DE10226391A1

DE10226391A1 - Resistive current limiter for superconducting conductor track(s) has intermediate insulating layer with openings with defined distribution for contact between shunt layer and superconducting layer

Info

Publication number: DE10226391A1
Application number: DE2002126391
Authority: DE
Inventors: Günter Dr. Ries; Bernd Dr. Utz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-08

Abstract

The device has at least one electrically conducting track on a carrier body (3) that is non-conducting at least on the side facing the track, which has at least one superconducting layer (32a), a normally conducting shunt layer (32b) and an intermediate layer (32c) of an insulating material with openings (33i) with a defined distribution for contact between the shunt layer and the superconducting layer.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen resistiven Strombegrenzer mit wenigstens einer elektrisch leitenden Leiterbahn auf einem Trägerkörper, der zumindest auf seiner der Leiterbahn zugewandten Seite elektrisch nicht-leitend ist, wobei die schichtartig aufgebaute Leiterbahn wenigstens eine supraleitende Supraleitungsschicht, eine elektrisch normalleitenden Schaltschicht sowie eine zwischen der Supraleitungsschicht und der Shuntschicht angeordnete Zwischenschicht aus einem anderen Material aufweist. Eine entsprechende Strombegrenzereinrichtung geht aus der EP 0 911 889 A2 hervor.The invention relates to a resistive current limiter with at least one electrically conductive conductor track on a carrier body which is electrically non-conductive at least on its side facing the conductor track, the layered conductor track having at least one superconducting superconducting layer, one electrically normal-conducting switching layer and one between the two Superconducting layer and the shunt layer arranged intermediate layer made of another material. A corresponding current limiter device emerges from the EP 0 911 889 A2 out.

Der Aufbau und die Funktionsweise von resistiven supraleitenden Strombegrenzern in der Energietechnik sind prinzipiell bekannt (vgl. „Elektrie", Bd. 51, Berlin 1997, Heft 11/12, Seiten 414 bis 424). Ein entsprechender Strombegrenzer mit einer Leiterbahn aus Nieder- oder vorzugsweise Hochtemperatursupraleitermaterial (HTS-Material) als Dünn- oder Dickfilm sowie mit parallel dazu im flächigem Kontakt stehendem metallischen Shuntschichtteil z.B. aus Ag, Au oder Cu wird in Serienschaltung in einen zu schützenden Stromkreis eingefügt und trägt betriebsmäßige Ströme widerstandslos. In einem Fehlerfall, insbesondere bei Kurzschluss, übersteigt der Strom den kritischen Strom I_c des Supraleitermaterials, das dadurch einen endlichen elektrischen Widerstand annimmt (sogenannter „Quench"). Die dabei entstehende Stromwärme erwärmt das Supraleitermaterial schnell über die Sprungtemperatur T_c hinaus, wobei der nunmehr hohe normalleitende Widerstand des Supraleitermaterials den Fehlerstrom auf einen niedrigen Wert begrenzt.The structure and mode of operation of resistive superconducting current limiters in energy technology are known in principle (cf. “Elektrie”, Vol. 51, Berlin 1997 , Issue 11/12, pages 414 to 424). A corresponding current limiter with a conductor track made of low or, preferably, high-temperature superconductor material (HTS material) as a thin or thick film, and with a parallel metallic shunt layer part, for example made of Ag, Au or Cu, is inserted and carried in series connection in a circuit to be protected operational currents without resistance. In the event of a fault, in particular in the event of a short circuit, the current exceeds the critical current I _{c of} the superconductor material, which thereby assumes a finite electrical resistance (so-called "quench"). The resulting heat of current quickly heats the superconductor material above the transition temperature T _c , the now high normal conducting resistance of the superconductor material limits the fault current to a low value.

Bei dem mit der eingangs genannten EP 0 911 889 A2 offenbarten resistiven Strombegrenzer ist eine solche Shuntschicht einer schichtartig aufgebauten Leiterbahn aus einem Nicht-Edelmetall wie z.B. Stahl vorgesehen. Diese Shuntschicht ist jedoch nicht unmittelbar mit der Supraleitungsschicht der Leiterbahn in flächenhaftem Kontakt. Vielmehr ist zwischen diesen beiden Schichten eine dünne Zwischenschicht vorgesehen. Als Material für diese Zwischenschicht soll als ein elektrisch gut leitendes Metall ein Edelmetall wie z.B. Ag oder eine Ag-Legierung gewählt sein. Die Zwischenschicht stellt somit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Shuntschicht und der Supraleitungsschicht dar; sie kann somit auch als Teil der Shuntschicht betrachtet werden.With the one mentioned at the beginning EP 0 911 889 A2 disclosed resistive current limiter, such a shunt layer of a layer-like interconnect made of a non-noble metal such as steel is provided. However, this shunt layer is not in direct contact with the superconducting layer of the conductor track. Rather, a thin intermediate layer is provided between these two layers. A noble metal such as Ag or an Ag alloy should be selected as the material for this intermediate layer as an electrically highly conductive metal. The intermediate layer thus represents an electrically conductive connection between the shunt layer and the superconducting layer; it can therefore also be regarded as part of the shunt layer.

Bei diesen bekannten Strombegrenzern variiert der kritische Strom I_c unvermeidlich entlang der supraleitenden Leiterbahn. Dies hat zur Folge, dass Stellen oder Bereiche mit geringem I_c zuerst normalleitend werden und deshalb den Fehlerstrom soweit reduzieren, dass Abschnitte mit höherem I_c nicht mehr über die Sprungtemperatur T_c gelangen können, d.h., keinen elektrischen Widerstand entwickeln. Die gesamte Spannung fällt so allein über diskrete normalleitende Stellen ab. Der Widerstand des Strombegrenzers ist dann zu klein und der begrenzte Fehlerstrom ist unter Umständen so hoch, dass diese diskreten Stellen bis zum vollständigen Abschalten über normalerweise vorhandene mechanische Lasttrenner sich unzulässig erwärmen und so beschädigt werden. Die bei bekannten Strombegrenzern mit der Supraleitungsschicht in flächigem, leitendem Kontakt stehende Shuntschicht ist niederohmiger als die normalleitende Supraleitungsschicht, übernimmt folglich den größten Teil des Fehlerstroms und verringert die Wärmeerzeugung pro Fläche und das Risiko einer Schädigung in sogenannten „Hotspots" (des jeweiligen gequenchten Bereichs). Ein solcher Shunt erfordert aber für eine gegebene Spannung und einen bestimmten Fehlerstrom eine verhältnismäßig große Länge der supraleitenden Schaltstrecke, also einen entsprechend hohen Aufwand an supraleitendem und normalleitendem Leitermaterial für den Strombegrenzer. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei den bekannten Strombegrenzern die Wärmeausbreitung entlang der Schaltstrecke verhältnismäßig träge ist.In these known current limiters, the critical current I _c inevitably varies along the superconducting conductor track. The consequence of this is that points or areas with a low I _c first become normally conductive and therefore reduce the fault current to such an extent that sections with a higher I _c can no longer reach the transition temperature T _c , ie do not develop any electrical resistance. The entire voltage drops across discrete, normally conductive points. The resistance of the current limiter is then too small and the limited fault current may be so high that these discrete points heat up inadmissibly until they are completely switched off via mechanical load isolators that are normally present and are thus damaged. In known current limiters, the shunt layer in flat, conductive contact with the superconducting layer is lower-ohmic than the normal-conducting superconducting layer, consequently takes over most of the fault current and reduces the heat generation per area and the risk of damage in so-called “hot spots” (the respective quenched area) Such a shunt, however, requires a relatively large length of the superconducting switching path for a given voltage and a certain fault current, that is to say a correspondingly high expenditure of superconducting and normally conducting conductor material for the current limiter. It must be taken into account here that in the known current limiters the heat spread along the Switching distance is relatively sluggish.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Strombegrenzer mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend auszugestalten, dass der Leiteraufwand gegenüber bekannten Strombegrenzern verringert werden kann. Zugleich soll sich die Erwärmung über die Sprungtemperatur, d.h. die Normalleitung, schnell, insbesondere in einem Zeitraum von unter 1 ms bis zu einigen Millisekunden, über die ganze Länge des supraleitenden Leiterbahnteils ausbreiten können, damit sich der gesamte elektrische Widerstand entwickelt, der Fehlerstrom auf den bestimmungsgemäßen Wert begrenzt wird und die Temperatur nirgendwo einen unzulässig hohen Wert annimmt.Object of the present invention is the current limiter with the features mentioned above to design in such a way that the ladder effort compared to known Current limiters can be reduced. At the same time, the warming should Step temperature, i.e. the normal line, quickly, in particular in a period of less than 1 ms to a few milliseconds, all over Length of superconducting conductor track part can spread so that the entire electrical resistance develops, the fault current to the intended value is limited and the temperature is nowhere high Assumes value.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Dementsprechend soll bei dem Strombegrenzer mit den eingangs genannten Merkmalen eine Zwischenschicht aus einem isolierenden Material vorgesehen sein, die mit Aussparungen in vorbestimmter Verteilung versehen ist, durch welche hindurch eine Kontaktierung der Shuntschicht mit der Supraleitungsschicht gegeben ist.This object is achieved with the measures specified in claim 1 solved. Accordingly should with the current limiter with the features mentioned above an intermediate layer made of an insulating material can be provided, which is provided with recesses in a predetermined distribution, by through which contacting of the shunt layer with the superconducting layer given is.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sehen also vor, dass zwischen Supraleitungs- und Shuntschicht eine Zwischenschicht eingefügt wird, deren Material im Gegensatz zum Stand der Technik elektrisch nicht-leitend ist und die nur im Bereich der Aussparungen eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Supraleitungs- und Shuntschicht zulässt. Tritt nun ein Resistiv- werden eines Teilbereichs der Supraleitungsschicht, ein sogenannter „Teilquench", zwischen benachbarten Aussparungen auf, so weicht der Strom durch diese Aussparungen über die Shuntschicht aus. Die Joule'sche Wärmeerzeugung in der Shuntschicht normalisiert (quencht) dabei das Supraleitermaterial im gesamten Bereich zwischen den Aussparungen. Zudem konzentrieren sich die Stromlinien in einem gegenüberliegenden, noch supraleitenden Abschnitt in der Umgebung des Randes der Aus sparung. Hier übersteigt die Stromdichte den kritischen Wert j_c des Supraleitermaterials, erzeugt Wärme und führt zu einem lokalen Normalleitendwerden. Die Folge davon ist, dass über den Shunt-Ausgleichsstrom schnell der ganze benachbarte Teilbereich in die Normalleitung übergeht. Die Abfolge dieses abschnittsweisen Quenches führt vorteilhaft zu einer schnelleren Ausbreitung auf die gesamte Leiterbahn, ohne dass an die Gleichförmigkeit des kritischen Stromes hohe Anforderungen gestellt werden müssen.The measures according to the invention therefore provide that an intermediate layer is inserted between the superconducting and shunt layers, the material of which, in contrast to the prior art, is electrically non-conductive and which only permits an electrically conductive connection between the superconducting and shunt layers in the region of the cutouts. If a partial area of the superconducting layer, a so-called "partial quench", now becomes resistive, between adjacent cutouts, the current flows through these cutouts via the shunt layer. The Joule heat generation in the shunt layer normalizes (quenched) the superconductor material in the entire area between the recesses. In addition, the streamlines are concentrated in an opposite, still superconducting section in the vicinity of the edge of the recess. Here the current density exceeds the critical value j _{c of} the superconductor material, generates heat and leads to local normal conduction. The consequence of this is that the entire neighboring sub-area quickly changes to the normal line via the shunt compensation current. The sequence of this section-wise quench advantageously leads to faster spreading over the entire conductor track without high demands being placed on the uniformity of the critical current.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Strombegrenzers sind den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.Advantageous embodiments of the current limiter according to the invention are those dependent on claim 1 claims refer to.

So kann insbesondere eine zumindest weitgehend regelmäßige Verteilung der Aussparungen in der Zwischenschicht über deren Fläche vorgesehen sein. Dabei kann die Verteilung der Aussparungen der einer Anordnung in einem rechteckigen oder quadratischen oder hexagonalen Gitter entsprechen. Durch eine derartige Anordnung der einzelnen Aussparungen kann erreicht werden, dass die Stromtragfähigkeit der gesamten Leiterbahn sowie ihre thermische und mechanische Stabilität homogenisiert werden.In particular, at least one can largely regular distribution of the recesses in the intermediate layer over its surface. The distribution of the recesses of an arrangement in correspond to a rectangular or square or hexagonal grid. By such an arrangement of the individual recesses can be achieved that the current carrying capacity homogenized the entire conductor track and its thermal and mechanical stability become.

Eine Verbesserung der Homogenisierung ist bereits mit einer zumindest weitgehend stochastischen Verteilung der Aussparungen in der Zwischenschicht zu erreichen.An improvement in homogenization is already with an at least largely stochastic distribution of the recesses in the intermediate layer.

Die Aussparungen können an sich beliebig geformt sein. Vorteilhaft werden jedoch im Hinblick auf die angestrebte Homogenisierung Querschnittsflächen in Form von Kreisen oder Rechtecken oder Polygonen vorgesehen.The recesses can be be shaped arbitrarily. However, be advantageous in terms of the desired homogenization cross-sectional areas in the form of circles or Rectangles or polygons are provided.

Als besonders vorteilhaft ist es anzusehen, wenn der Umfang der Aussparungen jeweils 0,1- bis 1-mal die Leiterbahnbreite beträgt. Auf diese Weise wird ein guter Stromübertritt ohne zusätzliche Erwärmung im Übertrittsbereich zwischen der Supraleitungsschicht und der Shuntschicht gewährleistet.It is particularly advantageous if the extent of the recesses is 0.1 to 1 times the track width is. In this way, a good current transfer without additional warming in the transition area guaranteed between the superconducting layer and the shunt layer.

Im Hinblick auf die angestrebte Homogenisierung der Wärmeausbreitung wird bevorzugt der maximale Abstand zwischen benachbarten Aussparungen so gewählt, dass er kleiner als 2⋅U_maX/(U_n/L) ist, wobei U_max die elektrische Spannungsfestigkeit der isolierenden Zwischenschicht und U_n/L der betriebsmäßige Spannungsabfall pro Länge der Schaltstrecke sind.In view of the desired homogenization of the heat propagation, the maximum distance between adjacent cutouts is preferably chosen so that it is smaller than 2⋅U _maX / (U _n / L), U _{max being} the electrical dielectric strength of the insulating intermediate _layer and U _n / L are the operational voltage drop per length of the switching path.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Strombegrenzers gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Unteransprüchen hervor.Further advantageous configurations of a current limiter according to the invention emerge from the subclaims not mentioned above.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert, aus der zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele hervorgehen. Dabei zeigen jeweils schematischThe invention is described below Further explained with reference to the drawing, of which two are preferred embodiments emerge. Each shows schematically

deren 1 im Längsschnitt eine Stromleiterbahn eines bekannten Strombegrenzers im Quenchfall,their 1 in longitudinal section an electrical conductor track of a known current limiter in the event of a quench,

deren 2 als Diagramm die Temperaturverhältnisse in dieser Leiterbahn,their 2 the temperature conditions in this conductor track as a diagram,

deren 3 und 4 in Aufsicht bzw. im Längsschnitt eine Stromleiterbahn eines erfindungsgemäßen Strombegrenzers im Quenchfall,their 3 and 4 in supervision or in longitudinal section an electrical conductor track of a current limiter according to the invention in the event of a quench,

deren 5 als Diagramm die Temperaturverhältnisse in dieser Leiterbahn gemäß den 3 und 4 their 5 as a diagram the temperature conditions in this conductor track according to the 3 and 4

sowiesuch as

deren 6 in Aufsicht eine Stromleiterbahn eines anderen erfindungsgemäßen Strombegrenzers.their 6 in supervision a current track of another current limiter according to the invention.

In den Figuren sind sich entsprechende Teile jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Corresponding figures are in the figures Parts have the same reference numerals.

Der 1 ist die Stromleiterbahn 2 einer bekannten Strombegrenzereinrichtung (z.B. gemäß der eingangs genannten EP- A2-Schrift oder gemäß der EP 0 345 767 B1 ) zugrunde gelegt. Die Stromleiterbahn befindet sich auf einem Trägerkörper 3 aus einem elektrisch nicht-leitenden Material. Sie umfasst eine auf dem Trägerkörper 3 abgeschiedene, zu der Leiterbahn 2 strukturierte Supraleitungsschicht 2a, die von einer Shuntschicht 2b abgedeckt ist. Bei dem Supraleitermaterial kann es sich um bekanntes metallisches Niedrig-T_c-Supraleitermaterial oder insbesondere metalloxidisches Hoch-T_c-Supraleitermaterial wie z.B. YBa₂Cu₃O_x (sogenanntes YBCO) handeln. Die Shuntschicht 2b besteht aus bekanntem, zur Stabilisierung von Supraleitern üblicherweise verwendetem normalleitenden Material. Wie in der Figur ferner angedeutet ist, fließt durch die Supraleitungsschicht 2a ein Strom I. Da die Supraleitungsschicht in einem („Hotspot")-Bereich 4 bzw. Quenchbereich mit geringer Ausdehnung B in den normalleitenden Zustand übergegangen ist, wird dort der Strom in die Shuntschicht 2b auf Grund ihres gegenüber dem normalleitenden Widerstand der Supraleitungsschicht vergleichsweise niedrigeren Widerstand übergehen.The 1 is the electricity track 2 a known current limiter device (for example according to the EP-A2 document mentioned above or according to the EP 0 345 767 B1 ) based on. The electrical conductor track is located on a carrier body 3 made of an electrically non-conductive material. It includes one on the carrier body 3 secluded, to the conductor track 2 structured superconducting layer 2a that of a shunt layer 2 B is covered. The superconductor material can be known metallic low-T _c superconductor material or, in particular, metal oxide high-T _c superconductor material such as, for example, YBa ₂ Cu ₃ O _x (so-called YBCO). The shunt layer 2 B consists of known normal conductive material commonly used to stabilize superconductors. As is also indicated in the figure, flows through the superconducting layer 2a a current I. Since the superconducting layer in a ("hotspot") region 4 or quench region with a small extent B has changed into the normal conducting state, the current there becomes the shunt layer 2 B due to their comparatively lower resistance compared to the normal conducting resistance of the superconducting layer.

2 zeigt in einem Diagramm die entsprechenden Temperaturverhältnisse bzw. Aufheizung. Dabei sind in Ordinatenrichtung die Temperatur T in der Supraleitungsschicht und in Abszissenrichtung die Ausdehnung x der Leiterbahn in Stromführungsrichtung aufgetragen. 2 shows the corresponding temperature conditions or heating in a diagram. The temperature T in the superconducting layer is plotted in the ordinate direction and the dimension x of the conductor track in the current carrying direction is plotted in the abscissa direction.

Die 3 bis 5 zeigen eine erfindungsgemäß ausgebildete Leiterbahn als Teil eines Strombegrenzers 30 bzw. deren Temperaturverhältnisse in einem Quenchbereich in 1 bzw. 2 entsprechender Darstellung. Wie aus den 3 und 4 zu entnehmen ist, befindet sich in Abweichung zu der Ausführungsform nach 1 bei einer Leiterbahn 32 zwischen ihrer Supraleitungsschicht 32a und ihrer Shuntschicht 32b eine besondere Zwischenschicht 32c. Diese Zwischenschicht mit einer Dicke d_z beispielsweise zwischen 0,02 und 5 μm soll aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere einem Oxid wie z.B. aus SiO₂, CeO₂, ZrO₂, das auch mit Y stabilisiert sein kann (sogenanntes YSZ), oder aus Al₂O₃. Daneben kommen auch ein Film aus einem organischen Isolator wie z.B. einem Isolierlack oder eine Folie in Frage. In der Isolierschicht sind bei der gezeigten Ausführungsform in einer zumindest weitgehend regelmäßigen Verteilung in Stromführungsrichtung gesehen Aussparungen 33_i ausgebildet. Die Aussparungen haben kreisförmige Querschnittsflächen. Daneben sind auch Querschnittsflächen in Form von Ovalen, Rechtecken oder Polygonen vorteilhaft. Die Aussparungen sind mit bekannten Techniken ausgebildet, beispielsweise durch Abätzen, Ausschneiden oder mit Hilfe einer Abdeckmaske beim Aufbringen. Der Umfang u der Ränder der Aussparungen sollte dabei das 0,1- bis 1-fache der Breite b der Leiterbahn 32 bzw. deren Supraleitungsschicht 32a betragen. Geht man von einer Leiterbahnbreite b zwischen 0,2 cm und 2 cm aus – typisch sind etwa 1 cm –, so sollte die Mehrzahl der Aussparungen 33_i jeweils eine Fläche F in der Leiterbahn 32 einnehmen, die der eines Kreises mit einem Durchmesser zwischen etwa 60 μm und 6 mm entspricht. Außerdem sollte der maximale Abstand a benachbarter Aussparungen in Führungsrichtung des Stromes I kleiner als 2⋅U_max/(U_n/L) sein, wobei U_max die elektrische Spannungsfestigkeit der isolierenden Zwischenschicht 32c und U_n/L der betriebsmäßige Spannungsabfall pro Länge L der eine Schaltstrecke bildenden Leiterbahn 32 sind.The 3 to 5 show a conductor track designed according to the invention as part of a current limiter 30 or their temperature relationships in a quench area in 1 respectively. 2 corresponding representation. Like from the 3 and 4 can be seen, is in deviation from the embodiment according to 1 on a conductor track 32 between their superconducting layer 32a and their shunt layer 32b a special intermediate layer 32c , This intermediate layer with a thickness d _{z of,} for example, between 0.02 and 5 μm should be made of an electrically insulating material, in particular an oxide such as SiO ₂ , CeO ₂ , ZrO ₂ , which can also be stabilized with Y (so-called YSZ), or from Al ₂ O ₃ . In addition, a film made of an organic insulator such as an insulating varnish or a film can also be used. In the embodiment shown, cutouts 33 _{i are} formed in the insulating layer in an at least largely regular distribution in the direction of current conduction. The recesses have circular cross-sectional areas. Cross-sectional areas in the form of ovals, rectangles or polygons are also advantageous. The recesses are formed using known techniques, for example by etching, cutting or using a mask when applying. The circumference u of the edges of the cutouts should be 0.1 to 1 times the width b of the conductor track 32 or their superconducting layer 32a be. If one assumes a conductor track width b between 0.2 cm and 2 cm - typically about 1 cm - the majority of the recesses 33 _{i should} each have an area F in the conductor track 32 take that corresponds to a circle with a diameter between about 60 microns and 6 mm. In addition, the maximum distance a between adjacent cutouts in the direction of the current I should be less than 2⋅U _max / (U _n / L), where U _{max is} the electrical dielectric strength of the insulating intermediate layer 32c and U _n / L the operational voltage drop per length L of the conductor track forming a switching path 32 are.

Die anschließend aufgebrachte Shuntschicht 32b aus einem hierfür bekannten Material und mit üblicher Dicke überdeckt die gesamte Leiterbahn und steht nur im Bereich der Aussparungen 33i in elektrischer Verbindung mit der Supraleitungsschicht 32a, während durch die isolierende Zwischenschicht 32c kein Strom I fließen kann.The subsequently applied shunt layer 32b made of a material known for this purpose and with the usual thickness covers the entire conductor track and is only in the area of the cutouts 33i in electrical connection with the superconducting layer 32a while through the insulating interlayer 32c no current I can flow.

Bei einem Normalleitendwerden eines Teilbereichs 4 der Supraleitungsschicht 32a zwischen benachbarten Aussparungen 33_i weicht dann der Strom I durch diese Aussparungen in die Shuntschicht 32b aus. Der entsprechende Stromverlauf ist in der 3 durch durchgezogene Stromlinien angedeutet, während der in der Supraleitungsschicht gegebene Stromverlauf gestrichelt eingezeichnet ist. Wie der Verlauf dieser Stromlinien zeigt, konzentrieren sich diese im noch supraleitenden Zustand in der Umgebung des Randes bzw. Umfangs w der Aussparungen. Dies hat zur Folge, dass in diesem Bereich die Stromdichte j_c des Supraleitermaterials übersteigt und damit Wärme erzeugt, die zu einem lokalen Normalleitendwerden führt. Auf diese Weise quencht über den Shunt-Ausgleichsstrom schnell der ganze benachbarte Teilbereich. Die Abfolge dieses abschnittsweisen Quenchens führt so zu einer schnellen Ausbreitung des Quenches auf die gesamte Leiterbahn.When a section becomes normal 4 the superconducting layer 32a between adjacent cutouts 33 _i , the current I then passes through these cutouts into the shunt layer 32b out. The corresponding current profile is in the 3 indicated by solid current lines, while the current profile given in the superconducting layer is shown in dashed lines. As the course of these streamlines shows, they are still concentrated in the superconducting state in the vicinity of the edge or circumference w of the cutouts. The result of this is that the current density j _{c of} the superconductor material exceeds in this region and thus generates heat which leads to local normal conduction. In this way, the entire neighboring sub-area quickly quenched via the shunt compensation current. The sequence of this quenching in sections thus leads to a rapid spreading of the quenching over the entire conductor track.

Das Diagramm der 5 zeigt die entsprechenden Temperaturverhältnisse bzw. Heizleistungsverhältnisse.The diagram of the 5 shows the corresponding temperature ratios or heating power ratios.

Abweichend von dem an Hand der 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strombegrenzers 30, für den ein Trägerkörper 3 aus elektrisch isolierendem Material angenommen wurde, kann auch ein Trägerkörper aus einem Teil aus elektrisch leitendem Material und einem der Leiterbahn zugewandten Teil aus elektrisch isolierendem Material verwendet werden (vgl. die eingangs genannte EP-A2-Schrift).Notwithstanding that on the basis of the 3 to 5 illustrated embodiment of a current limiter according to the invention 30 , for which a carrier body 3 made of electrically insulating material, a carrier body made of a part made of electrically conductive material and a part made of electrically insulating material facing the conductor track can also be used (cf. the EP-A2 document mentioned at the beginning).

Selbstverständlich ist auch eine andere Verteilung von Aussparungen in der Zwischenschicht möglich. So kann die Verteilung der Aussparungen der einer Anordnung in einem rechteckigen oder quadratischen oder hexagonalen Gitter entsprechen. Auch eine zumindest weitgehend stochastische Verteilung von Aussparungen in der Zwischenschicht ist möglich. 6 zeigt eine solche unregelmäßige Verteilung von Aussparungen 34_i in einer isolierenden Zwischenschicht 36 der Leiterbahn 36 als Teil einer erfindungsgemäßen Strombegrenzereinrichtung 37. In der Figur sind ferner bezeichnet mit 36b eine Shuntschicht der Leiterbahn 36. In der gewählten Darstellung einer Aufsicht auf diese Shuntschicht sind an sich die Aussparungen 34i nicht zu sehen, da sie von der Shuntschicht verdeckt sind. Die Ränder der Aussparungen sind deshalb wie in 3 durch gestrichelte Linien angedeutet. Ferner ist der Mindestabstand zwischen benachbarten Aussparungen 34_i mit a bezeichnet. Für die Aussparungen und deren Abstände werden wiederum Größen entsprechend der Ausführungsform der Zwischenschicht 32c nach den 3 bis 5 gewählt.A different distribution of cutouts in the intermediate layer is of course also possible. The distribution of the cutouts can thus correspond to an arrangement in a rectangular or square or hexagonal grid. An at least largely stochastic distribution of cutouts in the intermediate layer is also possible. 6 shows such an irregular distribution of recesses 34 _i in an insulating intermediate layer 36 the conductor track 36 as part of a current limiter device according to the invention 37 , In the figure are also labeled 36b a shunt layer of the trace 36 , In the chosen representation of a supervision of this shunt layer, the cutouts are in themselves 34i not visible because they are covered by the shunt layer. The edges of the cutouts are therefore as in 3 indicated by dashed lines. Furthermore, the minimum distance between adjacent cutouts 34 _i is denoted by a. For the recesses and their spacing, sizes are again in accordance with the embodiment of the intermediate layer 32c after the 3 to 5 selected.

Statt einer vorteilhaften Verwendung eines der bekannten HTS-Materialien wie YBCO oder BSCCO oder B(P)SCCO für die Supraleitungsschicht 32a kann für diese auch eines der bekannten metallischen Niedrig-T_c-Supraleitermaterialien (LTS-Materialien) wie z.B. Nb₃Sn vorgesehen werden.Instead of an advantageous use of one of the known HTS materials such as YBCO or BSCCO or B (P) SCCO for the superconducting layer 32a one of the known metallic low-T _c superconductor materials (LTS materials) such as Nb ₃ Sn can also be provided for these.

Claims

Resistive current limiter with at least one electrically conductive conductor track on a carrier body, which is electrically non-conductive at least on its side facing the conductor track, the layer-like conductor track having at least one superconducting superconducting layer, an electrically normal-conducting shunt layer and an intermediate layer made of one arranged between the superconducting layer and the shunt layer has other material characterized by at an intermediate layer ( 32c . 36c ) made of an insulating material with cutouts ( 33 _i , 34 _i ) is provided in a predetermined distribution, through which contacting of the shunt layer ( 32b . 36b ) with the Supra line layer ( 32a ) given is.

Current limiter according to claim 1, characterized by an at least largely regular distribution of the cutouts ( 33 _i , 34 _i ) in the intermediate layer ( 32c . 36c ) at least in the direction of current conduction.

Current limiter according to claim 2, characterized in that the distribution of the recesses of an arrangement in a rectangular or square or hexagonal grid.

Current limiter according to claim 1, characterized by an at least largely stochastic distribution of the cutouts ( 34 _i ) in the intermediate layer ( 36c ).

Current limiter according to one of the preceding claims, characterized in that at least the plurality of recesses ( 33i ) one surface of the conductor track ( 32 . 36 ) that correspond to that of a circle with a diameter between 60 μm and 6 mm.

Current limiter according to one of the preceding claims, characterized through cutouts with cross-sectional areas in the form of circles or Rectangles or polygons.

Current limiter according to one of the preceding claims, characterized in that the circumference (u) of the cutouts ( 33 _i , 34 _i ) is determined by the following relationship:

0.1⋅b <u <b,

where b is the width of the conductor track ( 32 . 36 ) is.

Current limiter according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum distance (a) between adjacent cutouts ( 33 _i , 34 _i ) is determined by the following relationship: a <2⋅U _max / (U _n / L), where U _{max is} the electrical dielectric strength of the intermediate layer ( 32c . 36c ), U _{n is} the voltage drop across the at least one interconnect, L is the switching length of the interconnect.

Current limiter according to one of the preceding claims, characterized by a thickness (d _z ) of the intermediate layer ( 32c . 36c ) between 0.02 and 5 μm.

Current limiter according to one of the preceding claims, characterized by an intermediate layer ( 32c . 36c ) made of an oxidic material or an organic material.

Current limiter according to one of the preceding claims, characterized in that for the superconducting layer ( 32a ) a metal oxide high-T _c superconductor material is provided. Summary