CN112136222A - 具有导电间隔件的超导限流器 - Google Patents
具有导电间隔件的超导限流器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112136222A CN112136222A CN201980032383.1A CN201980032383A CN112136222A CN 112136222 A CN112136222 A CN 112136222A CN 201980032383 A CN201980032383 A CN 201980032383A CN 112136222 A CN112136222 A CN 112136222A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrically conductive
- superconducting
- conductive spacer
- current limiter
- spacer
- 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.)
- Pending
Links
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 title claims abstract description 139
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 80
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020073 MgB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/04—Cooling
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
-
- 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
-
- 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
- H10N60/80—Constructional details
- H10N60/83—Element shape
-
- 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
- H10N60/80—Constructional details
- H10N60/84—Switching means for devices switchable between superconducting and normal states
-
- 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
- H10N60/80—Constructional details
- H10N60/85—Superconducting active materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F2006/001—Constructive details of inductive current limiters
-
- 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)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
一种超导限流器，其包括盘绕以形成线圈(2)的至少一个超导导体(3)，该线圈在单个平面中延伸并将第一电连接端子连接至第二电连接端子，所述线圈的两个匝之间布置有电绝缘间隔件。超导导体(3)包括至少两条分开的超导线缆(5)，所述超导线缆平行地盘绕并且其端部分别通过第一电连接端子和第二电连接端子电连接。在所述分开的超导线缆(5)中的两条超导线缆之间布置有导电间隔件(12)，该导电间隔件(12)能够被冷却流体穿过。
Description
本发明涉及用于高压应用的超导限流器的领域。
可以是阻抗式的这些限流器由一个或多个超导导体构成，并且在正常运作时具有非常低的阻抗。当电流故障导致一个或多个导体中的电流密度显著增大时，或当这些导体没有被充分冷却时，它们损失它们的超导特性，并且限流器则变成高阻抗，从而将电流维持在一定值以下。
限流器所需的超导导体的长度与待保护设备或网络的电压成比例。对于为高压设置的限流器，它达到数百米、甚至数千米。因此，限流器优选地紧凑地盘绕以限制这种设备的体积，该体积仍可达到数米的直径。超导导体的绕组形成紧凑的线圈，对于该线圈会出现绝缘问题。
专利申请EP0503448和EP0935261描述了一种限流器，其包括大致以螺旋形式盘绕以形成在单个平面中延伸的双股线圈的超导导体。
专利申请EP2041809描述了一种阻抗式超导限流器装置，其包括由带状导体构成的双股线圈绕组和布置在该绕组的两个匝之间的电绝缘间隔件，该间隔件能够被冷却流体穿过。
专利申请EP1797599描述了一种阻抗式超导限流器装置，其包括双股线圈，其中，在线圈的两个圈之间维持有空间，在该空间中可通过冷却流体。该空间是借助于粘接到超导带的电绝缘间隔件来维持的。
专利申请EP2289077描述了一种阻抗式超导限流器装置，其具有由多个超导带构成的双股线圈。在其实施方式中的某些实施方式中，该文献描述了布置在电势相同的两个匝之间的能够被冷却流体穿过的绝缘间隔件。
本发明的目的在于通过提出一种超导导体的布置来改进现有技术的限流器，该导体的布置使得限流器能够控制高电流，同时提供限流器的高性能冷却，并且这是对于50至2000kV的量级的电压和大约1000A至10000A的量级的标称电流来说的。
为此，本发明旨在一种超导限流器，其具有盘绕以形成线圈的至少一个超导导体，该线圈在单个平面中延伸并将第一电连接端子连接到第二电连接端子，在线圈的两个匝之间布置有电绝缘间隔件。该超导导体由至少两条平行地盘绕的分别的超导线缆构成，并且其端部分别通过第一电连接端子和第二电连接端子连接。在所述分别的超导线缆中的两条线缆之间布置有导电间隔件，该导电间隔件能够被冷却流体穿过。
超导线缆是可以具有任何截面例如圆形、椭圆形或矩形的至少部分地由超导材料形成的导线。它可以由覆盖有超导涂覆层的芯构成。它可有利地至少部分地包括以下材料之一：
-称为“REBCO”(稀土、钡和铜的氧化物)的材料：REBa2Cu3O7+x，其中，RE表示来自Y和稀土(Gd、Nd、Dy、Eu等)的一个或更多个元素；
-MgB2；
-Bi2Sr2Ca2Cu3O10+x；
-适于制造限流器线缆的任何其它超导材料。
根据本发明的超导限流器的布置旨在使用平行放置的多条超导线缆来产生超导导体。平行放置的超导线缆的数量取决于应在由此形成的超导导体中流动的电流。平行放置多条超导线缆增大了由此形成的超导导体的临界电流。在形成该导体的多条线缆中引导用于一个导体的电流使得例如可以使用超导线缆，该超导线缆可作为标准工业产品，但是对于高电流应用尺寸不足。因此，可以预期在降低成本和简化实施的情况下工业化这种类型的限流器。
超导限流器的结构确保形成超导导体的每条线缆周围以及在线圈的匝之间的有效冷却。因此，冷却流体可以在超导线缆之间流动，既可以在不同电势的超导线缆之间流动，也可以在相同电势的超导线缆之间流动。
在同一超导导体内，形成超导导体的超导线缆还受益于借助于导电间隔件实现的高性能的热传递，这是因为导电材料通常也具有比电绝缘体更好的导热性。
当共同使用多条线缆来引导电流时，这些线缆处于相同的电势，在现有技术中通常将它们一起组合在同一套管中。然而，对于使用超导导体的应用，并置、粘合或焊接超导线缆不利于组件的冷却。在作为限流器的应用中，冷却是关键的功能，这是因为它同时直接负责对材料的保护(材料如果过热则可能会被破坏)和使线缆恢复到超导状态，并因此使装置的整体操作返回超导状态。由于热量在材料中散发的时间随着距离的平方增长，并置各个超导线缆以形成超导导体会导致冷却能力的显著损失。例如，如果超导线缆是带，五条这些带的堆叠，就在该堆叠中横向地传递热量而言，会大约比这些带的单条的性能低二十五倍。根据本发明，另一方面，每条超导线缆在两侧被纵向地冷却，同时维持在与形成同一超导导体的一部分的相邻超导线缆相同的电势。
此外，布置在形成同一导体的两条超导线缆之间的在现有技术中使得两条线缆电绝缘的间隔件在此相反地被用于确保这两条线缆之间的电连接。该电连接发生在电势相同的两条线缆之间，并且因此不旨在在稳态下引导电流。然而，在线缆上发生局部故障的情况下，电流则可能会分流到相邻线缆以继续其在导体中的行进。
实际上，适于限流器应用的超导线缆通常具有称为“热点”的缺陷，这些热点与它们的均匀度变化相关。这些热点使得超导线缆的温度局部升高，该温度升高可能会导致材料不可逆地受损。例如，在使用称为“高临界温度”的超导带例如上述的REBCO带来形成超导线缆的情况下，热点的存在已知是降低限流器的整体性能的临界点。借助于布置在同一导体的超导线缆之间的导电间隔件，不仅优化了这些线缆的冷却，而且还为本应通过热点或任何其它缺陷转移的电流提供可能的冗余路径，电流由此可绕过热点或任何其它缺陷。
该限流器的布置还对于优化限流器的体积开放了可行性。实际上，在现有技术中，临界电流的增大经常是通过堆叠多个绕组来实现的，每个绕组在其各自的平面中延伸。本发明提供在设计时对增大堆叠的绕组的数量和/或增大形成所有堆叠的绕组或这些堆叠的绕组中的仅某些的所有导体或某些导体的超导线缆的数量的选择。根据可用的空间，限流器的最终形式可由此通过优先宽度或高度来优化。
限流器可单独或组合地具有以下附加特征：
-线圈是双股线圈；
-限流器在超导导体的两个绕组之间具有匝间空间，并在同一超导导体的两条超导线缆之间具有线缆间空间，电绝缘间隔件沿着匝间空间布置，导电间隔件沿着线缆间空间布置；
-导电间隔件由金属制成；
-导电间隔件由半导体材料组成；
-导电间隔件的金属的导热系数大于150W/m/K；
-导电间隔件具有褶状或波浪形带的形状；
-导电间隔件具有用于冷却流体的流动间隙；
-导电间隔件和电绝缘间隔件具有基本上相同的形状；
-导电间隔件呈现促进两条超导线缆之间的导电的各向异性的导电行为；
-导电间隔件是不连续的，由分离的间隔件形成；
-导电间隔件是通过将导电间隔件和绝缘间隔件并置而形成的；
-导电间隔件具有位于两条超导线缆之间的金属桥和布置在这些金属桥之间的横梁；
-横梁是导电的；
-横梁是电绝缘的；
-限流器还包括冷却装置，该冷却装置包括在线圈的匝之间与电绝缘间隔件接触和在超导线缆之间与导电间隔件接触的冷却流体；
-导电间隔件具有增大与两条超导线缆的接触面积的底部或基部；
-导电间隔件具有用于与冷却流体交换热量的热交换器。
现在将参照附图说明本发明的优选实施例，其中：
-图1示意性地示出根据本发明的由线圈堆叠形成的限流器；
-图2示意性地示出从上方观察的图1的限流器的线圈中的一个线圈；
-图3是图2的框III的放大示意图；
-图4是图2和图3中可见的框IV的放大示意图；
-图5是图2的线圈的超导线缆的堆叠的立体局部示意图；
-图6是图5的细节视图，其示出了在局部热点故障的情况下电流流动的情形；
-图7至图20示出图4至图6中示出的导电间隔件的变型实施例；
-图21示出了从上方观察的图1的限流器的线圈的变型。
图1示意性地示出了根据本发明的超导限流器。该限流器1具有由在单个平面中盘绕的至少一个超导导体形成的至少一个线圈。在图1的示例中，限流器1具有堆叠的五个线圈。限流器1具有根据要控制的电压和电流所需的数量的线圈2。
图2示意性地示出从上方观察的形成限流器1的线圈2中的一个线圈。线圈2在此是具有第一连接端子T1和第二连接端子T2的偶极子。如果线圈2是限流器1的唯一线圈，连接端子T1和T2是限流器1的端子，限流器1通过这些端子连接到待保护的电路。如果限流器1如图1的示例那样具有多个线圈2，则这些线圈将通过它们各自的连接端子T1、T2的适当连接而串联或并联放置。
在本示例中，线圈3是双股线圈，即形成它们的导体在线圈的外围与线圈的中心之间往复一个或更多个来回。
在线圈2中，超导导体3将第一连接端子T1连接到第二连接端子子T2，从而形成绕组。在该简化了的示例中，导体3从第一连接端子T1出发，盘绕形成两匝，然后在螺旋的中心处形成拐弯4，以然后再次形成两匝，并在螺旋的外围汇合第二连接端子T2。
在图2的示例中，该示例是用于说明目的的简化示例，线圈2具有单个超导导体3和其两个端子T1、T2，导体3由组装的三条超导线缆5形成。这三条超导线缆5中的每条超导线缆具有第一和第二端部，三个第一端部在第一端子T1处连接在一起，三个第二端部在第二端子T2处连接在一起。形成导体3的三条超导线缆5在双股线圈中平行地盘绕。
在附图中，超导导体的长度以及因此绕组的匝数也被简化了。作为示例，对于为25kV设置的其超导导体的线性阻抗当它变得阻抗式时允许50V/m的压降的限流器或限流器部分，该导体应具有500m量级的长度，这导致直径数米并且匝数非常大的线圈。
位于线圈2的两匝之间的空间，即导体3的两匝之间的空间，称为“匝间空间6”。位于导体3内的两条超导线缆5之间的空间称为“线缆间空间7”。
匝间空间6包括电绝缘间隔件，并且线缆间空间7包括导电间隔件。这些间隔件没有在图2的简化视图中示出，会在下文中参照图3至图5进行描述。
图3是图2中可见的III框的放大视图。在图3中因此示出了导体3的三个部分的匝。在导体3的每个匝之间布置有由电绝缘间隔件8构成的绝缘层。在该示例中，电流从第一连接端子T1流向第二连接端子T2，并且图3中的箭头示出了该电流的流动方向。尽管在该示例中电流总是沿着导体3向同一方向流动，但是线圈形状的绕组导致形成匝，以使得在导体3的一个部分与导体3的位于相邻的匝上的另一部分之间，电流向相反方向流动。对于所示出的线缆5或导体3的部分，用箭头9示意性地示出电流向一个方向(在图中从左向右)的流动，而用箭头10示意性地示出电流向另一方向(从右向左)流动。在图3的上部的匝部分上，电流沿着箭头9从左向右流动；在中间的匝部分上，电流沿着箭头10从右向左流动；以及，在下部的匝部分上，电流沿着箭头9从左向右流动。
绝缘间隔件8具有被设计成维持匝间空间6的形状，以使得对应的两个相邻匝电绝缘，并且能够被冷却流体穿过。绝缘间隔件8由足够坚硬以使得能够保持匝间空间6的间隔的任意绝缘材料制成。绝缘间隔件8在此由褶状即折叠成三角形或波浪形的绝缘材料的片材制成，从而形成使得冷却流体能够流动的间隙11。
限流器1被冷却到能够维持导体3的超导特性的适当的温度。一个或多个线圈2由此浸在诸如液氮的流体中，或者该流体通过冷却回路进行循环。借助于绝缘间隔件8的间隙11并且借助于导电间隔件12的间隙13，该冷却流体与导体3接触。
图4是图2和图3中可见的IV框的放大视图。该放大视图示出了导体3的一部分。在构成导体3的三条线缆5中，电流的流动方向9是相同的。在导体3内，在线缆间空间7中，在这些线缆5之间布置有导电间隔件12。
导电间隔件12具有三个功能：
-维持两条线缆5之间的间隔；
-在两条线缆5之间引导电流；
-能够被冷却流体穿过。
在本示例中，导电间隔件12在结构上具有与绝缘间隔件8相同的形状，并具有间隙13，该间隙使得冷却流体能够流动并且使得能够与线缆5直接热交换并间接通过导电间隔件12热交换。
导电间隔件12由诸如金属或半导体材料的导电材料制成。导电间隔件12分别与两条线缆5接触，由此确保这两条线缆5直接的电连续性。在稳态下，线缆5具有超导特性，而导电间隔件12具有常规导体的特性。因此电流将优选地在具有几乎为零的阻抗的超导线缆5中流动，而不是在尽管导电但具有一定阻抗的导电间隔件12中流动。然而，导电间隔件12将平衡电流以及电势的分布，并保证在同一导体3的两条超导线缆5之间不会产生显著的电势差。
整个线圈2由流过绝缘间隔件8并且流过导电间隔件12的同一冷却流体来冷却。形成导电间隔件的金属优选地是具有高热导率例如高于150W/m/K的金属，例如铜或铝。由此通过导电间隔件12最佳地确保了导热和导电功能。
有利地，使用了优化导电间隔件12与冷却流体之间的热交换并优化两条线缆5之间的热交换和导电的导电间隔件12的几何形状。特别地，可以使用具有鳍状的结构，以及减小接触阻抗的任何方法。
图5示意性地示出了线圈2的一部分，其示出了导体3的两个相邻的匝以及绝缘间隔件8和导电间隔件12的布置。在该图中，匝间空间6和线缆间空间7具有相同的间隔。绝缘间隔件8和导电间隔件12在此具有相同的形状和相同的尺寸，而不同之处在于它们的分别是绝缘和导电的构成材料。作为变型，如果期望在线圈内实现线缆3之间和/或导体5之间的可变间距，间隔件8和间隔件12的尺寸可以彼此不同。
在图5的示意性三维图示中，形成导体3的超导线缆5是常规的超导带，例如REBCO带。绝缘间隔件8和导电间隔件12是褶状的带。
图5因此在该图的上部示出了导体3的第一部分，其具有构成它的三个线缆部分5；并且在该图的下部示出了导体3的第二部分，其对应于相邻匝，具有构成它的三个线缆部分5。在每个导体3内，在线缆5之间出现两个导电间隔件12部分。在两个导体3之间以及在上方的导体3的部分上方和在下方的导体3的部分下方，可见绝缘间隔件8部分，以与未示出的相邻匝协作。
冷却流体流过该超导线缆5和间隔件8、12的堆叠。
在上方的导体3的部分的线缆5中，电流沿方向10流动，而在下方的导体3的部分的线缆5中，电流沿方向9流动。对于每条超导线缆5，已经示出了电流的流动方向9和10。
图6示出了导体3的一部分，并示出了形成它的三条线缆5A、5B、5C，以及维持这三条线缆5之间的导电性和间隔的两个导电间隔件12。电流沿箭头9的方向流动。该图6示出了导体3在出现热点14的情况下的表现。
在该示例中，热点14出现在中部的线缆5B上。在热点14的上游，电流以相同的方式在线缆5A、5B、5C中流动，同时受益于它们的超导特性。在线缆5B上，在到达热点14时，电流不再受益于线缆的超导特性，该线缆甚至可能会变得局部高阻抗。
在热点14的上游，电流的至少一部分会通过导电间隔件12分流，并因此将通过其它线缆5A、5C绕过热点14。在热点14的下游，导电间隔件通过使得电流的一部分能够返回到线缆5B中来平衡电流。
图7至图20涉及导电间隔件12的变型实施例。在不同的实施方式和变型中，具有相同功能的元件在图中具有相同的附图标记。
图7是示出具有同一导体3的两条超导线缆5和布置在这两条线缆5之间的导电间隔件12的部分的简化视图。图7示出了图5和图6中描述的导电间隔件12的实现方式。图7的导电间隔件12因此由在两侧与两条线缆5接触的褶状金属带构成。
图8中的变型示出了导电间隔件12不连续的情况。它由分布在线缆间空间7的整个长度上的多个分离的间隔件15形成。导电间隔件12因此在两条线缆5之间产生电传导，尤其是用于平衡电流和绕过可能的热点。然而，导电间隔件12仅能有助于线缆间空间7的长度的某些部分上引导电流，从而使导电间隔件12获得各向异性的导电行为，即在两条线缆5之间表现出高导电性，但在电流沿着线缆5的流通方向上表现出低导电性、甚至为零的导电性的行为。
这种各向异性的导电行为避免了在线圈2处于限流模式时过大地减小线圈的电阻。
图9示出了导电间隔件12的使其获得各向异性的导电行为的另一变型。根据图9的该变型，导电间隔件12由沿着线缆间空间7交替布置的一组金属间隔件16和绝缘间隔件17(在图17中用阴影线示出)来实现。导电间隔件12由此确保线缆间空间7的整个长度上的间隔，同时借助于例如由电绝缘聚合物构成的绝缘间隔件17限制电流沿导电间隔件12的流动。
图10示出与图9的变型类似的变型，其中，导电间隔件12由交替的导电部分12A(在图中呈倒V形)和绝缘部分12B(呈倒V形)构成。
图11示出了另一变型，其中，由于倒V形的分支中的一个12A是导电的而另一分支12B是绝缘的，因此实现了导电部分和绝缘部分的交替。
图12示出了用于实现导电间隔件12的也使其获得各向异性的导电行为的另一变型。导电间隔件12在此由一系列金属桥18和布置在这些桥18之间的横梁19形成。金属桥18确保线缆5之间的导电性，横梁19将桥18维持在位置上。横梁19可由绝缘材料制成，导电间隔件12的行为则会类似于图9的变型的行为。横梁19也可由导电材料例如金属材料制成，导电间隔件12则仍然具有各向异性行为，保持线缆5之间的导通，同时减小沿着线缆间空间7的导通。
图13示出了横梁19的一个替代布置，其中，横梁19各自连接两个桥18，上部的横梁19相对于下部的横梁19偏移地布置。
图14示出一个变型，其中，桥18通过底部20分别连接到上部的线缆5和下部的线缆5。可选地，桥18中的某些桥(在此为两个中的一个)是绝缘的(绝缘的桥18用阴影线示出)。
图15和图16示出了其中桥18由连接两条线缆5的柱体构成的变型。在图15的变型中，桥18直接连接线缆5。在图16的变型中，桥18通过布置抵靠着线缆5中每条的底部20来连接线缆5。
图14和图16的底部20还增大导电间隔件12与线缆5之间的接触面积，由此促进热交换，这使得冷却流体对线缆5的冷却性能更高。
图17示出了另一实施方式，其中，绝缘间隔件12由这样的材料构成：由交替的导电层12A和绝缘层12B形成的材料。
图18至图20示出了与导电间隔件12的热交换能力有关的导电间隔件12的变型。
图18示出了图7的导电间隔件12的变型。根据该变型，导电间隔件12具有将构成间隔件12的折叠的顶部附接到线缆5的基部21。这些基部21增大导电间隔件12与线缆5之间的接触面积，由此促进热交换，从而使得冷却流体对线缆5的冷却性能更高。
图19类似于图18，导电间隔件12在此是波浪形的。可选地，间隔件12的该波浪形可以设置为没有基部21。
图20示出导电间隔件7的变型，其中，间隔件12具有附加的热交换器，该附加的热交换器包括增大与冷却流体的接触面积的翅片22。附加热交换器在此被限定为用于增大间隔件12的交换面积的装置。
图21示出了被设计成构成限流器1的线圈2的变型实施例。根据该变型，超导导体3被设计成在线圈的外围与线圈的中心之间执行两个往返。无论导体3的布置和数量如何，在线缆间空间7中布置有导电间隔件，在匝间空间6中布置有绝缘间隔件。
在不脱离本发明范围的情况下，可以设想限流器的其它变型实施例。例如，限流器的超导导体可以具有任意数量的用于构成它的超导线缆，在这些线缆或线缆组之间布置有一个或更多个间隔件。
类似地，线圈可以具有盘绕以形成线圈和相应数量的连接端子的任意数量的超导导体，一个或多个绝缘间隔件被布置以分隔由这些各种超导导体形成的每匝。
线圈可以是任何类型的双股线圈或非双股线圈。它可以具有柱形、椭圆形或矩形形状。
限流器还可以具有任意数量的堆叠线圈，其连接端子串联或并联地相互连接。
导电间隔件的材料和形状可以变化，同时允许在导电间隔件的至少部分上的电传导以及冷却流体穿过的能力。例如，导电间隔件可以由多孔传导材料制成，或具有用于冷却流体的流动管道。
可以通过其它方式例如借助于固有各向异性的晶体材料来使得导电间隔件获得各向异性的导电行为。有利地，通过将这些材料布置为使得它们在横向上即在两条线缆3之间比在纵向上即沿着线缆间空间7具有更大的导电性来使用。
导电间隔件12的各种实施方式和变型可以组合。
Claims (18)
1.一种超导限流器(1)，其包括盘绕以形成线圈(2)的至少一个超导导体(3)，所述线圈在单个平面中延伸并将第一电连接端子(T1)连接至第二电连接端子(T2)，所述线圈(2)的两个匝之间布置有电绝缘间隔件(8)，所述限流器(1)的特征在于：所述超导导体(3)包括至少两条分开的超导线缆(5)，所述超导线缆平行地盘绕并且其端部分别通过所述第一电连接端子(T1)和第二电连接端子(T2)电连接；以及在所述分开的超导线缆(5)中的两条超导线缆之间布置有导电间隔件(12)，所述导电间隔件(12)能够被冷却流体穿过。
2.根据权利要求1所述的限流器，其特征在于，所述线圈(2)是双股线圈。
3.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，所述限流器包括所述超导导体(3)的两个绕组之间的匝间空间(6)，并且所述限流器包括同一超导导体(3)的两条超导线缆(5)之间的线缆间空间(7)，所述电绝缘间隔件(8)沿着所述匝间空间(6)布置，并且所述导电间隔件(12)沿着所述线缆间空间(7)布置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，所述导电间隔件(12)由金属制成。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的限流器，其特征在于，所述导电间隔件(12)由半导体材料构成。
6.根据权利要求5所述的限流器，其特征在于，所述导电间隔件(12)的金属的热导率大于150W/m/K。
7.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，所述导电间隔件(12)具有褶状或波浪形带的形状。
8.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，所述导电间隔件(12)包括用于所述冷却流体的流动间隙(13)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，所述导电间隔件(12)和所述电绝缘间隔件(8)具有基本上相同的形状。
10.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，所述导电间隔件(12)呈现促进所述两条超导线缆(5)之间的导电的各向异性导电行为。
11.根据权利要求10所述的限流器，其特征在于，所述导电间隔件(12)是不连续的并且由分离的间隔件(15)形成。
12.根据权利要求10所述的限流器，其特征在于，所述导电间隔件(12)是通过将导电间隔件(16)和绝缘间隔件(17)并置而形成的。
13.根据权利要求10所述的限流器，其特征在于，所述导电间隔件(12)包括位于所述两条超导线缆(5)之间的金属桥(18)和布置在这些金属桥之间的横梁(19)。
14.根据权利要求13所述的限流器，其特征在于，所述横梁(19)是导电的。
15.根据权利要求13所述的限流器，其特征在于，所述横梁(19)是电绝缘的。
16.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，所述限流器还包括冷却装置，所述冷却装置包括在所述线圈(2)的匝之间与所述电绝缘间隔件(8)接触并且在所述超导线缆(5)之间与所述导电间隔件(9)接触的冷却流体。
17.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，所述导电间隔件(12)包括增大与所述两条超导线缆(5)的接触面积的底部(20)或基部(21)。
18.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，所述导电间隔件(12)包括用于与所述冷却流体交换热量的热交换器(22)。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1854132A FR3081259B1 (fr) | 2018-05-17 | 2018-05-17 | Limiteur de courant supraconducteur avec entretoise electriquement conductrice |
| FR1854132 | 2018-05-17 | ||
| PCT/EP2019/062660 WO2019219835A1 (fr) | 2018-05-17 | 2019-05-16 | Limiteur de courant supraconducteur avec entretoise électriquement conductrice |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112136222A true CN112136222A (zh) | 2020-12-25 |
Family
ID=63963091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201980032383.1A Pending CN112136222A (zh) | 2018-05-17 | 2019-05-16 | 具有导电间隔件的超导限流器 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11910729B2 (zh) |
| EP (1) | EP3788656A1 (zh) |
| KR (1) | KR102521412B1 (zh) |
| CN (1) | CN112136222A (zh) |
| FR (1) | FR3081259B1 (zh) |
| RU (1) | RU2759833C1 (zh) |
| WO (1) | WO2019219835A1 (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115916915A (zh) * | 2021-01-11 | 2023-04-04 | 日立能源瑞士股份公司 | 间隔带、用于制造绕组的方法和绕组 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1101298A (en) * | 1965-11-13 | 1968-01-31 | Franz Xaver Eder | Superconductor coils |
| JP2000197263A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Toshiba Corp | 限流素子用超電導コイル装置 |
| RU2204191C2 (ru) * | 2000-11-24 | 2003-05-10 | Марийский государственный технический университет | Комбинированный сверхпроводниковый ограничитель тока |
| CN101036243A (zh) * | 2004-10-04 | 2007-09-12 | 西门子公司 | 具有带状高越变温度超导印制导线的电阻式超导限流装置 |
| KR20090034974A (ko) * | 2006-07-14 | 2009-04-08 | 지멘스 악티엔게젤샤프트 | Ｈｔｓ 스트립 전도체들로 만들어진 바이필라 권선 및 권선스페이서를 가진 저항성 초전도성 전류 제한기 |
| US20090270261A1 (en) * | 2008-03-05 | 2009-10-29 | Bruker Hts Gmbh | Superconducting Device for Current Conditioning |
| JP2010238943A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 限流器 |
| JP2012174404A (ja) * | 2011-02-18 | 2012-09-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 常温絶縁型超電導ケーブル、およびその製造方法 |
| CN103493152A (zh) * | 2011-02-18 | 2014-01-01 | 科罗拉多州立大学董事会（法人团体） | 超导电缆及其制造方法 |
| CN107615406A (zh) * | 2015-07-16 | 2018-01-19 | 住友电气工业株式会社 | 超导线和限流器 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4189693A (en) | 1977-12-28 | 1980-02-19 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Superconducting magnet |
| DE4107686A1 (de) | 1991-03-09 | 1992-09-10 | Abb Patent Gmbh | Verfahren zur herstellung eines supraleitenden strombegrenzers sowie ein entsprechend hergestellter strombegrenzer |
| US6275365B1 (en) | 1998-02-09 | 2001-08-14 | American Superconductor Corporation | Resistive fault current limiter |
| DE102008029722B3 (de) | 2008-06-23 | 2009-12-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Leiteranordnung für ein resistives Schaltelement mit wenigstens zwei Leiterverbünden aus supraleitenden Leiterbändern |
| RU2587680C1 (ru) * | 2015-04-07 | 2016-06-20 | Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс") | Сверхпроводящий ограничитель тока |
| RU2691746C1 (ru) * | 2018-11-29 | 2019-06-18 | Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") | Токоограничивающее устройство на основе высокотемпературной сверхпроводимости |
-
2018
- 2018-05-17 FR FR1854132A patent/FR3081259B1/fr active Active
-
2019
- 2019-05-16 US US17/055,929 patent/US11910729B2/en active Active
- 2019-05-16 KR KR1020207036123A patent/KR102521412B1/ko active IP Right Grant
- 2019-05-16 RU RU2020141149A patent/RU2759833C1/ru active
- 2019-05-16 WO PCT/EP2019/062660 patent/WO2019219835A1/fr unknown
- 2019-05-16 CN CN201980032383.1A patent/CN112136222A/zh active Pending
- 2019-05-16 EP EP19725959.1A patent/EP3788656A1/fr active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1101298A (en) * | 1965-11-13 | 1968-01-31 | Franz Xaver Eder | Superconductor coils |
| JP2000197263A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Toshiba Corp | 限流素子用超電導コイル装置 |
| RU2204191C2 (ru) * | 2000-11-24 | 2003-05-10 | Марийский государственный технический университет | Комбинированный сверхпроводниковый ограничитель тока |
| CN101036243A (zh) * | 2004-10-04 | 2007-09-12 | 西门子公司 | 具有带状高越变温度超导印制导线的电阻式超导限流装置 |
| US20080070788A1 (en) * | 2004-10-04 | 2008-03-20 | Hans-Peter Kramer | Resistive Type Super Conductive Current-Limiting Device Comprising a Strip-Shaped High-TC-Super Conductive Path |
| KR20090034974A (ko) * | 2006-07-14 | 2009-04-08 | 지멘스 악티엔게젤샤프트 | Ｈｔｓ 스트립 전도체들로 만들어진 바이필라 권선 및 권선스페이서를 가진 저항성 초전도성 전류 제한기 |
| US20090270261A1 (en) * | 2008-03-05 | 2009-10-29 | Bruker Hts Gmbh | Superconducting Device for Current Conditioning |
| JP2010238943A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 限流器 |
| JP2012174404A (ja) * | 2011-02-18 | 2012-09-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 常温絶縁型超電導ケーブル、およびその製造方法 |
| CN103493152A (zh) * | 2011-02-18 | 2014-01-01 | 科罗拉多州立大学董事会（法人团体） | 超导电缆及其制造方法 |
| CN107615406A (zh) * | 2015-07-16 | 2018-01-19 | 住友电气工业株式会社 | 超导线和限流器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115916915A (zh) * | 2021-01-11 | 2023-04-04 | 日立能源瑞士股份公司 | 间隔带、用于制造绕组的方法和绕组 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11910729B2 (en) | 2024-02-20 |
| RU2759833C1 (ru) | 2021-11-18 |
| FR3081259A1 (fr) | 2019-11-22 |
| KR20210018297A (ko) | 2021-02-17 |
| WO2019219835A1 (fr) | 2019-11-21 |
| EP3788656A1 (fr) | 2021-03-10 |
| FR3081259B1 (fr) | 2022-01-28 |
| KR102521412B1 (ko) | 2023-04-13 |
| US20210184097A1 (en) | 2021-06-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101548404B1 (ko) | 초전도 도체 밴드로 구성된 2개 이상의 복합 도체를 구비한 저항성 스위칭 소자용 도체 배치 구조 | |
| RU2546127C2 (ru) | Многополосковый проводник и способ его изготовления | |
| JP5123604B2 (ja) | 超電導コイル | |
| JP4558517B2 (ja) | 超電導コイル | |
| EP1653485A1 (en) | Superconducting wire and superconducting coil employing it | |
| US10062485B2 (en) | High-temperature superconducting high-current cables | |
| KR102098005B1 (ko) | 코일 권선들 및 접촉부들을 포함하는 초전도 코일 장치 | |
| JP6737811B2 (ja) | 超伝導故障電流限流器システムおよび超伝導テープを接続するための接続システム | |
| US3368174A (en) | Spacer for pancake coils | |
| JP3892605B2 (ja) | 限流素子用超電導コイル装置 | |
| CN112136222A (zh) | 具有导电间隔件的超导限流器 | |
| JP5936130B2 (ja) | 超伝導ケーブルとバスバー | |
| WO2012093042A2 (en) | Coil, coil assembly and superconducting fault current limiter | |
| JP4947434B2 (ja) | 超電導導体 | |
| JP2002118020A (ja) | 転位導体および誘導電器巻線 | |
| JP6991775B2 (ja) | 無絶縁超電導コイル用の超電導体及びそれを用いた超電導コイル | |
| KR102330094B1 (ko) | 적어도 4개의 초전도 케이블을 포함하는, 초전도 전류 제한 쌍극자 | |
| JP6823242B2 (ja) | 超伝導リアクタンス回路 | |
| JPS5923406B2 (ja) | 超電導線 | |
| JP6401489B2 (ja) | 超電導ケーブル、及び超電導機器 | |
| JPH01190217A (ja) | 超電導限流装置 | |
| RU2575877C2 (ru) | Непрерывно транспонированный провод | |
| JP2002133954A (ja) | 超電導導体及び集合型超電導導体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |