DE19524579C2 - Transformer as a current limiter - Google Patents
Transformer as a current limiterInfo
- Publication number
- DE19524579C2 DE19524579C2 DE19524579A DE19524579A DE19524579C2 DE 19524579 C2 DE19524579 C2 DE 19524579C2 DE 19524579 A DE19524579 A DE 19524579A DE 19524579 A DE19524579 A DE 19524579A DE 19524579 C2 DE19524579 C2 DE 19524579C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- transformer according
- layer
- carrier cylinder
- superconducting
- cylinder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
- H02H9/023—Current limitation using superconducting elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F2006/001—Constructive details of inductive current limiters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Transformator als Strombegrenzer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a transformer as a current limiter according to the Preamble of claim 1.
Aus der europäischen Anmeldung EP 0 620 570 A1, nach welcher der Oberbegriff des Anspruchs 1 gebildet wurde, ist eine Anordnung bekannt, bei der die Primärspule, die beispielsweise einen Weicheisen kern umgibt, von einem massiven keramischen Bauteil, bestehend aus ei nem keramischen Supraleiterzylinder, konzentrisch umgeben ist. Der supraleitende Ring ist in einem ringförmigen Behälter angeordnet, der mit dem Kühlmittel, z. B. Flüssigstickstoff, angefüllt ist.From European application EP 0 620 570 A1, according to which the preamble of claim 1 was formed is an arrangement known in which the primary coil, for example a soft iron core surrounded by a solid ceramic component consisting of egg ceramic superconductor cylinder, is surrounded concentrically. Of the superconducting ring is arranged in an annular container which with the coolant, e.g. B. liquid nitrogen is filled.
Probleme, die mit der Notwendigkeit des Abkühlens solcher Strombe grenzereinheiten unter die kritische Übergangstemperatur des Supra leiters verbunden sind, werden beispielweise in der EP-PS 0 353 449 oder von H. Kanbach, E. Bochenek, M. Trautmann, R. Fischer, H. Voigt, in: "Melt-processed YBCO for a Fault Current Limiter", 6. International Symposium on Superconductivity, ISS ′93, Hiroshima, Japan, 26.-29.10.1993 beschrieben. Dieser Artikel ist in Kurzform im Aufsatz: "Supraleiter erobern neue Anwendungen" in etz. Bd. 115 (1994) Heft 3, S. 154 wiedergegeben.Problems associated with the need to cool down such electricity limiting units below the critical transition temperature of the Supra are connected, for example, in EP-PS 0 353 449 or by H. Kanbach, E. Bochenek, M. Trautmann, R. Fischer, H. Voigt, in: "Melt-processed YBCO for a Fault Current Limiter", 6th International Symposium on Superconductivity, ISS ′93, Hiroshima, Japan, October 26-29, 1993 described. This article is abbreviated: "Superconductors are conquering new applications" in etz. Vol. 115 (1994) Issue 3, P. 154 reproduced.
Die strombegrenzende Wirkung im Überstromfall ist auf den Übergang des Supraleiters vom supraleitenden in den normal leitenden Zustand zu rückzuführen. Der Ring erfährt eine lokale, stoßartige Erwärmung und demzufolge eine mechanische Verspannung. Darüber hinaus dehnt sich der Ring beim Übergang durch die wirkenden elektromagnetischen Kräfte aus, und der an sich spröde Keramikkörper baut die Zugbe lastung durch mechanische Schädigung, d. h. Rißbildung, ab. Die Ver wendung von keramischen Ringen bringt also große Probleme bei der Langzeitstabilität der Strombegrenzeranordnungen mit sich. Es werden Alterungseffekte beobachtet, die bei wiederholtem Schalten des Strombe grenzers zu einer massiven Degradation der Eigenschaften des Materials bis zur Zerstörung des Bauteils führen können. Die Degradationseffekte werden Mikrorissen zugeschrieben, die durch die thermische Beanspru chung des Supraleiters im Schaltfall entstehen.The current limiting effect in the event of an overcurrent is on the transition of the superconductor from the superconducting to the normal conducting state return. The ring experiences local, jerky heating and therefore mechanical tension. It also stretches the ring when passing through the acting electromagnetic Forces, and the brittle ceramic body builds the Zugbe exposure to mechanical damage, d. H. Cracking, from. The Ver The use of ceramic rings brings great problems with the Long-term stability of the current limiter arrangements with itself. It will Aging effects observed when switching the Strombe limiters to a massive degradation of the properties of the material can lead to the destruction of the component. The degradation effects micro cracks are attributed to the thermal stress of the superconductor when switching.
