CN101783221B - 具有超导线缆的限流装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种具有超导线缆的限流布置，超导线缆布置在低温控制器(KR)中，低温控制器具有外壁，所述外壁具有相对于彼此同心布置在两个外壁金属管(1、2)，两个外壁金属管之间包含真空绝缘件。所述低温控制器(KR)包围冷却剂流通的自由空间(FR)，超导线缆(SK)布置在该自由空间(FR)中。所述低温控制器(KR)还具有内壁(IW)，所述内壁包围柱状腔体(HR)，而且同样包括两个内壁金属管(4、5)，所述内壁金属管相对于彼此同心布置，两者之间包含真空绝缘件(6)，所述内壁位于外壁(AW)内，并以自由空间(FR)从外壁隔开。所述超导线缆(SK)具有超导体(8)、包围超导体的介电体和布置在介电体上的超导屏蔽层(10)，所述超导线缆围绕所述内壁(IW)绕制成螺旋形。铁芯(7)布置在所述柱状腔体(HR)中。

Description

具有超导线缆的限流装置
技术领域
本发明涉及具有超导线缆的限流布置，超导线缆布置在低温控制器中，低温控制器具有外壁，所述外壁具有相对于彼此同心布置在两个金属管，两个金属管之间包含真空绝缘件，所述金属管包围冷却剂流通的自由空间，超导线缆布置在该自由空间中(EP1 681 731 A1)。
背景技术，
在现代技术中，超导线缆具有以复合材料构成的电导体，所述复合材料包括陶瓷材料，所述陶瓷材料在足够低的温度下转变为超导状态。在冷却充分的情况下，只要不超过特定电流水平，即临界电流水平，则相应设计的导体的直流电阻为零。适当的陶瓷材料例如YBCO(钇钡铜氧化物)或BSCCO(铋锶钙铜氧化物)。将诸如此类的材料转变为超导状态的足够低的温度例如介于67K和110K之间。适当的冷却剂例如为氮、氦、氖和氢或者这些物质的混合物。
上述限流布置首先可以作为一种熔断器包含在任何期望的电缆系统中，或者作为传输路径的开关组件，更大或更小的电流可以经由该传输路径传输。目的是防止传输路径上发生短路时，对其造成损害。在短路时，该布置的电阻抗显著增大，触发一定的机构，由此将传输路径从供电源断开。一旦短路原因消除，传输路径可以再次导通，而且根本不会改变该限流布置。
上述EP 1 681 731 A1说明了用于限流的超导部件。该超导部件包括以超导材料构成的柱状支撑件，超导体围绕该支撑件绕制。通常导体与其并行连接。多个这样的部件电气串联，从而提供一种限流器。
发明内容
本发明的目标是让上述布置更为简单。
该目标通过本发明来实现：
-所述低温控制器具有内壁，所述内壁包围柱状腔体，而且同样包括两个金属管，所述金属管相对于彼此同心布置，两者之间包含真空绝缘件，所述金属管位于外壁内，并以自由空间从外壁隔开，
-所述超导线缆具有超导体，包围超导体的介电体和布置在介电体上的超导屏蔽层，所述超导线缆围绕内壁绕制成螺旋形；和
-铁芯布置在所述柱状腔体中。
这种布置代表一种超导限流器，例如通过绕制超导线缆制成，且冷介电体围绕低温控制器的内壁，内壁包围铁芯，铁芯位于柱状腔体内。铁芯位于线缆低温控制器外侧的腔体内。因此，铁芯不会受到位于自由空间内的冷却剂的影响，而是即便在该布置操作过程中，也保持室温。安装该布置的传输路径上发生短路而产生的短路功率几乎大部分被必须适当设计的铁芯所吸收。该布置中的超导线缆设计成使得屏蔽层的临界电流水平低于导体上的临界电流水平。屏蔽层方便地指定为使其临界电流水平对应于高于此电流则会发生短路电流限制作用的电流水平。线缆导体具有优势地设计成使得短路时的温度升高以及连续操作期间的交流损耗都足够低，以确保低损耗连续操作以及短路冷却时间。
在超导线缆具有冷介电体的情况下，诸如该布置中所使用的情况，流入屏蔽层的电流从导体感生而来。一般与导体中流过的电流具有相同幅值，但是相对于导体中的电流相移180°。在这种情况下，只要超导屏蔽层在其临界电流水平以下操作良好，则屏蔽层上不会检测到阻抗压降。在使用本发明的布置时，一旦屏蔽层到达临界电流水平，则屏蔽层的电流水平几乎不会再进一步升高。导体产生的磁场则不会再被屏蔽掉。因此，该磁场传播到屏蔽层外侧，特别是传播到铁芯中，其中超导线缆围绕该铁芯布置，并且低温控制器的内壁插入其中。这样直接导致导体的电感显著升高，就是说电气阻抗增大。因此，流经导体的短路电流明显并快速地受到限制。因短路电流较高而在已知超导线缆上出现的发热效应也相应显著减小。这样确保了该布置不会被短路电流损坏。在传输路径上的短路原因排除之后，该传输路径就可以再次操作而不需要采取进一步的措施。
附图说明
附图中例述了符合本发明主题的一种示例实施方式，在附图中：
图1示出了穿过符合本发明的布置的纵截面；
图2示出了沿着线II-II穿过图1的截面；
图3示出了穿过可以用在所述布置中的超导线缆的截面。
具体实施方式
图1示出了穿过低温控制器KR的截面，该低温控制器具有外壁AW和内壁IW。外壁AW包括两个金属管1和2，这两个金属管相对于彼此同心布置，并且两者之间包含真空绝缘件3。内壁IW布置得与外壁AW隔开一定距离，同样包括两个金属管4和5，金属管4和5相对于彼此同心布置并且两者之间包含真空绝缘件6。管1和2以及4和5具有优势地由不锈钢构成，且优势在于具有相对较厚的壁，较厚的壁对于该布置的牢固性而言充分满足需要，且可以相对于它们的纵向具有横向波纹。为了简化，管1和2以及4和5在图1和2中仅以单线示出。
用于流过冷却剂的自由空间FR位于外壁AW和内壁AW之间，该自由空间优选相对于低温控制器的内外壁同轴运行。超导线缆SK布置在自由空间FR中，并绕制在内壁IW周围。图3示出了线缆SK的布局。内壁IW包围柱状腔体HR，铁芯7布置在该腔体中，铁芯穿过该布置的整个长度延伸，如图2所示，铁芯具有方形截面。但是，铁芯7还可以具有不同的截面形状，例如圆形。其相对磁导率μr具有优势地大于10。
符合本发明的布置引入电流传输路径中，用于其操作。为此，传输路径的相应线缆或触点连接到线缆SK端部11和12，线缆SK以压力密封方式通过低温控制器KR。该布置的总体尺寸取决于传输路径的操作电压水平，并且它们可以对应于商用变压器。
超导线缆SK是具有冷介电体的线缆。它包括超导导体8、包围超导导体的介电体9和抵靠在介电体上的超导屏蔽层10。BSCCO具有优势地用作导体8的超导材料。但是，还可以使用YBCO，如果导体8希望利用通常导电材料制作地结实的话。导体8设计成使其临界电流水平高于屏蔽层10内的临界电流水平。屏蔽层10具有优势地由YBCO构成，并且为了坚固性而优选没有通常导体。各临界电流水平的高低取决于装备该布置的传输路径的操作电压水平。
超导线缆SK绕制在低温控制器KR的内壁IW周围，以便形成如图1所示的布置。为了制作触点，其两端11和12具有优势地弯折成直线，以使它们在完成的配置中伸出低温控制器KR。此后或者此前，铁芯7插入柱状腔体HR中。这样配装的内壁IW然后引入外壁AW，并尽可能以同轴方式固定在其中。作为示例，端板13和14可以用来实现这一目的，由此低温控制器KR及其自由空间FR气密地密封起来。线缆SK的端部11和12以压力密封的方式穿过板13和14。端板13和14还装备有连接元件，用于让冷却剂流入流出。
为了使用，通过上述方式制作完成的该布置连接到电流传输路径中。超导线缆SK以后作为传输路径的一部分。超导线缆上发生的短路导致电流水平升高。如果该电流水平超过线缆SK的屏蔽层10的临界电流水平，则电阻将突然急剧升高，使得该布置的电阻抗突然升高。在相应的监控电路上记录这种情况，并采取措施立即断开传输路径。然后可以处理短路原因。
由于电流升高地超过屏蔽层10的临界电流水平，所以屏蔽层10丢失屏蔽功能，因此来自导体8的磁场进入铁芯7。导体8的电阻以及线缆SK的阻抗因此而突然急剧升高——正如所述——使得传输路径断开。线缆SK以及整个布置在这种情况下不会损坏。冷却剂突然短暂加热不足为虑。这种情况被再次迅速消除，因此一旦传输路径修复并重新连接，则该布置可以再一次操作。

Claims (2)

1.一种具有超导线缆的限流装置，超导线缆布置在低温控制器中，低温控制器具有外壁，所述外壁具有相对于彼此同心布置的两个外壁金属管，两个外壁金属管之间包含真空绝缘件，所述外壁包围冷却剂流通的自由空间，超导线缆布置在该自由空间中，其特征在于，
所述低温控制器(KR)具有内壁(IW)，所述内壁包围柱状腔体(HR)，而且同样包括两个内壁金属管(4、5)，所述内壁金属管相对于彼此同心布置，两者之间包含真空绝缘件(6)，所述内壁位于外壁(AW)包围的空间内，并与外壁隔开从而形成位于外壁和内壁之间的所述自由空间(FR)，
所述超导线缆(SK)具有超导体(8)、包围超导体的介电体和布置在介电体上的超导屏蔽层(10)，所述超导线缆围绕所述内壁(IW)绕制成螺旋形；和
铁芯(7)布置在所述柱状腔体(HR)中。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超导线缆(SK)的所述超导体(8)的临界电流水平高于所述屏蔽层(10)的临界电流水平。
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