彼此面对。
9.如权利要求1所述的电阻超导故障限流器，其中，该超导串联线圈的阈值电流是超导限制器元件的阈值电流的1.1-2.0倍。
10.如权利要求1所述的电阻超导故障限流器，其中，该超导串联线圈是一个增加超导限制器元件对高压的耐压的装置，其用于通过施加大于从正常导体并联线圈加到超导限制器元件的第一自身磁场的第二自身磁场，由此在失超该超导限制器元件时均匀失超该超导限制器元件，且因此在故障电流的情况下减少来自超导限制器元件的磁场。
11.如权利要求1所述的电阻超导故障限流器，其中，该流过正常导体并联线圈的电流具有和流过超导串联线圈的电流相同的方向。
12.如权利要求1所述的电阻超导故障限流器，其中，该正常导体并联线圈是螺线形状的线圈，且位于超导限制器元件和超导串联线圈之间，或超导串联线圈外侧。
13.如权利要求1所述的电阻超导故障限流器，其中，该正常导体并联线圈是由铜、青铜、CuNi和Ni合金之一形成的。
14.如权利要求1所述的电阻超导故障限流器，其中，多个电阻超导限流器彼此串联连接以增加对高压的耐压。
15.一种电阻超导故障限流器，其包括：
超导限制器元件，其在正常电流流动的情况下处于超导状态，且在大于预定阈值电流值的故障电流流过时处于具有预定电阻的正常导电状态；
超导串联线圈，其串联连接到超导限制器元件，从而彼此面对，使得当电流以相反方向流动从而消除磁场时能够相应地最小化电流损耗，且其具有比超导限制器元件的“n”值大预定比率的“n”值，从而在发生故障电流时先于超导限制器元件失超；
第一正常导体并联线圈，其并联连接到超导限制器元件，且在发生故障电流时具有小于超导限制器元件的电阻的预定电阻，以通过分流流到超导限制器元件的电流而防止超导限制器元件过热，并用于通过在发生故障电流时产生磁场均匀地失超该超导限制器元件；和
第二正常导体并联线圈，其并联连接到超导串联线圈，且在发生故障电流时具有小于超导串联线圈的电阻的预定电阻，以通过分流流到超导串联线圈的电流而防止超导串联线圈过热，并用于通过在发生故障电流时产生磁场均匀地失超该超导限制器元件，
其中，该超导串联线圈是具有螺旋线圈形状的超导体，且被布置以环绕该超导限制器元件。
16.如权利要求15所述的电阻超导故障限流器，其中，该超导限制器元件是具有螺旋线圈形状的超导体。
17.如权利要求15所述的电阻超导故障限流器，其中，该超导串联线圈串联连接到超导限制器元件，从而通过在发生正常电流的情况下消除磁场来最小化电流损耗，该超导串联线圈具有与超导限制器元件相同的匝数。
18.如权利要求15所述的电阻超导故障限流器，其中，该超导串联线圈和超导限制器元件分别是形成为缠绕成具有薄的厚度和宽的宽度的表面的带形的基于BISCCO或基于YBCO的超导体的超导线圈。
19.如权利要求15所述的电阻超导故障限流器，其中，该超导串联线圈和超导限制器元件被布置使得其宽的宽度表面彼此面对。
20.如权利要求15所述的电阻超导故障限流器，其中，该超导串联线圈和超导限制器元件具有彼此类似的差值小于3％的阈值电流值。
21.如权利要求15所述的电阻超导故障限流器，其中，该超导串联线圈的“n”值大于超导限制器元件的“n”值的1.5-4.0倍。
22.如权利要求15所述的电阻超导故障限流器，其中，该第一正常导体并联线圈及第二正常导体并联线圈具有和超导串联线圈及超导限制器元件之一相同的电流方向。
23.如权利要求15所述的电阻超导故障限流器，其中，该第一正常导体并联线圈及第二正常导体并联线圈是螺线形状的线圈，且位于超导限制器元件和超导串联线圈之间，和超导限制器元件的外侧。
24.如权利要求15所述的电阻超导故障限流器，其中，该超导串联线圈和超导限制器元件分别由Bi2212超导块、Bi2223超导线和涂覆YBCO的超导体之一形成。
25.如权利要求15所述的电阻超导故障限流器，进一步包括位于超导限制器元件和第一正常导体并联线圈之间，第一正常导体并联线圈和超导串联线圈之间，以及第二正常导体并联线圈和超导串联线圈之间的电绝缘层。
26.如权利要求25所述的电阻超导故障限流器，其中，该绝缘层由环氧树脂或玻璃纤维增强塑料形成。
27.如权利要求15所述的电阻超导故障限流器，其中，该第一正常导体并联线圈和第二正常导体并联线圈是由铜、青铜、CuNi和Ni合金之一形成的。
28.如权利要求15所述的电阻超导故障限流器，其中，多个电阻超导限流器彼此串联连接以增加对高压的耐压。
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