DE19827223C1

DE19827223C1 - Resistive superconducting current limiter for use in alternating current supply networks

Info

Publication number: DE19827223C1
Application number: DE19827223A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr Roas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: DE19827223C5

Abstract

A resistive current limiter has a bulk high Tc metal oxide superconductor line having matched grain interior and grain boundary critical current densities. A resistive current limiter has a conductor line of bulk high Tc metal oxide superconductor material with superconducting grains having a critical current density within the grains precisely matched within a factor of ten to that at the grain boundaries. An Independent claim is also included for production of the above current limiter, in which the oxygen stoichiometry of the superconductor material is adjusted by heat treatment under a predetermined oxygen partial pressure.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen resistiven Strombe grenzer mit mindestens einer für einen vorgegebenen Nennstrom ausgelegten Leiterbahn, die
The invention relates to a resistive Strombe limiter with at least one conductor track designed for a predetermined nominal current, the

contains metal oxide high-T c superconductor material,
- Is arranged on a substrate and
- is contacted with further conductor tracks.

Ein entsprechender Strombegrenzer ist der DE 195 20 205 A zu entnehmen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Strombegrenzers.A corresponding current limiter is DE 195 20 205 A. remove. The invention further relates to a method for Manufacture of such a current limiter.

In elektrischen Wechselstromversorgungsnetzen können Kurz schlüsse und elektrische Überschläge nicht mit Sicherheit vermieden werden. Dabei steigt der Wechselstrom im betroffe nen Stromkreis sehr schnell, d. h. in der ersten Halbwelle, auf ein Vielfaches seines Nennwertes an, bis er durch geeig nete Sicherungs- oder Schaltmittel unterbrochen wird. Als Folge treten in allen betroffenen Netzkomponenten wie Leitun gen und Sammelschienen, Schaltern oder Transformatoren erheb liche thermische sowie mechanische Belastungen durch Strom kräfte auf. Da diese kurzzeitigen Lasten mit dem Quadrat des Stromes zunehmen, kann eine sichere Begrenzung des Kurz schlußstromes auf einen niedrigeren Spitzenwert die Anforde rungen an die Belastungsfähigkeit dieser Netzkomponenten er heblich reduzieren. Dadurch lassen sich Kostenvorteile erzie len, etwa beim Aufbau neuer als auch beim Ausbau bestehender Netze, indem durch Einbau von Strombegrenzern ein Austausch von Netzkomponenten gegen höher belastbare Ausführungsformen vermieden werden kann.In electrical AC power networks, short short circuits and electrical arcing are not certain be avoided. The alternating current in the affected increases circuit very quickly, d. H. in the first half wave, to a multiple of its nominal value until it is approved by fuse or switching device is interrupted. As Consequences occur in all affected network components like Leitun and busbars, switches or transformers thermal and mechanical loads from electricity powers up. Since these short-term loads with the square of the Increasing current can safely limit the short the current to a lower peak value the resilience of these network components reduce significantly. This enables cost advantages to be achieved len, for example when building new ones or expanding existing ones Networks by replacing them by installing current limiters of network components against more resilient embodiments can be avoided.

Mit supraleitenden Strombegrenzern vom resistiven Typ kann der Stromanstieg nach einem Kurzschluß auf einen Wert von we nigen Vielfachen des Nennstromes begrenzt werden; darüber hinaus ist ein solcher Begrenzer kurze Zeit nach Abschalten wieder betriebsbereit. Er wirkt demnach wie eine schnelle, selbstheilende Sicherung. Außerdem gewährleistet er eine hohe Betriebssicherheit, da er passiv ist, d. h. autonom ohne vor herige Detektion des Kurzschlusses und aktive Auslösung durch ein Schaltsignal arbeitet.With superconducting current limiters of the resistive type can the current rise after a short circuit to a value of we several times the nominal current are limited; about that In addition, such a limiter is a short time after switching off ready for use again. So it looks like a quick, self-healing fuse. It also ensures a high Operational safety as it is passive, i.e. H. autonomous without before previous detection of the short circuit and active triggering by a switching signal works.

Resistive, supraleitende Strombegrenzer der eingangs genann ten Art bilden eine seriell in einen Stromkreis einzufügende supraleitende Schaltstrecke. Dabei wird der Übergang einer supraleitenden Leiterbahn vom praktisch widerstandslosen, kalten Betriebszustand unterhalb der Sprungtemperatur T_c des Supraleitermaterials in den normalleitenden Zustand über T_c ausgenutzt, wobei der nun vorhandene elektrische Widerstand R_n der Leiterbahn den Strom auf eine akzeptable Höhe I = U/R_n begrenzt. Die Erwärmung über die Sprungtemperatur T_c ge schieht durch Joule'sche Wärme in dem Supraleiter der Leiter bahn selbst, wenn nach Kurzschluß die Stromdichte j über den kritischen Wert j_c des Supraleitermaterials ansteigt, wobei das Material auch unterhalb der Sprungtemperatur T_c bereits einen endlichen elektrischen Widerstand aufweisen kann. Im begrenzenden Zustand oberhalb der Sprungtemperatur T_c fließt in dem Stromkreis ein Reststrom weiter, bis ein zusätzlicher mechanischer Trennschalter den Stromkreis völlig unterbricht.Resistive, superconducting current limiters of the type mentioned initially form a superconducting switching path to be inserted serially into a circuit. The transition of a superconducting conductor track from the practically resistance-free, cold operating state below the transition temperature T _{c of} the superconducting material to the normal conducting state above T _{c is used} , the electrical resistance R _{n of} the conductor track now providing the current to an acceptable level I = U / R _n limited. The heating above the transition temperature T _c ge occurs through Joule heat in the superconductor of the conductor itself if, after a short circuit, the current density j rises above the critical value j _{c of} the superconductor material, the material already having a finite value below the transition temperature T _c may have electrical resistance. In the limiting state above the transition temperature T _c , a residual current continues to flow in the circuit until an additional mechanical disconnector completely interrupts the circuit.

Supraleitende Strombegrenzer mit bekannten metalloxidischen Hoch-T_c-Supraleitermaterialien (HTS-Materialien), deren Sprungtemperatur T_c so hoch liegt, daß sie mit flüssigem Stickstoff von 77 K im supraleitenden Betriebszustand zu hal ten sind, zeigen eine schnelle Zunahme des elektrischen Wi derstandes beim Überschreiten der kritischen Stromdichte j_c. Die Erwärmung in den normalleitenden Zustand und somit die Strombegrenzung geschieht dabei in verhältnismäßig kurzer Zeit, so daß der Spitzenwert des Kurzschlußstromes auf einen Bruchteil des unbegrenzten Stromes, etwa auf den 3- bis 10- fachen Nennstrom begrenzt werden kann. Der supraleitende Strompfad ist dabei mit einem entsprechenden Kühlmittel gekühlt, das ihn in verhältnismäßig kurzer Zeit nach einer Überschreitung der kritischen Stromdichte j_c in den supraleitenden Betriebs zustand zurückzuführen vermag.Superconducting current limiters with known metal oxide high-T _c superconductor materials (HTS materials), the transition temperature T _{c of which is} so high that they are to be kept with liquid nitrogen of 77 K in the superconducting operating state, show a rapid increase in the electrical resistance Exceeding the critical current density j _c . The heating to the normally conductive state and thus the current limitation takes place in a relatively short time, so that the peak value of the short-circuit current can be limited to a fraction of the unlimited current, approximately 3 to 10 times the nominal current. The superconducting current path is cooled with an appropriate coolant, which is able to return it to the superconducting operating state in a relatively short time after the critical current density j _{c has been} exceeded.

Mit dem aus der eingangs genannten DE-A-Schrift zu entnehmen den Strombegrenzer sind entsprechende Anforderungen weitge hend zu erfüllen. Der bekannte Strombegrenzer weist dabei ein Substrat aus einem elektrisch nicht-leitenden Material wie z. B. aus mit Y-stabilisiertem ZrO₂ auf, das ein texturiertes Wachstum einer Schicht aus einem HTS-Material bei einem ent sprechenden Abscheideprozeß ermöglichen soll. Als HTS- Materialien sind Materialien vom Typ YBa₂Cu₃O_x (sogenanntes "YBCO") oder vom Typ Bi₂Sr₂CaCu₂O_y (sogenanntes "2212-BSCCO") oder vom Typ Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_z (sogenanntes "2223-BSCCO") vorge sehen, wobei beim letztgenannten Typ die Bi-Komponente auch teilweise durch Pb substituiert sein kann.With the current limiter shown in the DE-A document mentioned at the outset, corresponding requirements are to be largely met. The known current limiter has a substrate made of an electrically non-conductive material such as. B. from with Y-stabilized ZrO ₂ , which should allow a textured growth of a layer of an HTS material in an ent speaking deposition process. As HTS materials are materials of the type YBa ₂ Cu ₃ O _x (so-called "YBCO") or of the type Bi ₂ Sr ₂ CaCu ₂ O _y (so-called "2212-BSCCO") or of the type Bi ₂ Sr ₂ Ca ₂ Cu ₃ See O _z (so-called "2223-BSCCO"), with the latter type, the Bi component can also be partially substituted by Pb.

Ein resistiver Strombegrenzer soll im supraleitenden Zustand eine möglichst hohe Stromtragfähigkeit und im normalleitenden Zustand einen möglichst hohen Widerstand aufweisen, damit ein Kurzschlußstrom wirkungsvoll begrenzt werden kann. So werden z. B. etwa 10 Ω bei 15 kV Spannung und 1000 A Betriebsstrom gefordert. Bei gegebener Stromtragfähigkeit bzw. gegebenem Querschnitt der Leiterbahn des Strombegrenzers kann der Wi derstand nur durch Verlängerung der Leiterbahn im Strombe grenzer erhöht werden; das führt unter Zugrundelegung der vorstehend erwähnten Parameter zu etwa 15 m langen Leiterbah nen bei einem Dickschichtkonzept gemäß der eingangs genannten DE-A-Schrift und bis zu über 1000 m bei Verwendung von 2223- BSCCO-Bandleitern. Je länger die supraleitenden Elemente aus geführt werden müssen, desto höher sind jedoch Gewicht, Mate rial- und Betriebskosten.A resistive current limiter is said to be in the superconducting state the highest possible current carrying capacity and in the normal conducting Condition have the highest possible resistance, so a Short-circuit current can be effectively limited. So be e.g. B. about 10 Ω at 15 kV voltage and 1000 A operating current required. Given the current carrying capacity or given Cross section of the conductor of the current limiter can the Wi only by extending the conductor track in the stream borderers are raised; based on the above-mentioned parameters for approximately 15 m long conductor track NEN with a thick-film concept according to the above DE-A script and up to over 1000 m when using 2223- BSCCO strip conductors. The longer the superconducting elements must be carried out, however, the higher are weight, mate rial and operating costs.

Einkristallines oder zumindest gut texturiertes HTS-Material, bei dem das Verhältnis von supraleitender Stromtragfähigkeit zu normalleitendem Widerstand günstig ist, steht jedoch nur eingeschränkt zur Verfügung. So sind massive Einkristalle kaum großflächig zu erzeugen. Großflächige einkristalline Dünnschichten sind teuer und nur aufwendig herzustellen. Es besteht deshalb der Wunsch nach Verwendung von granularem Su praleitermaterial (sogenanntem "Bulk"-Material). Dabei wird die Stromtragfähigkeit des Supraleiters maßgeblich von den Korngrenzenkontakten zwischen den einzelnen Körnern des Mate rials bestimmt. Der normalleitende Widerstand ist jedoch in der Regel nicht viel höher als in einkristallinen Leitern, da die Qualität der einzelnen supraleitenden Körner sehr hoch ist: Hohe Stromtragfähigkeit und niedriger spezifischer Wi derstand im einzelnen Korn. Das führt zu einem sehr ungünsti gen Verhältnis von Stromtragfähigkeit zu normalleitendem Wi derstand, so daß die Leiterbahnen des Strombegrenzers ver hältnismäßig lang ausgelegt werden müssen.Single crystalline or at least well textured HTS material, where the ratio of superconducting current carrying capacity to normal conductive resistance is, however, only limited available. So are massive single crystals hardly to be generated over a large area. Large single crystal Thin layers are expensive and only complex to manufacture. It there is therefore a desire to use granular su praleiter material (so-called "bulk" material). Doing so the current carrying capacity of the superconductor largely depends on the Grain boundary contacts between the individual grains of the mate rials determined. The normal conducting resistance is however in usually not much higher than in single crystalline conductors because the quality of the individual superconducting grains is very high is: High current carrying capacity and low specific Wi the state in the individual grain. This leads to a very unfavorable ratio of current carrying capacity to normal conducting Wi derstand, so that the conductor tracks of the current limiter ver must be interpreted relatively long.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, den Strom begrenzer mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend auszugestalten, daß die Länge seiner supraleitenden Leiter bahn auf ein einen Einsatz in bestehenden Netzen praktikables Maß begrenzt wird. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstel lung dieses Strombegrenzers angegeben werden.The object of the present invention is therefore the current delimiter with the characteristics mentioned above design that the length of its superconducting conductor on practical use in existing networks Dimension is limited. In addition, a process to manufacture tion of this current limiter can be specified.

Diese Aufgabe wird bzgl. des Strombegrenzers erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein granulares Massiv-Material des Hoch- T_c-Supraleitermaterials mit supraleitenden Körnern vorgesehen ist, deren kritische Stromdichte jeweils im einzelnen Korn an die kritische Stromdichte an den Korngrenzen bis auf ± eine Zehner-Potenz genau angepaßt ist.This object is achieved with respect to the current limiter in accordance with the invention in that a granular solid material of the high-T _c superconductor material is provided with superconducting grains, the critical current density of which in the individual grain corresponds to the critical current density at the grain boundaries down to ± a tens. Potency is precisely adjusted.

Bei der Erfindung wird von der Tatsache ausgegangen, daß sich die elektrischen Eigenschaften in den einzelnen Körnern be kannter granularer HTS-Materialien wesentlich von denen an den Korngrenzen unterscheiden. So liegt z. B. die kritische Stromdichte j_c innerhalb von Körnern des YBCO-Materials bei 77 K in der Größenordnung von 10⁵ bis 10⁶ A/cm², und der spe zifische Widerstand beträgt etwa 10 µΩ.cm bei 100 K. Dies be dingt, daß bei Verwendung von derartigem Material in Strombe grenzern die Eigenschaften dieses Strombegrenzers praktisch nur durch die Bereiche der Korngrenzen festgelegt werden und dementsprechend große Leiterlängen erforderlich werden. Der Erfindung liegt nun die Überlegung zugrunde, daß auch ein Beitrag der Innenbereiche der einzelnen Körner zur Festlegung der elektrischen Eigenschaften des gesamten Strombegrenzers zu erhalten ist, wenn man die elektrischen Eigenschaften in den einzelnen Körnern so weit verschlechtert, daß sie in etwa - unter Einschluß einer maximalen Abweichung von ± einer Grö ßenordnung - denen an den Korngrenzen entspricht. D. h., die kritische Stromdichte in den Körnern ist bei dem erfindungs gemäßen Strombegrenzer auf einen Wert von 10³ bis 10⁴ A/cm², wie er durch die Korngrenzen bedingt ist, abgesenkt. Folglich steigt auch der spezifische Widerstand der Körner und damit der des Gesamtleiters auf 5 bis 10 mΩ.cm an. Eine Leiterbahn aus YBCO-Bulkmaterial mit einer Querschnittsfläche von 0,1 cm² und einem kritischen Strom I_c von 1000 A würde dann bereits bei einer Länge von einem Meter den geforderten Wi derstand von 10 Ω aufweisen. HTS-Bulkmaterial ist verhält nismäßig robust und zudem preiswert herzustellen. Die mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen verbundenen Vorteile sind somit in einem für übliche Betriebsbedingungen einfach und kosten günstig zu realisierenden Aufbau zu sehen.The invention is based on the fact that the electrical properties in the individual grains of known granular HTS materials differ significantly from those at the grain boundaries. So z. B. the critical current density j _c within grains of the YBCO material at 77 K in the order of 10 ⁵ to 10 ⁶ A / cm ² , and the specific resistance is about 10 µΩ.cm at 100 K. This requires that when using such material in Strombe limiters, the properties of this current limiter are practically determined only by the areas of the grain boundaries and accordingly large conductor lengths are required. The invention is based on the consideration that a contribution of the inner areas of the individual grains to determine the electrical properties of the entire current limiter can be obtained if the electrical properties in the individual grains deteriorate to such an extent that they approximately - including one maximum deviation of ± one order of magnitude - corresponds to that at the grain boundaries. That is, the critical current density in the grains is reduced to a value of 10 ³ to 10 ⁴ A / cm ² in the current limiter according to the invention, as is caused by the grain boundaries. As a result, the specific resistance of the grains and thus that of the entire conductor also increases to 5 to 10 mΩ.cm. A conductor track made of YBCO bulk material with a cross-sectional area of 0.1 cm ² and a critical current I _c of 1000 A would then have the required resistance of 10 Ω even with a length of one meter. HTS bulk material is relatively robust and also inexpensive to manufacture. The advantages associated with the measures according to the invention can thus be seen in a structure which can be implemented simply and inexpensively for normal operating conditions.

Unter dem Gesichtspunkt der einfachen Herstellbarkeit werden vorteilhaft HTS-Materialien von Typ YBCO oder 2212-BSCCO ge wählt, wobei die Bi-Komponente des BSCCO-Materials gegebenen falls durch Pb teilweise substituiert sein kann. Die genann ten Materialien stellen dabei jeweils nur einen Grundtyp dar; d. h., einzelne oder mehrere ihrer Komponenten können in be kannter Weise zumindest teilweise gegen andere Komponenten ausgetauscht sein.From the standpoint of ease of manufacture advantageous HTS materials of type YBCO or 2212-BSCCO ge chooses, given the bi component of the BSCCO material if can be partially substituted by Pb. The called The materials represent only one basic type; d. that is, one or more of its components can be in known at least partially against other components be exchanged.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines erfindungs gemäßen Strombegrenzers ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffstöchiometrie des Hoch-T_c-Materials mittels einer Temperbehandlung unter vorbestimmtem Sauerstoff-Partialdruck eingestellt wird. Dabei wird von der Tatsache ausgegangen, daß die elektrischen Leitungseigenschaften des HTS-Materials sehr empfindlich von der Sauerstoff-Dotierung abhängen. Je weiter man von der optimalen Dotierung abweicht, desto stär ker tritt nämlich ein insbesondere halbleiterartiges Verhal ten des Materials unter Absenkung der kritischen Temperatur T_c bei gleichzeitigem Steigen des normalleitenden Widerstan des mit sinkender Temperatur auf. Die erforderlichen Parame ter für die Temperbehandlung können leicht durch Vergleichs versuche an einkristallinem Dünnschichtmaterial festgestellt werden.An advantageous method for producing a current limiter according to the invention is characterized in that the oxygen stoichiometry of the high T _c material is adjusted by means of an annealing treatment under a predetermined oxygen partial pressure. It is assumed that the electrical conduction properties of the HTS material depend very sensitively on the oxygen doping. The further one deviates from the optimal doping, the stronger a particular semiconductor-like behavior of the material occurs while lowering the critical temperature T _c while simultaneously increasing the normal-conducting resistance with falling temperature. The required parameters for the annealing treatment can easily be determined by comparison tests on single-crystal thin-film material.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Strombegrenzers bzw. des Verfahrens zu seiner Herstellung ge hen aus den jeweils abhängigen Ansprüchen hervor.Further advantageous embodiments of the invention Current limiter or the method for its production ge hen emerge from the respective dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert, wobei die einzige Figur schematisch einen Längsschnitt durch den wesentlichen Teil eines erfindungsgemäßen Strombegrenzers zeigt.The invention is described below with reference to the Drawing explained further, the only figure schematically shows a longitudinal section through the essential part shows a current limiter according to the invention.

Der erfindungsgemäße, in der Figur allgemein mit 2 bezeichne te Strombegrenzer weist ein beispielsweise flaches oder auch gekrümmtes Substrat 3 auf. Für dieses Substrat kommen vor zugsweise elektrisch nicht-leitende Materialien mit hinrei chender Ausdehnung in Frage. Insbesondere sind spezielle Glasmaterialien verwendbar, falls es um großflächige Ausfüh rungsformen geht. Hierfür geeignete Glasplatten sind bekannt. Gegebenenfalls können aber auch metallische Substrate vorge sehen werden. Auf wenigstens einer der beiden gegenüberlie genden Seiten dieses Substrates soll mindestens eine Leiter bahn aus einem HTS-Material angeordnet sein. Gemäß dem darge stellten Ausführungsbeispiel ist das Substrat 3 nur einseitig mit einer entsprechenden Leiterbahn 4 versehen, wobei gegebe nenfalls zwischen dem Substrat und der Leiterbahn noch eine Puffer- oder Haftschicht 3a angeordnet sein kann. Die Dicke d der HTS-Leiterbahn ist an sich beliebig und liegt beispiels weise in der Größenordnung von einigen 100 µm. Als HTS- Materialien kommen alle bekannten metalloxidischen Supralei termaterialien mit hoher Sprungtemperatur T_c in Frage. Vor zugsweise besteht die Leiterbahn 4 aus einem polykristalli nen, granularen HTS-Material vom Grundtyp YBCO oder 2212- BSCCO, wobei die Bi-Komponente des BSCCO-Materials teilweise durch Pb substituiert sein kann. Das granulare HTS-Material (sogenanntes "Bulk"-Material) wird nach bekannten Techniken zur Abscheidung von Bulk-Material auf dem Träger bzw. seiner Pufferschicht aufgebracht. Beispielsweise ist hierzu eine so genannte Screen-printing-Technik (Drucktechnik) geeignet.The current limiter according to the invention, generally designated 2 in the figure, has, for example, a flat or curved substrate 3 . For this substrate are preferably electrically non-conductive materials with sufficient expansion in question. In particular, special glass materials can be used if large-scale designs are involved. Glass plates suitable for this are known. If necessary, metallic substrates can also be seen. At least one conductor track made of an HTS material should be arranged on at least one of the two opposite sides of this substrate. According to the Darge presented embodiment, the substrate 3 is provided only on one side with a corresponding conductor 4 , wherein a buffer or adhesive layer 3 a may be arranged if necessary between the substrate and the conductor. The thickness d of the HTS conductor track is in itself arbitrary and is, for example, on the order of a few 100 μm. All known metal oxide superconductor materials with a high transition temperature T _{c can be} considered as HTS materials. Before preferably the conductor track 4 consists of a polycrystalline, granular HTS material of the basic type YBCO or 2212-BSCCO, where the Bi component of the BSCCO material can be partially substituted by Pb. The granular HTS material (so-called "bulk" material) is applied to the support or its buffer layer using known techniques for depositing bulk material. For example, a so-called screen printing technique (printing technique) is suitable for this.

An den Enden der supraleitenden Leiterbahn 4 sind großflächi ge Kontaktflächen 5 und 6 insbesondere aus Ag durch Beschich tungsverfahren wie Sputtern oder Aufdampfen oder durch Ein brennen einer Ag-Paste aufgebracht. Diese Kontaktflächen wer den dann mittels Löt-, Preß- oder Federkontakten mit elektri schen Zuleitungen verbunden. Zum Schutz des HTS-Materials ge gen Umwelteinflüsse wie z. B. Feuchtigkeit kann zumindest das Supraleitermaterial noch mit einer dünnen Isolatorschicht 7 abgedeckt werden. Gegebenenfalls kann stattdessen auch eine Shuntwiderstandsschicht vorgesehen werden.At the ends of the superconducting conductor track 4 , large-area contact areas 5 and 6, in particular made of Ag, are applied by coating processes such as sputtering or vapor deposition or by burning an Ag paste. These contact surfaces who then connected by means of soldering, pressing or spring contacts with electrical leads. To protect the HTS material against environmental influences such. B. moisture, at least the superconductor material can still be covered with a thin insulator layer 7 . If necessary, a shunt resistance layer can also be provided instead.

Das granulare HTS-Material des erfindungsgemäßen Strombe grenzers soll bestimmte elektrische Eigenschaften innerhalb seiner Körner aufweisen: Die kritische Stromdichte j_c inner halb der Körner soll nämlich von den üblichen Werten zwischen 10⁵ und 10⁶ A/cm² (bei 77 K) abgesenkt sein, so daß sie in etwa der üblichen Stromdichte von 10³ bis 10⁴ A/cm² im Be reich der Korngrenzen entspricht. Abweichungen der kritischen Stromdichte innerhalb der Körner von der an den Korngrenzen um ± eine Zehner-Potenz sollen dabei mit eingeschlossen sein. Die Absenkung der kritischen Stromdichte kann dabei vorteil haft durch Änderung der Sauerstoff-Dotierung des HTS- Materials vorgenommen werden. Die Änderung der Dotierung ge schieht vorteilhaft durch Tempern bei einem bestimmten Sauer stoff-Partialdruck. So ist es bekannt, daß man supraleitendes YBCO z. B. durch Tempern bei 800°C im Vakuum vollständig in einen Halbleiter umwandeln kann. Das HTS-Material wird also zunächst einer Sauerstoff-Entzugsbehandlung unterzogen. Durch anschließendes Tempern in einem Druckbereich zwischen 0,1 mbar und 10³ mbar mit molekularem Sauerstoff oder mit Sauerstoff-Radikalen oder mit Ozon bei Temperaturen zwischen 300° und 800°C und Zeiten zwischen 1 Minute und 200 Stunden kann dann das supraleitende Material wieder definiert mit Sauerstoff beladen werden. Hierbei nutzt man aus, daß der Sauerstoff bevorzugt entlang der Korngrenzen eindiffundiert und somit die empfindlichen Korn-Korn-Kontakte bereits nach kurzer Zeit vollständig regeneriert sind. Die Sauerstoffbela dung des Materials wird genau dann abgebrochen, wenn in den Körnern selbst die gewünschten supraleitenden Eigenschaften eingestellt sind. Entsprechende Verfahren zur Bestimmung der kritischen Stromdichte j_c innerhalb von Körnern sind allge mein bekannt. Man kann aber auch an einkristallinem oder tex turiertem, zumindest weitgehend korngrenzenfreiem HTS- Material Vergleichsversuche vornehmen und dabei die gewünsch ten Parameter für das Tempern bestimmen.The granular HTS material of the current limiter according to the invention should have certain electrical properties within its grains: the critical current density j _c within the grains should be reduced from the usual values between 10 ⁵ and 10 ⁶ A / cm ² (at 77 K) , so that it corresponds approximately to the usual current density of 10 ³ to 10 ⁴ A / cm ² in the area of the grain boundaries. Deviations in the critical current density within the grains from that at the grain boundaries by ± a power of ten should be included. The critical current density can advantageously be reduced by changing the oxygen doping of the HTS material. The change in the doping is advantageously done by annealing at a certain oxygen partial pressure. So it is known that superconducting YBCO z. B. completely by annealing at 800 ° C in a vacuum in a semiconductor. The HTS material is therefore first subjected to an oxygen withdrawal treatment. Subsequent annealing in a pressure range between 0.1 mbar and 10 ³ mbar with molecular oxygen or with oxygen radicals or with ozone at temperatures between 300 ° and 800 ° C and times between 1 minute and 200 hours can then redefine the superconducting material be loaded with oxygen. This takes advantage of the fact that the oxygen diffuses preferentially along the grain boundaries and thus the sensitive grain-grain contacts are completely regenerated after a short time. The oxygen load on the material is stopped precisely when the desired superconducting properties are set in the grains themselves. Corresponding methods for determining the critical current density j _c within grains are generally known to me. However, comparative tests can also be carried out on single-crystal or textured, at least largely grain-boundary-free HTS material, and the desired parameters for the annealing can be determined.

Das vorstehend angedeutete Verfahren ist bevorzugt für die sogenannte 123-Phase des YBCO-Materials oder für das 2212- BSCCO-Material geeignet. Gegebenenfalls sind jedoch auch an dere HTS-Materialien verwendbar.The method indicated above is preferred for the so-called 123 phase of the YBCO material or for the 2212 Suitable for BSCCO material. If necessary, however, are also on HTS materials can be used.

Claims

1. Resistive current limiter with at least one conductor track designed for a predetermined nominal current

1. contains metal oxide high T _c superconductor material,
2. is arranged on a substrate

and

1. is contacted with further conductor tracks,

characterized by granular solid material of the high-T _c superconductor material with superconducting grains, the critical current density in the individual grain of which is precisely matched to the critical current density at the grain boundaries to within ± a power of ten.

2. Current limiter according to claim 1, characterized by a high-T _c superconductor material of the type YBa ₂ Cu ₃ O _x .

3. Current limiter according to claim 1, characterized by a high-T _c superconductor material of the basic type Bi ₂ Sr ₂ CaCu ₂ O _y .

4. Current limiter according to claim 3, characterized characterized that the bi component is partially substituted by Pb.

5. Current limiter according to one of claims 1 to 4, characterized by a specific resistance of the conductor track ( 4 ) between 5 and 10 mΩ.cm.

6. Current limiter according to one of claims 1 to 5, characterized by a critical current density in the individual grains between 10 ³ A / cm ² and 10 ⁴ A / cm ² .

7. Current limiter according to one of claims 1 to 6, characterized by a substrate ( 3 ) made of an electrically insulating material.

8. Current limiter according to claim 7, characterized by a substrate ( 3 ) made of a glass material.

9. A method for producing a resistive current limiter according to one of claims 1 to 8, characterized in that the oxygen stoichiometry of the high-T _c superconductor material is adjusted by an annealing treatment under a predetermined oxygen partial pressure.

10. The method according to claim 9, characterized in that the high-T _c Superconductor material is first subjected to an oxygen withdrawal treatment and then a targeted oxygen loading of the material takes place.

11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the temperature level and the partial pressure of oxygen of the tempering treatment by comparative experiments on single-crystal or textured, at least largely grain-free high-T _c Superconductor material are determined.