DE102006032702B3 - Resistive supraleitende Strombegrenzeinrichtung mit bifilarer Spulenwicklung aus HTS-Bandleitern und Windungsabstandshalter - Google Patents

Resistive supraleitende Strombegrenzeinrichtung mit bifilarer Spulenwicklung aus HTS-Bandleitern und Windungsabstandshalter Download PDF

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Abstract

Die resistive supraleitende Strombegrenzereinrichtung weist eine bifilare Spulenwicklung (11) aus einem HTS-Bandleiter (12) auf, wobei zwischen benachbarten Spulenwindungen (Wi, Wi+1) ein Abstandshalter (13) angeordnet ist, der für ein Kältemittel transparent ist. Der Abstandshalter (13) soll dabei ein elektrisch isolierendes Trägerband (15) mit darauf angebrachten, hinreichend massiven Abstandselementen (16i) umfassen, die untereinander beabstandet sind und aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen. Dabei bilden die Zwischenräume zwischen den Abstandselementen (16i) Kühlkanäle (17) für das Kältemittel.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine supraleitende Strombegrenzereinrichtung vom resistiven Typ mit wenigstens einer bifilaren Spulenwicklung aus mindestens einem bandförmigen HTS-Leiter, wobei zwischen benachbarten Windungen der Spulenwicklung wenigstens ein elektrisch isolierender Abstandshalter angeordnet ist, der für ein Kältemittel zumindest in Teilbereichen transparent ist. Eine solche resistive Strombegrenzereinrichtung geht aus der DE 10 2004 048 646 A1 hervor.
  • Seit Bekannt-Werden von supraleitenden Metalloxidverbindungen mit hohen Sprungtemperaturen Tc von über 77 K, die deshalb auch als Hoch-Tc-Supraleitermaterialien oder HTS-Materialien bezeichnet werden und insbesondere eine Flüssig-Stickstoff (LN2)-Kühlung erlauben, ist man versucht, mit entsprechenden HTS-Leitern auch supraleitende Strombegrenzereinrichtungen zu konzipieren. Eine solche Strombegrenzereinrichtung ist der vorgenannten DE-A1-Schrift zu entnehmen. Sie ist mit mindestens einem bandförmigen HTS-Leiter aufgebaut, der ein metallisches, texturiertes Trägerband, insbesondere ein sogenanntes RABiTS-Band aus einer Ni-Legierung, aufweist (vgl. „Applied Superconductivity", Vol.4, Nos.10-11, 1996, Seiten 403 bis 427). Auf diesem Trägerband ist ein Schichtensystem aus oxidischen Puffermaterialien, wie beispielsweise CeO2 oder Y2O3, und dem HTS-Material, insbesondere aus YBa2Cu3OX (sogenanntes „YBCO"), abgeschieden. Dieser Aufbau ist noch von einer dünnen normalleitenden Deckschicht überzogen, um sogenannte „Hot-Spots" zu unterdrücken (vgl. auch DE 198 36 860 A1 ), wobei zusätzlich noch Maßnahmen zur Vermeidung von elektrischen Überschlägen zwischen der Deckschicht und dem metallischen Substratband getroffen sind. Ein entsprechender Leitertyp wird auch als „Coated Conductor" bezeichnet. Aus einem solchen HTS-Bandleiter ist bei der be kannten Strombegrenzereinrichtung eine spiralförmige bifilare Spulenwicklung mit guter Zugänglichkeit für das Kältemittel LN2 gewickelt. Hierzu ist mit dem HTS-Bandleiter noch ein bandförmiger Abstandshalter aus einem isolierenden Material mit eingewickelt, der zugleich eine hinreichende gegenseitige Isolation benachbarter Spulenwindungen gewährleistet.
  • WO99/33122 A1 offenbart eine supraleitende Strombegrenzereinrichtung vom resistiven Typ, welche eine supraleitende Leiterbahn aufweist. Die supraleitende Leiterbahn wird als bifilarer Scheibenwickel ausgebildet, wobei sich zwischen benachbarten Bandlagen des Wickels Isolierbänder zur elektrischen Isolation befinden. Derartige Isolierbänder können beispielsweise eine gewellte oder gerippte Struktur aufweisen.
  • EP 0 444 792 A2 offenbart eine supraleitende Spule aus einem Dünnschichtsupraleiter (coated conductor). Der Dünnschichtsupraleiter kann zu einer sogenannten Pancake-Spule geformt werden. Benachbarte Windungen können dabei durch stegartige Abstandselemente untereinander beabstandet sein, die wirksam untereinander in Ausdehnungsrichtung eines Trägerbandes beabstandet sind.
  • Für die Wirtschaftlichkeit von entsprechenden Strombegrenzereinrichtungen sind die benötigte Materialmenge an HTS-Bandleiter und die spezifischen Kosten entscheidend. Die Materialmenge wird ihrerseits durch die Parameter „Kritischer Strom pro Breite des (Ic/w)" und „Zulässiger Spannungsabfall pro Länge des Bandes (U/L)" bestimmt. Beide Parameter sollten möglichst groß sein. Während die Größe Ic/w einzig durch die Eigenschaften und das Herstellungsverfahren der Supraleiterschicht bestimmt wird, hängt die Größe U/L von den Eigenschaften der nicht-supraleitenden Teile des Schichtaufbaus ab, d.h. insbesondere vom Substratband und der Deckschicht. Bei vorgegebener Abschaltzeit und Endtemperatur der Strombegrenzerspulenwicklung während einer Begrenzungsphase ist (U/L)2 durch das Produkt aus „Flächenwiderstand" (sogenannte „Sheet resistance") und flächenbezogener Wärmekapazität bestimmt, wobei über alle Schichten des Leiteraufbaus summiert wird. Beispielsweise ist für einen RABiTS-Bandleiter mit Ni-Legierungssubstratband, dessen thermische Masse im Wesentlichen vom Substratband gebildet wird, bei 50 ms Abschaltzeit und 300 K Endtemperatur die Größe U/L = 0,4 V/cm. Bei einem anderen bekannten Typ einer Strombegrenzereinrichtung, bei der eine HTS-Leiterbahn auf einer ausgedehnten Substratplatte aus Saphir ausgebildet ist und eine Au-Deckschicht aufweist, liegt hingegen U/L im Bereich von 9 bis 10 V/cm. Ursache für diesen deutlich höheren Wert eines solchen „Saphirplattenleiters" ist das Substrat, das eine große Wärmekapazität zur Verfügung stellt, gleichzeitig aber als Isolator praktisch keine Joule'sche Wärme erzeugt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Strombegrenzereinrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen dahinge hend auszubilden, dass sie gegenüber bekannten Strombegrenzereinrichtungen vom gleichen Typ unter Verwendung von HTS-Bandleitern („Coated Conductors") eine verbesserte Wärmeabfuhr und eine größere zulässige Spannung pro Leiterlänge aufweist.
  • Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Demgemäß soll die Strombegrenzereinrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend ausgestaltet sein, dass ihr Abstandshalter ein bandförmiges Trägerband aus elektrisch isolierendem Material aufweist, welches auf wenigstens einer seiner Flachseiten mit Abstandselementen aus elektrisch isolierendem Material versehen ist, die untereinander in Ausdehnungsrichtung des Trägerbandes beabstandet sind und aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen. Unter einer hohen thermischen Leitfähigkeit wird in diesem Zusammenhang ein Wert λ von mindestens 10 W/m·K verstanden.
  • Die mit dieser Ausgestaltung der Strombegrenzereinrichtung verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass ihr Abstandshalter neben einer elektrisch isolierenden Funktion auch als eine sogenannte „Wärmesenke" wirkt. Diese Wärmesenke lässt sich dabei so ausführen, dass bei üblichen spezifischen Wärmen von Isolierstoffen die Größe U/L gegenüber einem „blanken" Bandleiter (ohne Abstandshalter) deutlich (d.h. um mindestens einen Faktor 2) erhöht wird. Dies ist insbesondere auch durch eine hinreichende Dicke (in Abstandsrichtung zwischen den Windungen gemessen) von insbesondere mehr als 0,5 mm zu erreichen. Die Wärmesenke schränkt dabei vorteilhaft die Herstellung entsprechender Spulenwicklungen aus dem HTS-Bandleiter nicht ein, da sie hierfür hinreichend biegsam ausgestaltet sein kann. Außerdem ist ihre Wärmeleitfähigkeit so groß einzustellen, dass die in den metallischen Komponenten des HTS-Bandleiters erzeugte Joule'sche Wärme während der Begrenzungszeit der Strombegrenzer genügend tief eindringen kann, d.h., dass eine hohe thermische Diffusionskonstante gegeben ist, und dass damit eine hohe Wärmekapazi tät pro Leiterfläche bereitgestellt wird. Außerdem ist auch der thermische Übergangswiderstand zwischen dem metallischen HTS-Bandleiter und der elektrisch isolierenden Wärmesenke hinreichend klein zu halten. Schließlich verlängert die Wärmesenke die Rückkühlzeit nach einer Begrenzungsphase nur in geringem Maße. Da nämlich die Rückkühlzeit im Wesentlichen durch das Verhältnis aus gespeicherter Energie und der für eine Wärmeabfuhr zur Verfügung stehenden Oberfläche bestimmt wird, lässt sich durch die Ausgestaltung des Abstandshalter die für eine Rückkühlung verfügbare Grenzfläche zum Kältemittel analog zur erhöhten Wärmekapazität vergrößern.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen supraleitenden Strombegrenzereinrichtung gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach diesem Anspruch mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder vorzugsweise auch denen aus mehreren Unteransprüchen kombiniert werden. Demgemäß kann die Strombegrenzereinrichtung nach der Erfindung zusätzlich noch folgende Merkmale aufweisen:
    • • So können vorteilhaft die Abstandselemente stegartig ausgebildet sein. Solche Abstandselemente lassen sich im Hinblick auf eine gute Wärmeabfuhr hinreichend massiv ausführen, wobei ihr gegenseitiger Abstand auch für eine gute Kältemitteltransparenz zu wählen ist. Die erforderliche Flexibilität des Trägerbandes wird dabei praktisch nicht eingeschränkt.
    • • Die Abstandselemente werden bevorzugt aus einem keramischen Material gebildet. Insbesondere mit Al2O3 oder AlN lässt sich die Forderung nach hoher Wärmeleitfähigkeit gut erfüllen.
    • • Die Abstandselemente sind auf dem Trägerband einseitig oder auch beidseitig auf dessen Flachseite(n) zu befestigen, so dass sie dann zusammen mit dem Trägerband ein gemeinsames, vorzufertigendes Bauteil bilden. Damit wird ein universeller Einsatz des Abstandshalters ermöglicht.
    • • Die Befestigung der Abstandselemente auf dem Trägerband kann dabei vorteilhaft durch ein Verkleben erfolgen.
    • • Bevorzugt besteht das Trägerband aus einem Kunststoffmaterial. Entsprechende Trägerbänder sind einerseits hinreichend flexibel und gewährleisten andererseits eine gute elektrische Windungsisolation.
    • • Zusätzlich können die Abstandselemente mit dem jeweils anliegenden Teil des HTS-Leiters mechanisch verbunden sein. Mit einer entsprechenden Verbindung ist ein guter Wärmeübergang zwischen diesen Teilen zu erreichen.
    • • Hierzu lassen sich die Abstandselemente mit dem jeweiligen HTS-Leiterteil verkleben oder auch nach einer Vorbelotung der entsprechenden Bereiche verlöten.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Strombegrenzereinrichtung gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Ansprüchen sowie insbesondere aus der nachfolgend erläuterten Zeichnung hervor, in der bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Strombegrenzereinrichtung angedeutet sind. Dabei zeigen jeweils in stark schematisierter Darstellung
  • deren 1 den prinzipiellen Aufbau einer bifilaren Spulenwicklung der Strombegrenzereinrichtung in Aufsicht,
  • deren 2 als Ausschnitt aus der Spulenwicklung nach 1 eine erste Ausbildungsmöglichkeit des Wicklungsaufbaus im Querschnitt
    und
  • deren 3 eine weitere Ausbildungsmöglichkeit des Wicklungsaufbaus in 2 entsprechender Darstellung.
  • Dabei sind in den Figuren sich entsprechende Teile jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In 1 sind die wesentlichen Teile eines Aufbaus einer allgemein mit 11 bezeichneten Spulenwicklung einer erfindungsgemäßen Strombegrenzereinrichtung veranschaulicht. Bei diesem Aufbau wird von an sich bekannten Ausführungsformen bifilarer Spulenwicklungen entsprechender Einrichtungen ausgegangen, wie sie z.B. der genannten DE 10 2004 048 646 A1 zu entnehmen sind. Die Spulenwicklung ist mit mindestens einem bandförmigen HTS-Leiter 12 wie insbesondere einem YBCO(YBa2Cu3Ox)-Bandleiter vom „Coated Conductor"-Typ als flache, scheibenförmige Wicklung erstellt. Entsprechende Bandleiter weisen auf einem Substrat insbesondere aus einem Metall eine YBCO-Schicht mit mindestens einer dazwischenliegenden Pufferschicht auf, wobei die YBCO-Schicht von einer normalleitenden Deckschicht abgedeckt ist (vgl. z.B. die genannte DE-A1-Schrift). Bei der Erstellung der Spulenwicklung 11 ist zusammen mit dem YBCO-Bandleiter 12 ein für ein Kältemittel zumindest in Teilbereichen transparenter Abstandshalter 13 mit eingewickelt, der hierfür eine hinreichende Flexibilität aufweist sowie für eine Beabstandung benachbarter Windungen Wi, Wi+1 und für die erforderliche Kältemitteltransparenz sorgt. Da der Abstandshalter 13 zumindest teilweise aus isolierendem Material besteht, ist auch die erforderliche elektrische Isolation zwischen den Windungen gewährleistet. In der Figur sind ferner auch die Stromflussrichtungen eines zu schaltenden bzw. zu begrenzenden Stromes I in Hinrichtung mit Ih und in Rückrichtung mit Ir bezeichnet und durch Pfeile angedeutet.
  • Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Abstandshalters 13 geht aus 2 hervor, die einen Ausschnitt aus der flachen Spulenwicklung 11 nach 1 wiedergibt. Die gezeigte Ausführungsform des Abstandshalters 13 umfasst dabei ein flexibles, elektrisch isolierendes Trägerband 15 beispielsweise aus einer handelsüblichen Isolierfolie, deren Breite an die des HTS-Bandleiters 12 angepasst ist und vorzugsweise annähernd gleich ist.
  • Weiterhin kann das elektrisch isolierende Trägerband 15 breiter als der HTS-Bandleiter 12 ausgeführt sein, um insbesondere Anforderungen hinsichtlich einer verbesserten Spannungsfestigkeit zu genügen.
  • An den beiden Flachseiten 15a und 15b dieses Trägerbandes 15 sind in Längsrichtung bzw. in HTS-Leiterausdehnungsrichtung hintereinander stegartige Abstandselemente 16i befestigt. Beispielsweise können diese Abstandselemente auf das Trägerband 15 aufgeklebt werden. Sie bilden vorteilhaft mit dem Trägerband 15 ein vorzufertigendes, für den Wicklungsaufbau hinreichend flexibles Bauteil. Die sich quer zur Längsrichtung erstreckenden Abstandselemente 16i weisen eine vorgegebene Dicke d und einen vorgegebenen gegenseitigen Abstand a auf. Ihre Breite entspricht zumindest annähernd der des Trägerbandes 15 und/oder der des HTS-Bandleiters 12 in der jeweils benachbarten Spulenwindung. Ebenfalls vorteilhaft kann die Breite des Trägerbandes 15 größer als die Breite des HTS-Bandleiters 12 sein, insbesondere kann die Breite des Trägerbandes 15 im Wesentlichen den doppelten Wert wie die Breite des HTS-Bandleiters 12 annehmen.
  • Die Dicke d und der Abstand a werden vorteilhaft so gewählt, dass die Abstandselemente 16i eine für eine Schaltfunktion und eine Hot-Spots-Unterdrückung hinreichend passive Wärmesenke darstellen können. Wählt man insbesondere für die Abstandselemente 16i eine Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Al2O3 oder AlN, dann können d und a zumindest annähernd in der gleichen Größenordnung von beispielsweise 1 mm bis 5 mm liegen. D.h., die Abstandselemente 16i können in Längsrichtung des Bandleiters um einen Abstand a zwischen 1 mm und 5 mm beabstandet sein. Ihre in dieser Richtung zumessende Dicke d kann dabei zwischen 1 mm und 5 mm liegen. Die Wärmeleitfähigkeit λ der genannten Keramiken liegt dabei in einem Bereich von etwa 10 W/mK bis 60 W/mK (bei 20°C), so z.B. für Al2O3 bei 45 W/mK.
  • Der so als ein „Stegband" anzusehende Abstandshalter 13 lässt sich auf Grund seiner hinreichenden Flexibilität zusammen mit dem HTS-Bandleiter 12 in bekannter Weise zu der bifilaren Flachspulenwicklung 11 wickeln. Dabei wirkt zumindest das Trägerband 15 zugleich auch als elektrische Isolation zwischen den einzelnen Windungen Wi, Wi+1 der Spulenwicklung. Die verbleibenden, Kühlkanäle 17 bildenden Zwischenräume zwischen den stegartigen Abstandselementen 16i, und gestatten eine gute Transparenz für ein Kältemittel wie LN2. Vorteilhaft ist dabei, dass der als Wärmesenke wirkende Abstandshalter 13 und der HTS-Bandleiter 12 zunächst voneinander getrennt sind, d.h. auch in getrennten Arbeitsschritten vorgefertigt werden können, bzw. bei verschiedenen Herstellern bezogen werden können. Der Hersteller des HTS-Bandleiters 12 kann so seinen Standardprozess unverändert beibehalten.
  • Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen für die Abstandselemente 16i einsetzbar, sofern mit ihnen eine hinreichend große „thermische Masse" bzw. Wärmeleitfähigkeit einer Wärmesenke bereitzustellen ist, mit der die genannten Funktionen zu erfüllen sind. So können verschiedene Größen für den Abstand a und/oder die Dicke d sowie andere Formen für die Abstandselemente vorgesehen werden.
  • Besonders vorteilhaft wird für einen guten Wärmeübergang zwischen dem HTS-Bandleiter 12 und dem Abstandshalter 13 mit seinen Abstandselementen 16i gesorgt. Zur Erzeugung eines entsprechenden „Festkörperkontaktes" zwischen diesen Teilen kann man z.B. die Flachspulenwicklung nach dem Wickelvorgang mit einem dünnflüssigen Imprägnierharz tränken, das auch in die engen Spalte zwischen dem HTS-Bandleiter 12 und den benachbarten Abstandselementen 16i eindringt, jedoch aus dem Bereich zwischen den Abstandselementen 16i wieder heraus fließt und somit die erwünschten Kühlkanäle 17 zwischen den Abstandselementen 16i wieder freigibt bzw. offen lässt.
  • Selbstverständlich sind auch andere Techniken zu einer entsprechenden thermischen Kontaktierung der Abstandselemente 16i mit dem HTS-Bandleiter 12 möglich. So kann man beispielsweise die den HTS-Bandleiter 12 berührenden Seiten der beispielsweise keramischen Abstandselemente 16i metallisieren und mit einer Lotschicht versehen. Die fertig gestellte Spulenwicklung wird hiernach auf die Schmelztemperatur des Lotes erwärmt, so dass sich dieses mit der metallischen, gegebenenfalls ebenfalls vorbeloteten Oberfläche des HTS-Bandleiters 12 bzw. seiner normalleitenden Deckschicht verbindet. In den Figuren sind entsprechende Lötstellen (oder Klebestellen gemäß der alternativen Verbindungstechnik) zwischen den Abstandselementen 16i und dem HTS-Bandleiter nur angedeutet und mit 18 bezeichnet.
  • Der vorstehend beschriebene Aufbau ermöglicht eine ausreichende, bezüglich der Spulenwicklung radial Ausdehnung bzw. Dicke der Abstandselemente 16i und damit des gesamten Abstandshalters 13. Diese Ausdehnung bzw. Dicke kann vorteilhaft größer als die thermische Diffusionstiefe sein. Diese thermische Diffusionstiefe beträgt z.B. bei stegartigen Al2O3-Abstandselementen 16i, bei einer Temperatur von 300 K und einem üblichen Wert für die Schaltzeit von 50 ms, etwa 0,8 mm. Zugleich ist eine große Rückkühlfläche mit den den Kühlkanälen 17 zugewandten Seitenflächen der Abstandselemente 16i zu gewährleisten.
  • Auch in 2 sind die antiparallelen Stromflussrichtungen Ih und Ir in benachbarten Spulenwindungen Wi, Wi+1 aufgrund des bifilaren Aufbaus der Spulenwicklung durch Pfeile an dem HTS-Bandleiter 12 veranschaulicht.
  • Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform von Abstandshaltern 13 wurde davon ausgegangen, dass dessen Abstandselemente 16i beidseitig an einem Trägerband 15 angebracht sind. 3 zeigt davon abweichend eine Ausführungsform eines Abstandshalters 13' mit einseitiger Anordnung der Abstandselemente 16i an einem Trägerband 15.

Claims (15)

  1. Supraleitende Strombegrenzereinrichtung vom resistiven Typ mit wenigstens einer bifilaren Spulenwicklung (11) aus mindestens einem bandförmigen HTS-Leiter (12), wobei zwischen benachbarten Windungen (Wi, Wi+1) der Spulenwicklung wenigstens ein elektrisch isolierender Abstandshalter (13, 13') angeordnet ist, der für ein Kältemittel zumindest in Teilbereichen transparent ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (13, 13') ein bandförmiges Trägerband aus elektrisch isolierendem Material aufweist, welches auf wenigstens einer seiner Flachseiten (15a, 15b) mit Abstandselementen (16i) aus elektrisch isolierendem Material versehen ist, die untereinander in Ausdehnungsrichtung des Trägerbandes (15) beabstandet sind und aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen.
  2. Strombegrenzereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Abstandselemente (16i) mit einer thermischen Leitfähigkeit bei 20°C zwischen 10 und 200 W/mK.
  3. Strombegrenzereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (16i) stegartig ausgebildet sind.
  4. Strombegrenzereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (16i) aus einem keramischen Material gebildet sind.
  5. Strombegrenzereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als keramisches Material Al2O3 oder AlN vorgesehen ist.
  6. Strombegrenzereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (16i) auf dem Trägerband (15) befestigt sind.
  7. Strombegrenzereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (16i) mit dem Trägerband (15) verklebt sind.
  8. Strombegrenzereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerband (15) aus einem Kunststoffmaterial besteht.
  9. Strombegrenzereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (16i) und das Trägerband (15) ein gemeinsames, vorzufertigendes Bauteil bilden.
  10. Strombegrenzereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (16i) in Längsrichtung um einen Abstand (a) zwischen 1 mm und 5 mm beabstandet sind.
  11. Strombegrenzereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente in Längsrichtung eine Dicke (d) zwischen 1 mm und 5 mm aufweisen.
  12. Strombegrenzereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerband (15) und/oder die Abstandselemente (16i) eine Breite aufweist/aufweisen, die mindestens zumindest annähernd der des HTS-Bandleiters (12) entspricht.
  13. Strombegrenzereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerband (15) und/oder die Abstandselemente (16i) eine Breite aufweist/aufweisen, die zumindest annähernd der doppelten Breite des Bandleiters (12) entspricht.
  14. Strombegrenzereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (16i) mit dem jeweils anliegenden Teil des HTS-Bandleiters (12) mechanisch verbunden sind.
  15. Strombegrenzereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (16i) mit dem jeweiligen HTS-Bandleiterteil verklebt oder verlötet sind.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009156197A1 (de) * 2008-06-23 2009-12-30 Siemens Aktiengesellschaft Leiteranordnung für ein resistives schaltelement mit wenigstens zwei leiterverbünden aus supraleitenden leiterbändern
WO2013004392A1 (de) * 2011-07-06 2013-01-10 Karlsruher Institut für Technologie Isolierter hochtemperatur-bandsupraleiter und verfahren zu seiner herstellung
WO2018019508A1 (de) * 2016-07-27 2018-02-01 Siemens Aktiengesellschaft Gewickelte leiteranordnung mit abstandselement
DE102016217671A1 (de) 2016-09-15 2018-03-15 Siemens Aktiengesellschaft Supraleitender Strombegrenzer
FR3076059A1 (fr) * 2017-12-22 2019-06-28 Supergrid Institute Limiteur de courant a supraconducteur, avec couches d’isolant d’epaisseurs variables

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2586586A1 (de) * 2011-10-24 2013-05-01 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Spulenträgerelemente
CN103219458A (zh) * 2012-01-19 2013-07-24 上海联影医疗科技有限公司 一种超导断路器
CN103117145A (zh) * 2013-03-12 2013-05-22 中国科学院电工研究所 高温超导无感线圈绝缘与冷却间隔层
EP2843721B1 (de) * 2013-09-03 2015-11-04 Nexans Spulenanordnung für Supraleiter
RU2587680C1 (ru) * 2015-04-07 2016-06-20 Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс") Сверхпроводящий ограничитель тока
DE102015208470A1 (de) 2015-05-07 2016-11-10 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Spuleneinrichtung zur Strombegrenzung
DE102016206573A1 (de) * 2016-04-19 2017-10-19 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Spulenwicklung
RU2639316C1 (ru) * 2017-03-23 2017-12-21 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Сверхпроводящий ограничитель тока короткого замыкания
RU178606U1 (ru) * 2017-11-13 2018-04-11 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Держатель для высокотемпературной сверхпроводящей ленты
RU2664683C1 (ru) * 2017-11-13 2018-08-21 Общество С Ограниченной Ответственностью "С-Инновации" (Ооо "С-Инновации") Модуль сверхпроводящего ограничителя тока и ограничитель тока
US10340114B1 (en) 2018-01-19 2019-07-02 Kla-Tencor Corporation Method of eliminating thermally induced beam drift in an electron beam separator
GB201818817D0 (en) * 2018-11-19 2019-01-02 Tokamak Energy Ltd Partially-insulated hts coils
DK3747033T3 (da) * 2018-02-01 2022-05-23 Tokamak Energy Ltd Delvist isolerede hts-spoler
FR3081259B1 (fr) * 2018-05-17 2022-01-28 Inst Supergrid Limiteur de courant supraconducteur avec entretoise electriquement conductrice
RU2691746C1 (ru) * 2018-11-29 2019-06-18 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Токоограничивающее устройство на основе высокотемпературной сверхпроводимости
RU194013U1 (ru) * 2019-09-05 2019-11-25 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Токоограничивающее устройство на основе высокотемпературной сверхпроводимости
CN110828098B (zh) * 2019-10-08 2021-02-12 上海交通大学 超导无感线圈匝间隔层结构、超导无感线圈及其实验方法
GB2590633A (en) * 2019-12-20 2021-07-07 Tokamak Energy Ltd HTS linked partial insulation for HTS field coils
RU2770419C1 (ru) * 2021-12-21 2022-04-18 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные технологии защиты" Высоковольтный предохранитель с высокотемпературной сверхпроводящей вставкой и токоограничитель c таким предохранителем

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0444702A2 (de) * 1990-03-02 1991-09-04 Hitachi, Ltd. Supraleitende Spule und Verfahren zu ihrer Herstellung, supraleitender Verbundleiter und Verfahren zu seiner Herstellung und supraleitendes Gerät
WO1999033122A1 (de) * 1997-12-19 1999-07-01 Siemens Aktiengesellschaft SUPRALEITERAUFBAU MIT HOCH-Tc-SUPRALEITERMATERIAL, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DES AUFBAUS SOWIE STROMBEGRENZEREINRICHTUNG MIT EINEM SOLCHEN AUFBAU

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0385485A3 (de) * 1989-03-03 1991-01-16 Hitachi, Ltd. Oxidischer Supraleiter, supraleitender Draht und Spule bei Verwendung desselben und Methode zu dessen Herstellung
DE4107686A1 (de) 1991-03-09 1992-09-10 Abb Patent Gmbh Verfahren zur herstellung eines supraleitenden strombegrenzers sowie ein entsprechend hergestellter strombegrenzer
DE19836860A1 (de) * 1998-08-14 2000-02-17 Abb Research Ltd Elektrisch stabilisierter Dünnschicht-Hochtemperatursupraleiter sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Verfahrens
WO2002005400A1 (en) * 2000-07-10 2002-01-17 Igc-Superpower, Llc Fault-current limiter with multi-winding coil
DE10230618A1 (de) * 2002-07-03 2004-01-29 Siemens Ag Bifilare Bandleiterstruktur eines Hochtemperatursupraleiters zur Strombegrenzung
DE102004048646B4 (de) 2004-10-04 2006-08-10 Siemens Ag Supraleitende Strombegrenzereinrichtung vom resistiven Typ mit bandförmiger Hoch-Tc-Supraleiterbahn

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0444702A2 (de) * 1990-03-02 1991-09-04 Hitachi, Ltd. Supraleitende Spule und Verfahren zu ihrer Herstellung, supraleitender Verbundleiter und Verfahren zu seiner Herstellung und supraleitendes Gerät
WO1999033122A1 (de) * 1997-12-19 1999-07-01 Siemens Aktiengesellschaft SUPRALEITERAUFBAU MIT HOCH-Tc-SUPRALEITERMATERIAL, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DES AUFBAUS SOWIE STROMBEGRENZEREINRICHTUNG MIT EINEM SOLCHEN AUFBAU

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009156197A1 (de) * 2008-06-23 2009-12-30 Siemens Aktiengesellschaft Leiteranordnung für ein resistives schaltelement mit wenigstens zwei leiterverbünden aus supraleitenden leiterbändern
CN102067252B (zh) * 2008-06-23 2013-06-19 西门子公司 含至少两个由超导性导体带组成的导体组合的用于电阻式开关元件的导体配置
US8600463B2 (en) 2008-06-23 2013-12-03 Siemens Aktiengesellschaft Conductor arrangement for a resistive switching element having at least two composite conductors made from superconducting conductor bands
WO2013004392A1 (de) * 2011-07-06 2013-01-10 Karlsruher Institut für Technologie Isolierter hochtemperatur-bandsupraleiter und verfahren zu seiner herstellung
US9390840B2 (en) 2011-07-06 2016-07-12 Karlsruher Institut Fuer Technologie Insulated high-temperature wire superconductor and method for producing same
WO2018019508A1 (de) * 2016-07-27 2018-02-01 Siemens Aktiengesellschaft Gewickelte leiteranordnung mit abstandselement
DE102016217671A1 (de) 2016-09-15 2018-03-15 Siemens Aktiengesellschaft Supraleitender Strombegrenzer
WO2018050320A1 (de) 2016-09-15 2018-03-22 Siemens Aktiengesellschaft Supraleitender strombegrenzer
FR3076059A1 (fr) * 2017-12-22 2019-06-28 Supergrid Institute Limiteur de courant a supraconducteur, avec couches d’isolant d’epaisseurs variables

Also Published As

Publication number Publication date
ATE475992T1 (de) 2010-08-15
US8255024B2 (en) 2012-08-28
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