Aus der Europäischen Anmeldung EP 0 620 630 A1 ist bekannt, den zy lindrischen Supraleiter mit einem wärmedämmenden Mantel zu umgeben, der auch die mechanische Stabilität des supraleitenden Zylinders verstärken kann.From European application EP 0 620 630 A1 it is known that the zy to surround the Lindrian superconductor with a heat-insulating jacket, which can also increase the mechanical stability of the superconducting cylinder.
Besonders problematisch werden diese Effekte bei einer etwaigen Skalie rung solcher Bauteile für Mittel- und Hochspannungsnetze, bei denen der Einsatz supraleitender Strombegrenzer anstatt der üblicherweise eingesetzten Explosionsschalter erwartet wird. Zur Rißbildung beim Schalten des Strombegrenzers kommt hier noch hinzu, daß für die ange sprochenen Leistungsbereiche Bauteile notwendig sind, die Dimensionen von z. B. 1 m Höhe und 50 cm Durchmesser aufweisen können.These effects become particularly problematic with a possible scale tion of such components for medium and high voltage networks where the use of superconducting current limiters instead of the usual one used explosion switch is expected. Cracking at Switching the current limiter is also added here for that spoken performance ranges components are necessary, the dimensions from Z. B. 1 m high and 50 cm in diameter.
Keramische Körper in dieser Größe sind schwierig in der Handhabung und brechen leicht. Die bisher bekannten Transformatoren zur Strombe grenzung haben den Nachteil, daß die Sekundärwicklungen sehr aufwen dig in der Herstellung sind, wobei auch die Materialkosten des Hochtemperatursupraleiters eine Rolle spielen.Ceramic bodies of this size are difficult to handle and break easily. The previously known transformers for electricity limitation have the disadvantage that the secondary windings are very expensive dig are in production, the material costs of High temperature superconductors play a role.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Transformator der eingangs erwähnten Art so weiterzuentwickeln, daß er auf einfache Weise als Strombegrenzer in Mittelspannungsnetzen einsetzbar ist.The invention is therefore based on the object of a transformer of the type mentioned at the outset so that it is easy Way can be used as a current limiter in medium-voltage networks.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen-Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the in the license plate part of Features listed claim 1 solved.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Sekundärwicklung nur aus einer dünnen Schicht besteht. Durch diese ist die Herstellung der Sekundärwicklung sehr einfach, und auch die Kühlung mit flüssiger Luft wird wesentlich erleichtert. Wegen der thermischen Spannungen beim Übergang vom supraleitenden in den normal leitenden Zustand werden spezielle Maßnahmen vorgeschlagen, welche insbesondere auf die Sprö digkeit des keramischen Supraleiters abgestimmt sind. Further developments of the invention are contained in the subclaims. The essence of the invention is that the secondary winding only consists of a thin layer. Through this is the manufacture of the Secondary winding very easy, and also cooling with liquid air is much easier. Because of the thermal stresses in the Transition from superconducting to normal conducting proposed special measures, in particular on the Sprö of the ceramic superconductor are matched.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained below with reference to the drawing.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 eine Darstellung des Funktionsprinzips und Fig. 1 is a representation of the principle of operation and
Fig. 2 einen Transformator in praxisnaher Gestaltung. Fig. 2 shows a transformer in a practical design.
Der Transformator 1 besteht aus einem Kern 6, einer Primärwicklung 2 und dem supraleitenden Ring 3, welcher in einem Kühlgefäß 4 thermisch isoliert gehalten wird (s. Fig. 1). Der Vorteil des erfindungsgemäßen Transformators besteht darin, daß er im Hochstrombereich von über 1 kA Wechselstrom in Verteilernetzen als Generator-Transformator oder Apparateschutz eingesetzt werden kann. Bei Nennstrom ist dabei die Se kundärwicklung in Form eines Kurzschlußringes von einem Magnetfeld unterhalb der kritischen Feldstärke durchflutet. Diese kritische Feld stärke läßt sich durch die Anzahl der Primärwindungen leicht auf einen Wert einstellen, welcher einem maximalen Strom Imax entspricht. Bei ei nem Mehrfachen dieses maximalen Stroms geht die Sekundärwicklung vom supraleitenden in den normal leitenden Zustand über und heizt sich dabei sehr stark auf. Aus diesem Grunde wird der keramische Ring, aus welchem der Supraleiter hergestellt ist, als dünne Schicht 3 ausgebildet, die auf einem Träger 5 aufgebracht ist, welcher verhindert, daß der supraleitende Ring sich plötzlich zu stark ausdehnt und Risse bekommt.The transformer 1 consists of a core 6 , a primary winding 2 and the superconducting ring 3 , which is kept thermally insulated in a cooling vessel 4 (see FIG. 1). The advantage of the transformer according to the invention is that it can be used in the high current range of more than 1 kA alternating current in distribution networks as a generator transformer or device protection. At rated current, the secondary winding in the form of a short-circuit ring is flooded by a magnetic field below the critical field strength. This critical field strength can easily be set to a value by the number of primary turns, which corresponds to a maximum current I max . At a multiple of this maximum current, the secondary winding changes from the superconducting to the normally conducting state and heats up very strongly in the process. For this reason, the ceramic ring from which the superconductor is made is formed as a thin layer 3 , which is applied to a carrier 5 , which prevents the superconducting ring from suddenly expanding too much and cracking.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Der Verbundkörper 7 besteht aus einem supraleitenden Ring 3 aus YBaCuO und aus einem Träger 5, der den Ring 3 umgibt. In diesem Bei spiel wird der Träger 5 aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) ge bildet. Der Verbund wird im Ofen bei 120°C ausgeheizt, was die End festigkeit des GFK deutlich erhöht, wobei Werte bis 500 Mpa erreichbar sind.A first embodiment of the invention is shown in FIG. 1. The composite body 7 consists of a superconducting ring 3 made of YBaCuO and a carrier 5 which surrounds the ring 3 . In this case, the carrier 5 is made of glass fiber reinforced plastic (GRP). The composite is heated in the oven at 120 ° C, which significantly increases the final strength of the GRP, whereby values of up to 500 Mpa can be achieved.
Wird der Verbundkörper anschließend als Strombegrenzer eingesetzt, so wird auch nach hundertfachem Schalten keine der sonst üblichen Degra dationen beobachtet.If the composite body is then used as a current limiter, then even after switching a hundred times, none of the usual Degra dations observed.
In einem anderen Ausführungsbeispiel wird statt der GFK-Manschette ein Stahlzylinder verwendet. In another exemplary embodiment, a is used instead of the GRP sleeve Steel cylinder used.
Besonders vorteilhaft ist es, einen Trägerzylinder mit einem geeigneten Beschichtungsverfahren wie Elektrophorese, Siebdruck oder Plasmaspritzen auf der Innenseite oder Außenseite zu beschichten. Geeignete Schichtdicken sind 10 µm bis 2 mm. Es können darüber hinaus Zwischenschichten verwendet werden, um die Wachstumsbedingungen bzw. das Haften auf der Unterlage der Supraleiter-Schichten zu optimieren.It is particularly advantageous to use a carrier cylinder with a suitable one Coating processes such as electrophoresis, screen printing or plasma spraying to coat on the inside or outside. Suitable Layer thicknesses are 10 µm to 2 mm. It can go beyond that Interlayers are used to cover the growing conditions or adhering to the base of the Optimize superconductor layers.
Solche Beschichtungsverfahren sind speziell für Bauteile großer Di mensionen geeignet und bieten neben der besseren Handhabung des Bauteils zusätzliche Kostenersparnisse durch geringere Material kosten.Such coating processes are especially for components of large di suitable dimensions and offer in addition to the better handling of the Component additional cost savings through lower material costs.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich, wenn der Träger 5 als Koppelmedium der Kühlung eingesetzt wird. So kann der Träger bei spielsweise Kühlschlangen tragen oder doppelwandig ausgeführt sein, wobei in den Hohlräumen das Kühlmedium geführt ist. Eine weitere Mög lichkeit besteht darin, daß der Träger 5 selbst eine Begrenzungswand eines Badkryostaten darstellt oder auch als ganzer Verbundkörper in ein Kühlmedium eintaucht. Es ist aus diesem Grund vorteilhaft, einen metallischen Träger zu verwenden. Der Träger kann weiterhin dazu dienen, Befestigungselemente aufzunehmen, die notwendig sind, um den Ver bundkörper in einem Kryostaten zu verankern.Another advantage of the invention results when the carrier 5 is used as the coupling medium for the cooling. For example, the carrier can carry cooling coils or be double-walled, the cooling medium being guided in the cavities. Another possibility is that the carrier 5 itself represents a boundary wall of a bathroom cryostat or is immersed as a whole composite body in a cooling medium. For this reason, it is advantageous to use a metallic support. The carrier can also serve to accommodate fasteners that are necessary to anchor the composite body in a cryostat.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht der Träger 5 aus mehreren Lagen eines Bandes aus Glas- oder Kohlefasern, die miteinander verklebt sind.In a further advantageous embodiment of the invention, the carrier 5 consists of several layers of a band of glass or carbon fibers which are glued together.
Um insbesondere die Rißbildung zu erschweren, ist die Oberfläche des supraleitenden Ringes dicht gesintert und poliert. Das Polieren geschieht insbesondere durch Wasserstrahlschleifen.In order to make crack formation more difficult, the surface of the superconducting ring densely sintered and polished. The polishing happens especially by water jet grinding.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Schelle oder Manschette 9 aus einer hochfesten Legierung durch Aufheizen im Durchmesser so weit vergrößert, daß sie über den supraleitenden Ring 3 samt Trägerzylinder 5 geschoben werden kann. Die Legierung besitzt einen hohen spezifischen Widerstand, um den durch Induktion entste henden Strom und die dadurch bedingten Verluste auf einen möglichst niedrigeren Wert zu begrenzen. Beim Abkühlen wird eine Druckvorspan nung erzeugt, welche die supraleitende Keramik und den Trägerzylinder unter einer solchen Vorspannung hält, daß sie beim plötzlichen Aufhei zen der Keramik nicht zerspringen kann. Vorzugsweise ist der Träger 5 aus einem keramischen Material hergestellt, auf dem die supraleitende Schicht 3 gut haftet. Andernfalls wird eine Anpassungsschicht 8 (s. Fig. 2) auf den Träger aufgebracht.In an advantageous embodiment of the invention, a clamp or cuff 9 made of a high-strength alloy is increased in diameter by heating so that it can be pushed over the superconducting ring 3 together with the carrier cylinder 5 . The alloy has a high specific resistance in order to limit the current resulting from induction and the resulting losses to a value that is as low as possible. When cooling, a Druckvorspan voltage is generated, which holds the superconducting ceramic and the support cylinder under such a bias that they can not burst when the ceramic suddenly heats up. The carrier 5 is preferably made of a ceramic material on which the superconducting layer 3 adheres well. Otherwise an adaptation layer 8 (see FIG. 2) is applied to the carrier.
Der Transformator ist so bemessen, daß er im Kurzschlußfall oder bei Überspannungen, die dabei auftretende Leistung übertragen kann. Erst bei der maximal auftretenden Größe der primären Amperewindungen darf der Kern in die Nähe der Sättigung kommen, um ein gutes Abschaltver halten zu gewährleisten.The transformer is dimensioned so that it is in the event of a short circuit or Overvoltages that the power that occurs can be transmitted. First at the maximum size of the primary ampere turns the core come close to saturation to get a good shutdown keep guarantee.
Die Kühlung des supraleitenden Ringes 3 geschieht in einem wär meisolierten Gefäß 4, in das bei dem Einlaßstutzen 11 flüssiger Stickstoff 12 eingeleitet wird, der bei dem Auslaß 10 das Kühlgefäß 4 verläßt und durch eine Kältemaschine gepumpt oder einem Vorratsgefäß zugeführt wird. Das Kühlgefäß 4 ist vorzugsweise doppelwandig ausgeführt.The cooling of the superconducting ring 3 takes place in a heat-insulated vessel 4 , into which liquid nitrogen 12 is introduced at the inlet nozzle 11 , which leaves the cooling vessel 4 at the outlet 10 and is pumped through a refrigerator or supplied to a storage vessel. The cooling vessel 4 is preferably double-walled.
Es wird als günstig angesehen, wenn die Primärwicklung 2 als innere Wicklung auf dem Transformatorkern 6 aufgebracht ist und das etwas mehr Raum einnehmende Kühlgefäß 4 mit dem supraleitenden Ring 3 als Sekundärwicklung darauf konzentrisch angebracht ist. Es ist aber prin zipiell nur wichtig, daß der primäre und sekundäre Fluß miteinander derart verkettet sind, daß die Sekundärimpedanz auf die Primärseite transformiert wird und dort der induktive Widerstand praktisch Null ist, solange der Ring 2 supraleitend ist. Bei Überlastung im Primärkreis wird die kritische magnetische Feldstärke im Ring überschritten, und der Ring verhält sich wie eine Windung mit hohem Widerstand, d. h. fast wie ein Iso lator. Dadurch wird die normale Induktivität der Drossel mit geschlos senem Eisenkern im Netz wirksam und begrenzt den Strom auf einen durch die Größe der Induktivität der Drossel einstellbaren Wert.It is considered favorable if the primary winding 2 is applied as an inner winding on the transformer core 6 and the cooling vessel 4 with the superconducting ring 3, which takes up a little more space, is mounted concentrically thereon as a secondary winding. It is only important in principle, however, that the primary and secondary fluxes are chained together in such a way that the secondary impedance is transformed to the primary side and the inductive resistance is practically zero there as long as the ring 2 is superconducting. If the primary circuit is overloaded, the critical magnetic field strength in the ring is exceeded, and the ring behaves like a winding with high resistance, ie almost like an insulator. As a result, the normal inductance of the choke with closed iron core in the network is effective and limits the current to a value that can be set by the size of the inductance of the choke.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Trägerzylinder mit einer dünnen Schicht eines keramischen Supra leiters beschichtet. Als Beschichtungsmaterialien kommen alle Hochtempe ratur-Supraleiter mit einer hohen Übergangstemperatur und hoher Stromtragfähigkeit in Frage. Geeignete Hochtemperatur-Supraleiter fin den sich in der Gruppe Y-Ba-Cu-O, Bi-Sr-Ca-Cu-O, Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O, Tl-Ba-Ca-Cu-O, Ba-K-Bi-O. Diese Schichten können durch Dickschicht verfahren, wie Sol-Gel-Verfahren, Plasmaspritzen, Elektrophorese, Sieb druck oder elektrochemisches Abscheiden erzeugt werden.In a particularly preferred embodiment of the invention a carrier cylinder with a thin layer of a ceramic supra coated conductor. All high temperatures come as coating materials rature superconductors with a high transition temperature and high Current carrying capacity in question. Suitable high-temperature superconductors fin in the group Y-Ba-Cu-O, Bi-Sr-Ca-Cu-O, Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O, Tl-Ba-Ca-Cu-O, Ba-K-Bi-O. These layers can be through thick layers procedures such as sol-gel procedures, plasma spraying, electrophoresis, sieve pressure or electrochemical deposition.
Der erfindungsgemäße Transformator kann mit Vorteil in einem Energie verteilungsnetz eingesetzt werden, um Kurzschlußströme zu begrenzen. Aus elektrotechnischen Gründen ist es sinnvoll, die Geometrie so zu wählen, daß die Gesamthöhe der Sekundärwindung im Verhältnis zu ihrem Außendurchmesser so gewählt ist, daß sie sich wie n : 1 (mit kleiner gleich n kleiner gleich 10) verhält. Dies kann entweder durch einen entsprechend geformten Trägerzylinder oder durch einen Stapel von beschichteten Ringen verwirklicht werden.The transformer according to the invention can advantageously in one energy distribution network can be used to limit short-circuit currents. For electrical engineering reasons, it makes sense to close the geometry in this way choose that the total height of the secondary turn in relation to its outer diameter is selected so that it is like n: 1 (with less than or equal to n less than or equal to 10). This can be done either an appropriately shaped carrier cylinder or by a stack of coated rings.
Bei einem Nennstrom von beispielsweise 2,5 kA soll die Stromstärke im Kurzschlußfall begrenzt werden, falls der Strom in der Primärspule 2 des Transformators 1 über 14 kA ansteigt. Der Durchmesser des Eisen kerns 6 beträgt 40 cm, der Kern selbst ist 2 m hoch und besitzt O- Form, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Primärspule 2 ist im Kupferquer schnitt für eine Nennstromdichte von 2,5 A/mm² ausgelegt. Sie wird durch einen Konvektionskühler gekühlt. Die Sekundärwindung 3 ist Teil des Verbundkörpers 7, welcher als Sinterkeramik hergestellt wurde. Der Trägerzylinder 5 besteht aus einem 1 m hohen Al₂O₃-Zylinder, auf welchem durch Innenbeschichtung eine 60 µm dicke und 90 cm hohe Schicht aus schmelzprozessiertem YBa₂Cu₃O₇ aufgebracht wurde. Zwi schen dem Al₂O₃-Zylinder und der Supraleiterschicht ist eine Puffer schicht 8, hier Ceroxid mit 0,5 µm Dicke aufgebracht, die eine uner wünschte Interdiffusion zwischen Träger 5 und Supraleiterschicht 3 unterbindet, welche bekanntermaßen die Supraleitereigenschaften deut lich verschlechtern kann. Als Puffer- oder Anpassungsschicht sind auch andere Materialien, wie z. B. yttriumstabilisiertes Zirkonoxid, MgO, SrTiO₃ und andere Systeme mit angepaßten Gitterparametern geeignet. Der Trägerzylinder hat eine Wandstärke von 3 cm. Dieser Verbundkörper ist in einem doppelwandigen Kryostaten in einem Bad aus flüssigem Stick stoff gehalten. At a nominal current of 2.5 kA, for example, the current intensity should be limited in the event of a short circuit if the current in the primary coil 2 of the transformer 1 rises above 14 kA. The diameter of the iron core 6 is 40 cm, the core itself is 2 m high and has an O-shape, as shown in Fig. 2. The primary coil 2 is designed in copper cross-section for a nominal current density of 2.5 A / mm². It is cooled by a convection cooler. The secondary turn 3 is part of the composite body 7 , which was produced as a sintered ceramic. The carrier cylinder 5 consists of a 1 m high Al₂O₃ cylinder, on which a 60 µm thick and 90 cm high layer of melt-processed YBa₂Cu₃O₇ was applied by internal coating. Between the Al₂O₃ cylinder and the superconductor layer is a buffer layer 8 , here applied cerium oxide with a thickness of 0.5 µm, which prevents unwanted interdiffusion between the carrier 5 and the superconductor layer 3 , which is known to significantly impair the superconductor properties. Other materials, such as e.g. B. yttrium-stabilized zirconium oxide, MgO, SrTiO₃ and other systems with adapted lattice parameters are suitable. The carrier cylinder has a wall thickness of 3 cm. This composite body is held in a double-walled cryostat in a bath made of liquid nitrogen.
Durch die Windungszahl n der Primärspule kann die kritische Feldstärke bei etwa 14 kA eingestellt werden. Bei dem verwendeten supraleitenden Material, dessen Herstellung und Eigenschaften in der Patentschrift DE 42 26 942 C1 beschrieben sind, beträgt der magnetische Fluß, bei dem der supraleitende Kern in den normal leitenden Zustand übergeht, etwa 100 T. Der Verbundzylinder 7 ist mechanisch stabil und zeigt keinerlei Risse, auch nach mehrfacher Kurzschlußprüfung. Die supraleitende Schicht zeigt ebenfalls keinerlei Degradationserscheinungen. Das ist dar auf zurückzuführen, daß der Keramikzylinder, auf welchen diese Schicht aufgebracht ist, die hohen Druckbelastungen auffängt und sich im Kurz schlußfall zunächst einmal wie eine sehr starke Manschette verhält, wei che jede Ausdehnung der supraleitenden Schicht verhindert. Die große Oberfläche der supraleitenden Schicht sorgt außerdem dafür, daß die Verlustwärme, welche den Übergang supraleitend-normalleitend begleitet, sehr schnell an den flüssigen Stickstoff abgeführt wird.The critical field strength can be set at around 14 kA by the number of turns n of the primary coil. In the superconducting material used, the manufacture and properties of which are described in the patent DE 42 26 942 C1, the magnetic flux in which the superconducting core changes to the normal conducting state is approximately 100 T. The compound cylinder 7 is mechanically stable and shows no cracks, even after multiple short-circuit tests. The superconducting layer also shows no signs of degradation. This is due to the fact that the ceramic cylinder, to which this layer is applied, absorbs the high pressure loads and, in the event of a short circuit, initially behaves like a very strong sleeve, preventing any expansion of the superconducting layer. The large surface area of the superconducting layer also ensures that the heat loss that accompanies the transition from superconducting to normal conducting is dissipated very quickly to the liquid nitrogen.
Der Trägerzylinder 5 kann selbstverständlich auch aus anderen kerami schen Materialien hergestellt werden. Aus elektrischen Gründen ist Quarz eine gute Wahl, doch sind die thermischen Ausdehnungskoef fizienten von Träger- und supraleitenden Schichtmaterial sowie die Git teranpassung beim Aufbringen der möglichen Supraleiterschichten auf die Unterlage des Trägers zu berücksichtigen.The carrier cylinder 5 can of course also be made from other ceramic materials. Quartz is a good choice for electrical reasons, but the thermal expansion coefficients of carrier and superconducting layer material and the lattice adaptation when applying the possible superconducting layers to the substrate must be taken into account.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Druckspannung nicht vom Trägerzylinder 5 selbst aufgebracht, sondern von einer nach der Be schichtung außen aufgebrachten Bandage.In a further embodiment, the compressive stress is not applied by the carrier cylinder 5 itself, but by a bandage applied externally after the coating.
Dies erlaubt einen weiteren Freiheitsgrad bei der Wahl des Trägerzylin dermaterials, da hier die Abstimmung der thermischen Ausdehnungskoef fizienten weniger ins Gewicht fällt.This allows a further degree of freedom in the choice of the carrier cylinder dermaterials, since here the coordination of the thermal expansion coefficient efficient less weight.
Für Kühlzwecke besonders geeignet ist ein metallischer Träger 5, z. B. aus Nickel-Basislegierungen, der jedoch zur Vermeidung von zu hohen Verlusten durch unvermeidlich induzierte Wirbelströme im Träger mög lichst dünnwandig ausgeführt wird. Die nachträglich angebrachte Ban dage setzt dann den Schichtkörper unter Druck und stabilisiert den Träger mechanisch. A metallic carrier 5 , e.g. B. made of nickel-based alloys, which is however as thin as possible to avoid excessive losses due to inevitably induced eddy currents in the carrier. The retrofitted Ban dage then puts the laminate under pressure and mechanically stabilizes the support.
Neben GFK- oder auch kohlefaserverstärkten Kunststoff-Bandagen kann die Druckvorspanung auch über außen angesetzte Halbschalen aus einer hochfesten Legierung, die miteinander verspannt sind, aufgebracht wer den.In addition to GRP or carbon fiber reinforced plastic bandages the prestressing also from the outside with half shells attached from one high-strength alloy, which are clamped together, who applied the.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Trägerzylinder 5 auf der Außenseite mit dem Supraleiter beschichtet. Wie im vorangegangenen Beispiel wird die Druckspannung, die den Supraleiter im Begrenzungsfall vor Zugbelastung schützt, von einer nachträglich auflaminierten Bandage 9 geschützt.In a further embodiment, the carrier cylinder 5 is coated on the outside with the superconductor. As in the previous example, the compressive stress, which protects the superconductor against tensile loads in the limited case, is protected by a bandage 9 which is subsequently laminated on.
Claims (19)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19524579A DE19524579C2 (en) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Transformer as a current limiter |
PCT/EP1996/002938 WO1997002638A1 (en) | 1995-07-06 | 1996-07-04 | Transformer as current limiter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19524579A DE19524579C2 (en) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Transformer as a current limiter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19524579A1 DE19524579A1 (en) | 1997-01-16 |
DE19524579C2 true DE19524579C2 (en) | 1997-12-18 |
Family
ID=7766126
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19524579A Expired - Fee Related DE19524579C2 (en) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Transformer as a current limiter |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19524579C2 (en) |
WO (1) | WO1997002638A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19851047C2 (en) * | 1997-11-18 | 2001-09-27 | Back Joo | Current limiting arrangement with damping element |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19628358C1 (en) * | 1996-07-13 | 1998-01-22 | Karlsruhe Forschzent | Superconducting short-circuit current limiter |
DE19631439C2 (en) * | 1996-08-03 | 2002-08-29 | Abb Research Ltd | Tubular high temperature superconductor arrangement |
CA2318880C (en) * | 1998-02-04 | 2010-07-27 | Perkin-Elmer Corporation | Determination of a genotype of an amplification product at multiple allelic sites |
DE19809314A1 (en) * | 1998-03-05 | 1999-09-09 | Abb Research Ltd | Arrangement and method for current limitation with a superconducting transformer arrangement in an electrical circuit |
DE19920443A1 (en) | 1999-05-04 | 2000-11-09 | Abb Research Ltd | Current limiting arrangement with a superconducting transformer |
DE19947410A1 (en) | 1999-10-01 | 2001-04-12 | Abb Research Ltd | Cryogenic device |
ES2235615B1 (en) * | 2003-07-31 | 2006-02-16 | Universidad De Vigo | REDUCING DEVICE OF PERSISTENT CURRENT CIRCULATING A SUPERCONDUCTOR RING OR A SHORT-CONDUCTED SUPERCONDUCTOR COIL. |
ATE417396T1 (en) * | 2006-01-13 | 2008-12-15 | Europ High Temperature Superco | CURRENT LIMITER |
DE102007049236A1 (en) * | 2007-10-10 | 2010-04-22 | Mdexx Gmbh | Electrical component, in particular an electric throttle |
DE102010007087A1 (en) * | 2010-02-06 | 2011-08-11 | Karlsruher Institut für Technologie, 76131 | Device for current limiting with a variable coil impedance |
ES2444789T3 (en) * | 2010-07-02 | 2014-02-26 | Bruker Hts Gmbh | Current conditioning method, in particular in a fault current limiter |
DE102011103619B4 (en) * | 2011-06-08 | 2015-05-13 | Schneider Electric Sachsenwerk Gmbh | Device for current limitation |
DE102012218260B3 (en) * | 2012-10-05 | 2013-12-05 | Bruker Hts Gmbh | Inductive fault current limiter with split secondary coil arrangement |
DE102012218261B3 (en) * | 2012-10-05 | 2013-11-14 | Bruker Hts Gmbh | Inductive fault current limiter with split primary coil arrangement |
CN107819326A (en) * | 2016-09-12 | 2018-03-20 | 天津大学 | A kind of new superconductive direct current limiter |
DE102016223022A1 (en) * | 2016-09-23 | 2018-03-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Inductive current limiter for DC applications |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH677549A5 (en) * | 1988-08-02 | 1991-05-31 | Asea Brown Boveri | |
DE4226942C1 (en) * | 1992-08-14 | 1994-05-26 | Daimler Benz Ag | Nonlinear inductive component, e.g. B. Choke and method of manufacturing the choke core |
EP0620570B1 (en) * | 1993-03-26 | 1997-02-12 | Ngk Insulators, Ltd. | Superconducting fault current limiter |
EP0620630A1 (en) * | 1993-03-26 | 1994-10-19 | Ngk Insulators, Ltd. | Superconducting fault current limiter |
US5379020A (en) * | 1993-06-04 | 1995-01-03 | Abb Research Ltd. | High-temperature superconductor and its use |
-
1995
- 1995-07-06 DE DE19524579A patent/DE19524579C2/en not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-07-04 WO PCT/EP1996/002938 patent/WO1997002638A1/en active Application Filing
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19851047C2 (en) * | 1997-11-18 | 2001-09-27 | Back Joo | Current limiting arrangement with damping element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19524579A1 (en) | 1997-01-16 |
WO1997002638A1 (en) | 1997-01-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19524579C2 (en) | Transformer as a current limiter | |
DE4418050B4 (en) | High temperature superconductor and its use | |
EP0353449B1 (en) | Inductive current limitation device for an alternating current using the superconductivity superconductor | |
DE102011118465B4 (en) | Superconducting coil | |
DE69817252T2 (en) | Superconducting coil | |
EP2228806B1 (en) | Current limiter | |
DE1665554B2 (en) | Cable-shaped superconductor | |
EP0724274A2 (en) | Superconductive fault current limiters | |
EP1508175B1 (en) | METHOD FOR PRODUCING A FULLY TRANSPOSED HIGH TcCOMPOSITE SUPERCONDUCTOR AND A SUPERCONDUCTOR PRODUCED BY SAID METHOD | |
DE69612166T2 (en) | Superconducting oxide coil and a method of manufacturing the same | |
DE69008945T3 (en) | Device for the application of superconductivity. | |
DE69023424T2 (en) | Superconducting ribbon-shaped coils. | |
DE3405310A1 (en) | SUPER-CONDUCTING MAGNETIC SYSTEM FOR 13K OPERATION | |
DE19628358C1 (en) | Superconducting short-circuit current limiter | |
EP1145253B1 (en) | Protected superconducting component and method for producing the same | |
DE102014211316A1 (en) | Electrical coil device with at least two partial coils and manufacturing method thereto | |
DE3201569A1 (en) | DIFFERENTIAL TRANSFORMER CORE FOR PULSING CURRENTS | |
DE3919465A1 (en) | CURRENT THROTTLE COIL | |
DE69931332T2 (en) | Oxide superconductor and process for its preparation | |
WO2013045229A1 (en) | Strip-shaped high-temperature superconductor and method for producing a strip-shaped high-temperature superconductor | |
DE1278005B (en) | Superconducting magnet coil | |
DE102015208470A1 (en) | Electric coil device for current limitation | |
EP0583749B1 (en) | Non-linear inductance and method for producing the coil core | |
DE102016221029A1 (en) | Electric coil device for current limitation with cryostat | |
WO2005004248A2 (en) | High-quality hts inductor and use of said inductor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Free format text: KANBACH, HELMUT, DR., 63500 SELIGENSTADT, DE TRAUTMANN, MARK, 60435 FRANKFURT, DE MISCHKE, GERALD, 71384 WEINSTADT, DE |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |