CN1330441A - 大功率限流器 - Google Patents
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Abstract
大功率限流器包括一个与待保护的超导体的或常规导体的设备串联的一次性高温超导体熔断器,其中高温超导体熔断器具有低于故障电流的临界电流密度。
Description
本发明涉及应用于具有常规工作电流在100安培及10.000安培之间的大功率系统中的设有超导板或条的故障电流限流装置。当在电力网中出现短路电流时该故障电流限流器邻限制电流。
本发明是基于观察的事实，即高温超导体(HTSCs)在电流超过该超导体的临界电流时迅速地增加电阻值。高温超导体包括REBa2Cu3O7-x(其中RE包括Y，La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy，Ho，Er，Tm，Yb及Lu；以下将称为RBCO123超导体)，(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu2O10-x及Bi2Sr2CaCu2O8-x。高温超导体在临界电流密度上不是完全均匀的，超导体的某些部分将开始转变成具有相对高电阻值的常规导电形态，由此将形成热点及立即引起HTSC的破坏性的损坏。如果施加的电流足够大，该损坏发生在几毫秒内，及该特性被视为HTSC应用的一个严重问题。HTSC的损坏则被本发明用来限制大功率系统中的故障电流。
在本发明中可使用的HTSC条可从包括Haldor TopsoeA/S在内的各个供应商那里得到。
在本发明的一个具体实施例中，故障电流限流装置由具有两个连接到柔性电缆的两个导电端子的短HTSC条组成。该条的长度优选为在5cm及100cm之间。这些端子被放置在电绝缘材料的管状载体中。
具有特别低的临界电流密度的窄区域可用各种方法产生，以使得当故障电流发生时，沿超导体限流器形成可控制的闪弧。除闪弧的区域外在超导体上可覆盖热及机械稳定的金属层。
装入管状载体的端子的几何形状是这样的，即超导体及与其连接的端子可无间隙地滑动到管状载体中。端子被连接到高柔性的电缆上，以使得端子可自由移动。没有或仅有一个端子被固定在管状载体上。超导体条及管状载体之间的空间可填入电绝缘颗粒、如石英砂。此外，冷却剂、如液态氮或氮气可被设置在管状载体内部。在超导体板的断裂时，一个或两个端子将通过外部弹簧力被从管状载体排出。排出力亦可由管内的电闪弧产生的热引起的管状载体内的容积膨胀来提供。在超导体条的断裂时，一个或两个端子将被从管状载体排出。第三种方法包括在两个端子之间的电绝缘弹簧，当超导体发生断裂时保证端子之间的排斥力。
在超导体材料上可设置爆炸性材料。当由于短路电流超过超导体的临界电流使超导体转变成常规导电状态时该爆炸将由电闪弧触发。
本发明还包括具有一个或多个串联或并联的超导体熔断器的大功率装置。此外，可与该熔断器并联一个或多个电阻性或电感性的分流器。当故障电流超过超导体的临界电流时该熔断器将断裂。断裂将瞬时地增加超导体上的电阻及故障电流将被转移到分流器，那里的欧姆电阻将限制该电流。熔断器两个断裂部分之间的距离可由如上述的几个方法进一步分离。在熔断器断裂时可发生电闪弧。施加的磁场或压入的非爆炸性气体可用来消除超导体断裂处的闪弧。
该故障电流限流器将典型地、如下所述地工作：常规电流将主要流经超导体。当发生故障电流及电连接终结时超导体将立即断开。于是，电流被改向地流到分流器中。一个开关系统将断开超导体熔断器。当故障电流被外部操作排除后，开关系统将连接与分流器并联的第二超导体熔断器。第一熔断器于是可被手工地更换。在系统中可加入附加的熔断器及开关，以允许系统在短时间内重复故障电流过程。
例1
一个由具有连接到高柔性电缆的两个铜端子的HTSC组成的超导体熔断器与一个分流器并联。当故障电流超过在超导体的确定区域中的临界电流时该熔断器被熔断。故障电流被转移到分流器中并由此限制电流。一个开关系统断开该超导体熔断器。当故障电流被外部操作消除时，开关系统将连接与分流器并联的第二超导体熔断器。这时将手工地更换第一熔断器。例2
例1中的熔断器被放置在管状载体中，它允许连接端子滑入到载体中而不会在其中转动。一个端子用螺丝固定在管上。电绝缘弹簧位于两个端子之间，以保证端子之间的排斥力。当超导体条断裂时，一个端子将从管中排出。例3
类似于例2中的方式，所不同者是端子之间的排斥力由外部力来施加。例4
类似于例2中的方式，所不同者是由爆炸性材料施加端子之间的排斥力。该材制放置在管状载体及超导体之间的空间中。当电弧出现在载体内部时该材料将被引爆。例5
类似于例2中的方式，所不同者是端子之间的排斥力由当载体内部发生电弧时液体或气体的体积膨胀来施加。例6
类似于例1-5中的方式，所不同者是在超导体及管状载体之间的空间中填充闪弧抑制剂。例7
类似于例1-6中的方式，所不同者是在该HTSC的1至10mm的多个(2至10个)窄区域中HTSC的临界电流值被降低，以便控制闪弧。例8
类似于例1-7中的方式，所不同的是，超导体上除将形成闪弧的区域外被热及机械稳定用的金属层覆盖-或是由于缺少金属层的稳定作用或是由于HTSC未覆盖金属层的部分具有相对低的临界电流密度。
Claims (6)
1.大电功率限流器，它包括一个与待保护的超导体的或常规导体的设备串联的一次性高温超导体熔断器，其中高温超导体熔断器具有低于故障电流的临界电流密度。
2.根据权利要求1的大电功率限流器，其特征在于超导体熔断器设有多个具有低临界电流电平和/或低机械强度的区域。
3.根据权利要求1的大电功率限流器，其特征在于熔断器的一个端子被固定在载体管上，另一端子可移动到管中地安装在管内，该熔断器的该另一端子与一个弹簧相连接。
4.根据权利要求1的大电功率限流器，其特征在于附加地包括一个载体管，它至少围绕着一部分熔断器及用于保持一种冷却剂，以致在熔断器中出现闪弧时冷却剂产生压力并使该大电功率限流器的至少一部分排出。
5.根据权利要求1的大电功率限流器，其特征在于还设有装在熔断器上的炸药，用于当形成闪弧时被引爆。
6.根据以上权利要求中任一项的大电功率限流器，其特征在于设有仅与熔断器并联或与熔断器及待保护设备并联的分流器，以抑制或消灭闪弧及允许一部分故障电流以降低的电流值通过。
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