CN215817520U - 电阻可调的限流器及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电阻可调的限流器及系统，温度控制模块控制各温度腔室的内部空间温度，而各温度腔室在其内部空间有超导限流器件、第一电极与第二电极，开关阵列分别连接各温度腔室的第一电极和第二电极，调整各超导限流器件的连接方式。各超导限流器件通过开关阵列构成不同连接方式，形成不同的等效电阻输出。同时，通过温度腔室的内部空间温度控制，调整各超导限流器件的状态转变，以调整超导限流器件的阻值。基于此，通过温度和连接方式的调整，精准控制限流器的等效阻值，以适应各类限流场景的需求。

Description

电阻可调的限流器及系统

技术领域

本实用新型涉及电力器件技术领域，特别是涉及一种电阻可调的限流器及系统。

背景技术

在电力系统中，保护设计是线网运行安全的重要保障之一。在线网运行中，短路或雷击等意外，会导致线路出线瞬时或短时间的大电流，危害线网的安全运行。因此，需要限流器来限制电流的大小，防止过流带来的运行故障和运行危险。

其中，限流器是一种限制电流的器件，包括传统的限流线圈或超导限流器件等，通过限流来提高线网过流时的暂态稳定性。其中，超导限流器作为近年来的研究重点，基于超导材料的正常态和超导态转变，提供不同的电阻特性来满足限流作用。然而，超导材料对工作温度或环境有较高要求，而大电流带来的温度影响，往往会导致超导材料的状态转变同时受温度和电流的双重影响，导致状态转变不稳定。同时，超导材料还需要有金属电极来实现导电，不同材料受温度的影响特性不同，进一步影响了超导限流器的稳定性。由此可见，传统的限流器还存在以上不足。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的限流器还存在的不足，提供一种电阻可调的限流器及系统。

一种电阻可调的限流器，包括：

一个或多个温度腔室，各温度腔室内部空间设置有超导限流器件、第一电极与第二电极；其中，第一电极连接超导限流器件的一侧，第二电极连接超导限流器件的另一侧，在超导限流器件上形成通路；

开关阵列，分别连接各温度腔室的第一电极和第二电极，并用于调整各超导限流器件的连接方式；

温度控制模块，用于控制各温度腔室的内部空间温度。

上述的电阻可调的限流器，温度控制模块控制各温度腔室的内部空间温度，而各温度腔室在其内部空间有超导限流器件、第一电极与第二电极，开关阵列分别连接各温度腔室的第一电极和第二电极，调整各超导限流器件的连接方式。各超导限流器件通过开关阵列构成不同连接方式，形成不同的等效电阻输出。同时，通过温度腔室的内部空间温度控制，调整各超导限流器件的状态转变，以调整超导限流器件的阻值。基于此，通过温度和连接方式的调整，精准控制限流器的等效阻值，以适应各类限流场景的需求。

在其中一个实施例中，超导限流器件包括：

基底；

设置在基底上表面的第一超导材料层；

设置在基底下表面的第二超导材料层；

通过第一金属颗粒烧结在第一超导材料层表面的第一金属层；

通过第二金属颗粒烧结在第二超导材料层表面的第二金属层；

通过第三金属颗粒烧结在基底一侧、第一金属层以及第二金属层的第三金属层；

其中，第一电极、第一金属层、第三金属层、第二金属层和第二电极串联连接。

在其中一个实施例中，基底包括晶体基片。

在其中一个实施例中，第一超导材料层和第二超导材料层均包括YBCO层。

在其中一个实施例中，还包括设置在第一金属层与第一超导材料层之间的第一导电介质层；

设置在第二金属层与第二超导材料层之间的第二导电介质层。

在其中一个实施例中，第一金属层和第二金属层包括铜金属层。

在其中一个实施例中，第三金属层包括银金属层。

在其中一个实施例中，开关阵列包括矩阵开关设备。

在其中一个实施例中，温度控制模块包括液氮压力控制设备。

一种电阻可调的限流系统，包括电力线路以及串接在电力线路中的电阻可调的限流器；

电阻可调的限流器包括：

一个或多个温度腔室，各温度腔室内部空间设置有超导限流器件、第一电极与第二电极；其中，第一电极连接超导限流器件的一侧，第二电极连接超导限流器件的另一侧，在超导限流器件上形成通路；

开关阵列，分别连接各温度腔室的第一电极和第二电极，并用于调整各超导限流器件的连接方式；

温度控制模块，用于控制各温度腔室的内部空间温度。

上述的电阻可调的限流系统，温度控制模块控制各温度腔室的内部空间温度，而各温度腔室在其内部空间有超导限流器件、第一电极与第二电极，开关阵列分别连接各温度腔室的第一电极和第二电极，调整各超导限流器件的连接方式。各超导限流器件通过开关阵列构成不同连接方式，形成不同的等效电阻输出。同时，通过温度腔室的内部空间温度控制，调整各超导限流器件的状态转变，以调整超导限流器件的阻值。基于此，通过温度和连接方式的调整，精准控制限流器的等效阻值，以适应各类限流场景的需求。

附图说明

图1为一实施方式的电阻可调的限流系统结构示意图；

图2为一实施方式的电阻可调的限流器结构示意图；

图3为一实施方式的超导限流器件结构示意图。

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。

图1为一实施方式的电阻可调的限流系统结构示意图，如图1所示，一实施方式的电阻可调的限流系统包括电力线路以及串接在电力线路中的电阻可调的限流器10。

如图1所示，电阻可调的限流器10串接在电力线路中，在电力线路出现大电流时，通过电阻可调的限流器10的整体等效电阻阻值R_total，限制电流大小，以保障电力线路的正常运行。

基于此，本实用新型实施例提供了一种电阻可调的限流器。

图2为一实施方式的电阻可调的限流器结构示意图，如图2所示，一实施方式的电阻可调的限流器电阻可调的限流器，包括：

一个或多个温度腔室20，各温度腔室20内部空间设置有超导限流器件200、第一电极201与第二电极202；其中，第一电极201连接超导限流器件200的一侧，第二电极202连接超导限流器件200的另一侧，在超导限流器件200上形成通路；

开关阵列21，分别连接各温度腔室20的第一电极201和第二电极202，并用于调整各超导限流器件200的连接方式；

温度控制模块22，用于控制各温度腔室20的内部空间温度。

其中，超导限流器件200中的超导材料，可根据电磁场、温度或电流大小，产生从正常态和超导态转变，以此改变超导材料的等效电阻阻值。

在其中一个实施例中，温度腔室20包括电磁屏蔽腔室。其中，温度腔室20为密闭空间，温度腔室20的腔体材料为电磁屏蔽材料，以此防止外部电磁场尤其是电力线路中的强磁环境对超导限流器件200的干扰。

温度控制模块22用于控制各温度腔室20的内部空间温度。在其中一个实施例中，温度控制模块22可一一控制各温度腔室20的内部空间温度。其中，温度腔室20根据超导限流器件200的材料特性，进行超低温保持处理，例如以超低温气体保持超导限流器件200的工作温度。作为一个较优的实施方式，温度控制模块22包括液氮压力控制设备。各温度腔室20内通过液氮填充来维持超导限流器件200的工作温度。通过液氮压力控制设备，调整温度腔室20内液氮的浓度、压力，以调整温度腔室20内工作温度。

其中，超导限流器件200用于提供单一的等效电阻，由开关阵列21调整各超导限流器件200的连接方式，例如串联各超导限流器件200或并联各超导限流器件200等，改变各超导限流器件200构成的整体等效电阻阻值。

在其中一个实施例中，提供一种针对性改进的超导限流器件200。图3为一实施方式的超导限流器件200结构示意图，如图3所示，一实施方式的超导限流器件200包括：

基底300；

设置在基底300上表面的第一超导材料层301；

设置在基底300下表面的第二超导材料层302；

通过第一金属颗粒烧结在第一超导材料层301表面的第一金属层303；

通过第二金属颗粒烧结在第二超导材料层302表面的第二金属层304；

通过第三金属颗粒烧结在基底300一侧、第一金属层303以及第二金属层304的第三金属层305；

其中，第一电极201、第一金属层303、第三金属层305、第二金属层304和第二电极202串联连接。

基底300作为超导限流器件200的基础，用于起到对各材料层的固定左右。基底300的材料选用，选用不导电且便于超导材料成层的基底300材料。在其中一个实施例中，基底300选用晶体基片，包括LaAlO3(铝酸镧)基片或者锆钛酸铅基片等。

其中，第一超导材料层301和第二超导材料层302分别设置在基底300上下表面，根据第一超导材料层301和第二超导材料层302在稳态和超导态的转变，提供不同电阻阻值的第一超导材料层301和第二超导材料层302。

在其中一个实施例中，第一超导材料层301和第二超导材料层302的超导材料均选用YBCO(Yttrium Barium Copper Oxide氧化钇钡铜)材料，第一超导材料层301和第二超导材料层302均为YBCO层。

其中，第一金属层303通过第一金属颗粒烧结在第一超导材料层301表面，基于第一金属层303进行导电。同理，第二金属层304通过第二金属颗粒烧结在第二超导材料层302表面，基于第二金属层304进行导电。即，第一金属颗粒与第二金属颗粒均为导电金属颗粒。通过颗粒烧结的方式，提高第一金属层303与第二金属层304在温度剧烈变化环境下的物理稳定性。

在其中一个实施例中，通过铜金属颗粒烧结形成铜金属层，得到第一金属层303与第二金属层304。

其中，第三金属层305起到连接第一金属层303与第二金属层304的作用，建立电流通路。同时，第三金属层305也是以导电金属颗粒烧结的方式成形，以保证温度剧烈变化环境下的物理稳定性。

在其中一个实施例中，第三金属层305包括银金属层，利用银金属的良好延展性，保证第一金属层303与第二金属层304之间的连接稳定。作为一个较优的实施方式，第三金属颗粒选用纳米银颗粒，通过纳米银颗粒形成致密稳定的银金属层，保障连接稳定。

在其中一个实施例中，如图3所示，一实施方式的超导限流器件200还包括设置在第一金属层303与第一超导材料层301之间的第一导电介质层306；

设置在第二金属层304与第二超导材料层302之间的第二导电介质层307。

通过第一导电介质层306，物理隔离开第一金属层303与第一超导材料层301，防止第一金属层303在烧结过程中对第一超导材料层301的影响。其中，第二导电介质层307同理，用于物理隔离开第二金属层304与第二超导材料层302。

如图3所示，第一电极201、第一金属层303、第三金属层305、第二金属层304和第二电极202串联连接，第一电极201与第二电极202之间的电流依次流经第一电极201、第一金属层303、第三金属层305、第二金属层304和第二电极202串联连接，并由第一超导材料层301和第二超导材料层302调整第一电极201与第二电极202之间的电阻阻值。

在外部连接关系中，开关阵列21连接各温度腔室20内的第一电极201和第二电极202，将任一对第一电极201和第二电极202视为固定电阻，通过开关阵列21的连接关系调整，改变串接在电力线路中的电阻可调的限流器的整体等效电阻阻值。

在其中一个实施例中，开关阵列21可选用半导体开关阵列21或矩阵开关设备。作为一个较优的实施方式，开关阵列21选用矩阵开关设备，以适应电力线路的大电流场景。

上述任一实施例的电阻可调的限流器，温度控制模块22控制各温度腔室20的内部空间温度，而各温度腔室20在其内部空间有超导限流器件200、第一电极201与第二电极202，开关阵列21分别连接各温度腔室20的第一电极201和第二电极202，调整各超导限流器件200的连接方式。各超导限流器件200通过开关阵列21构成不同连接方式，形成不同的等效电阻输出。同时，通过温度腔室20的内部空间温度控制，调整各超导限流器件200的状态转变，以调整超导限流器件200的阻值。基于此，通过温度和连接方式的调整，精准控制限流器的等效阻值，以适应各类限流场景的需求。

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 (10)

1.一种电阻可调的限流器，其特征在于，包括：

一个或多个温度腔室，各所述温度腔室内部空间设置有超导限流器件、第一电极与第二电极；其中，所述第一电极连接所述超导限流器件的一侧，所述第二电极连接所述超导限流器件的另一侧，在所述超导限流器件上形成通路；

开关阵列，分别连接各所述温度腔室的第一电极和第二电极，并用于调整各超导限流器件的连接方式；

温度控制模块，用于控制各温度腔室的内部空间温度。

2.根据权利要求1所述的电阻可调的限流器，其特征在于，所述超导限流器件包括：

基底；

设置在所述基底上表面的第一超导材料层；

设置在所述基底下表面的第二超导材料层；

通过第一金属颗粒烧结在所述第一超导材料层表面的第一金属层；

通过第二金属颗粒烧结在所述第二超导材料层表面的第二金属层；

通过第三金属颗粒烧结在所述基底一侧、所述第一金属层以及所述第二金属层的第三金属层；

其中，所述第一电极、所述第一金属层、所述第三金属层、所述第二金属层和所述第二电极串联连接。

3.根据权利要求2所述的电阻可调的限流器，其特征在于，所述基底包括晶体基片。

4.根据权利要求2所述的电阻可调的限流器，其特征在于，所述第一超导材料层和第二超导材料层均包括YBCO层。

5.根据权利要求2所述的电阻可调的限流器，其特征在于，还包括设置在所述第一金属层与所述第一超导材料层之间的第一导电介质层；

设置在所述第二金属层与所述第二超导材料层之间的第二导电介质层。

6.根据权利要求2所述的电阻可调的限流器，其特征在于，所述第一金属层和第二金属层包括铜金属层。

7.根据权利要求2所述的电阻可调的限流器，其特征在于，所述第三金属层包括银金属层。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的电阻可调的限流器，其特征在于，所述开关阵列包括矩阵开关设备。

9.根据权利要求1至7任意一项所述的电阻可调的限流器，其特征在于，所述温度控制模块包括液氮压力控制设备。

10.一种电阻可调的限流系统，其特征在于，包括电力线路以及串接在所述电力线路中的电阻可调的限流器；

所述电阻可调的限流器包括：

一个或多个温度腔室，各所述温度腔室内部空间设置有超导限流器件、第一电极与第二电极；其中，所述第一电极连接所述超导限流器件的一侧，所述第二电极连接所述超导限流器件的另一侧，在所述超导限流器件上形成通路；

开关阵列，分别连接各所述温度腔室的第一电极和第二电极，并用于调整各超导限流器件的连接方式；

温度控制模块，用于控制各温度腔室的内部空间温度。

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