DE10231915B4

DE10231915B4 - Superconductor arrangement for an AC voltage network

Info

Publication number: DE10231915B4
Application number: DE10231915A
Authority: DE
Inventors: Jochen Dr. Ermisch; Ralf-Reiner Volkmar
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: DE10231915A1; WO2004006407A1

Abstract

Supraleiteranordnung für ein Wechselspannungsnetz (L1, L2, L3) mit einem ersten Supraleiter (1), welcher im Wirkungsbereich eines von einer ersten Spule (7) erzeugten Magnetfeldes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , dass ein durch die erste Spule (7) fließender erster Strom von einer Wechselspannung getrieben ist, deren Phasenlage um mindestens 30° von der Phasenlage einer einen zweiten Strom durch den ersten Supraleiter (1) treibenden Wechselspannung abweicht.superconductor arrangement for a AC voltage network (L1, L2, L3) with a first superconductor (1), which in the area of action of one of a first coil (7) generated Magnetic field is arranged, characterized in that a through the first coil (7) flowing first current is driven by an AC voltage whose phase position at least 30 ° from the phase position of a second current through the first superconductor (1) driving alternating voltage deviates.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Supraleiteranordnung für ein wechselspannungsnetz mit einem ersten Supraleiter, welcher im Wirkungsbereich eines von einer ersten Spule erzeugten Magnetfeldes angeordnet ist.The The invention relates to a superconductor arrangement for an AC voltage network with a first superconductor, which is in the range of one of a magnetic field generated first coil is arranged.

Eine derartige Supraleiteranordnung ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 406 636 A1 bekannt. Bei der dortigen Anordnung ist ein Supraleiter von einer Spule umgeben und so dem durch die Spule erzeugbaren Magnetfeld ausgesetzt. Die Spule und deren Vorwiderstand sind zu dem Supraleiter elektrisch parallel geschaltet. Bei der Unterschreitung einer bestimmten Sprungtemperatur weist der Supraleiter supraleitende Eigenschaften auf. Bei einem Überschreiten der Sprungtemperatur verliert er diese und weist ein widerstandsbehaftetes Verhalten auf. Neben einem Überschreiten der Sprungtemperatur kann das supraleitende Verhalten durch ein hinreichend großes Magnetfeld aufgehoben werden. Bei der aus der europäischen Patentanmeldung bekannten Supraleiteranordnung wird von einer Wechselspannungsquelle durch den Supraleiter ein Strom getrieben. Bei dem Auftreten eines entsprechend großen Stromes und der damit verbundenen thermischen Wirkung in dem Supraleiter kommt es zum „Quenchen" des Supraleiters. Das heißt, der Supraleiter verliert sein supraleitendes Verhalten. Aufgrund der damit verbundenen Widerstandserhöhung kommutiert der Strom teilweise auf den Parallelstrompfad mit der Spule, wobei die Spule ein Magnetfeld erzeugt, welches das Quenchen des Supraleiters unterstützt. Somit ist ein schnelles Umschalten des Supraleiters von seinem supraleitenden Verhalten auf ein widerstandsbehaftetes Verhalten ermöglicht.Such a superconductor arrangement is known from the European patent application EP 0 406 636 A1 known. In the local arrangement, a superconductor is surrounded by a coil and thus exposed to the magnetic field generated by the coil. The coil and its series resistor are connected in parallel electrically to the superconductor. When the temperature falls below a certain critical temperature, the superconductor has superconducting properties. If the transition temperature is exceeded, it loses this and has a resistive behavior. In addition to exceeding the critical temperature, the superconducting behavior can be canceled by a sufficiently large magnetic field. In the superconductor device known from the European patent application, a current is driven by an AC voltage source through the superconductor. The occurrence of a correspondingly large current and the associated thermal effect in the superconductor leads to "quenching" of the superconductor, that is, the superconductor loses its superconducting behavior, because of the associated increase in resistance, the current partially commutates to the parallel current path with the coil in which the coil generates a magnetic field which promotes the quenching of the superconductor, thus enabling a rapid switching of the superconductor from its superconducting behavior to a resistive behavior.

Da es sich bei der treibenden Spannung um eine Wechselspannung handelt und der getriebene Strom ein Wechselstrom ist, ist bei einem Umschaltprozess des Supraleiters folgender Effekt zu verzeichnen: In dem Moment, in welchem die Wechselspannung bzw. der Wechselstrom dem Betrag nach abnimmt, sinkt auch die thermische Wirkung des Stromes. Der in dem Parallelstrompfad durch die Spule fließende Strom wird von derselben Spannung getrieben und vermindert folglich nahezu zeitgleich seinen Betrag. Um den Quenchvorgang möglichst schnell zu vollziehen, ist es jedoch wünschenswert, dass gerade zu dem Zeitpunkt eines betragsmäßig kleinen Stromes ein großes Magnetfeld wirkt, um die sich verringernde fehlende thermische Wirkung des absinkenden Strombetrages zu kompensieren.There it is the driving voltage to an AC voltage and the driven current is an alternating current is in a switching process of the superconductor have the following effect: the moment in which the alternating voltage or the alternating current the amount After decreasing, the thermal effect of the current also decreases. Of the Current flowing in the parallel current path through the coil becomes same Driven by tension and consequently reduces its almost at the same time Amount. To quench the process as quickly as possible However, it is desirable that just at the time of a magnitude small current a large magnetic field acts to reduce the diminishing missing thermal effect of the sinking Electricity amount to compensate.

Außerdem ist aus der europäischen Patentschrift EP 0 464 679 B1 bekannt, mehrere Spulen miteinander zu verschalten, um das Quenchen in einer verbesserten Weise zu bewirken.Moreover, from the European patent specification EP 0 464 679 B1 It is known to interconnect a plurality of coils to effect quenching in an improved manner.

Weiterhin ist aus der europäischen Patentschrift EP 0 367 170 B1 ein Fehlerstrombegrenzer bekannt, welcher mehrere Widerstände aufweist, welche mittels schaltbaren Kontakten zu- und abschaltbar sind.Furthermore, from the European patent specification EP 0 367 170 B1 a fault current limiter known, which has a plurality of resistors, which are switched on and off by means of switchable contacts.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Supraleiteranordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass ein schnelleres Umschlagen des supraleitenden Verhaltens in ein nicht-supraleitendes Verhalten eines Supraleiters bewirkt wird.Of the Invention is based on the object, a superconductor arrangement of the type mentioned above in such a way that a faster Turning the superconducting behavior into a non-superconducting one Behavior of a superconductor is effected.

Die Aufgabe wird bei einer Supraleiteranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein durch die erste Spule fließender erster Strom von einer Wechselspannung getrieben ist, deren Phasenlage um mindestens 30° von der Phasenlage einer einen zweiten Strom durch den ersten Supraleiter treibenden Wechselspannung abweicht.The Task is in a superconductor arrangement of the aforementioned Type according to the invention thereby solved, that a first current flowing through the first coil of a AC voltage is driven, the phase angle by at least 30 ° from the Phase position of a second current through the first superconductor deviates from driving AC voltage.

Durch den zeitlichen Versatz der Phasenlagen der Wechselspannungen wird erreicht, dass bei einem Abklingen des durch den ersten Supraleiter getriebenen Stromes, der durch die erste Spule getriebene Wechselstrom einen derart großen Betrag aufweist, dass das durch die erste Spule erzeugte Magnetfeld hinreichend groß ist, das Quenchen des ersten Supraleiters zu fördern. Dabei kann die Phasenlage derart bemessen sein, dass die Wirkung des durch die erste Spule erzeugten Magnetfeldes gerade so groß ist, dass die durch den betragsmäßig sinkenden Strom nunmehr nicht mehr im vollen Umfang bewirkte thermische Komponente kompensiert wird. Daneben kann es weiterhin vorgesehen sein, dass bei einem unkritischen Strom im Innern des ersten Supraleiters das von der ersten Spule ausgehende Magnetfeld ein Quenchen initiiert.By the temporal offset of the phase angles of the AC voltages achieved that with a fading of the driven by the first superconductor Stromes, the AC driven by the first coil one so big Amount that the magnetic field generated by the first coil is sufficiently large, to promote the quenching of the first superconductor. In this case, the phase position be sized so that the effect of the first coil generated magnetic field is just so great that the sinking by the amount Electricity now no longer fully effected thermal component is compensated. In addition, it may also be provided that at an uncritical current in the interior of the first superconductor of the first coil outgoing magnetic field initiated a quench.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der erste Supraleiter in einer ersten Leiterphase eines mehrphasigen Spannungssystems angeordnet ist und die erste Spule aus einer zweiten Leiterphase des mehrphasigen Spannungssystems gespeist ist, deren Spannungsverlauf gegenüber der ersten Leiterphase zeitlich verschoben ist.It can be further provided that the first superconductor in a arranged first phase of a multiphase voltage system is and the first coil from a second phase of the phase of the multiphase Voltage system is fed, the voltage curve over the first ladder phase is postponed.

Setzt man ein mehrphasiges Spannungssystem ein, welches über eine erste und eine zweite Leiterphase verfügt, so kann der gewünschte zeitliche Versatz der Phasenlagen mit einfachen Mitteln voreingestellt werden. Bei einer geeigneten Anordnung ist es möglich, mittels eines Phasenschiebers die Phasenlage zwischen den beiden Leiterphasen in einfacher Weise an die geforderten Betriebsbedingungen anzupassen.Puts a multiphase voltage system, which has a has first and second phase conductor, so can the desired time offset the phase angles can be preset with simple means. at a suitable arrangement, it is possible by means of a phase shifter the phase angle between the two phases of the conductor in a simple manner to adapt to the required operating conditions.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass zu einem in der zweiten Leiterphase angeordneten zweiten Supraleiter ein erster Parallelstrompfad ausgebildet ist, in welchen die erste Spule eingekoppelt ist.A Another advantageous embodiment provides that to a in the second conductor phase arranged second superconductor a first Parallel current path is formed, in which the first coil coupled is.

Zur Ansteuerung und zeitweisen Erzeugung eines Magnetfeldes durch die erste Spule eignet sich ein zweiter Supraleiter, welcher in der zweiten Leiterphase angeordnet ist. Bei einem Quenchen des zweiten Supraleiters kommutiert ein Strom auf den Parallelstrompfad und durchfließt die Spule. Bei einer derartigen Anordnung ist es in einfacher Weise ermöglicht, bei einem Quenchen des zweiten Supraleiters über die erste Spule auch ein Quenchen des ersten Supraleiters anzuregen bzw. zu unterstützen.to Control and temporary generation of a magnetic field through the first coil is a second superconductor, which in the second phase conductor is arranged. At a quench of the second Superconductor commutates a current on the parallel current path and flows through the sink. In such an arrangement, it is in a simple manner allows in a quenching of the second superconductor on the first coil and a Stimulate or support quenching of the first superconductor.

Weiter kann vorgesehen sein, dass das mehrphasige Spannungssystem ein Drei-Phasen-Wechselspannungssystem ist.Further can be provided that the polyphase voltage system, a three-phase AC system is.

Drei-Phasen-Wechselspannungssysteme sind weit verbreitet. Im Regelfall weisen die Spannungen der einzelnen Leiterphasen eine Phasenverschiebung von jeweils 120° zueinander auf. Eine derartige Phasenverschiebung ist geeignet, um in in verschiedenen Leiterphasen angeordneten Supraleitern ein leiterphasenübergreifendes Quenchen zu initiieren.Three-phase AC systems are widespread. As a rule, the voltages of the individual Phase phases a phase shift of 120 ° to each other on. Such a phase shift is suitable for in different Conductor phases arranged superconductors a phase-phase Initiate quenching.

Es kann weiterhin vorteilhaft vorgesehen sein, dass zu dem in der ersten Leiterphase angeordneten ersten Supraleiter ein zweiter Parallelstrompfad gebildet ist, in welchen eine zweite Spule eingekoppelt ist, und dass im Wirkungsbereich des durch die zweite Spule erzeugten Magnetfeldes ein in einer dritten Leiterphase angeordneter dritter Supraleiter angeordnet ist, und dass zu dem dritten Supraleiter ein dritter Parallelstrompfad ausgebildet ist, in welchem eine dritte Spule eingekoppelt ist, und dass im Wirkungsbereich des durch die dritte Spule erzeugten Magnetfeldes der zweite Supraleiter angeordnet ist.It can also be advantageously provided that to that in the first Ladder phase arranged first superconductor a second parallel current path is formed, in which a second coil is coupled, and that in the range of action of the magnetic field generated by the second coil arranged in a third phase arranged third superconductor is, and that to the third superconductor a third parallel current path is formed, in which a third coil is coupled, and that in the range of action of the third coil produced Magnetic field of the second superconductor is arranged.

Eine Anordnung von drei Supraleitern in drei verschiedenen Leiterphasen eines mehrphasigen Spannungssystems und einer Einkopplung jeweils einer Spule in einen Parallelstrompfad, welcher zu jeweils einem der Supraleiter angeordnet ist, ist schaltungstechnisch in einfacher Art und Weise zu realisieren. Durch die geschickte Zuordnung der Wirkungsbereiche der von den einzelnen Spulen ausgehenden Magnetfelder jeweils zu einem Supraleiter, der verschieden ist von dem zur betreffenden Spule parallel geschalteten Supraleiter, ist es möglich, die drei Supraleiter kettenartig untereinander zu verkoppeln. Ein Quenchen eines der Leiter, beispielsweise durch einen erhöhten Stromfluss bewirkt, regt einen weiteren Supraleiter zum Quenchen an und ausgehend von diesem Quenchvorgang wird auch der dritte Supraleiter zum Quenchen angeregt. Dabei erfolgt die Anregung zu einem großen Teil durch die von den jeweiligen Spulen erzeugten Magnetfelder. Das jeweilige Quenchen wird durch die verschachtelte Zuordnung von Supraleitern und Spulen mit jeder Zunahme des elektrischen Widerstandes der Supraleiter bis zu einem völligen Unterbrechen der jeweiligen Leiterphase verstärkt. Außerdem wird durch die ringartige gegenseitige Beeinflussung der Supraleiter untereinander über die jeweiligen Spulen auch das Quenchen bei einem Anstieg des Stromes in allen drei Leiterphasen unterstützt. So befindet sich beispielsweise zumeist eine der drei Leiterphasen in einem derartigen Zustand, dass der Momentanwert der Wechselspannung bzw. des durch die Wechselspannung getriebenen Stromes dem Betrag nach kleiner wird und im Extremfall einen Wert von Null annimmt. Ein derartig kleiner Strom kann keine signifikante Temperaturerhöhung in dem betroffenen Supraleiter bewirken, so dass dieser in seinem Quenchprozess unterbrochen wird. Durch das von einer Spule eines der anderen Phasenleiter bewirkte Magnetfeld kann die nachlassende thermische Wirkung des Stroms ausgeglichen oder sogar überkompensiert werden. Dies ist ermöglicht, da zu einem Zeitpunkt nahe eines Nulldurchganges des Stromes in einer der Leiterphasen in den anderen beiden Leiterphasen ein betragsmäßig wesent lich größerer Momentanstrom ansteht. Durch die kettenartige Reaktion und gegenseitige Beeinflussung der Supraleiter bzw. der Spulen untereinander ist ein sehr schnelles Quenchen der Supraleiter in allen drei Phasen ermöglicht. Somit ist ein unsymmetrisches Sperren der drei Supraleiter verhindert. Eine derartige Anordnung ist als Strombegrenzer verwendbar.A Arrangement of three superconductors in three different phase phases a multi-phase voltage system and a coupling one each Coil in a parallel current path, which in each case one of the superconductor is arranged, is circuit technology in a simple manner to realize. Through the clever allocation of the impact areas the outgoing of the individual coils magnetic fields to each a superconductor that is different from the one in question Coil parallel superconductor, it is possible the three Coupling superconductors in a chain-like manner. A quench one of the conductors, for example caused by an increased current flow, excites another superconductor for quenching and starting from this Quenching process is also stimulated the third superconductor to quench. The stimulation takes place to a large extent by that of the respective Coils generated magnetic fields. The respective quench is through the nested assignment of superconductors and coils with each Increase in the electrical resistance of superconductors up to one complete Interrupting the respective phase of the ladder intensified. In addition, by the ring-like Mutual influence of superconductors on each other respective coils also quenching at an increase of the current supported in all three phases of the ladder. This is for example usually one of the three phase phases in such a state, that the instantaneous value of the AC voltage or by the AC voltage The amount of electricity consumed is smaller and in extreme cases assumes a value of zero. Such a small stream can not significant increase in temperature cause in the affected superconductor, so this in his Quenching process is interrupted. By that of a coil one of the other phase conductor caused magnetic field, the declining thermal Effect of the current be balanced or even overcompensated. This is possible because at a time near a zero crossing of the current in one of the phases of the conductor in the other two phases of a conductor wesent Lich amount greater instantaneous current pending. Through the chain-like reaction and mutual influence the superconductor or the coils with each other is a very fast Quenching of superconductors in all three phases allows. Thus, unbalanced blocking of the three superconductors is prevented. Such an arrangement can be used as a current limiter.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zumindest einer der Spulen ein elektrischer Widerstand in Reihe vorgeschaltet ist.Farther It can be provided that at least one of the coils is an electrical Resistor connected in series.

Durch die Vorschaltung eines elektrischen Widerstandes ist der Betrag des den Parallelstrompfad durchfließenden Stromes leicht einstellbar. Dabei kann der elektrische Widerstand auch durch das die Spulenwindungen bildende Leitermaterial gebildet sein.By the preconnection of an electrical resistance is the amount of the parallel current path flowing through the current easily adjustable. In this case, the electrical resistance by the coil turns be formed forming conductive material.

Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass zumindest eine der Spulen von dem Parallelstrompfad des jeweiligen Supraleiters galvanisch getrennt ist.advantageously, can also be provided that at least one of the coils of the parallel current path of the respective superconductor galvanically separated is.

Durch eine galvanische Trennung der Spulen von dem jeweiligen Parallelstrompfad ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Isolation der Spulen von dem Supraleiter selbst. Um günstige supraleitende Eigenschaften des Supraleiters zu erzielen, sind Supraleiter innerhalb eines thermisch isolierten meist gekühlten Gehäuses angeordnet. Um den Bauraum zu beschränken und Überschläge bzw. Kurzschlüsse auszuschließen, trennt man die Spulen galvanisch von den Supraleitern. Dadurch ist die Möglichkeit der Ausbildung eines Fehlerstrompfades eingeschränkt.By galvanic separation of the coils of the respective parallel current path, advantages arise with regard to the insulation of the coils of the superconductor itself. In order to achieve favorable superconducting properties of the superconductor, superconductors are arranged within a thermally insulated, mostly cooled housing. To restrict the space and rollovers or short circuits To exclude, the coils are separated galvanically from the superconductors. This limits the possibility of forming a fault current path.

Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass eine galvanische Trennung durch einen Transformator gebildet ist.advantageously, can also be provided that a galvanic isolation by a transformer is formed.

Transformatoren, die eine galvanische Trennung bewirken, werden im Allgemeinen als Trenntransformatoren bezeichnet. Derartige Transformatoren zeichnen sich durch eine robuste Konstruktion und ein zuverlässiges Betriebsverhalten aus. Daher eignen sie sich insbesondere zur Sicherstellung einer ausreichenden Isolation von den Supraleitern sowie den jeweiligen in die Parallelstrompfade eingekoppelten Spulen.transformers, which cause a galvanic separation are generally called Isolating transformers referred to. Draw such transformers a robust construction and reliable performance out. Therefore, they are particularly suitable for ensuring a sufficient Isolation of the superconductors as well as the respective into the parallel current paths coupled coils.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in einer Zeichnung schematisch gezeigt und nachfolgend näher beschrieben. Dabei zeigt diein the The invention will be described below with reference to exemplary embodiments in a drawing shown schematically and described in more detail below. It shows the

1 ein dreiphasiges Wechselstromsystem mit jeweils in den Phasenleitern angeordneten Supraleitern und die 1 a three-phase AC system with each arranged in the phase conductors superconductors and the

2 ein dreiphasiges Wechselspannungssystem mit drei in den Leiterphasen angeordneten Supraleitern sowie galvanisch getrennten Spulen. 2 a three-phase AC voltage system with three arranged in the phase phases superconductors and galvanically isolated coils.

In der 1 ist ein Drei-Phasen-Wechselspannungssystem mit einem ersten Phasenleiter L1, einem zweiten Phasenleiter L2 sowie einem dritten Phasenleiter L3 dargestellt. Jeder der drei Phasenleiter L1, L2, L3 weist eine bestimmte Wechselspannung, insbesondere eine sinusförmige Wechselspannung auf. Zwischen den Wechselspannungen der drei Phasenleiter besteht eine Phasenverschiebung. Diese Phasenverschiebung sollte zumindest 30° betragen. Auch Phasenverschiebungen von 50° und 90° sind geeignet. Das in der 1 dargestellte dreiphasige Wechselspannungssystem weist eine Phasenverschiebung der Wechselspannung der einzelnen Phasenleiter L1, L2, L3 von je ca. 120° auf. Eine derartige Phasenverschiebung ist in indus triell genutzten Energieübertragungsnetzen eine typische Phasenverschiebung. Jeder der Wechselspannungen treibt in den Phasenleitern L1, L2, L3 einen ersten Strom I_L1, einen zweiten Strom I_L2 sowie einen dritten Strom I_L3. In den ersten Phasenleiter L1 ist ein erster Supraleiter 1 eingefügt. Weiterhin ist ein zweiter Supraleiter 2 in den zweiten Phasenleiter L2 eingefügt. In den dritten Phasenleiter L3 ist ein dritter Supraleiter 3 geschaltet. In einem stationären Betriebsfall weist jede der Supraleiter 1, 2, 3 eine Temperatur unterhalb ihrer Sprungtemperaturen auf. Das heißt, jeder der Supraleiter 1, 2 und 3 zeigt ein supraleitendes Verhalten im stationären Betriebsfall. So ist der elektrische Widerstand der Supraleiter 1, 2, 3 vernachlässigbar klein. Das heißt, der erste Strom I_L1 passiert den ersten Supraleiter 1 nahezu verlustfrei. Der zweite Strom I_L2 passiert den zweiten Supraleiter 2 nahezu verlustfrei. Ebenso passiert der dritte Strom I_L3 den dritten Supraleiter 3 nahezu verlustfrei.In the 1 is a three-phase AC system with a first phase conductor L1, a second phase conductor L2 and a third phase conductor L3 shown. Each of the three phase conductors L1, L2, L3 has a specific AC voltage, in particular a sinusoidal AC voltage. There is a phase shift between the alternating voltages of the three phase conductors. This phase shift should be at least 30 °. Phase shifts of 50 ° and 90 ° are also suitable. That in the 1 illustrated three-phase AC voltage system has a phase shift of the AC voltage of the individual phase conductors L1, L2, L3 of about 120 ° each. Such a phase shift is a typical phase shift in industrially used energy transmission networks. Each of the alternating voltages drives in the phase conductors L1, L2, L3 a first current I _L1 , a second current I _L2 and a third current I _L3 . In the first phase conductor L1 is a first superconductor 1 inserted. Furthermore, a second superconductor 2 inserted in the second phase conductor L2. In the third phase conductor L3 is a third superconductor 3 connected. In a steady state operation, each of the superconductors points 1 . 2 . 3 a temperature below their transition temperatures. That is, each of the superconductors 1 . 2 and 3 shows a superconducting behavior in stationary operation. So is the electrical resistance of the superconductor 1 . 2 . 3 negligible small. That is, the first current I _L1 passes the first superconductor 1 almost lossless. The second current I _L2 passes through the second superconductor 2 almost lossless. Likewise, the third current I _L3 passes through the third superconductor 3 almost lossless.

Zu dem zweiten Supraleiter 2 ist ein erster Parallelstrompfad 4 elektrisch parallel geschaltet. In dem ersten Parallelstrompfad 4 ist eine erste Spule 7 eingekoppelt. In den ersten Parallelstrompfad 4 ist der ersten Spule 7 ein erster Widerstand 8 in Reihe vorgeschaltet. Zu dem ersten Supraleiter 1 ist ein zweiter Parallelstrompfad 5 elektrisch parallel geschaltet. In dem zweiten Parallelstrompfad 5 ist eine zweite Spule 9 eingekoppelt. Weiterhin ist der zweiten Spule 9 ein zweiter Widerstand 10 vorgeschaltet. Zu dem dritten Supraleiter 3 ist ein dritter Parallelstrompfad 6 elektrisch parallel geschaltet. In dem dritten Parallelstrompfad 6 ist eine dritte Spule 11 eingekoppelt. Der dritten Spule 11 ist ein dritter Widerstand 12 elektrisch vorgeschaltet. Die Widerstände 8, 10, 12 dienen im Wesentlichen der Anpassung der Wi derstandsverhältnisse der Parallelstrompfade 5, 6, 7 zu den jeweiligen Supraleitern 1, 2, 3.To the second superconductor 2 is a first parallel current path 4 electrically connected in parallel. In the first parallel current path 4 is a first coil 7 coupled. In the first parallel current path 4 is the first coil 7 a first resistance 8th connected in series. To the first superconductor 1 is a second parallel current path 5 electrically connected in parallel. In the second parallel current path 5 is a second coil 9 coupled. Furthermore, the second coil 9 a second resistance 10 upstream. To the third superconductor 3 is a third parallel current path 6 electrically connected in parallel. In the third parallel current path 6 is a third coil 11 coupled. The third coil 11 is a third resistance 12 electrically connected upstream. The resistors 8th . 10 . 12 serve essentially to adapt the Wi derstandsverhältnisse the parallel current paths 5 . 6 . 7 to the respective superconductors 1 . 2 . 3 ,

Im stationären Betriebsfall schließt der erste Supraleiter 1 aufgrund seines praktisch nicht vorhandenen Widerstandes den zweiten Parallelstrompfad 5 kurz. Desgleichen schließt der zweite Supraleiter 2 den ersten Parallelstrompfad 4 und der dritte Supraleiter 3 den dritten Parallelstrompfad 6 kurz. Der elektrische Widerstand der Parallelstrompfade 4, 5, 6 ist im Verhältnis zu den jeweils parallel geschalteten Supraleitern 1, 2, 3 derartig groß, dass die jeweiligen Ströme I_L1, I_L2, I_L3 ausschließlich durch die Supraleiter 1, 2, 3 fließen. Die Ströme I_L1, I_L2, I_L3 bewirken im Innern der Supraleiter 1, 2, 3 Stromwärmeeffekte. Im stationären Betriebsfall sind diese Stromwärmeeffekte jedoch derartig klein, dass die Sprungtemperatur der Supraleiter 1, 2, 3 nicht überschritten wird.In stationary operation, the first superconductor closes 1 due to its virtually non-existent resistance the second parallel current path 5 short. Likewise, the second superconductor closes 2 the first parallel current path 4 and the third superconductor 3 the third parallel current path 6 short. The electrical resistance of the parallel current paths 4 . 5 . 6 is in relation to the respective parallel-connected superconductors 1 . 2 . 3 so large that the respective currents I _L1 , I _L2 , I _L3 exclusively by the superconductor 1 . 2 . 3 flow. The currents I _L1 , I _L2 , I _L3 cause the superconductor inside 1 . 2 . 3 Joule effects. In stationary operation, however, these current heat effects are so small that the critical temperature of the superconductor 1 . 2 . 3 is not exceeded.

Bei einem Auftreten von vergrößerten Strömen I_L1, I_L2, I_L3, beispielsweise bei einem dreipoligen Kurzschluss in dem dreiphasigen Wechselspannungssystem, erfolgt auch eine Verstärkung der Stromwärmeeffekte im Innern der Supraleiter 1, 2, 3. Dadurch kann sich deren Temperatur derartig erhöhen, dass sie in die Nähe der Sprungtemperatur steigt und der Widerstand der Supraleiter 1, 2, 3 steigt. Damit ändern sich auch die Widerstandsverhältnisse der Parallelstrompfade 4, 5, 6 zu den jeweils parallel geschalteten Supraleitern 1, 2, 3. Das heißt, der jeweilige Strom I_L1, I_L2, I_L3 kommutiert teilweise oder gänzlich auf die Parallelstrompfade 4, 5, 6. Damit sind auch die Spulen 7, 9, 11 von einem Strom durchflossen und erzeugen ein Magnetfeld. Die Zuordnung der Spulen 7, 9, 11 zu den Supraleitern 1, 2, 3 ist dabei so gewählt, dass in dem Wirkungsbereich des durch die Spulen 7, 9, 11 erzeugten Magnetfeldes jeweils ein Supraleiter 1, 2, 3 angeordnet ist, welcher verschieden ist von dem elektrisch parallel geschalteten Supraleiter 1, 2, 3.In the event of increased currents _I.sub.L1 , _I.sub.L2 , _I.sub.L3 , for example in the case of a three-pole short circuit in the three-phase AC voltage system, there is also an increase in the current heat effects in the interior of the superconductor 1 . 2 . 3 , As a result, their temperature may increase to near the critical temperature and the resistance of the superconductor 1 . 2 . 3 increases. This also changes the resistance ratios of the parallel current paths 4 . 5 . 6 to the respective parallel connected superconductors 1 . 2 . 3 , That is, the respective current I _L1 , I _L2 , I _L3 commutes partially or wholly to the parallel current paths 4 . 5 . 6 , So are the coils 7 . 9 . 11 flowed through by a current and generate a magnetic field. The assignment of the coils 7 . 9 . 11 to the superconductors 1 . 2 . 3 is chosen so that in the We kung of the coils 7 . 9 . 11 generated magnetic field, respectively, a superconductor 1 . 2 . 3 is arranged, which is different from the electrically parallel-connected superconductor 1 . 2 . 3 ,

Da ebenso wie die treibenden Spannungen die Ströme I_L1, I_L2, I_L3 Wechselströme sind, die untereinander eine Phasenverschiebung aufweisen, welche durch die treibenden Spannungen der Phasenleiter L1, L2, L3 bzw. das Netz selbst aufgeprägt wird, weisen die Ströme I_L1, I_L2, I_L3 jeweils unterschiedliche absolute Beträge auf. Beispielhaft soll nunmehr die Wirkung der Phasenverschiebung anhand des ersten Phasenleiters L1 und des zweiten Phasenleiters L2 beschrieben werden. Unter der Annahme, dass der Strom I_L1 momentan einen geringen Betrag aufweist, welcher sich stetig gegen Null verkleinert, weist der zweite Strom I_L2 einen größeren Betrag auf als der erste Strom I_L1. Aufgrund der Verringerung des ersten Stromes I_L1 nimmt die Wirkung des Stromwärmeeffektes im Innern des ersten Supraleiters 1 stetig ab. Dadurch wird ein Erreichen der Sprungtemperatur und ein Umschlagen des supraleitenden Verhaltens des ersten Supraleiters 1 in ein widerstandsbehaftetes Verhalten verzögert. Es ist jedoch erwünscht, dass dieses Umschlagen vom supraleitenden Verhalten zum widerstandbehafteten Verhalten sprungartig erfolgt. Da der zweite Strom I_L2 einen größeren Betrag aufweist als der erste Strom I_L1, bewirkt der in dem zweiten Supraleiter 2 einen größeren Stromwärmeeffekt, wodurch sein Kommutieren auf dem ersten Parallelstrompfad 4 verstärkt wird. Dadurch wird das durch die erste Spule 7 erzeugte Magnetfeld verstärkt. Im Wirkungsbereich des Magnetfeldes der ersten Spule 7 ist der erste Supraleiter 1 angeordnet. Ebenso wie eine Temperaturerhöhung wird das Umschlagen eines Supraleiters von dem supraleitenden Verhalten in widerstandsbehaftetes Verhalten durch ein äußeres Magnetfeld unterstützt. In dem Maße, wie aufgrund des geringer werdenden Betrages des Stromes I_L1 der Stromwärmeef fekt im Innern des ersten Supraleiters 1 nachlässt, unterstützt das aufgrund des kommutierenden Stromes I_L2 von der ersten Spule 7 ausgehende Magnetfeld das Quenchen des ersten Supraleiters 1. Mit dem sprunghaften Quenchen des ersten Supraleiters 1 kommutiert der Strom I_L1 nunmehr auch schneller auf den zweiten Parallelpfad 5, wodurch das Quenchen des dritten Supraleiters 3 aufgrund des von der zweiten Spule 9 erzeugten Magnetfeldes unterstützt wird. Dies wiederum unterstützt ein Umschlagen des Widerstandsverhaltens des dritten Supraleiters 3, wodurch der dritte Strom I_L3 auf den dritten Parallelstrompfad 6 kommutiert und das von der dritten Spule 11 erzeugte Magnetfeld verstärkt, in dessen Wirkungsbereich der zweite Supraleiter 2 angeordnet ist. Es lässt sich somit eine kettenartige gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Supraleiter 1, 2, 3, welche von jeweils erhöhten Strömen I_L1, I_L2, I_L3 durchflossen sind, erzielen. Die gegenseitige Beeinflussung wird unterbrochen, wenn der Widerstand der Supraleiter 1, 2, 3 einen Stromfluss durch die Supraleiter 1, 2, 3 nicht mehr zulässt.Since, like the driving voltages, the currents I _L1 , I _L2 , I _{L3 are} alternating currents which have a phase shift among one another, which is impressed by the driving voltages of the phase conductors L1, L2, L3 or the network itself, the currents I _L1 , I _L2 , I _L3 each have different absolute amounts. By way of example, the effect of the phase shift on the basis of the first phase conductor L1 and the second phase conductor L2 will now be described. Assuming that the current I _L1 currently has a small amount which steadily decreases towards zero, the second current I _{L2 has} a greater magnitude than the first current I _L1 . Due to the reduction of the first current I _L1 , the effect of the current heat effect inside the first superconductor decreases 1 steadily off. This results in reaching the critical temperature and turning over the superconducting behavior of the first superconductor 1 delayed into a resistive behavior. However, it is desirable that this switching from superconducting behavior to resistive behavior be abrupt. Since the second current I _{L2 has} a larger amount than the first current I _L1 , which causes in the second superconductor 2 a larger current heat effect, causing its commutation on the first parallel current path 4 is reinforced. This will do this through the first coil 7 amplified magnetic field generated. In the effective range of the magnetic field of the first coil 7 is the first superconductor 1 arranged. As well as an increase in temperature, the turn-around of a superconductor is supported by the superconducting behavior in resistive behavior by an external magnetic field. To the extent that due to the decreasing amount of the current I _L1 Stromwärmeef effect in the interior of the first superconductor 1 decreases, due to the commutating current, it supports I _L2 from the first coil 7 outgoing magnetic field quenching the first superconductor 1 , With the sudden quenching of the first superconductor 1 The current I _L1 commutes now also faster on the second parallel path 5 , whereby the quenching of the third superconductor 3 due to the second coil 9 generated magnetic field is supported. This in turn assists in reversing the resistance behavior of the third superconductor 3 , whereby the third current I _L3 on the third parallel current _path 6 commuted and that of the third coil 11 generated magnetic field amplified, in the sphere of action of the second superconductor 2 is arranged. It can thus be a chain-like mutual influence of the individual superconductors 1 . 2 . 3 , which are each traversed by increased currents I _L1 , I _L2 , I _L3 . The mutual interference is interrupted when the resistance of the superconductor 1 . 2 . 3 a current flow through the superconductor 1 . 2 . 3 no longer permits.

Neben den Vorteilen, die bei einem Auftreten von erhöhten Strömen I_L1, I_L2, I_L3 in allen drei Phasenleitern L1, L2 und L3 auftreten, bieten sich auch Vorteile bei einem erhöhten Strom nur in einem bzw. in zweien der Phasenleiter L1, L2, L3. Dies kann beispielsweise bei einem einpoligen Kurzschluss (Erdschluss) oder einem zweipoligen Kurzschluss auftreten. Beispielhaft soll nunmehr die Erhöhung des ersten Stromes I_L1 im ersten Phasenleiter L1 erläutert werden. Bei einem erhöhten ersten Strom I_L1 im ersten Phasenleiter L1 erfolgt das Auftreten eines vergrößerten Stromwärmeeffektes im ersten Supraleiter 1. Bei einem Überschreiten der Sprungtemperatur erfolgt ein Umschlagen des elektrischen Verhaltens des Supraleiters von einem supraleitenden Verhalten in ein wider standsbehaftetes Verhalten. Da es in der Technik nunmehr erwünscht ist, dass auch bei einem Fehler in einem der drei Phasenleiter L1, L2, L3 in den jeweils nicht getroffenen Phasenleitern ein Quenchen des zweiten Supraleiters 2 und des dritten Supraleiters 3 erwünscht ist, um beispielsweise eine Unterbrechung aller Ströme I_L1, I_L2, I_L3 in allen Phasenleitern L1, L2, L3 zu erreichen, kommutiert der Strom I_L1 nunmehr auf den zweiten Parallelstrompfad 5. Das dadurch durch die zweite Spule 9 erzeugte Magnetfeld wirkt nunmehr auf den dritten Supraleiter 3 ein. Das Magnetfeld kann dabei derartig groß sein, dass dadurch ein Umschlagen des dritten Supraleiters 3 vom supraleitenden Verhalten zum widerstandsbehafteten Verhalten erfolgt. Damit erfolgt wiederum eine Kommutierung des dritten Stromes I_L3 auf den dritten Parallelstrompfad 6. Die im dritten Parallelstrompfad 6 angeordnete dritte Spule 11 erzeugt nunmehr ein Magnetfeld, welches auf dem zweiten Supraleiter 2 einwirkt und diesen wiederum zum Umschlagen vom supraleitenden Verhalten zum widerstandsbehafteten Verhalten anregt. Daraus folgend kommutiert der zweite Strom I_L2 auf den ersten Parallelstrompfad 4 und bewirkt eine Erzeugung eines Magnetfeldes durch die erste Spule 7. Das durch die erste Spule 7 erzeugte Magnetfeld wirkt wiederum auf den ersten Supraleiter 1 ein. Somit ist es durch das zyklische Vertauschen der einzelnen Spulen zu den einzelnen Supraleitern ermöglicht, ein beispielsweise durch eine Störung in einem der Supraleiter 1 oder durch einen Fehler in einem der Phasenleiter bewirktes Quenchen auch auf die nicht betroffenen Zweige mit den weiteren Supraleitern 2, 3 zu übertragen. Kettenartig beeinflussen sich die Supraleiter 1, 2, 3 gegenseitig und unterstützen sich bei einem möglichst raschen sprungartigen Umschlagen von einem supraleitenden Verhalten zu einem widerstandsbehafteten Verhalten. Dadurch ist gewährleistet, dass die Phasenleiter L1, L2, L3 stets symmetrisch und gleichartig durch die Supraleiter 1, 2, 3 unterbrochen werden können.In addition to the advantages that occur in the event of increased currents I _L1 , I _L2 , I _L3 in all three phase conductors L1, L2 and L3, there are also advantages in an increased current only in one or in two of the phase conductors L1, L2 , L3. This can occur, for example, in the case of a single-pole short circuit (earth fault) or a two-pole short circuit. By way of example, the increase of the first current I _L1 in the first phase conductor L1 will now be explained. With an increased first current I _L1 in the first phase conductor L1, an increased current heat effect occurs in the first superconductor 1 , When the critical temperature is exceeded, a reversal of the electrical behavior of the superconductor from a superconducting behavior into a resistive behavior takes place. Since it is now desired in the art that even with a fault in one of the three phase conductors L1, L2, L3 in the respective phase conductors not met, a quenching of the second superconductor 2 and the third superconductor 3 is desired, for example, to achieve an interruption of all currents I _L1 , I _L2 , I _L3 in all phase conductors L1, L2, L3, commutes the current I _L1 now to the second parallel current path 5 , This through the second coil 9 generated magnetic field now acts on the third superconductor 3 one. The magnetic field can be so large that thereby turning over the third superconductor 3 from superconducting behavior to resistive behavior. This in turn results in a commutation of the third current I _L3 to the third parallel current _path 6 , The third parallel current path 6 arranged third coil 11 now generates a magnetic field, which on the second superconductor 2 which in turn stimulates the transition from superconductive behavior to resistive behavior. As a result, the second current I _L2 commutes to the first parallel current _path 4 and causes generation of a magnetic field by the first coil 7 , That through the first coil 7 The magnetic field generated in turn acts on the first superconductor 1 one. Thus, it is made possible by the cyclic exchange of the individual coils to the individual superconductors, for example by a disturbance in one of the superconductors 1 or quenching caused by an error in one of the phase conductors also on the unaffected branches with the other superconductors 2 . 3 transferred to. Chain-like influence the superconductors 1 . 2 . 3 each other and support each other in the case of a sudden jump-like transition from a superconducting behavior to a resistive behavior. This ensures that the phase conductors L1, L2, L3 always symmetrical and similar by the superconductor 1 . 2 . 3 can be interrupted.

In der 2 ist eine weitere Ausgestaltungsvariante einer der in der 1 dargestellten Supraleiteranordnung abgebildet. Die Funktionsweise der in der 2 abgebildeten Supraleiteranordnung entspricht der Funktionsweise der in der 1 dargestellten Supraleiteranordnung. Gleichartige Baugruppen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Zuordnung der Supraleiter 1, 2, 3 zu den einzelnen Parallelstrompfaden 4, 5, 6 sowie den Spulen 7, 9, 11 entspricht der Darstellung der 1. Lediglich die Einkoppelung der Spulen 7, 9, 11 in die Parallelstrompfade 4, 5, 6 ist in der 2 mittels eines ersten Trenntransformators 13, eines zweiten Trenntransformators 14 sowie eines dritten Trenntransformators 15 erfolgt. Die Trenntransformatoren 13, 14 und 15 ermöglichten eine Einkopplung der Spulen 7, 9, 11 in den jeweiligen Parallelstrompfad 4, 5, 6, ohne die Supraleiter 1, 2, 3 mit den Spulen 7, 9, 11 galvanisch zu koppeln. Dadurch ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Isolationskoordination bei einer Anordnung der Spulen 7, 9, 11 und der Supraleiter 1, 2, 3 in einem engen Raum. Ein derartig enger Raum ist beispielsweise ein mit einem Kühlmedium gefülltes Kapselungsgehäuse. Durch die galvanische Trennung ist eine Herausbildung von Fehlerstrombahnen eingeschränkt.In the 2 is a further embodiment variant of the one in the 1 illustrated superconductor arrangement shown. The functioning of the in the 2 Shown superconductor arrangement corresponds to the operation of the in the 1 shown superconductor arrangement. Similar assemblies are provided with the same reference numerals. The assignment of superconductors 1 . 2 . 3 to the individual parallel current paths 4 . 5 . 6 as well as the coils 7 . 9 . 11 corresponds to the representation of 1 , Only the coupling of the coils 7 . 9 . 11 in the parallel current paths 4 . 5 . 6 is in the 2 by means of a first isolation transformer 13 , a second isolation transformer 14 and a third isolation transformer 15 he follows. The isolating transformers 13 . 14 and 15 allowed a coupling of the coils 7 . 9 . 11 in the respective parallel current path 4 . 5 . 6 without the superconductors 1 . 2 . 3 with the coils 7 . 9 . 11 to couple galvanically. This results in advantages in terms of insulation coordination in an arrangement of the coils 7 . 9 . 11 and the superconductor 1 . 2 . 3 in a narrow room. Such a narrow space is, for example, an encapsulating housing filled with a cooling medium. The galvanic isolation limits the formation of fault current paths.

Claims

Superconductor arrangement for an alternating voltage network (L1, L2, L3) with a first superconductor ( 1 ), which in the area of action of one of a first coil ( 7 Magnetic field is arranged, characterized in that a through the first coil ( 7 ) flowing first current is driven by an AC voltage whose phase position by at least 30 ° from the phase position of a second current through the first superconductor ( 1 ) deviating driving AC voltage.

Superconductor arrangement according to claim 1, characterized in that the first superconductor ( 1 ) is arranged in a first phase (L1) of a polyphase voltage system (L1, L2, L3) and the first coil ( 7 ) is fed from a second phase of the phase (L2) of the polyphase voltage system (L1, L2, L3) whose voltage profile is shifted in time relative to the first phase (L1).

Superconductor arrangement according to Claim 2, characterized in that a second superconductor (2) arranged in the second conductor phase (L2) 2 ) a first parallel current path ( 4 ) is formed, in which the first coil ( 7 ) is coupled.

Superconductor arrangement according to claim 2 or 3, characterized characterized in that the multiphase voltage system is a 3-phase AC system (L1, L2, L3).

Superconductor arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that to the in the first phase (L1) arranged first superconductor ( 1 ) a second parallel current path ( 5 ) is formed, in which a second coil ( 9 ) is coupled in, and that in the area of action of the magnetic field generated by the second coil, a third superconductor (3) arranged in a third phase (L3) ( 3 ) and that to the third superconductor ( 3 ) a third parallel current path ( 6 ) is formed, in which a third coil ( 11 ) and that in the area of action of the third coil ( 11 ) generated magnetic field of the second superconductor ( 2 ) is arranged.

Superconductor arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one of the coils ( 7 . 9 . 11 ) an electrical resistance ( 8th . 10 . 12 ) is connected in series.

Superconductor arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one of the coils ( 7 . 9 . 11 ) of the parallel current path of the respective superconductor ( 1 . 3 . 2 ) is galvanically isolated.

Superconductor arrangement according to claim 7, characterized in that a galvanic isolation by a transformer ( 13 . 14 . 15 ) is formed.