CN101675566A - 井联高温超导故障限流器装置 - Google Patents

井联高温超导故障限流器装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101675566A
CN101675566A CN200880011212A CN200880011212A CN101675566A CN 101675566 A CN101675566 A CN 101675566A CN 200880011212 A CN200880011212 A CN 200880011212A CN 200880011212 A CN200880011212 A CN 200880011212A CN 101675566 A CN101675566 A CN 101675566A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrical path
hts
super
cable system
cable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200880011212A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101675566B (zh
Inventor
D·C·弗尔兹
J·马圭尔
J·袁
A·P·马洛莫夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
American Superconductor Corp
Original Assignee
American Superconductor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=41010797&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CN101675566(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Priority claimed from US11/688,817 external-priority patent/US20080194411A1/en
Priority claimed from US11/688,827 external-priority patent/US7724482B2/en
Application filed by American Superconductor Corp filed Critical American Superconductor Corp
Priority claimed from PCT/US2008/052293 external-priority patent/WO2008121430A2/en
Publication of CN101675566A publication Critical patent/CN101675566A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101675566B publication Critical patent/CN101675566B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • H01B12/06—Films or wires on bases or cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/16—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/001—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for superconducting apparatus, e.g. coils, lines, machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/20—Permanent superconducting devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/30—Devices switchable between superconducting and normal states
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/023—Current limitation using superconducting elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)

Abstract

本发明提供一种超导电缆系统(superconducting electrical cable system)，其被配置为包含在具有已知故障电流水平的公用事业电网内。所述超导电缆系统包括：非超导电气路径，互连于所述公用事业电网的第一节点与第二节点之间；以及超导电气路径，互连于所述公用事业电网的第一节点与第二节点之间。所述超导电气路径与所述非超导电气路径并联地电性连接，并且当所述超导电气路径在临界电流水平及临界温度以下工作时，所述超导电气路径具有低于所述非超导电气路径的串联阻抗。所述超导电气路径被配置为当所述超导电气路径以所述临界电流水平与所述超导体临界温度其中之一或多者或高于其中之一或多者工作时，所具有的串联阻抗至少N倍于所述非超导电气路径的串联阻抗。N大于1并且被选择为与所述非超导电气路径的阻抗共同使已知故障电流水平衰减至少10％。

Description

并联高温超导故障限流器装置
相关申请案交叉参考
[0001]本申请案主张基于2007年3月20日提交的美国部分接续式专利申请案第11/688,809号的优先权，专利申请案第11/688,809号又主张基于2007年3月20日提交的美国部分接续式专利申请案第11/688,817号的优先权，专利申请案第11/688,817号则主张基于2007年3月20日提交的美国部分接续式专利申请案第11/688,827号的优先权，专利申请案第11/688,827号又主张基于2007年2月9日提交的美国专利申请案第11/673,281号的优先权。
技术领域
[0002]本发明涉及高温超导(high temperature superconducting)装置，更具体而言，涉及被配置为充当故障电流限制装置的HTS装置。
背景技术
[0003]随着全世界的电力需求持续显著增加，公用事业公司已在努力从发电的观点以及供电的观点出发满足这些日益增长的需求。由于现有安装的输配电基础设施的容量有限以及可用于增加附加传统输配电线路和电缆的空间有限，经由输配电网络向用户供电对公用事业公司仍是一项重要挑战。这在可用于扩展容量的现有空间非常有限的拥挤的城市和大都市区中尤其显著。
[0004]目前，正在开发使用高温超导(HTS)导线的挠性长距离电力电缆以增加公用事业输配电网络的电力容量，同时保持相对小的占用面积以使安装更容易并使用对环境而言清洁的液氮进行冷却。对于本发明，将HTS材料定义为临界温度在30开氏度(-243摄氏度)或以上的超导体，其包括诸如钇或稀土钡铜氧化物(在本文中称为YBCO)；铊钡钙铜氧化物；铋锶钙铜氧化物(在本文中称为BSCCO)；汞钡钙铜氧化物；以及二硼化镁(MgB2)等材料。YBCO的临界温度约为90K。BSCCO的临界温度当为一种组成时约为90K且当为第二组成时约为110K。MgB2的临界温度达到约40K。应理解，这些组合物家族包括可能的替代物、添加物和杂质，只要这些替代物、添加物和杂质的临界温度不降低至低于30°K即可。此类HTS电缆允许在公用事业电力网络的拥挤区域内经济且可靠地提供更多的电量，从而减缓拥挤度并使公用事业公司能够解决其输配电容量问题。
[0005]HTS电力电缆使用HTS导线作为用于输配电的电缆的主要导体(即代替传统的铜导体)。与传统架空线路和地下电缆相比，HTS电缆的设计在其超导状态下得到明显降低的串联阻抗。这里，电缆或线路的串联阻抗是指载送电力的导体的电阻阻抗和与电缆架构或架空线路相关的电抗(电感)阻抗。对于相同横截面积的电缆，HTS导线使得载流容量与传统交流(alternating current；AC)电缆相比增加三至五倍；与传统直流(direct current；DC)电缆相比增加高达十倍。
[0006]HTS电缆可以设计为具有以螺旋形式缠绕在连续挠性波纹成形体(corrugated former)周围的HTS导线，或者其可以具有成各种堆叠和扭转配置的多根HTS导线。在所有这些情况下，电缆均可以是连续挠性的，以便其可以方便地缠绕在卷筒(drum)上进行运输并弯弯曲曲地安装在管道中或其它电力装置之间。HTS电缆可以设计为具有与HTS导线接触并沿着电缆的长度流动的液体致冷剂。液氮是最常用的液体致冷剂，但对于如二硼化镁等低温超导材料，可以使用液氢或液氖。
[0007]除容量问题之外，由于增加的电力需求(以及由此引起的发电及通过输配电网络传输的功率水平的增加)而对公用事业公司引起的另一个严重问题是由于“故障”而引起的“故障电流”。故障可以起因于网路装置故障、自然事件(例如雷电)、人为事件(例如汽车事故撞断电线杆)、或会导致对地短路或从公用事业网络的相间短路的任何其它网络问题。一般而言，此类故障表现为立即体现在公用事业网络上的极大负载。响应于此负载的出现，网络试图向该负载输送大量的电流(即故障)。电网的网络中的任何给定链路(link)均由最大故障电流来表征，在导致最大故障条件的短路期间在没有故障电流限制措施的情况下可流过该最大故障电流。在大型电网中，故障电流可能非常大，以致于在没有故障电流限制措施的情况下，电网中的大部分电气设备可遭到损坏或毁坏。防止故障电流的传统方法是迅速断开断路器并完全停止电流和功率流动。
[0008]与断路器相关的检测电路监测网络以检测故障(或过电流)情况的存在。在几毫秒的检测内，来自检测电路的激活信号可以触发断路器断开以防止对各种网络部件的破坏。目前，现有的断路器装置的最大能力约为80,000安培，且这些仅仅是用于输电水平电压。在上世纪建造的公用事业网络的许多部分被建造为具有只能耐受40,000至63,000安培故障电流的网络装置。遗憾的是，随着公用事业网络的发电和输电水平的提高，故障电流水平提高至在输配电水平电压下均将超过目前安装的或现有技术断路器装置的能力(即大于80,000amps)的程度。即使在较低的故障电流水平下，使整个电网中的断路器从较低水平升级至较高水平的成本也可非常高。在大多数情况中，需要将故障电流降低至少10％才能实现电网运行的有意义的改善。因此，公用事业公司正在寻找新的解决方案以应对提高的故障电流水平。正在开发的一种此类解决方案是称为HTS故障电流限制器(fault currentlimiter；FCL)的装置。
[0009]HTS FCL是互连到公用事业网络的专用装置，用于将故障电流的幅值降低至传统、容易得到或已经安装的断路器可以处理的水平。参见Supercond Sci.Technol.20(2007)R15-R29中由Noe和M.Steurer所著的“High-TemperatureSuperconductor Fault Current Limiters”。此类HTS FCL通常由短的刚性模块构成，这些短的刚性模块由HTS材料的实心棒或圆柱制成，当在其超导临界电流以上将这些短的刚性模块驱动至电阻性状态时，其可具有非常高的电阻。遗憾的是，此类独立HTS FCL目前相当大且相当昂贵。在最需要HTS电缆的人口密集的都市环境中的变电站中，空间特别受到重视。公用事业公司还可以使用大型电感器，但是它们可能会造成额外的损耗、电压调节和电网稳定性问题。而且，遗憾的是，出色的电流限制器(例如熔丝)在每次故障事件之后均需要更换。此外，虽然正在开发新的电力电子FCL，但存在关于其是否能够保证故障安全及其是否能够可靠地扩展至输电电压水平的问题。
[0010]为了使HTS电缆能够经受故障电流的流动，可结合HTS导线而引入大量的铜，但这会增加电缆的重量和尺寸。参见将在IEEE Transaction on AppliedSuperconductivity中发表的由J.F.Maguire，F.Schmidt，S.Bratt，T.E.Welsh，J.Yuan，A.Allais和F.Hamber所著的“Development and Demonstration of aLong Length HTS Cable to Operate in the Long Island Power AuthorityTransmission Grid”。铜常常填充HTS电缆的芯中以螺旋形式缠绕有HTS导线的中央成形体，此会防止芯被用作液氮流动通道。或者，尤其是对于多相电缆，可在电缆的螺旋形缠绕的层内将铜导线与HTS导线混合。这些铜导线或结构可在电气上与HTS导线并联，并可称为HTS电缆内的“铜并联支路(copper shunts)”。在存在超过电缆的HTS导线的临界电流的大故障电流的情况下，它们停止导电或切换至电阻性状态，并由于电阻I2R损耗(其中I是电流且R是电缆的电阻)而变热。这些铜并联支路可被设计为吸收和载送故障电流以防止HTS导线过热。铜的量非常大，以致于其在电缆中的总电阻相当小，并因此而在减小故障电流方面具有微乎其微的效果。铜可被定义为意指纯铜或具有少量杂质的铜，使得其电阻率在77～90K温度范围内相当低(例如＜0.5微欧-厘米，或低到0.2微欧-厘米)。
[0011]在欧洲SUPERPOLI项目中，研究也可以限制电流的超导电力链路(参见IEEE Trans.on Applied Superconductivity，Vol.13，No.2，2003年6月，pp.1972-5中A.Usoskin等人所著的“SUPERPOLI Fault-Current Limiters Basedon YBCO-Coated Stainless Steel Tapes”；IEEE Trans.on AppliedSuperconductivity，Vol.11，No.1，2001年3月，pp.1928-31中Paasi等人所著的“Design Performance of a Superconducting Power Link”；IEEE Trans.on Applied Superconductivity，Vol.11，No.1，2001年3月，pp.2503-6中Verhaege等人所著的HTS Materials of AC Current Transport and FaultCurrent Limitation；以及题为“Superconductive Electrical Transmission Line”的美国专利第5,859,386号)。
[0012]根据用于早期的独立FCL的典型方法，此项目研究形成了用于电力链路的模块或母线的的刚性实心HTS材料棒或圆柱。模块或母线的典型长度是50厘米至2米。在第二种方法中，使用经过涂敷的导线，其中在高电阻不锈钢衬底上涂敷YBCO材料。使用金稳定剂层，但其被保持得非常薄以使每单位长度的电阻尽可能高。导线被以螺旋形式缠绕在刚性圆柱形芯上，该刚性圆柱形芯形成用于电力链路的模块或母线的另一选项。响应于故障电流，这两个模块均切换到非常高的电阻性状态以限制电流。SUPERPOLI项目中提出的形成较长距离电缆的构思是用挠性编织铜互连线来互连各挠性模块。参见题为“Superconductive ElectricalTransmission Line”的美国专利第5,859,386号。未考虑使用具有较低电阻和较高热容量并因而具有较低局部受热水平的导线来设计和制造具有故障电流限制功能的长距离连续挠性电缆的可能性。也没有考虑附加电网元件可以优化链路功能的的可能性。
[0013]需要改善HTS电缆应对故障电流的方式并提供改善的替代物来替代独立FCL或其它故障电流限制装置(例如形成电力链路的具有高的每单位长度电阻的故障电流限制模块)的使用。具有故障电流限制功能的实际长距离连续挠性HTS电力电缆将在实现高容量、低占用面积和环境上清洁的输配电方面提供主要益处，同时避免在拥挤的公用事业变电站中需要单独且昂贵的故障电流限制装置。
发明内容
[0014]在本发明的第一实施方式中，一种超导电缆系统(superconductingelectrical cable system)被配置为包含在具有已知故障电流水平的公用事业电网内。所述超导电缆系统包括：非超导电气路径，互连于所述公用事业电网的第一节点与第二节点之间；以及超导电气路径，互连于所述公用事业电网的第一节点与第二节点之间。所述超导电气路径与所述非超导电气路径并联地电性连接，并且当所述超导电气路径在临界电流水平及临界温度以下工作时，所述超导电气路径具有低于所述非超导电气路径的串联阻抗。所述超导电气路径被配置为当所述超导电气路径以所述临界电流水平与所述超导体临界温度其中之一或多者或高于其中之一或多者工作时，所具有的串联阻抗至少N倍于所述非超导电气路径的串联阻抗。N大于1并且被选择为与所述非超导电气路径的阻抗共同使已知故障电流水平衰减至少10％。
[0015]可包括一个或多个以下特征。所述非超导电气路径可保持于非低温温度(non-cryogentic temperature)。所述非低温温度可为至少273K。所述超导电气路径可包含于电缆组件中，并且所述非超导电气路径可位于所述电缆组件外。阻抗调整装置可调整所述非超导电气路径的阻抗。所述阻抗调整装置可包括电抗器组件(reactor assembly)。
[0016]快速开关可与所述超导电气路径串联地电性耦合。所述超导电气路径可包括第一超导电缆部和至少一第二超导电缆部。所述第一超导电缆部可包括第一高温超导(high temperature superconducting；HTS)超导材料。所述至少一第二超导电缆部可包括第二HTS超导材料。所述第一HTS超导材料可包括YBCO材料。所述第二HTS超导材料可包括BSCCO材料。
[0017]N可大于或等于3。N可大于或等于5。所述非超导电气路径可包括至少一根非超导电缆。所述非超导电气路径可包括至少一根非超导电气架空线。所述超导电气路径可包括以下中的一或多个：一或多根超导电缆；以及一或多个快速开关组件。所述非超导电气路径可包括以下中的至少一个：一或多根非超导电缆，一或多根母线，一或多个变电站，以及一或多个电抗器组件。
[0018]所述至少一根超导电缆可包括居于中心处的轴向冷却剂通道，所述居于中心处的轴向冷却剂通道被配置为允许制冷剂经所述居于中心处的轴向冷却剂通道沿轴向分布。所述超导电气路径可包括多个导电部件，所述多个导电部件中的每一个均在90K温度范围中具有大于0.8微欧-厘米的电阻率。
[0019]所述至少一根超导电缆可包括一或多个HTS导线。所述HTS导线中的至少一个可由选自由以下各项组成的组的材料构成：钇或稀土钡铜氧化物；铊钡钙铜氧化物；铋锶钙铜氧化物；汞钡钙铜氧化物；以及二硼化镁。
[0020]所述HTS导线中的至少一个可包括密封剂(encapsulant)。所述一或多个HTS导线中的至少一个可包括总厚度在200-600微米范围内且在90K时的电阻率在0.8-15.0微欧-厘米范围内的一或多个稳定剂层。
[0021]稳定剂层可至少部分地由黄铜材料构成。所述一或多个HTS导线中的至少一个可包括总厚度在200-1000微米范围内且在90K时的电阻率在1-10微欧-厘米范围内的一或多个稳定剂层。所述一或多个HTS导线中的至少一个可被配置为在临界电流水平以下以超导模式工作。所述一或多个HTS导线中的至少一个可被配置为在所述临界电流水平处或以上以非超导模式工作。
[0022]在本发明的另一实施方式中，一种超导电缆系统被配置为包含在具有已知故障电流水平的公用事业电网内。所述超导电缆系统包括：非低温非超导电气路径，互连于所述公用事业电网的第一节点与第二节点之间；以及超导电气路径，互连于所述公用事业电网的第一节点与第二节点之间。所述超导电气路径与所述非超导电气路径并联地电性连接。当所述超导电气路径在临界电流水平以下工作时，所述超导电气路径具有低于所述非超导电气路径的串联阻抗。所述超导电气路径被配置为当所述超导电气路径在所述临界电流水平处或以上工作时，所具有的串联阻抗至少N倍于所述非超导电气路径的串联阻抗。N大于1。
[0023]可包括一个或多个以下特征。所述非低温非超导电气路径可保持于至少273K的非低温温度。所述超导电气路径可包含于电缆组件中，并且所述非低温非超导电气路径可位于所述电缆组件外。阻抗调整装置可调整所述非低温非超导电气路径的阻抗。所述阻抗调整装置可包括电抗器组件。
[0024]所述超导电气路径可包括第一超导电缆部和至少一第二超导电缆部。所述第一超导电缆部可包括第一HTS超导材料，且所述至少一第二超导电缆部可包括第二HTS超导材料。所述第一HTS超导材料可包括YBCO材料，并且所述第二HTS超导材料可包括BSCCO材料。N可大于或等于3。N可大于或等于5。
[0025]下面在附图和说明中阐述一种或多种实施方式的细节。其它特征和优点将通过本说明、附图、以及权利要求而变得显而易见。
附图说明
图1是安装在公用事业电网内的铜芯HTS电缆的示意图；
图2是图1的铜芯HTS电缆的等距视图；
图3是空芯HTS电缆的等距视图；
图4是图3的空芯HTS电缆安装在公用事业电网内的的示意图；
图5是公用事业电网的示意图；
图6是超导/传统电缆对的模型；
图7A是HTS导线的横截面图；
图7B是替代实施例HTS导线的横截面图；
图8是图7的HTS导线的模型；
图9是图6的超导/传统电缆对的替代模型；
图10是图9的超导/传统电缆对在超导模式中的模型；
图11是图9的超导/传统电缆对在非超导模式中的模型；以及
图12是安装在公用事业电网中的图3所示空芯HTS电缆的替代实施例的示意图。
各图中的相同附图标记指示相同的元件。
具体实施方式
概述
[0026]参照图1，公用事业电网10的一部分可包括高温超导(HTS)电缆12。HTS电缆12可具有几百或几千米的长度，且可提供用于从发电站(未示出)输送电力或从远程公用事业公司(未示出)输入电力的相对高电流/低电阻电气路径。
[0027]HTS电缆12的横截面积可以仅是传统铜芯电缆的横截面积的几分之一，且可能够载送相同大小的电流。如上所述，在相同横截面积内，HTS电缆可以提供传统AC电缆的三至五倍的载流容量；以及达到传统DC电缆的十倍的载流容量。随着HTS技术的成熟，这些比可以增大。
[0028]如下文所将更详细地讨论，HTS电缆12包括HTS导线，该HTS导线可能够处理多达相同尺寸铜导线的一百五十倍的电流。因此，通过使用相对少量的HTS导线(与绞合在传统AC电缆的芯内的大量铜导线相反)，HTS电力电缆可被製造成能够提供三至五倍相對于相同尺寸传统铜导体电力电缆的电力。
[0029]HTS电缆12可被连接在输电电网段14内用于载送例如138kV水平的电压，并其可从电网段14延伸至电网段16，所述电网段16可接收此电压并将其变换至例如69kV的较低水平。例如，输电电网段14可接收765kV的电力(经由架空线路或电缆18)且可包括138kV的变电站20。138kV的变电站20可包括765kV/138kV的变压器(未示出)，用于将在电缆18上接收到的765kV电力降低至138kV。然后可经由例如HTS电缆12将此“降低的”138kV电力提供给输电电网段16。输电电网段16可包括69kV变电站24，该69kV变电站24可包括用于将经由HTS电缆12接收到的138kV电力降低至69kV电力的138kV/69kV变压器(未示出)，所述69kV电力可被分配给例如装置26、28、30、32。本發明可包括装置26、28、30、32的实例但不限用于34.5kV变电站。
[0030]以上所述电压水平仅用于说明性目的，并非旨在限制本发明。因此，本发明同样可适用于输配电系统中的各种电压和电流水平。同样地，本发明同样可适用于诸如工业配电或车辆配电等非公用事业应用(例如船、火车、飞机以及宇宙飞船)。
[0031]一个或多个断路器34、36可被连接在例如HTS电缆12的每一端上，并可允许HTS电缆快速地与公用事业电网10断开连接。故障管理系统38可为HTS电缆12提供过电流保护，以保证HTS电缆12被维持在可使HTS电缆12受损的点之下的温度。
[0032]故障管理系统38可通过监测在HTS电缆12所耦合到的公用事业电网段中流动的电流来提供此类过电流保护。例如，故障管理系统38可感测通过138kV变电站20的电流(使用例如电流传感器40)，并可至少部分地基于由电流传感器40提供的信号来控制断路器34、36的操作。
[0033]在本实例中，HTS电缆12可被设计为耐受持续时间为200ms(即60Hz电压的12个周波)的高达51kA的故障电流。故障管理系统38的细节在2006年7月21日提交且题为“Fault Management of HTS Power Cable”的共同待决美国专利申请案第11/459,167号中有所描述。通常，这需要HTS电缆包含大量的铜，此可帮助载送高故障电流并从而保护HTS导线。铜的存在是为了保护HTS电缆，但是由于其电阻非常低因而不具有显著的电流限制效果。
[0034]还参照图2，图中示出可包括绞合铜芯100的单相铜芯HTS电缆12的典型实施例，所述绞合铜芯100沿径向依次被第一HTS层102、第二HTS层104、高电压介电绝缘层106、铜屏蔽层108、HTS屏蔽层110、冷却剂通道112、内低温恒温器壁114、隔热层116、真空空间118、外低温恒温器壁120和外电缆护套122所围绕。或者，铜屏蔽层108可位于HTS屏蔽层110外面。HTS层102和HTS层104还可称为“相导体”。在工作期间，可从外部冷却剂源(未示出)供应制冷剂(例如液氮，未示出)，且所述制冷剂可在冷却剂通道112内部并沿着冷却剂通道112的长度循环。电缆的所有部件被设计为使得能够实现HTS电缆12的挠性。例如，绞合铜芯100(在其上面缠绕有第一HTS层102和第二HTS层104)是挠性的。因此，通过利用挠性绞合铜芯100，实现沿着其长度呈连续挠性的HTS电缆12。可选地，可使用波纹金属成形体来支撑以螺旋形式缠绕的HTS导线，从而沿着电缆长度提供连续的挠性。
[0035]另外/或者，可利用附加的同轴HTS层和绝缘层。例如，对于单相，可使用多于两层HTS导线。而且，可利用被绝缘层(未示出)分隔的三组HTS层来载送三相功率。此类电缆布置的实例是由Ultera(即位于Carrollton，GA.的Southwire公司与位于德国Cologne的nkt cables公司的合资企业)提出的Triax HTS电缆布置。HTS电缆12的其它实施例可包括但不限于：热和/或冷电介质配置；单相对三相配置；以及各种屏蔽配置(例如无屏蔽或基于低温恒温器的屏蔽)。
[0036]铜芯100和铜屏蔽层108可被配置为载送电缆12内可能出现的故障电流(例如故障电流124)。例如，当在电缆12内出现故障电流124时，HTS层102、104内的电流可急剧增大至超过HTS层102、104的临界电流水平(即Ic)的水平，该水平可促使HTS层102、104失去其超导特性(即HTS层102、104可变为“正常”)。对于额定值为3000Arms的电缆(其中Arms指的是电流的有效值)，临界电流水平Ic的典型值是4242Apeak。
[0037]HTS材料中的临界电流水平可取决于电场水平的选择。传统上，临界电流水平Ic被定义为1微伏/厘米的电场水平，虽然也使用较低值。然而，典型超导体以电流水平的函数形式表现出位于零电阻(即超导)状态和全电阻(即非超导)状态之间的过渡区。由于此过渡区中的工作而引起的导线损耗低于在全电阻状态下的导线损耗。因此，HTS电缆12的导线的某些部分可在临界电流水平Ic下切换到全电阻状态，所述临界电流水平Ic是由1微伏/厘米标准定义的传统临界电流水平Ic的因数(“f”)倍。在具有YBCO薄膜的折线(meander line)导线中，此因数(“f”)被确定为2，但是观察到其随着时间推移而略有变化。参见IEEE Trans.中Applied Superconductivity，vol.13，No.2，June 2003，pp.2044-7由H.-P.Kraemer等人所著的Switching Behavior of YBCO Thin Film Conductors in Resistive FaultCurrent Limiters。具有类似YBCO薄膜的HTS导线的f因数被预期处于相同范围内，该范围估计为1～4。
[0038]因此，当超过(上文定义的)临界电流水平与f因数的乘积时，HTS层102、104的电阻可显著增大，并可变得相当高(即在与铜芯100相比时)。由于通过多个平行导线的电流相对于各单独导线的电阻而成反比地分布，大部分故障电流124被转向与HTS层102、104并联连接的铜芯100。故障电流124通过铜芯100的此传输可持续至：故障电流124减弱；或适当的断路器(例如断路器34、36)断开故障电流124通过HTS电缆12的传输。
[0039]可通过由铜芯100提供的两点益处来避免HTS电缆12中的HTS导线的过热。首先，通过使故障电流124(或其至少一部分)从HTS层102、104改向到铜芯100，可避免HTS电缆12中的HTS导线的过热。其次，铜芯100的增加的热容量会降低HTS层102和104中的温升。倘若故障电流124(或其至少一部分)未从HTS层102、104改向到铜芯100，则故障电流124可由于HTS层102、104的高电阻而使HTS电缆12中的HTS导线显著变热，这可导致形成液氮的气“泡”(即由于液氮在冷却剂通道112内从液态转换为气态)。遗憾的是，液氮的气“泡”的形成可降低介电层的介电强度并可导致HTS电缆12的电压击穿和毁坏。对于热介电电缆配置(未示出)，未被从HTS层102、104改向的故障电流可单纯地使HTS层102、104过热并毁坏。
[0040]HTS电缆12的实例可包括但不限于可从法国巴黎的Nexans；日本大阪的Sumitomo Electric Industries公司；以及Ultera(即位于Carrollton，GA.的Southwire公司与位于德国Cologne的NKT cables公司的合资企业)获得的HTS电缆。
[0041]虽然铜芯100使HTS层102、104周围的故障电流(或其一部分)改向，但利用此类“内部”铜芯存在缺点。例如，铜芯100可能需要HTS电缆12在物理上较大且较重，这可导致成本增加且HTS电缆12内的热滞留量(heat retention)更大。因此，可能需要更多的制冷以补偿附加的热滞留量，从而导致总体系统成本和运行成本升高。此外，万一故障电流的能量使温度升高至超过可在HTS层102、104中保持超导性的点，则铜芯100的增加的热容量和HTS层102、104与冷却剂之间由于介电层而引起的热阻可大大地增加恢复时间。例如，倘若故障电流通过铜芯100改向，则制冷系统(未示出)将HTS电缆12冷却至适当的工作温度范围内(例如66～77K)会耗费几个小时的时间。将HTS电缆12冷却至电缆的工作范围内所需的时间一般称为“恢复时间(recovery time)”，公用事业公司可能要求该恢复时间对于输电装置而言仅为几秒(或更短)且对于配电装置而言仅为几十分之一秒(或更短)。或者，可对HTS电缆12使用独立的故障电流限制器来限制故障电流；然而，这具有需要在链接到HTS电缆12的变电站中安装另一台大型且昂贵的电气设备的缺点。
[0042]参照图3，示出根据本发明的挠性空芯HTS电缆150。虽然HTS电缆150可包括现有技术铜芯HTS电缆12的各种部件，但HTS电缆150不包括绞合铜芯100(图2)，其已被替换为挠性空芯(例如内冷却剂通道152)。内冷却剂通道152的实例可包括但不限于挠性波纹不锈钢管。所有铜屏蔽层也被去除。冷却剂(例如液氮)可流过内冷却剂通道152。
[0043]以类似于铜芯HTS电缆12的方式，内冷却剂通道152可沿径向依次被第一HTS层102、第二HTS层104(通常以与层102相反的螺旋方向缠绕)、高电压介电绝缘层106、支撑结构108、HTS屏蔽层110、冷却剂通道112、内低温恒温器壁114、隔热层116、真空空间118、外低温恒温器壁120和外电缆护套122所围绕。在工作期间，可从外部冷却剂源(未示出)供应制冷剂(例如液氮，未示出)，且所述制冷剂可在冷却剂通道112和内冷却剂通道152内并沿着冷却剂通道112和内冷却剂通道152的长度循环。在例如MgB2等较低转变温度材料的情况下，可使用替代冷却剂(例如液氖或液氢)。
[0044]如HTS电缆12一样，HTS电缆150的所有部件被设计为使得能够实现沿电缆长度的连续挠性。例如，且如上所述，内冷却剂通道152(在其上面缠绕有第一HTS层102和第二HTS层104)是挠性的。因此，通过利用挠性内冷却剂通道152，可实现挠性HTS电缆150。
[0045]还参照图4，公用事业电网部分10’可包括挠性长距离电缆150。这里，长距离被定义为大于200m。其还可包括与HTS电缆150并联地连接的传统电缆(即非超导电缆)200。传统电缆200的实例可包括但不限于可从位于CT.Seymour的Kerite公司获得的500kcmil，138kV Shielded Triple Permashield(TPS)电力电缆。传统电缆200可以是改造应用中的现有电缆，在所述改造应用中，添加HTS电缆150以替代一根或多根传统电缆，以便例如增大电网的电力容量。或者，传统电缆200可以是与HTS电缆150同时安装并与适当的母线网络和断路器互连的新传统电缆。
[0046]HTS电缆150和/或附加HTS电缆(未示出)可被包括在超导电气路径202中，该超导电气路径202可包括公用事业电网的一部分。此外，超导电气路径202可包括其它超导配电装置，诸如母线(未示出)、变压器(未示出)、故障电流限制器(未示出)、以及变电站(未示出)。
[0047]可与HTS电缆150串联地耦合快速开关组件208。快速开关组件208的实例是由位于Greenburg，PA的ABB公司制造的138kV型PM电力断路器。快速开关组件208(例如能够在4个周波中断开的开关)可由故障管理系统38来控制。例如，在感测到故障电流124时(图3)，故障管理系统38可断开快速开关组件208，使得HTS电缆150实质上与故障电流124隔离。对于多相电源，可利用多个快速开关组件208。或者，将某些快速开关组件或断路器构造为单个三相装置。快速开关组件208可在足以使HTS电缆150恢复至其超导状态的时间之后重新闭合。如果现有公用事业断路器34、36切换得快到足以满足下述受热要求，则可不需要快速开关组件208。
[0048]传统电缆200和/或附加传统电缆(未示出)可被包括在非超导电气路径内204，非超导电气路径204可包括公用事业电网的一部分。此外，非超导电气路径204可包括其它配电装置，诸如母线(未示出)、变压器(未示出)、故障电流限制器(未示出)、以及变电站(未示出)。非超导电气路径204可被维持在非低温冷却温度(例如至少为对应于0℃的273K的温度)。例如，非超导电气路径204可不经冷却，并因而可以采取环境温度。
[0049]如下文所将更详细地描述，通过从长距离挠性HTS电缆150的内部去除铜芯100(图2)和铜屏蔽层108(图2)并利用外部(即相对于HTS电缆150而言)并联传统电缆200载送例如故障电流124，HTS电缆150可在实体上更小，这可促使制造成本降低且来自HTS电缆150的热损耗更低。因此，HTS电缆150可需要较少的制冷(与具有更大保温力的HTS电缆12相比)并可使总体系统成本和运行成本降低。此外，通过将铜芯100从HTS电缆12的内部移到HTS电缆150(为传统电缆200的形式)的外部，HTS电缆150的热容量和HTS层102、104与冷却剂之间的热电阻均可得以降低，从而允许在故障电流124使HTS电缆150的温度升高至超过可在HTS层102、104中保持超导性的点的情况下有更快的恢复时间。通过从HTS电缆12的内部去除铜芯100及通过利用经恰当优化的HTS导线，可以将故障电流限制功能直接结合到HTS电缆150中，从而在希望保护HTS电缆或下游公用事业设备免受故障电流影响的情况下无需使用单独的独立故障电流限制器。
HTS电缆和故障电流限制器
[0050]再次参照图1，如果电网段10内的故障电流促使流过HTS电缆12的电流增大而超过传统断路器34、36的极限，则可在电网段10内包含HTS FCL装置42(以虚线示出)或传统电抗器技术(未示出)，以将流过HTS电缆12的故障电流的幅值限制至可被传统断路器34、36断开的水平。在正常条件下，当标称电流水平在电网段10内流动时，与功率流串联地连接的HTS FCL装置42可被设计为在电网中引入非常低的阻抗(与其它电网阻抗相比)。然而，当在电网段10中出现故障电流时，该电流促使HTS FCL 42中的超导体立刻变为“正常”或非超导(即电阻性)状态，并且这会在电网段10中引入非常大的阻抗。HTS FCL 42被设计为将故障电流限制至处于传统断路器34、36的断开能力之内的预定水平。
[0051]包括与(德国的)Siemens AG联合的(Westborough，MA的)AmericanSuperconductor Corporation在内的各种公司正在开发独立HTS FCL装置42。遗憾的是，将HTS FCL装置42引入电网段10可能非常昂贵且可能需要大量的空间以容纳装置42，这可能难以适合于尤其是都市区。包括(法国的)Nexans和(德国的)EHTS在内的各种公司正在开发具有故障电流限制能力的短母线或模块。虽然故障电流限制母线可具有某些应用，但其不提供所追求的高容量、低占用面积和长距离连续挠性电缆为输配电应用提供的挠性。
[0052]根据本发明，例如连续挠性长距离HTS电缆150(图3)等HTS装置经适当设计后可被用作故障电流限制器本身，而无须包含诸如HTS FCL 42(图1)等单独的HTS FCL。通过控制例如HTS电缆150的正常状态(电阻性)阻抗，HTS电缆本身可被用于获得典型的独立HTS FCL的理想效果(例如故障电流的衰减)，同时避免典型的独立HTS FCL的不理想效果(例如成本和尺寸)。为获得进一步的故障电流限制效果及优点，可将HTS电缆与传统(即非超导性)电缆并联放置。例如，如果将超导电缆150及传统电缆200并联放置，则此种组合可被设计为及用作下文所将更详细说明的故障电流限制电缆系统。
[0053]本发明也可应用于其它HTS装置。例如，如果将另一类型的超导装置(例如，超导变压器，未示出)与传统变压器(未示出)并联放置，则此种装置组合可被设计为并用作故障电流限制系统。在此种情形中，该传统变压器的规格可为稳态额定值的几分之一，因为其仅在出现故障事件期间当快速开关切断在超导变压器的恢复期内流过超导变压器的功率流时起作用。或者，当不需要衰减故障电流时，此种方案可允许超导变压器更小，因为并非全部故障电流均将流过超导变压器，而是优先地流过传统变压器。因此，通过将传统装置与根据本发明的超导装置并联放置，可将电网的故障电流的幅值限制至所期望的水平(通过恰当确定传统并联装置和/或超导装置的规格)，从而允许使用可容易购得的断路器。
[0054]在HTS装置(例如，图4中的HTS电缆150)的正常工作中，HTS装置的阻抗(即，有功阻抗及无功阻抗)可明显低于传统装置(例如，传统电缆200)的阻抗。例如，HTS电缆150的典型阻抗实质为每千米0.00+j0.007欧姆(当为超导性时)和每千米1.46+j0.007欧姆(当不为超导性而是完全电阻性时)，而传统电缆200的典型阻抗为每千米0.095+j0.171欧姆。应注意，HTS电缆150在为超导性时的电阻实质为零。因此，当HTS电缆150为超导性时，流过断路器34、36的电流大部分将流经HTS电缆150(流过传统电缆200的电流非常小或为零)。然而，当不为超导性时，电流的大部分将流经传统电缆200(只有一小部分流经HTS电缆150)。
[0055]可将阻抗调整装置(例如，瞬态额定值或满额定值电抗器组件206)与传统电缆200串联耦合。电抗器组件206的实例可包括但不限于由位于Scarborough，Ontario，Canada的有限公司制造的空芯干式电力电抗器(air-core dry-typepower reactor)。电抗器组件206可在非超导电气路径204中引入电抗(X)，其为阻抗(Z)的虚部。对于电感性电抗器组件，电抗(X)可被定义为2π(f)(L)，其中(f)是施加到电抗器组件206的信号的频率，(L)是电抗器组件206的电感。因此，对于其中施加到电抗器组件206的信号实质恒定的系统(例如，60Hz配电系统)，可通过改变电抗器组件206的电感来改变电抗器组件206的电抗(X)。
[0056]此外，可与HTS电缆150串联地耦合快速开关组件208。快速开关组件208的实例是由位于Greenburg，PA的ABB公司制造的138kV PM型电力断路器。电抗器组件206和/或快速开关组件208(例如能够在4个周波中断开的开关)中的一个或两个可由故障管理系统38控制。例如，在感测到故障电流124时，故障管理系统38可断开快速开关组件208，使得沿传统电缆200的电抗器组件206吸收故障电流124的功率的一部分并有效地将HTS电缆150与故障电流124隔离。通过迅速切换HTS电缆而实现电流限制，也可保护快速开关。对于多相电源，可利用多个电抗器组件206和/或快速开关组件208。快速开关可在HTS电缆恢复至其超导状态时起几分钟后重新闭合。
[0057]还参照图5，图中示出HTS电缆150在公用事业电网250环境(context)中用作故障电流限制装置。在此具体实例中，公用事业电网250被示为包括765kV母线252、69kV母线254、以及34.5kV母线256。此外，公用事业电网250被示为包括三个138kV变电站20、258、260，其中每一个变电站通过三个69kV变电站24、262、264向69kV母线304供电。三个34.5kV变电站266、268、270可从69kV母线254向34.5kV母线256供电。HTS电缆和FCL系统150、200被示为处于变电站20与24之间。
[0058]当在公用事业电网250内出现故障电流(例如故障电流124)时，电流可通过所有可用于馈送故障的路径而从所有互连的变电站流出，其可能表现为置于公用事业电网250上的非常大的负载。当计算在故障条件期间可实现的故障电流时，可将故障模型化为对地短路。
[0059]还参照图6，当确定特定变电站(例如，138kV变电站20)在例如故障电流124中贡献多大的故障电流时，可将开路发电电压模型化为理想电压源300。此外，电缆150、200的阻抗可被模型化为其电阻性和电抗性等效电路元件，并且上游阻抗可与变压器阻抗相组合并被表示为源阻抗302。此上下文中的阻抗可以是由有功分量和无功分量组成的复数向量。在数学上，阻抗(Z)等于R+jX，其中R是有功(即电阻性)分量且X是无功分量。在本实例中，无功分量是电感性的且等于jωL，其中ω＝2πf，f是电流的频率(例如在北美洲为60Hz)。
[0060]电缆也可同样被模型化为复数阻抗。例如，由于如上所述，故障被模型化为对地短路，因而电缆150、200被示为端接至地。可使用欧姆定律来确定由138kV变现站20提供的故障电流的预期水平。通过对电网250内的其它变电站使用这种方法，可计算总体故障电流贡献量，并可确定预期通过电缆150的故障电流。因此，HTS电缆150和传统电缆200可被设计为将此原本预期出现的故障电流124限制至传统断路器所能够处理的较低预定水平。
[0061]在将HTS装置及传统装置设计成恰当地用作故障电流限制装置时，应考虑某些准则。例如，在故障状态过程中，HTS电缆150应被配置成获得足够高的电阻，从而为电网提供充分的阻抗以将故障电流降低到期望的水平。HTS电缆150中被配置成获得足夠高的电阻还必须高於传统电缆200的阻抗，以使得大部分故障电流124流经传统电缆200。例如，超导电气路径202可被配置成当超导电气路径202以其完全电阻性状态工作时，所具有的串联阻抗至少N(例如，大于1)倍于非超导电气路径204的串联阻抗。N的典型值是＞1，并且可大于5。与传统并联链路的阻抗相结合，可对N进行选择，以使已知故障电流水平衰减至少10％。
[0062]该分压器的设计必须使故障期间HTS电缆150两端的电压降不会使电缆温度升高到致使制冷剂(例如，液氮或其它液体低温致冷剂)从液态变为气态的程度。假如发生此种情况，则高电压电缆芯(例如，HTS层102、104)与屏蔽层(例如，HTS屏蔽层108)之间的液氮的介电强度将无法保持并且HTS电缆150内可发生电压击穿，从而潜在地造成电缆损坏。
[0063]由于具有稳定剂的HTS导线在从超导状态变为正常(非超导)状态后具有足够高的电阻率，因而可满足HTS装置需获得足以使大部分故障电流流经传统装置的标准。如同所有超导体一样，只要温度、电流密度及磁场强度保持低于某些临界值，电流便会流入电阻实质为零的超导体中。然而，HTS导线在电阻性状态中的受热随稳定剂电阻率而增大。因此，电阻率必须处于中等范围，如下文所进一步说明。
[0064]假定HTS电缆150是在138kV时连续电流额定值为2400A的2.60km长的HTS电缆。HTS电缆150的HTS导线(例如HTS层102、104)可包括二十八股并联的HTS导线。此外，假定电缆150是利用0.44cm宽的HTS导线并层压在90K时电阻率为5微欧-厘米的300微米的黄铜(每侧150微米)而制成。因而，该HTS导线的一股在90K温度下具有每千米约37.9欧姆的电阻。美国超导体公司(American Superconductor Corporation)已经示范了在HTS导线上层压黄铜稳定剂。因此，每相的电缆电阻将为37.9Ω/km*2.6km*1.08/29股＝3.80Ω。因数值1.08是由于螺旋布缆工艺需要使每一股均长于HTS电缆150的长度而得到。对于传统电缆200，阻抗为2.6km*(0.095+j0.17)Ω/km＝0.25+j0.44Ω。因此，尽管在为超导性时HTS电缆150所具有的阻抗值明显低(0.00+j0.007Ω/km)于传统电缆200，但当HTS电缆150不为超导性时(例如，当存在高温条件时)，HTS电缆150的阻抗明显高(具有等于1.46+j0.007Ω/km的阻抗)于传统电缆200(具有等于0.095+j0.17Ω/km的电感性阻抗)。
[0065]还参见图7A，图中示出用于构造HTS层102、104的一根HTS涂覆导体导线350。在本实例中，HTS层102、104中所使用的HTS导线350被示为包括两个稳定剂层352、353和衬底层354。稳定剂层352、353的实例可包括但不限于黄铜或其它铜或镍合金。衬底层354的实例可包括但不限于镍-钨、不锈钢和哈氏合金(Hastelloy)。位于稳定剂层352与衬底层354之间的可以是缓冲层356、HTS层358(例如钇钡铜氧化物)、以及由例如银组成的覆盖层360。缓冲层356的实例是钇、由钇稳定的氧化锆(yttria-stabilized zirconia)、以及二氧化铈(CeO2)的组合，且覆盖层360的实例是银。焊料层362(例如SnPbAg层)可用来将稳定剂层352和353结合至覆盖360和衬底层354。具有额外HTS层、衬底及稳定剂、以及可能具有密封剂的其它配置也被视为处于本发明的范围内。
[0066]除上述导线配置之外，其它导线配置被视为包括在本发明的范围内。例如，可使用单个稳定剂层。或者，可在第二稳定剂层353与衬底354的底侧之间设置第二HTS层(具有其缓冲层和覆盖层，未示出)。可选地，HTS导线可由位于HTS导线外面的两个稳定剂层组成，两个衬底(每个均具有缓冲层、HTS层、以及覆盖层)被位于这两个衬底层之间的第三稳定剂层隔开。可使用焊料层来促进任何所需的结合(可能衬底层354、缓冲层356、HTS层358与覆盖层360之间的除外)。
[0067]还参照图7B，图中示出作为HTS导线350的替代实施例的HTS导线350’。HTS导线350’可包括位于第二稳定剂层353与第三稳定剂层382之间的第二衬底层380。可在稳定剂层353(和/或稳定剂层382)与衬底层380之间设置缓冲层、HTS层(例如钇钡铜氧化物-YBCO层)、覆盖层、以及焊料层。
[0068]可通过可选地添加沉积或包覆在经稳定化的HTS导线层周围的导电性不良的“绝缘体”层来提供附加比热。导电性不良的绝缘体层可称为密封剂364。密封剂364可形成液体不可透过层，该液体不可透过层具有一般受限的传热系数以延迟热量向周围液体冷却剂(例如液氮)中的传送，从而允许HTS导线的温度热化(thermalize)，即在其整个横截面上变得更均匀并从而使液体冷却剂中热点的出现和气泡的形成最小化。还可优化HTS导线的表面(例如通过表面特征和表面化学过程)，以抑制液体冷却剂起泡或沸腾的开始。
[0069]密封剂364可以是包含普通电绝缘材料的聚合物(例如聚乙烯、聚酯、聚丙烯、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、以及聚氨酯)。密封剂364的厚度可经选择以平衡通过向周围液体冷却剂中传热来冷却HTS导线这一需要和使HTS导线的温度最大化而不在周围液体冷却剂内形成气泡这一需要。密封剂364的一般厚度范围是25～300微米，并且密封剂364的理想厚度范围是50～150微米。
[0070]在较佳形式中，密封剂364也可微弱导电(这可能通过添加诸如金属、石墨或碳粉等导电颗粒来实现)，或者可选自某些具有部分导电性的聚合物。密封剂364的净电阻率可在0.0001～100欧姆-厘米范围内。虽然此适中的导电率在其电阻性状态或正常状态下可能不会显著降低HTS导线的故障电流限制电阻，但此导电率可保证HTS电缆中的HTS导线在每个横截面处均保持等电位，并允许电流在HTS电缆150中的不同HTS导线之间共享。在电流浪涌的情况下，保持等电位非常重要，否则此可能会在HTS导线之间引起感应电位差，从而对HTS导线造成电介质击穿和可能的损坏。可选地，密封剂364可以是高电阻率金属或具有此范围内的电阻的半导电材料，抑或瓷釉、玻璃、或晶体氧化物材料，此还可以包含导电率增强材料。
[0071]密封剂364的外表面可涂敷能降低密封剂364与周围液体冷却剂(例如液氮)之间的传热系数的材料。或者，密封剂364的表面可被纹理化，以提高密封剂364与周围液体冷却剂(例如液氮)之间的传热系数。此外，密封剂364的表面可涂敷例如更高导电率金属颗粒或突出的金属纤维，以便通过使热量快速地向外散发到周围的液体冷却剂中来抑制成核。然而，任何此类表面处理还必须避免降低液态下的介电强度。
[0072]可使用各种包覆/涂敷方法来施用密封剂364，包括例如与单遍方法相比在统计学上能降低穿孔发生率的多遍方法。或者，可通过诸如浸涂、挤压、镀覆、汽相沉积或喷涂等涂敷方法来施用密封剂364。
[0073]可在HTS导线进行轴向拉伸而在导线中达到例如0.3％的拉伸应变(例如约100兆帕斯卡数量级)的同时施用密封剂364，从而在施用工艺完成时将密封剂364置于压缩状态，并降低密封剂364中的穿孔的可能性。因此，一旦完成，密封剂364即可被轴向压缩，同时密封剂364内的HTS导线被轴向拉伸(与其初始状态相比)。
[0074]如果使用包覆程序来施用密封剂364，则可施用附加浸渍涂层(例如聚合物、油漆或清漆，未示出)，该附加浸渍涂层通过密封剂364中的任何缝隙/开口而渗透到具有不可透过材料的被包覆层中，从而形成气密性密封剂。或者，可通过以滚压或压缩工艺(例如等静压压制(isostatic pressing))密封上述缝隙/开口密封来使包覆的密封剂为气密性的。避免存在缝隙和开口很重要，因为液体致冷剂朝着导线的金属稳定剂层渗透可在故障期间引起气泡成核和沸腾。
[0075]另一类密封剂或稳定剂是经历诸如熔化或晶体结构相变等吸热相变的材料。较佳使用在HTS导线的工作温度之上(但低于HTS材料的最高容许温度)的某一温度下经历此类吸热相变的材料。吸热相变的实例是例如低熔融温度有机或无机材料的熔化，这些材料可：添加于密封剂364，作为复合增强材料中的离散包埋颗粒；作为可施用于密封剂364的表面/界面的凝胶/油漆进行添加；或选择性地添加于密封剂364的某些区域(例如边缘、圆角、或内部管道区域)。吸热相变还可包括例如某些金属间相变、有序相变、或其它二级相变。例如，被选用于密封剂364的材料可在-160℃至-70℃范围内熔化，该材料在约-50℃以上沸腾(较佳地具有高于环境温度的沸点)，以便在液体和复合状态下相对容易且经济地进行密封剂364的施用(即作为油漆、薄膜涂层、乳液或凝胶)。
[0076]还参见图8，图中示出HTS导线350的等效电气模型400。为便于举例说明，等效电气模型400将HTS导线350显示为位于模型400下半部分上的超导层402，并显示所有其它导线结构组合形成位于模型400的上半部分上的电阻性金属层404。当HTS导线350处于超导模式时，所有电流在电阻实质为零的超导层402内流动。当处于非超导模式时，电流则在主要由稳定剂组成的电阻性金属层404内流动。
[0077]还参见图9且如上文所述，是否超过临界电流水平是HTS导线350以超导模式工作与以非超导模式工作之间的区别。HTS导线350可被模型化为包括开关406，在小电流(即低于临界电流水平)情况下，开关406闭合并对金属层404的电阻408进行分流。因此，当开关406闭合时，所有电流流经被模型化为零电阻的超导层402。当超过临界电流水平时，超导层402可变得电阻非常大，并且开关406可断开，从而使所有电流流经电阻性金属层404。
[0078]还参见图10，图中示出在超导工作模式中HTS电缆150与传统电缆200的组合的模型。对于该模型，假定典型源电压为79.7kV的线对地电压，并且源阻抗为0.155+j1.55Ω(图6中的Vs、Ls及Rs)。对于变电站20中在电缆150、200前面发生的故障，这些值使得故障电流为51kA。插入例如一根2600米的电缆的典型有功及无功阻抗值，在电流(即，低于临界电流水平)从一个变电站流到另一个变电站的正常工作期间，开关闭合并且96％的电流在HTS电缆150内流动。
[0079]还参见图11，在故障条件中，满足或超过临界电流水平，致使开关410(图9)断开。HTS电缆150的金属层402(图8)的附加电阻可使大部分故障电流在传统电缆200内流动。具体而言，对于所示的值，当HTS电路变成完全电阻性时，88％的故障电流在传统电缆200内流动，而12％的故障电流在HTS电路150内流动。在电缆150、200内流动的总故障电流为40kA，这相对于可具有的51kA明显减小。可具有的故障电流减小这20％是故障电流限制器通常所要求的。
[0080]为防止HTS电缆150在故障期间过热，可采取几种措施。通常，与HTS电缆150串联的快速开关组件208(图4)可在例如4个周波后断开，并且仅在HTS电缆150冷却到可接受的启动温度后才闭合。或者，可断开断路器34和/或断路器36。
[0081]为进一步使温升最小化，稳定剂层352(图7)可非常厚(例如300微米)，以增大热容量。同时，稳定剂层352的电阻率可被选择为以下值：该值能使因电阻加热所引起的温升最小化，同时又足够高以确保HTS电缆150在其被切换状态中具有足够的电阻以确保大部分故障电流124(图5)转移到传统电缆200。通常，在典型应用中，在90K左右处于0.8-15微欧-厘米范围内或更佳地处于1-10微欧-厘米范围内的值即可满足这些要求。能实现这些值的一族传统材料是黄铜(Cu-Zn合金)，但也可采用许多其它合金，例如CuNi及CuMn。这些值仅供用于举例说明目的，并非旨在限制本发明。例如，在上述情形中，在使用28根宽度平行HTS导线的情况下，使每一根的宽度为0.44cm、稳定剂总厚度为300微米且电阻率为5.0微欧-厘米可得到电阻为1.35Ω/km，同时在有效临界电流为350A/cm情况下，在快速开关断开之前的4周波(0.067秒)保持时间中，温升约为5×10-6(350/0.03)2×0.067/(2×2)＝11K(假定为在热容量为2J/cm3K且f因数为1时的绝热温升)。对于压力处于15-20巴范围内的加压电缆系统，氮气在约110K以上形成气泡；因此，对于在70-80K温度范围内的运行而言，该温升是可接受的。对于具有约为250A/cm宽度的较低临界电流的导线，在电阻率约为10微欧-厘米时将得到相同的温升。对于f因数为2的导线，温升将约为44K；在此种情形中，3微欧-厘米的电阻率将得到约为26K的温升，对于在77K以下工作的电缆而言，该温升是可接受的。对于f因数为3的导线，1微欧-厘米的电阻率将得到约20K的温升。
[0082]因此，较佳使稳定剂电阻率的值在1-10微欧-厘米范围内。对于略微更宽的启动参数范围，也可采用0.8-15微欧-厘米的更宽电阻率范围。这些值不同于在文献中对HTS电缆采用的先前方法。相反，大多数被设计用于保护而非用于限流的HTS电缆已被构造成具有低电阻率铜分流支路，所述分流支路在77-90K温度范围内的电阻率低于0.5微欧-厘米。另一方面，一种先前的限流电缆设计(参见IEEE Trans.中Applied Superconductivity，Vol.13，No.2，2003年6月，pp.1972-5中A.Usoskin等人所著的“SUPERPOLI Fault-Current Limiters Based onYBCO-Coated Stainless Steel Tapes”)使用超导体棒或圆柱自身，其在正常电阻性状态下的电阻率约为100微欧-厘米，或者使用由不锈钢加以稳定的HTS导线，其电阻率大于50微欧-厘米。先前未提出本发明的利用稳定剂电阻率中间范围的解决方案。
[0083]现在考虑600m长度的相同电缆的实例(即，138kV，2400A并以相同方式构造为相同的导线特性)。图9的源电压和阻抗值保持不变。然而，传统电缆200的阻抗为0.57+j0.10Ω，而HTS电缆150在非超导状态中的阻抗为0.88+j0.005Ω。在此种情形中，故障电流仅从51kA降低到48kA。为进一步降低故障电流，可插入与传统电缆200串联的电抗器(例如，电抗器206)。例如，1.4mH的电抗器的阻抗为0+j0.53Ω并且当将该阻抗加到传统电缆阻抗(因其串联连接)时，在电缆中流动的总故障电流降低到40kA。
[0084]故障电流限制电缆150的净效应是：将电缆系统中受影响的分支中的电流限制到不大于f因数与临界电流Ic的乘积的水平；保护快速开关组件208；和将剩余故障电流导向非超导电缆200及电抗器206。在以上实例中，如果不使用本发明的故障电流限制HTS电缆设计，则电缆系统的该分支中的故障电流可大得多(例如，高出一个数量级)。然而，确切的电流水平取决于电气路径内的阻抗和功率水平。在快速开关组件208断开后，非超导电缆200及电抗器206传送故障电流，直到断路器34、36断开。通过恰当选择非超导电缆200及电抗器206的阻抗，可将故障电流限制到所期望的水平。在超导电缆150在几分钟后恢复到其超导状态之后，可闭合快速开关组件208，从而使系统恢复其原始工作状态。
[0085]尽管上文将超导电缆150描述为其中整个电缆具有共同的超导参数的单一超导电缆(例如，由一单一传导材料制成)，然而其它配置也是可能的并且被视为处于本发明的范围内。例如，还参照图12，其显示包含多个不同超导电缆部450、452的一替代实施例超导电缆150’。尽管图中显示替代实施例超导电缆150’包含两个超导电缆部450、452，然而这只是出于举例说明目的，并非旨在限制本发明，因为超导电缆部的实际数量可根据应用而增减。
[0086]由于不同超导材料具有不同的过渡特性(即，在从超导状态过渡到正常状态过程中)，在故障电流限制应用中，某些超导材料在本质上要好于其它传导材料。例如，在故障电流限制应用中，YBCO(钇钡铜氧化物)导体通常被视为好于BSCCO(即铋锶钙铜氧化物)，这是因为YBCO导体具有更高的n值，其中超导体的n值用于反映从超导状态过渡至正常状态的急剧程度。n值的典型实例可介于10-100之间，YBCO导线的n值为25-30，而BSCCO导线的n值为15-20。
[0087]因此，超导电缆部可由多个超导电缆部构成(例如，电缆部450、452)，其中每一超导电缆部450、452均利用不同传导材料构成。例如，超导电缆部450可由BSCCO(即铋锶钙铜氧化物)导线构成，而超导电缆部452可由YBCO(钇或稀土钡铜氧化物)导线构成。BSCCO电缆部450的实例可包括但不限于由位于日本Osaka的Sumitomo Electric Industries公司和位于美国Westborough，MA的American Superconductor Corporation制造的BSCCO导线。YBCO电缆部452的实例可包括但不限于由位于美国Westborough，MA的American SuperconductorCorporation制造的YBCO导线。
[0088]因此，尽管完全由BSCCO导线构成的超导电缆在用作故障电流限制装置时的有效性可能有限(即，由于n值较低)，然而增加由具有较高n值的导线制成的电缆部即可得到可有效地用作故障电流限制装置的总体电缆(即，电缆部450、452的组合)。因此，通过在现有低n值电缆部(例如，利用BSCCO导线构成的超导电缆部450)上增加高n值电缆部(例如，如本发明中所述进行设计的使用YBCO导线构成的超导电缆部452)，可实现故障电流限制超导电缆150’。在此种配置中，可利用电缆部452的高n值过渡特性在超导电缆150’(其包含低n值电缆部450)内获得期望的故障电流限制效果。
[0089]上文已描述了许多实施方式。尽管如此，应理解，可以进行各种修改。因此，其它实施方式也在权利要求书的范围内。

Claims (36)

1.一种超导电缆系统(superconducting electrical cable system)，被配置为包含在具有已知故障电流水平的公用事业电网内，所述超导电缆系统包括：
非超导电气路径，互连于所述公用事业电网的第一节点与第二节点之间；以及
超导电气路径，互连于所述公用事业电网的第一节点与第二节点之间，所述超导电气路径与所述非超导电气路径并联地电性连接，并且当所述超导电气路径在临界电流水平及临界温度以下工作时，所述超导电气路径具有低于所述非超导电气路径的串联阻抗；
其中所述超导电气路径被配置为当所述超导电气路径以所述临界电流水平与所述超导体临界温度其中之一或多者或高于其中之一或多者工作时，所具有的串联阻抗至少N倍于所述非超导电气路径的串联阻抗，其中N大于1并且被选择为与所述非超导电气路径的阻抗共同使所述已知故障电流水平衰减至少10％。
2.如权利要求1所述的超导电缆系统，其特征在于，所述非超导电气路径保持于非低温温度(non-cryogenic temperature)。
3.如权利要求2所述的超导电缆，其特征在于，所述非低温温度是至少273K。
4.如权利要求1所述的超导电缆系统，其特征在于，所述超导电气路径包含于电缆组件中，并且所述非超导电气路径位于所述电缆组件外。
5.如权利要求1所述的超导电缆系统，还包括：
阻抗调整装置，用于调整所述非超导电气路径的阻抗。
6.如权利要求5所述的超导电缆系统，其特征在于，所述阻抗调整装置包括电抗器组件(reactor assembly)。
7.如权利要求1所述的超导电缆系统，还包括：
快速开关，与所述超导电气路径串联地电性耦合。
8.如权利要求1所述的超导电缆系统，其特征在于，所述超导电气路径包括第一超导电缆部和至少一第二超导电缆部。
9.如权利要求8所述的超导电缆系统，其特征在于，所述第一超导电缆部包括第一高温超导(high temperature superconducting；HTS)超导材料，且所述至少一第二超导电缆部包括第二HTS超导材料。
10.如权利要求8所述的超导电缆系统，其特征在于，所述第一HTS超导材料包括YBCO材料，并且所述第二HTS超导材料包括BSCCO材料。
11.如权利要求1所述的超导电缆系统，其特征在于，N大于或等于3。
12.如权利要求1所述的超导电缆系统，其特征在于，N大于或等于5。
13.如权利要求1所述的超导电缆系统，其特征在于，所述非超导电气路径包括至少一根非超导电缆。
14.如权利要求1所述的超导电缆系统，其特征在于，所述非超导电气路径包括至少一根非超导电气架空线。
15.如权利要求1所述的超导电缆系统，其特征在于，所述超导电气路径包括以下中的一或多个：一或多根超导电缆；以及一或多个快速开关组件。
16.如权利要求1所述的超导电缆系统，其特征在于，所述非超导电气路径包括以下中的至少一个：一或多根非超导电缆，一或多根母线，一或多个变电站，以及一或多个电抗器组件。
17.如权利要求16所述的超导电缆系统，其特征在于，所述至少一根超导电缆包括居于中心处的轴向冷却剂通道，所述居于中心处的轴向冷却剂通道被配置为允许制冷剂经所述居于中心处的轴向冷却剂通道沿轴向分布。
18.如权利要求1所述的超导电缆系统，其特征在于，所述超导电气路径包括多个导电部件，所述多个导电部件中的每一个均在90K温度范围中具有大于0.8微欧-厘米的电阻率。
19.如权利要求16所述的超导电缆系统，其特征在于，所述至少一根超导电缆包括一或多个HTS导线。
20.如权利要求19所述的超导电缆系统，其特征在于，所述HTS导线中的至少一个是由选自由以下各项组成的组的材料构成：钇或稀土钡铜氧化物；铊钡钙铜氧化物；铋锶钙铜氧化物；汞钡钙铜氧化物；以及二硼化镁。
21.如权利要求19所述的超导电缆系统，其特征在于，所述HTS导线中的至少一个包括密封剂(encapsulant)。
22.如权利要求19所述的超导电缆系统，其特征在于，所述一或多个HTS导线中的至少一个包括总厚度在200-600微米范围内且在90K时的电阻率在0.8-15.0微欧-厘米范围内的一或多个稳定剂层。
23.如权利要求22所述的超导电缆系统，其特征在于，所述稳定剂层是至少部分地由黄铜材料构成。
24.如权利要求19所述的超导电缆系统，其特征在于，所述一或多个HTS导线中的至少一个包括总厚度在200-1000微米范围内且在90K时的电阻率在1-10微欧-厘米范围内的一或多个稳定剂层。
25.如权利要求24所述的超导电缆系统，其特征在于，所述一或多个HTS导线中的至少一个被配置为在临界电流水平以下以超导模式工作。
26.如权利要求19所述的超导电缆系统，其特征在于，所述一或多个HTS导线中的至少一个被配置为在所述临界电流水平处或以上以非超导模式工作。
27.一种超导电缆系统，被配置为包含在具有已知故障电流水平的公用事业电网内，所述超导电缆系统包括：
非低温非超导电气路径，互连于所述公用事业电网的第一节点与第二节点之间；以及
超导电气路径，互连于所述公用事业电网的第一节点与第二节点之间，所述超导电气路径与所述非超导电气路径并联地电性连接，并且当所述超导电气路径在临界电流水平以下工作时，所述超导电气路径具有低于所述非超导电气路径的串联阻抗；
其中所述超导电气路径被配置为当所述超导电气路径在所述临界电流水平处或以上工作时，所具有的串联阻抗至少N倍于所述非超导电气路径的串联阻抗，其中N大于1。
28.如权利要求27所述的超导电缆系统，其特征在于，所述非低温非超导电气路径保持于至少273K的非低温温度。
29.如权利要求27所述的超导电缆系统，其特征在于，所述超导电气路径包含于电缆组件中，并且所述非低温非超导电气路径位于所述电缆组件外。
30.如权利要求27所述的超导电缆系统，还包括：
阻抗调整装置，用于调整所述非低温非超导电气路径的阻抗。
31.如权利要求30所述的超导电缆系统，其特征在于，所述阻抗调整装置包括电抗器组件。
32.如权利要求27所述的超导电缆系统，其特征在于，所述超导电气路径包括第一超导电缆部和至少一第二超导电缆部。
33.如权利要求32所述的超导电缆系统，其特征在于，所述第一超导电缆部包括第一HTS超导材料，且所述至少一第二超导电缆部包括第二HTS超导材料。
34.如权利要求32所述的超导电缆系统，其特征在于，所述第一HTS超导材料包括YBCO材料，并且所述第二HTS超导材料包括BSCCO材料。
35.如权利要求27所述的超导电缆系统，其特征在于，N大于或等于3。
36.如权利要求27所述的超导电缆系统，其特征在于，N大于或等于5。
CN2008800112122A 2007-02-09 2008-01-29 并联高温超导故障限流器装置 Active CN101675566B (zh)

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/673,281 2007-02-09
US11/673,281 US20080191561A1 (en) 2007-02-09 2007-02-09 Parallel connected hts utility device and method of using same
US11/688,827 2007-03-20
US11/688,809 US7902461B2 (en) 2007-02-09 2007-03-20 Fault current limiting HTS cable and method of configuring same
US11/688,817 US20080194411A1 (en) 2007-02-09 2007-03-20 HTS Wire
US11/688,827 US7724482B2 (en) 2007-02-09 2007-03-20 Parallel HTS transformer device
US11/688,817 2007-03-20
US11/688,809 2007-03-20
PCT/US2008/052293 WO2008121430A2 (en) 2007-02-09 2008-01-29 Parallel connected hts fcl device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101675566A true CN101675566A (zh) 2010-03-17
CN101675566B CN101675566B (zh) 2013-04-03

Family

ID=41010797

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008800112156A Active CN101681981B (zh) 2007-02-09 2008-01-29 故障电流限制高温超导电缆及其配置方法
CN2008800112122A Active CN101675566B (zh) 2007-02-09 2008-01-29 并联高温超导故障限流器装置
CN2008800112137A Active CN101681980B (zh) 2007-02-09 2008-01-29 高温超导线材

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008800112156A Active CN101681981B (zh) 2007-02-09 2008-01-29 故障电流限制高温超导电缆及其配置方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008800112137A Active CN101681980B (zh) 2007-02-09 2008-01-29 高温超导线材

Country Status (12)

Country Link
US (4) US20080191561A1 (zh)
EP (3) EP2118939A1 (zh)
JP (3) JP2010518582A (zh)
KR (2) KR101225658B1 (zh)
CN (3) CN101681981B (zh)
AU (3) AU2008214111B2 (zh)
BR (3) BRPI0807347B1 (zh)
CA (3) CA2678251C (zh)
DK (1) DK2122698T3 (zh)
ES (1) ES2533872T3 (zh)
MX (3) MX283225B (zh)
WO (1) WO2008097759A1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103323700A (zh) * 2013-05-24 2013-09-25 国家电网公司 一种高温超导电缆交流耐受试验系统及其试验方法
CN105226624A (zh) * 2015-11-11 2016-01-06 广州普瑞电力控制系统设备有限公司 采用超导泄流电抗器泄除交流电系统中直流电流的方法
CN107947162A (zh) * 2017-11-29 2018-04-20 国网上海市电力公司 一种基于超导线路的供电系统
CN109712755A (zh) * 2018-12-29 2019-05-03 上海超导科技股份有限公司 适用于电阻型高温超导限流器的带材
CN111541231A (zh) * 2020-05-19 2020-08-14 中天集团上海超导技术有限公司 一种增强三相同轴式超导电缆抗故障电流能力的方法
CN112997260A (zh) * 2018-09-07 2021-06-18 托卡马克能量有限公司 柔性hts电流引线

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080190646A1 (en) * 2007-02-09 2008-08-14 Folts Douglas C Parallel connected hts fcl device
US20080191561A1 (en) * 2007-02-09 2008-08-14 Folts Douglas C Parallel connected hts utility device and method of using same
US20080194411A1 (en) * 2007-02-09 2008-08-14 Folts Douglas C HTS Wire
EP2071589B1 (de) * 2007-10-19 2014-05-14 Nexans Supraleitfähiges elektrisches Kabel
JP5421064B2 (ja) * 2009-10-26 2014-02-19 後藤電子 株式会社 高周波高圧高電流電線
KR101118749B1 (ko) * 2010-03-02 2012-03-13 한국전기연구원 초전도 선재
EP2387043A1 (de) * 2010-05-10 2011-11-16 Nexans Übertragungssystem mit einem supraleitfähigen Kabel
US8739396B2 (en) * 2010-06-17 2014-06-03 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Technique for limiting transmission of fault current
DE102010024731A1 (de) * 2010-06-23 2011-12-29 Siemens Aktiengesellschaft Betriebscontainer für ein Magnetresonanzgerät
EP2426676A1 (de) * 2010-09-02 2012-03-07 Nexans Anordnung mit mindestens einem supraleitfähigen Kabel
EP2472618A1 (en) * 2011-01-03 2012-07-04 Nexans Superconducting resistive fault current limiter
US8850832B2 (en) * 2011-01-25 2014-10-07 Friedrich Air Conditioning Co, Ltd. Apparatus and method for installation by unlicensed personnel of a pre-charged, ductless heating/cooling system
GB201116759D0 (en) 2011-09-29 2011-11-09 Rolls Royce Plc A superconducting electrical system
EP2683047A1 (de) * 2012-07-03 2014-01-08 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Schutz eines Verbrauchers
US9640984B2 (en) * 2013-01-09 2017-05-02 State Grid Ningxia Electric Power Technical Research Institute Current limiting device, current limiter and current limiting system for power grid
WO2014137422A1 (en) * 2013-03-08 2014-09-12 Rolls-Royce North Americantechnologies, Inc. Aircraft and system for supplying electrical power to an aircraft electrical load
JP6163348B2 (ja) * 2013-04-24 2017-07-12 株式会社フジクラ 高温超電導コイルの運転方法
EP2819247B1 (de) * 2013-06-25 2018-08-08 Nexans Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden von zwei supraleitfähigen Kabeln
EP2978091B1 (de) * 2014-07-22 2020-04-01 Nexans Verfahren zur übertragung elektrischer energie
US20160141866A1 (en) * 2014-11-14 2016-05-19 Novum Industria Llc Fins And Foams Heat Exchangers With Phase Change For Cryogenic Thermal Energy Storage And Fault Current Limiters
US9552906B1 (en) 2015-09-01 2017-01-24 General Electric Company Current lead for cryogenic apparatus
JP2016106378A (ja) * 2016-03-11 2016-06-16 住友電気工業株式会社 超電導線及びその製造方法
CN107039116B (zh) * 2016-05-05 2019-04-23 扬州市德友线缆有限公司 一种高压超导电线电缆
WO2018116501A1 (ja) * 2016-12-20 2018-06-28 星光Pmc株式会社 耐候性向上剤、金属ナノワイヤ層被覆用樹脂組成物及び金属ナノワイヤ含有積層体
EP3361187A1 (de) * 2017-02-08 2018-08-15 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zum kühlen eines verbrauchers sowie system mit entsprechender vorrichtung und verbraucher
CN106971788B (zh) * 2017-03-27 2019-01-15 中国地质大学（武汉） 超导石墨烯复合电缆
CN109616250A (zh) * 2017-10-04 2019-04-12 镇江长河电力技术有限公司 一种抗氧化耐低温电缆
WO2019146269A1 (ja) * 2018-01-23 2019-08-01 住友電気工業株式会社 超電導ケーブル
WO2019146271A1 (ja) * 2018-01-23 2019-08-01 住友電気工業株式会社 超電導ケーブル
WO2019146270A1 (ja) * 2018-01-23 2019-08-01 住友電気工業株式会社 超電導ケーブルシステム
CN109557424B (zh) * 2018-12-07 2020-08-18 杭州电子科技大学 一种地下电缆局部故障检测方法
GB201901032D0 (en) * 2019-01-25 2019-03-13 Rolls Royce Plc Superconducting electrical power distribution system
GB201901030D0 (en) 2019-01-25 2019-03-13 Rolls Royce Plc Superconducting electrical power distribution network
CN109854825B (zh) * 2019-02-28 2020-12-18 天津大学 液氢-液化天然气-高温超导混合能源传输管道
CN109818342B (zh) * 2019-03-18 2024-01-23 广东电网有限责任公司 一种具有复合绝缘结构的超导限流器
CN110299228A (zh) * 2019-06-28 2019-10-01 东部超导科技（苏州）有限公司 一种冷绝缘直流高温超导限流电缆
US11955754B2 (en) * 2020-02-27 2024-04-09 Rolls-Royce Corporation Conductor for vehicle systems
AU2021381750A1 (en) 2020-11-18 2023-06-08 VEIR, Inc. Suspended superconducting transmission lines
AU2021381889A1 (en) 2020-11-18 2023-06-08 VEIR, Inc. Systems and methods for cooling of superconducting power transmission lines
WO2022108820A1 (en) 2020-11-18 2022-05-27 VEIR, Inc. Conductor systems for suspended or underground transmission lines
EP4266517A1 (en) * 2022-04-22 2023-10-25 Nexans 3-phase superconducting cable system with redundancy

Family Cites Families (81)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3343035A (en) * 1963-03-08 1967-09-19 Ibm Superconducting electrical power transmission systems
DE1513827C3 (de) 1966-02-26 1974-08-22 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Anordnung zur Beeinflussung der Stromverteilung in einem Höchstspannungs-Gleichstromnetz
US3612897A (en) * 1968-12-11 1971-10-12 Bbc Brown Boveri & Cie Arrangement for tapping the dc link of a high-voltage direct current transmission system
US3925707A (en) * 1973-10-17 1975-12-09 Westinghouse Electric Corp High voltage current limiting circuit breaker utilizing a super conductive resistance element
JPS55139713A (en) * 1979-04-16 1980-10-31 Japan Atomic Energy Res Inst Superconductive wire
US4370609A (en) * 1981-06-08 1983-01-25 Power Technologies, Inc. Fault isolator for electric utility distribution systems
US4375659A (en) * 1981-09-21 1983-03-01 General Dynamics Corporation/Convair Div. Electronic circuit for the detection and analysis of normal zones in a superconducting coil
JP2929622B2 (ja) 1989-11-14 1999-08-03 住友電気工業株式会社 酸化物超電導導体の使用方法
US5210674A (en) * 1990-05-31 1993-05-11 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Superconducting coil protective system
CA2063282C (en) 1991-03-20 1998-05-19 Hidehito Mukai High temperature superconducting wire using oxide superconductive material
JPH04359626A (ja) * 1991-06-04 1992-12-11 Tokyo Electric Power Co Inc:The 限流装置
AU4791793A (en) 1992-07-31 1994-03-03 Arch Development Corporation High temperature superconducting fault current limiter
US6262375B1 (en) * 1992-09-24 2001-07-17 Electric Power Research Institute, Inc. Room temperature dielectric HTSC cable
JPH06150733A (ja) * 1992-10-30 1994-05-31 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導導体およびその製造方法
US5432669A (en) * 1992-11-19 1995-07-11 Railway Technical Research Institute Superconducting magnet apparatus for magnetically levitated train
FR2723467B1 (fr) * 1994-08-04 1997-01-03 Alsthom Cge Alcatel Liaison electrique supraconductrice
JPH0888312A (ja) 1994-09-14 1996-04-02 Nec Corp 樹脂封止型半導体装置
JPH0888132A (ja) 1994-09-16 1996-04-02 Toshiba Corp 変圧器装置
JP3704693B2 (ja) * 1995-10-06 2005-10-12 住友電気工業株式会社 超電導伝送路
CN1155739A (zh) * 1995-12-28 1997-07-30 皮雷利·卡维有限公司 大功率超导电缆
US5987342A (en) * 1996-08-30 1999-11-16 American Superconductor Corporation Laminated superconducting ceramic tape
US5801124A (en) * 1996-08-30 1998-09-01 American Superconductor Corporation Laminated superconducting ceramic composite conductors
US6110606A (en) * 1996-08-30 2000-08-29 American Superconductor Corporation Cryogen protected superconducting ceramic tape
JPH1131424A (ja) * 1997-07-10 1999-02-02 Hitachi Cable Ltd 超電導限流ケーブル
US5912607A (en) * 1997-09-12 1999-06-15 American Superconductor Corporation Fault current limiting superconducting coil
GB2332558A (en) 1997-11-28 1999-06-23 Asea Brown Boveri A fault current limiter
DE19756624A1 (de) * 1997-12-19 1999-07-01 Abb Research Ltd Vorrichtung zur Überstrombegrenzung
US5943204A (en) * 1998-01-12 1999-08-24 Eaton Coroporation Electronic trip unit with dedicated override current sensor
US6275365B1 (en) * 1998-02-09 2001-08-14 American Superconductor Corporation Resistive fault current limiter
US6453248B1 (en) * 1998-07-21 2002-09-17 Abb Inc. High impedance fault detection
EP1151442B1 (en) * 1998-12-24 2011-10-05 Prysmian S.p.A. Electrical power transmission system using superconductors
JP3597473B2 (ja) * 1999-01-29 2004-12-08 アメリカン スーパーコンダクター コーポレイション 超伝導磁気エネルギー貯蔵装置を備えた電気ユーティリティシステム
CN1351774A (zh) 1999-05-17 2002-05-29 Nkt研究有限公司 一种超导电缆中过流保护的方法
JP4441830B2 (ja) * 1999-06-22 2010-03-31 住友電気工業株式会社 超電導ケーブル
US6444917B1 (en) * 1999-07-23 2002-09-03 American Superconductor Corporation Encapsulated ceramic superconductors
US6765151B2 (en) * 1999-07-23 2004-07-20 American Superconductor Corporation Enhanced high temperature coated superconductors
DE10103324A1 (de) * 2000-02-15 2001-08-23 Siemens Ag Verfahren zur Isolation eines Hoch-T/sub c-Supraleiters sowie Verwendung des Verfahrens
JP2002100249A (ja) * 2000-07-21 2002-04-05 Furukawa Electric Co Ltd:The 交流用超電導ケーブル
AU2001253922A1 (en) * 2000-08-07 2002-07-24 Igc-Superpower, Llc Fabrication of high current coated high temperature superconducting tapes
DE10040935C2 (de) * 2000-08-19 2003-05-15 Adelwitz Technologie Zentrum G Verfahren zur galvanischen Beschichtung von Hochtemperatur-Supraleitern mit Cu-Verbindungen
WO2002021088A1 (fr) * 2000-09-06 2002-03-14 Sanyo Electric Co., Ltd. Thermographe et systeme d'enregistrement et de commande de temperature pour materiel d'alimentation en energie
WO2002025672A2 (en) * 2000-09-15 2002-03-28 Southwire Company Superconducting cable
US6730851B2 (en) * 2000-10-06 2004-05-04 Pirelli Cavi E Sistemi S.P.A. Superconducting cable and current transmission and/or distribution network including the superconducting cable
US6617738B2 (en) * 2001-06-01 2003-09-09 Charles B Dickinson Electrical power generation system utilizing an electrically superconductive coil
US6711421B2 (en) * 2001-09-25 2004-03-23 General Electric Company Structural reinforced superconducting ceramic tape and method of making
JP2003141946A (ja) * 2001-11-02 2003-05-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導ケーブル
US6745059B2 (en) 2001-11-28 2004-06-01 American Superconductor Corporation Superconductor cables and magnetic devices
EP1376709B1 (en) 2002-06-17 2007-01-24 Abb Research Ltd. Superconducting fault current limiter
DE10230084A1 (de) 2002-06-27 2004-01-22 Siemens Ag Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung mit einem supraleitenden Schaltelement
DE60333109D1 (de) * 2002-08-01 2010-08-05 Southwire Co Abschluss für ein triaxiales supraleitendes Kabel
CN1682420A (zh) 2002-09-09 2005-10-12 美国超导体公司 具有功率流控制器的低阻抗输电线
US20030183410A1 (en) * 2003-06-09 2003-10-02 Sinha Uday K. Superconducting cable
JP3098615U (ja) * 2003-06-17 2004-03-11 アーデルヴィッツ　テヒノロギーツェントルム　ゲーエムベーハー 高温超伝導体の表面を金属コーティングするための電気メッキ装置
US7774035B2 (en) * 2003-06-27 2010-08-10 Superpower, Inc. Superconducting articles having dual sided structures
US20040266628A1 (en) * 2003-06-27 2004-12-30 Superpower, Inc. Novel superconducting articles, and methods for forming and using same
US7286032B2 (en) * 2003-07-10 2007-10-23 Superpower, Inc. Rare-earth-Ba-Cu-O superconductors and methods of making same
JP2005029509A (ja) 2003-07-14 2005-02-03 Mitsubishi Chemicals Corp 直接染毛剤組成物
JP4300517B2 (ja) 2003-09-24 2009-07-22 住友電気工業株式会社 超電導ケーブル
KR100505054B1 (ko) * 2003-09-30 2005-08-02 엘에스산전 주식회사 초전도 저항형 한류기
JP4615207B2 (ja) 2003-11-17 2011-01-19 古河電気工業株式会社 超電導ケーブル用断熱管
US7496390B2 (en) * 2004-08-20 2009-02-24 American Superconductor Corporation Low ac loss filamentary coated superconductors
US7498923B2 (en) * 2004-09-08 2009-03-03 Iversen Arthur H Fast acting, low cost, high power transfer switch
US7816303B2 (en) * 2004-10-01 2010-10-19 American Superconductor Corporation Architecture for high temperature superconductor wire
US7231280B2 (en) * 2004-12-14 2007-06-12 Costa Enterprises, L.L.C. Dynamic control system for power sub-network
JP4774494B2 (ja) * 2005-01-14 2011-09-14 成卓 岩熊 超電導コイル
US7440244B2 (en) * 2005-04-02 2008-10-21 Superpower, Inc. Self-triggering superconducting fault current limiter
JP4328860B2 (ja) * 2005-04-05 2009-09-09 国立大学法人京都大学 故障電流限流器及びそれを用いた電力システム
US7071148B1 (en) * 2005-04-08 2006-07-04 Superpower, Inc. Joined superconductive articles
JP4671111B2 (ja) * 2005-05-26 2011-04-13 住友電気工業株式会社 超電導ケーブル
EP1911136B1 (en) * 2005-07-29 2015-05-27 American Superconductor Corporation Fault management of hts power cable
US7895730B2 (en) * 2005-10-03 2011-03-01 Florida State University Research Foundation Method of controlling effective impedance in a superconducting cable
US7674751B2 (en) * 2006-01-10 2010-03-09 American Superconductor Corporation Fabrication of sealed high temperature superconductor wires
US20070278020A1 (en) * 2006-06-01 2007-12-06 Harris Shaun L Power backup for single and multiple power grid systems
US7518266B2 (en) * 2006-11-01 2009-04-14 Electric Power Research Institute, Inc. Method and apparatus for improving AC transmission system dispatchability, system stability, and power flow controllability using DC transmission systems
US7721122B2 (en) * 2007-01-09 2010-05-18 Dell Products, Lp Power distribution system including a control module and a method of using the system
US20080190646A1 (en) * 2007-02-09 2008-08-14 Folts Douglas C Parallel connected hts fcl device
US20080191561A1 (en) 2007-02-09 2008-08-14 Folts Douglas C Parallel connected hts utility device and method of using same
US7724482B2 (en) * 2007-02-09 2010-05-25 American Superconductor Corporation Parallel HTS transformer device
US20080194411A1 (en) * 2007-02-09 2008-08-14 Folts Douglas C HTS Wire
US20110177954A1 (en) * 2010-01-20 2011-07-21 American Superconductor Corporation Superconducting electricity transmission system
US8522077B2 (en) * 2010-10-27 2013-08-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Power supply grid switch

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103323700A (zh) * 2013-05-24 2013-09-25 国家电网公司 一种高温超导电缆交流耐受试验系统及其试验方法
CN103323700B (zh) * 2013-05-24 2016-01-20 国家电网公司 一种高温超导电缆交流耐受试验系统及其试验方法
CN105226624A (zh) * 2015-11-11 2016-01-06 广州普瑞电力控制系统设备有限公司 采用超导泄流电抗器泄除交流电系统中直流电流的方法
CN107947162A (zh) * 2017-11-29 2018-04-20 国网上海市电力公司 一种基于超导线路的供电系统
CN107947162B (zh) * 2017-11-29 2024-05-07 国网上海市电力公司 一种基于超导线路的供电系统
CN112997260A (zh) * 2018-09-07 2021-06-18 托卡马克能量有限公司 柔性hts电流引线
CN112997260B (zh) * 2018-09-07 2022-11-01 托卡马克能量有限公司 柔性hts电流引线
CN109712755A (zh) * 2018-12-29 2019-05-03 上海超导科技股份有限公司 适用于电阻型高温超导限流器的带材
CN111541231A (zh) * 2020-05-19 2020-08-14 中天集团上海超导技术有限公司 一种增强三相同轴式超导电缆抗故障电流能力的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US8532725B2 (en) 2013-09-10
AU2008214111A1 (en) 2008-08-14
CN101681981B (zh) 2013-08-21
EP2118939A1 (en) 2009-11-18
JP2010519679A (ja) 2010-06-03
BRPI0807527A2 (pt) 2014-06-10
AU2008233061B2 (en) 2011-09-22
DK2122698T3 (en) 2015-01-26
EP2118982B1 (en) 2013-03-20
EP2122698B1 (en) 2015-01-07
US7902461B2 (en) 2011-03-08
CA2677777C (en) 2012-12-04
AU2008233061A1 (en) 2008-10-09
EP2118982A2 (en) 2009-11-18
MX283225B (es) 2011-01-24
KR20090115752A (ko) 2009-11-05
JP2010518582A (ja) 2010-05-27
KR101142125B1 (ko) 2012-05-09
US8886267B2 (en) 2014-11-11
US20110132631A1 (en) 2011-06-09
US20080191561A1 (en) 2008-08-14
CA2678251C (en) 2014-03-25
BRPI0807527B1 (pt) 2018-09-18
BRPI0807347A2 (pt) 2014-05-20
CA2678251A1 (en) 2008-08-14
CA2677777A1 (en) 2008-10-09
KR20110102514A (ko) 2011-09-16
CA2677680C (en) 2013-05-14
MX283227B (es) 2011-01-24
CN101681980A (zh) 2010-03-24
JP2010518803A (ja) 2010-05-27
BRPI0807758B1 (pt) 2018-07-31
MX283214B (es) 2011-01-24
CN101675566B (zh) 2013-04-03
WO2008097759A1 (en) 2008-08-14
JP5450099B2 (ja) 2014-03-26
BRPI0807347B1 (pt) 2019-04-24
CN101681981A (zh) 2010-03-24
BRPI0807758A2 (pt) 2015-04-14
MX2009008568A (es) 2009-11-10
CN101681980B (zh) 2013-03-06
ES2533872T3 (es) 2015-04-15
CA2677680A1 (en) 2008-08-21
AU2008216583A1 (en) 2008-08-21
AU2008216583B2 (en) 2011-09-15
MX2009008569A (es) 2009-11-10
AU2008214111B2 (en) 2011-09-22
KR101225658B1 (ko) 2013-01-23
US20080190637A1 (en) 2008-08-14
US20100149707A1 (en) 2010-06-17
MX2009008567A (es) 2009-11-10
EP2122698A2 (en) 2009-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101675566B (zh) 并联高温超导故障限流器装置
US20080194411A1 (en) HTS Wire
US7724482B2 (en) Parallel HTS transformer device
KR101142124B1 (ko) 병렬 연결된 ｈｔｓ ｆｃｌ 장비
KR20110122368A (ko) 변전소의 모선 연결시 발생되는 고장전류로부터 전력계통을 보호하기 위한 ｃｉｃｃ 초전도 자석을 이용한 모선연결시스템

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CI01 Publication of corrected invention patent application

Correction item: Denomination of Invention

Correct: Parallel high temperature superconducting fault current limiter device

False: Well aligned high temperature superconducting fault current limiter device

Number: 11

Volume: 26

CI02 Correction of invention patent application

Correction item: Denomination of Invention

Correct: Parallel high temperature superconducting fault current limiter device

False: Well aligned high temperature superconducting fault current limiter device

Number: 11

Page: The title page

Volume: 26

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant