CN207352090U - 电阻型直流限流器及电阻型直流限流器的测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电阻型直流限流器及电阻型直流限流器的测试系统，包括高温超导薄膜中的YBCO双面薄膜制成的电阻型直流限流器，满足在直流电领域的电阻型直流限流器应用。同时提供一种用于测试电阻型直流限流器的测试系统，包括第一直流电源、第二直流电源、第一开关、第二开关、第三开关、测量容器和电信号测量装置，以实现对电阻型直流限流器的限流和电阻变化规律等的测试。
Description
技术领域
本实用新型涉及电阻型超导限流器技术领域，特别是涉及一种电阻型直流限流器及电阻型直流限流器的测试系统。
背景技术
在电网中，系统短路导致瞬间电流增大是危害其安全运行的一个重要问题。现随着近年来高温超导材料价格的快速下降、超导技术推广应用以及相关研究的快速发展，使用电阻型超导限流器实现故障限流，为电网解决短路限流问题提供了一个新的方案。
目前制作电阻型超导限流器的材料主要有高温超导块材、高温超导带材、高温超导薄膜等，基于高温超导薄膜的电阻型限流器同时具有超低损耗的载流性能和快速有效的限流特性，比其它电阻型超导限流器体积小、重量轻，短路故障发生时响应速度快，产生电阻大，失超回复时间短，因而具有独特的优势。但是，传统的电阻型超导直流限流器均为使用高温超导带材制作，基于高温超导薄膜的电阻型超导限流器仅限于交流限流器，缺乏基于高温超导薄膜的电阻型直流限流器和对于基于高温超导薄膜的电阻型直流限流器的研究。
实用新型内容
基于此，有必要针对缺乏基于高温超导薄膜的电阻型直流限流器和对于基于高温超导薄膜的电阻型直流限流器的研究，提供一种电阻型直流限流器及电阻型直流限流器的测试系统。
本实用新型所提供的技术方案如下：
一种电阻型直流限流器，包括一个或多个YBCO(Yttrium Barium Copper Oxide钇钡铜氧)双面薄膜结构、第一电极和第二电极。
YBCO双面薄膜包括基片，设置在基片一面上的第一YBCO薄膜，以及设置在基片另一面上的第二YBCO薄膜；其中，所述基片为LaAlO3(铝酸镧)基 片。
YBCO双面薄膜还包括设置在基片与第一YBCO薄膜和第二YBCO薄膜间的CeO2(二氧化铈)层。
YBCO双面薄膜还包括设置在第一YBCO薄膜和第二YBCO薄膜上的Au(金)层。
第一电极连接每个第一YBCO薄膜的Au层第一端，第一YBCO薄膜的Au层的第二端连接同一YBCO双面薄膜上第二YBCO薄膜的Au层的第二端，第二YBCO薄膜的Au层的第一端连接第二电极。
一种电阻型直流限流器的测试系统，用于测试上述的电阻型直流限流器，其特征在于，包括：
第一开关、第二开关、第三开关、测量容器和电信号测量装置。
测量容器包括测量容器本体、第三电极和第四电极，第三电极和第四电极用于分别连接置于测量容器本体内的电阻型直流限流器的两极；其中，电阻型直流限流器的两极为第一电极和第二电极。
电信号测量装置用于分别测量测量容器本体内的电阻型直流限流器的电压和电流。
第一开关、第二开关、第三电极与第四电极用于与第一直流电源串联连接形成第一回路。
第二开关两端用于分别连接负载两端。
第三开关、第三电极与第四电极用于与第二直流电源串联连接形成第二回路。
本实用新型提供了一种高温超导薄膜中的YBCO双面薄膜制成的电阻型直流限流器，满足在直流电领域的电阻型直流限流器应用。同时还提供一种用于测试电阻型直流限流器的测试系统，包括第一直流电源、第二直流电源、第一开关、第二开关、第三开关、测量容器和电信号测量装置，以实现对电阻型直流限流器的限流和电阻变化规律等的测试。
附图说明
图1为电阻型直流限流器工作电路图；
图2为YBCO双面薄膜图；
图3为蛇形走线图；
图4为电阻型直流限流器的测试系统的工作电路。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在一实施例中，提供一种电阻型直流限流器，包括一个或多个YBCO双面薄膜、第一电极和第二电极。
YBCO双面薄膜包括基片，设置在基片一面上的第一YBCO薄膜，以及设置在基片另一面上的第二YBCO薄膜；其中，基片为LaAlO3基片。
YBCO双面薄膜还包括设置在基片与第一YBCO薄膜和第二YBCO薄膜间CeO2层。
YBCO双面薄膜还包括设置在第一YBCO薄膜和第二YBCO薄膜上的Au层。
第一电极连接每个第一YBCO薄膜的Au层第一端，第一YBCO薄膜的Au层的第二端连接同一YBCO双面薄膜上第二YBCO薄膜的Au层的第二端，第二YBCO薄膜的Au层的第一端连接第二电极。其中，第一YBCO薄膜及薄膜上的Au层的第一端到第二端的电流方向，与所述第二YBCO薄膜及薄膜上的Au层的第一端到第二端的电流方向相反。
通过第一YBCO薄膜的Au层的第二端连接同一YBCO双面薄膜上第二YBCO薄膜的Au层的第二端，使YBCO双面薄膜的正反两面串联，根据YBCO双面薄膜的第一YBCO薄膜与第二YBCO薄膜间的热传递，第一YBCO薄膜与第二YBCO薄膜具有相同的温度，保证了第一YBCO薄膜与第二YBCO薄膜失超的同步性。同时，实现YBCO双面薄膜的第一YBCO薄膜与第二YBCO薄膜两面串联可以增大限流电阻。
如图1所示，为电阻型直流限流器工作电路图，其中RSCAn和RSCBn分别表示第n个YBCO双面薄膜第一YBCO薄膜与第二YBCO薄膜两面失超产生的电阻。
其中，本实施例的YBCO双面薄膜结构设置在液氮温区。
采用双面薄膜结构的YBCO双面薄膜自身吸收的热量相对较多，温度更容易升高，从而加快了薄膜超导层失超和金属层电阻上升，导致产生电阻的阻值增大，因而对短路电流具有更高的敏感度，提升电阻型直流限流器的限流效果。
如图2所示，为YBCO双面薄膜图，包括表面Au层10、YBCO层11和LaAlO3基片12，YBCO层11沉积在两面，为方便沉积两者之间间隔较薄的CeO2层，然后在的表面镀Au层10，一个或多个这样的多层薄膜结构上Au层10的连接电极，构成了基于YBCO双面薄膜的电阻型直流限流器。
YBCO双面薄膜的基片选择LaAlO3基片12，以使电阻型直流电流器具备良好的导热性，且易于制备。由于在LaAlO3基片12上难以直接沉积YBCO薄膜，因此在LaAlO3基片12与YBCO之间引入缓冲层CeO2将二者隔离，以改善YBCO双面薄膜的制备效果。同时在YBCO薄膜上要镀一层金属——Au层10作为分流电阻，提高电阻型直流电流器的稳定性和导电性能。
本实施例提供了一种基于高温超导薄膜中的YBCO双面薄膜制成的电阻型直流限流器，满足在直流电领域的电阻型直流限流器应用。
可选地，YBCO双面薄膜的表面镀Au层10厚度为50-100nm，YBCO层11厚度为300-500nm，CeO2层厚度为50nm，LaAlO3基片12厚度为0.5mm。优选地，选用YBCO双面薄膜的表面镀Au层10厚度为100nm，YBCO层11厚度为300nm，CeO2层厚度为50nm，LaAlO3基片12厚度为0.5mm，以提高电阻型直流限流器的限流效果。
可选地，如图3所示，为蛇形走线图，Au层为蛇形走线的Au刻蚀层，除所述薄膜LaAlO3基片以外的各层均为蛇形走线刻蚀层。
其中，同一YBCO双面薄膜的正反两面的YBCO层与Au层导电图形相同，且在垂直方向上，正反两面的导电图形的投影是完全重合的。选用蛇形走线导电图形的YBCO层与Au层，增加了YBCO层与Au层的走线长度，最大程度 地增大了电阻型直流限流器的限流电阻。
可选地，第一电极连接每个第一YBCO薄膜上的Au层的第一端，第一YBCO薄膜上的Au层的第二端连接同一YBCO双面薄膜的第二YBCO薄膜上的Au层的第二端，第二YBCO薄膜上的Au层的第一端连接第二电极。其中，Au层的第一端与第二端分别为蛇形走线的两端。
其中，第一YBCO薄膜上的Au层的第一端到第二端的电流方向，与第二YBCO薄膜上的Au层的第一端到第二端的电流方向相反，以实现YBCO双面薄膜上的反向载流模式，避免YBCO薄膜局部方向的磁场过强，确保正常通流时YBCO薄膜的载流能力，同时降低线路整体电感，提高电路正常通流时的响应速度。
可选地，第一YBCO薄膜与第二YBCO薄膜均为矩形形状的YBCO薄膜，便于导电图形的加工，减少了薄膜材料边角的浪费。
在一实施例中，提供一种电阻型直流限流器的测试系统，用于测试上述任一实施例的电阻型直流限流器，包括：
第一开关、第二开关、第三开关、测量容器和电信号测量装置。
测量容器包括测量容器本体、第三电极和第四电极，第三电极和第四电极用于分别连接置于测量容器本体内的电阻型直流限流器的两极。其中，电阻型直流限流器的两极为第一电极和第二电极。
其中，测量容器为液氮容器，以提供电阻型直流限流器的液氮工作环境。
电信号测量装置用于分别测量测量容器本体内的电阻型直流限流器的电压和电流。
其中，可以通过并接在电阻型直流限流器两端的电压表测量电阻型直流限流器的电压，通过串接在阻型直流限流器两端的电流表测量电阻型直流限流器的电流。优选地，选用录波仪作为电信号测量装置，便于记录电阻型直流限流器两端的电压和电流的波形变化，直观反应电阻型直流限流器的电压电流变化。
第一开关、第二开关、第三电极与第四电极用于与第一直流电源串联连接形成第一回路。
第二开关两端用于分别连接负载两端。
第三开关、第三电极与第四电极用于与第二直流电源串联连接形成第二回路。
其中，第一直流电源是用于对电阻型直流限流器进行短路实验测试的直流电压源。可选地，选用输出电压为10-400V可调、额定电流为50A以及瞬时峰值电流为75A的直流电压源作为第一直流电源。
其中，第二直流电源是用于在失超回复时间测试中供电的直流电流源。可选地，选用输出电流为20mA且额定电压为12V的直流电流源作为第二直流电源。
其中，负载根据直流电压源的输出电压与额定电流确定，为保证YBCO薄膜在非短路状况下所通过的电流低于临界电流，选用阻值为5Ω的电阻作为上述负载。
可选地，电阻型直流限流器的测试系统还包括保护电阻，保护电阻串联在第一回路中。保护电阻选用阻值为0.2Ω的电阻，用于限制短路电流的上升速度和峰值。
为了便于理解，下面通过电阻型直流限流器的测试系统的工作电路来解释本实施例，如图4所示，为电阻型直流限流器的测试系统的工作电路图，包括第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3，以及用于乘放液氮的测量容器LN2Bath，电信号测量装置以电压表和电流表代替，以便于理解。其中，第一直流电源为DC1，第二直流电源为DC2，负载电阻为Rload，保护电阻为R0。
本实施例提供了电阻型直流限流器的测试系统，以实现对电阻型直流限流器的失超和电阻限流规律的准确快速测试。本实施例针对的是小容量限流器的测试系统，对大容量的限流器进行测试增加电源等装置的容量即可。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干 变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种电阻型直流限流器，其特征在于，包括一个或多个YBCO双面薄膜、第一电极和第二电极；
所述YBCO双面薄膜包括基片，设置在所述基片一面上的第一YBCO薄膜，以及设置在所述基片另一面上的第二YBCO薄膜；其中，所述基片为LaAlO3基片；
所述YBCO双面薄膜还包括设置在所述基片与第一YBCO薄膜和第二YBCO薄膜间的CeO2层；
所述YBCO双面薄膜还包括设置在所述第一YBCO薄膜和第二YBCO薄膜上的Au层；
所述第一电极连接每个第一YBCO薄膜的Au层第一端，所述第一YBCO薄膜的Au层的第二端连接同一YBCO双面薄膜上第二YBCO薄膜的Au层的第二端，第二YBCO薄膜的Au层的第一端连接所述第二电极。
2.根据权利要求1所述的电阻型直流限流器，其特征在于，所述Au层厚度为50-100nm，YBCO薄膜的厚度为300-500nm，CeO2层厚度为50nm，LaAlO3基片厚度为0.5mm。
3.根据权利要求1所述的电阻型直流限流器，其特征在于，除所述薄膜LaAlO3基片以外的各层均为蛇形走线刻蚀层。
4.根据权利要求3所述的电阻型直流限流器，其特征在于，所述第一电极连接每个所述第一YBCO薄膜上的Au层的第一端，所述第一YBCO薄膜上的Au层的第二端连接同一YBCO双面薄膜的第二YBCO薄膜上的Au层的第二端，所述第二YBCO薄膜上的Au层的第一端连接所述第二电极；
所述第一YBCO薄膜上的Au层的第一端到第二端的电流方向，与所述第二YBCO薄膜上的Au层的第一端到第二端的电流方向相反。
5.根据权利要求1所述的电阻型直流限流器，其特征在于，所述第一YBCO薄膜与所述第二YBCO薄膜均为矩形形状的YBCO薄膜。
6.一种电阻型直流限流器的测试系统，用于测试如权利要求1-5任意一项所述的电阻型直流限流器，其特征在于，包括：
第一开关、第二开关、第三开关、测量容器和电信号测量装置；
所述测量容器包括测量容器本体、第三电极和第四电极，所述第三电极和第四电极用于分别连接置于测量容器本体内的电阻型直流限流器的两极；其中，电阻型直流限流器的两极为所述第一电极和第二电极；
所述电信号测量装置用于分别测量所述测量容器本体内的电阻型直流限流器的电压和电流；
所述第一开关、所述第二开关、所述第三电极与所述第四电极用于与第一直流电源串联连接形成第一回路；
所述第二开关两端用于分别连接负载两端；
所述第三开关、所述第三电极与所述第四电极用于与第二直流电源串联连接形成第二回路。
7.根据权利要求6所述的电阻型直流限流器的测试系统，其特征在于，所述测量容器为液氮容器。
8.根据权利要求6所述的电阻型直流限流器的测试系统，其特征在于，所述电信号测量装置为录波仪。
9.根据权利要求6所述的电阻型直流限流器的测试系统，其特征在于，还包括保护电阻，所述保护电阻串联在所述第一回路中。
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| GR01 | Patent grant | ||
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