DE19856425A1 - Hochtemperatursupraleiter, Fehlerstrombegrenzer mit einem Hochtemperatursupraleiter und Stromversorgung, beispielsweise für einen HTSL-Magneten - Google Patents
Hochtemperatursupraleiter, Fehlerstrombegrenzer mit einem Hochtemperatursupraleiter und Stromversorgung, beispielsweise für einen HTSL-MagnetenInfo
- Publication number
- DE19856425A1 DE19856425A1 DE19856425A DE19856425A DE19856425A1 DE 19856425 A1 DE19856425 A1 DE 19856425A1 DE 19856425 A DE19856425 A DE 19856425A DE 19856425 A DE19856425 A DE 19856425A DE 19856425 A1 DE19856425 A1 DE 19856425A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- htsl
- layer
- conductor
- current
- current flow
- 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.)
- Withdrawn
Links
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 title claims abstract 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 52
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 229910021521 yttrium barium copper oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 30
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 30
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 5
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 241000283070 Equus zebra Species 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000607479 Yersinia pestis Species 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
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
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
- H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
- H01B12/06—Films or wires on bases or cores
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/30—Devices switchable between superconducting and normal states
-
- 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)
Description
Die Erfindung betrifft einen hochtemperatursupraleitfä
higen Leiter (HTSL-Leiter) bspw. zur Verwendung in
einem supraleitendem Fehlerstrombegrenzer, der in einer
bestimmten Stromflußrichtung von Strom durchflossen
wird, mit einer Trägerschicht, einer darauf angebrach
ten supraleitfähigen HTSL-Schicht, bspw. in Form eines
YBCO-Films, und einer auf der HTSL-Schicht aufgebrach
ten thermischen Stabilisierungsschicht aus elektrisch
normal leitfähigen Material.
Derartige HTSL-Leiter sind bereits in verschiedenen
Ausführungsformen bekannt geworden. Hinsichtlich einer
Anwendung in Resonatoren wird bspw. auf die DE-OS 44 36 295
verwiesen.
Im weiteren betrifft die Erfindung auch einen hochtempe
ratursupraleitfähigen Leiter (HTSL-Leiter), in einer
Ausgestaltung als Multifilamentleiter.
Auch derartige HTSL-Leiter sind bereits in verschiede
nen Ausführungsformen bekannt geworden. Es wird bei
spielsweise auf die DE 196 45 893 A1 verwiesen.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Strom
versorgung, beispielsweise für einen HTSL-Magneten, mit
einem HTSL-Leiter in der zuletzt beschriebenen Ausfüh
rungsform.
Im Hinblick auf den zunächst angesprochenen HTSL-Leiter
sei folgendes ausgeführt:
Bei der Anwendung in Fehlerstrombegrenzern steigt im Kurzschlußfall der durchzuleitende Strom sehr stark an. Die Stromstärke übertrifft dann die für einen HTSL-Lei ter dieser Art maximale Stromstärke und es kommt zu üblicher elektrischer Leitung. Hierbei stellt die HTSL- Schicht einen relativ großen Ohmschen Widerstand dar, so daß angesichts der großen Stromstärke eine starke Wärmeentwicklung auftritt. Zwar könnte diese Wärme in einem den HTSL-Leiter umgebenden Kühlmedium, etwa flüs sigem Stickstoff, aufgenommen und abgeleitet werden. Jedoch sind die entstehenden Temperaturen so hoch, daß es zu Blasensieden kommt und die Wärme hierdurch nicht in der erforderlichen Zeit abgeführt werden kann. Man ist daher dazu übergegangen, die genannte Stabilisie rungsschicht vorzusehen. Die thermische Stabilisierungs schicht, die gewöhnlich aus einem Metall besteht, be sitzt entsprechend einen relativ geringen Ohmschen Widerstand. Da aber andererseits im elektrisch normal leitenden Fall ein gewisser Ohmscher Widerstand des HTSL-Leiters insgesamt mindestens gegeben sein muß, leitet sich hieraus ab, daß der bekannte HTSL-Leiter eine bestimmte Mindestlänge aufweisen muß. Diese Min destlänge ist größer, als ein integrierter HTSL-Leiter hergestellt werden kann. Entsprechend müssen in der Praxis eine Vielzahl von HTSL-Leitern zusammengeschal tet werden, um die gewünschten (Ohmschen) Widerstands-Rand bedingungen zu erreichen.
Bei der Anwendung in Fehlerstrombegrenzern steigt im Kurzschlußfall der durchzuleitende Strom sehr stark an. Die Stromstärke übertrifft dann die für einen HTSL-Lei ter dieser Art maximale Stromstärke und es kommt zu üblicher elektrischer Leitung. Hierbei stellt die HTSL- Schicht einen relativ großen Ohmschen Widerstand dar, so daß angesichts der großen Stromstärke eine starke Wärmeentwicklung auftritt. Zwar könnte diese Wärme in einem den HTSL-Leiter umgebenden Kühlmedium, etwa flüs sigem Stickstoff, aufgenommen und abgeleitet werden. Jedoch sind die entstehenden Temperaturen so hoch, daß es zu Blasensieden kommt und die Wärme hierdurch nicht in der erforderlichen Zeit abgeführt werden kann. Man ist daher dazu übergegangen, die genannte Stabilisie rungsschicht vorzusehen. Die thermische Stabilisierungs schicht, die gewöhnlich aus einem Metall besteht, be sitzt entsprechend einen relativ geringen Ohmschen Widerstand. Da aber andererseits im elektrisch normal leitenden Fall ein gewisser Ohmscher Widerstand des HTSL-Leiters insgesamt mindestens gegeben sein muß, leitet sich hieraus ab, daß der bekannte HTSL-Leiter eine bestimmte Mindestlänge aufweisen muß. Diese Min destlänge ist größer, als ein integrierter HTSL-Leiter hergestellt werden kann. Entsprechend müssen in der Praxis eine Vielzahl von HTSL-Leitern zusammengeschal tet werden, um die gewünschten (Ohmschen) Widerstands-Rand bedingungen zu erreichen.
Ausgehend von dem zuvor wiedergegebenen Stand der Tech
nik beschäftigt sich die Erfindung mit der technischen
Problematik, einen HTSL-Leiter dieser Art anzugeben,
der trotz guter thermischer Stabilisierung im elek
trisch normalleitenden Zustand einen hohen Ohmschen
Widerstand aufweist.
Diese technische Problematik ist zunächst und im wesent
lichen beim Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, wobei
darauf abgestellt ist, daß die Stabilisierungsschicht
in Stromflußrichtung Unterbrechungen kurzer Länge auf
weist, wobei die Länge an einer noch möglichen thermi
schen Ableitung einer Erwärmung der HTSL-Schicht - im
Bereich der Unterbrechung - in die Stabilisierungs
schicht orientiert ist. Erfindungsgemäß ist erkannt
worden, daß die Stabilisierungsschicht nicht - in einer
Stromflußrichtung - als durchgängige Schichtbahn auf
der HTSL-Schicht aufgebracht zu sein braucht. Vielmehr
können Unterbrechungen vorgesehen sein, welche den ggf.
durch die Stabilisierungsschicht fließenden Strom wider
standserhöhend umlenken oder sogar die Durchleitung nur
vermittels der - wenn auch sehr geringen so doch gegebe
nen - Leitfähigkeit der HTSL-Schicht (unter Normalbedin
gungen) in der Unterbrechung ermöglichen. Der so er
reichte hohe Ohmsche Widerstand bei Stromfluß in der
Stabilisierungsschicht ermöglicht es, in einem prakti
schen Anwendungsfall die Anzahl der zusammenzuschalten
den HTSL-Leiter wesentlich zu reduzieren. Gleichzeitig
ist es aber auch möglich, die Dicke der Stabilisierungs
schicht deutlich zu erhöhen, so daß die thermischen
Bedingungen des HTSL-Leiters zumindest gleich gut oder
sogar verbessert sind. Da die Länge der Unterbrechungen
der Stabilisierungsschicht an einer thermischen Ablei
tung von Erwärmungen der HTSL-Schicht orientiert sind,
ist die Länge sehr gering. Zugleich ist diese geringe
Länge aber auch vorteilhaft im Sinne einer Integrierung
der insoweit freiliegenden HTSL-Schicht in die Stromlei
tung unter Normalbedingungen. Hierbei ist die Länge der
Unterbrechung in weiterer Einzelheit geeigneterweise an
den thermischen Bedingungen einer möglichen Schwachstel
le in der HTSL-Schicht orientiert, da auch eine Beschä
digung der HTSL-Schicht in dem Fall ausgeschlossen sein
soll, daß eine solche - herstellungsmäßig nicht voll
ständig auszuschließende - Schwachstelle in der Unter
brechung freiliegt. Im einzelnen kann hinsichtlich
einer Unterbrechung etwa vorgesehen sein, daß die Stabi
lisierungsschicht insel- oder halbinselartige, jeweils
durch eine oder mehrere Unterbrechungen voneinander
gesonderte, Streifenbereiche bildet. Bspw. kann die
Stabilisierungsschicht zebrastreifenartig ausgebildet
sein, mit einer Ausrichtung der Streifenbereiche im
wesentlichen quer zur Leiterlängsrichtung bzw. zur
Stromflußrichtung. Darüber hinaus und alternativ hierzu
kann die Stabilisierungsschicht aber auch, unter grund
sätzlicher Beibehaltung einer durchgängigen Schicht
bahn, relativ zu der Stromrichtung wechselnd ausgebil
det sein. In bevorzugter Ausgestaltung kann die Stabili
sierungsschicht hierbei als mäanderförmig verlaufende
Schichtbahn ausgebildet sein.
Weiter bevorzugt ist die Dicke der Stabilisierungs
schicht (unabhängig von der jeweils speziellen Ausge
staltung) wesentlich größer als die Dicke der HTSL-
Schicht. Bevorzugt ist die Stabilisierungsschicht 10
bis 80 mal dicker als die HTSL-Schicht. Eine reale
Schichtdicke der HTSL-Schicht beträgt bspw. 0,5 µm
während eine Schichtdicke der Stabilisierungsschicht 20
µm beträgt. Die Breite eines Streifenbereichs oder
einer durchgängigen Schichtbahn ist klein gegenüber der
Länge (in Stromflußrichtung) des HTSL-Leiters insgesamt.
Bspw. beträgt sie etwa 1/10 bis ein 1/100 der Länge des
HTSL-Leiters. In weiterer Einzelheit kann die Stabili
sierungsschicht auch aus verschiedenen Materialien
zusammengesetzt sein. Bspw. kann sie aus einer unteren,
unmittelbar auf der HTSL-Schicht aufgebrachten Gold
schicht sehr geringer Dicke und einer darüber aufge
brachten Silberschicht großer Dicke bestehen. Die Dicke
der Goldschicht kann etwa im Bereich der Dicke der
HTSL-Schicht liegen und die Dicke der Silberschicht
dann die Gesamtdicke der Stabilisierungsschicht zu den
angegebenen Werten ergänzen.
Die Streifenbereiche - aber auch die entsprechenden
Abschnitte (außerhalb vom Umlenkungsbereichen) der
durchgängigen Schichtbahn - können zunächst im wesentli
chen in einem rechten Winkel zu einer Längsrichtung
bzw. der Stromflußrichtung des HTSL-Leiters verlaufen.
Darüber hinaus können sie aber auch mit der Stromfluß
richtung einen spitzen Winkel einschließen. Bspw. einen
solchen von 45°. Soweit eine durchgängige Schichtbahn
gewählt ist, etwa in Form der angesprochenen mäanderför
migen Schichtbahn, ist die (Gesamt-) Dicke der Stabili
sierungsschicht geringer als im Fall von inselartig iso
lierten Bereichen der Stabilisierungsschicht.
Die Trägerschicht kann unterschiedlich ausgebildet
sein. Derzeit bieten sich insbesondere sogenannte YSZ-
Platten an und Platten aus dem Werkstoff LA103. Letzte
re sind einkristallin.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Fehlerstrombegren
zer mit einem HTSL-Leiter gemaß einer oder mehreren der
vorbeschriebenen Ausführungsformen.
Hinsichtlich des eingangs auch genannten HTSL-Leiters
in einer Ausbildung als Multifilamentleiter beschäftigt
sich die Erfindung auch mit der technischen Problema
tik, eine solche Ausgestaltung anzugeben, daß bei hohen
Stromstärken, etwa bei einem Übergang in normalleiten
den Zustand, für eine gewisse Zeitspanne eine Schädi
gung des HTSL-Leiters ausgeschlossen wird.
Diese technische Problematik ist hierbei zunächst und
im wesentlichen dadurch gelöst, daß der HTSL-Leiter in
bestimmten Abständen eine Mehrzahl von gut wärmeleiten
den metallischen Platten durchsetzt, unter wärmeleiten
der Verbindung mit den Platten. Bevorzugt sind die
Platten untereinander (nicht unmittelbar) wärmeleitend
miteinander verbunden. Beim Übergang von Supraleitung
in Normalleitung ist aufgrund der hohen Stromdichte in
kürzester Zeit auch bei solchen HTSL-Leitern eine star
ke Erwärmung zu verzeichnen, wie bereits eingangs in
anderem Zusammenhang beschrieben. Vergleichbar dem
zunächst erläuterten Konzept ist auch für die hier
betroffenen Multifilamentleiter eine Lösung angegeben,
die den HTSL-Leitern eine hohe metallische Wärmekapazi
tät zuordnet, ohne jedoch die HTSL-Leitung zu beein
trächtigen. Zur wärmeleitenden Verbindung empfiehlt es
sich, den HTSL-Leiter mit einer solchen Platte über
eine Lötung zu verbinden. Auch kann vorgesehen sein,
daß eine Platte eine Öffnung als Strömungsdurchlaß für
ein Gas aufweist. Dies ist insbesondere dann vorteil
haft, wenn beim Übergang in normalleitenden Zustand ein
Sieden in einer Kühlflüssigkeit wie etwa flüssigem
Stickstoff auftritt.
Im Hinblick auf eine Stromversorgung, beispielsweise
für einen HTSL-Magneten, schlägt die Erfindung vor,
einen HTSL-Leiter, in Mulifilament-Ausbildung, im we
sentlichen senkrecht ausgerichtet anzuordnen, wobei der
HTSL-Leiter eine Mehrzahl von metallischen Platten
durchsetzt, mit denen er wärmeleitend verbunden ist. Um
eine Abfuhr von entstehenden Gasen zu ermöglichen, ist
im Sinne des vorstehend erläuterten Konzeptes auch
vorgesehen, daß die Platten Durchgangsbohrungen aufwei
sen, zum Durchlaß der verdampfenden Kühlflüssigkeit.
Nachstehend ist die Erfindung des weiteren anhand der
beigefügten Zeichnung, welche jedoch lediglich Ausfüh
rungsbeispiele darstellt, erläutert. Hierbei zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein HTSL-Leiterele
ment, geschnitten entlang der Linie II-II in
Fig. 2;
Fig. 2 eine Draufsicht auf das HTSL-Leiterelement
gemaß Fig. 1;
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein HTSL-Leiterele
ment, gemäß Fig. 4, geschnitten entlang der
Linie IV-IV in Fig. 4;
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Gegenstand gemäß Fig.
3;
Fig. 5 eine Draufsicht auf ein HTSL-Leiterelement
gemäß den Fig. 3 und 4 in modifizierter Ausfüh
rung;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Fehler
strombegrenzers mit einem HTSL-Leiter gemaß
einem der Fig. 1 bis 5;
Fig. 7 eine schematische Querschnittsansicht einer
Stromversorgung für einen HTSL-Magneten; und
Fig. 8 einen Querschnitt durch den Gegenstand gemäß
Fig. 7, geschnitten entlang der Linie VIII-VIII.
Dargestellt und beschrieben ist, zunächst mit Bezug zu
den Fig. 1 und 2, ein hochtemperatursupraleitfähiger
Leiter 1 (HTSL-Leiter), der in einem Fehlerstrombegren
zer genutzt wird (vgl. hierzu im weiteren Fig. 6 und
zugehörige Beschreibung). Die Darstellung ist schemati
siert. Die elektrischen Anschlüsse zur Durchleitung des
Stromes sind im einzelnen nicht dargestellt.
Der HTSL-Leiter 1 besitzt zunächst eine untere Träger
schicht 2. Es handelt sich beim Ausführungsbeispiel um
eine YSZ-Platte. Auf der Trägerschicht 2 ist eine
supraleitfähige HTSL-Schicht 3 aufgebracht, beim Ausfüh
rungsbeispiel als YBCO-Film. Auf der HTSL-Schicht 3 ist
eine elektrisch (nur) normalleitfähige thermische Stabi
lisierungsschicht 4 aufgebracht. Die Stabilisierungs
schicht 4 dient zur thermischen Stabilisierung des
HTSL-Leiters 1 im Fall, daß die Supraleitfähigkeits-Ei
genschaften bei einem zu hohen Strom verloren gehen.
Bei der Anwendung in einem Fehlerstrombegrenzer kommt
es kurzzeitig zu sehr hohen Stromstärken, bis eine
Fehlerstrombegrenzung eingreift. Realistisch ist hier
ein Zeitraum von bis zu 100 msc. Einen solchen Zeitraum
muß die HTSL-Schicht unbeschädigt überstehen könne,
wobei zu berücksichtigen ist, daß sie sich nicht sehr
stark erwärmen kann, ohne Schaden zu nehmen. In diesem
Zusammenhang ist nun die thermische Stabilisierungs
schicht von entscheidender Bedeutung. Durch die ver
gleichsweise hohe Masse der thermischen Stabilisierungs
schicht, die bei geeigneter Wahl des Werkstoffes eine
entsprechend hohe Wärmekapazität besitzt, kann kurzzei
tig die durch die hohe Stromstärke entstehende Wärme so
effektiv aufgenommen werden, daß die HTSL-Schicht keine
Beschädigung erfährt. Der dynamische Vorgang aufgrund
eines plötzlich ansteigenden Fehlerstromes wird wärme
technisch in einem so gestalteten HTSL-Leiter selbst
aufgefangen.
Wie aus der Darstellung der Fig. 2 ersichtlich, ist die
Stabilisierungsschicht 4 im einzelnen als durchgängige
mäanderförmige Schichtbahn ausgebildet. Wesentlich ist,
daß in Längserstreckung bzw. Stromflußrichtung S des
HTSL-Leiters 1 zwischen einzelnen Abschnitten 5, 6 der
durchgängigen Schichtbahn eine Unterbrechung U gegeben
ist. Die Unterbrechung U ist lediglich in Umlenkungsbe
reichen 7, 8 zwischen den einzelnen Abschnitten 5 und
6, die bei der mäanderförmigen Führung der Stabilisie
rungsschicht 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den
Fig. 1 und 2 abwechselnd - gegenüberliegend - vorgesehen
sind, nicht gegeben. Die Länge einer Unterbrechung U in
Stromflußrichtung S ist daran ausgerichtet, daß das in
der Unterbrechung U freiliegende Material der HTSL-
Schicht 3 im Falle eines normalleitenden Zustandes bei
hohen Strömen nicht aufgrund der Wärmeentwicklung zer
stört werden kann. Vielmehr muß jeweils eine ausreichen
de thermische Ableitung zu den die Unterbrechung U
begrenzenden Abschnitten 5 und 6 gegeben sein. Beim
Ausführungsbeispiel beträgt die Länge bspw. 50 µm.
Im Einsatzzustand ist der HTSL-Leiter im weiteren von
flüssigem Stickstoff umgeben, vgl. Fig. 6. Der Abstand U
ist so gewählt, daß auch bei den in der betrachteten
Anwendung, nämlich als Fehlerstrombegrenzer, gegebenen
kurzzeitig sehr hohen Stromstärken in der Unterbrechung
U kein Blasensieden auftreten kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 beträgt
eine Schichtdicke d1 der Stabilisierungsschicht 4 etwa
20 µm. Dagegen beträgt eine Schichtdicke d2 der HTSL-
Schicht 3 etwa 0,5 µm.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 ist die Stabi
lisierungsschicht 4 jeweils in Form einer Vielzahl von
inselartig isolierten Streifenbereichen 4' ausgebildet.
Wie ersichtlich ergibt sich, vgl. Fig. 4, ein Zebra
streifenmuster. In bezug auf die Stromrichtung S ist
beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 etwa ein
rechter Winkel zwischen einer Erstreckungsrichtung der
Streifenbereiche 4' und der Stromrichtung S gegeben.
Die Unterbrechung U ist nach den gleichen Kriterien
gewählt, wie zuvor im Hinblick auf das Ausführungsbei
spiel der Fig. 1 und 2 erläutert. Dadurch, daß die
Stabilisierungsschicht 3 hier aus einzelnen, elektrisch
nicht bzw. nur über die HTSL-Schicht 3 verbundenen
Streifenbereichen 4' besteht, kann eine wesentlich
größere Dicke d1' gewählt werden. Während die Dicke d2
gleich der Dicke d2 beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1
und 2 ist, ist die Dicke d1' beim Ausführungsbeispiel
der Fig. 3 und 4 etwa 50 µm.
Eine Breite b (Abmessung in Stromflußrichtung S) eines
Streifenbereichs ist klein gegenüber einer Gesamtlänge
L eines HTSL-Leiters. Die Gesamtlänge L liegt etwa
zwischen 5 und 50 cm, die Breite b dagegen etwa zwi
schen 0,5 und 1,5 cm, bevorzugt etwa bei 1 cm.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist eine Variante
dargestellt, bei welcher die einzelnen Streifenbereiche
4' der Stabilisierungsschicht 4 in einem spitzen Winkel
Alpha zur Stromrichtung S bzw. Längenerstreckung des
HTSL-Leiters 1 angeordnet sind.
In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines mittels
eines HTSL-Leiters 1 einer der beschriebenen Ausfüh
rungsformen gestalteten Strombegrenzers 8 dargestellt.
Ein Kryostat 9 ist mit flüssigem Stickstoff 10 gefüllt.
In den flüssigen Stickstoff 10 sind mehrere HTSL-Leiter 1
eingehängt, mittels einer schematisch angedeuteten
Halterung 11. Die HTSL-Leiter 1 sind mittels Verbin
dungsleitungen 12 parallel geschaltet. Über elektrische
Zu- und Ableitungen 13, 14 wird der zu überwachende
Strom durch die HTSL-Leiter 1 hindurchgeleitet. Verdamp
fender Stickstoff wird in den Auffangleitungen 15 aufge
nommen und über eine Rückleitung 16 in einen Refrigera
tor 17 geleitet und in flüssiger Form in den Cryostat 9
zurückgeführt.
Im Falle eines Kurzschlusses in einem durch den Fehler
strombegrenzer 8 überwachten elektrischen Netz steigt
der Strom durch die Leitungen 13, 14 sprungartig an.
Die HTSL-Leiter verlieren bei Überschreiten einer be
stimmten kritischen Stromstärke ihre Supraleitfähig
keit. Sie setzen dem Stromfluß einen Ohmschen Wider
stand entgegen, wodurch auch eine Aufwärmung der HTSL-
Schicht erfolgt. Der Strom fließt dann auch wesentlich
über die Stabilisierungsschicht der HTSL-Leiter 1.
Insgesamt kommt es kurzfristig zu einer sehr starken
Dämpfung des Stromes, so daß der Kurzschlußstrom ent
sprechend begrenzt ist. "Kurzfristig" bedeutet hier,
daß die Dämpfung in deutlich weniger als 5 ms (einem
Viertel der Periodendauer des Wechselstroms) eintritt.
Unter Bezug auf Fig. 7 ist eine Querschnittsdarstellung
einer Stromversorgungseinrichtung 18 für einen schema
tisch angedeuteten HTSL-Magneten wiedergegeben.
Die Stromversorgung 18 besteht beim Ausführungsbeispiel
aus fünfundzwanzig kreisförmig zueinander angeordneten
HTSL-Multifilamentleitern 20. Die HTSL-Multifilamentlei
ter 20 durchsetzen eine Vielzahl von metallischen Plat
ten 21. Beispielsweise kann es sich um Kupferplatten
handeln.
Wie weiter zu erkennen ist, sind die HTSL-Multifilament
leiter 20 nahe einer Außenumfangslinie einer Platte 21
angeordnet. Im Inneren der Platten 21 sind - geeigne
terweise miteinander fluchtende - Durchlaßöffnungen 22
ausgebildet.
Die Platten 21 mit den sie durchsetzenden HTSL-Multifi
lamentleitern 20 sind insgesamt in einem beim Ausfüh
rungsbeispiel aus Stahl bestehenden Mantelrohr 23 aufge
nommen.
Am oberen Ende sind die HTSL-Multifilamentleiter 20 mit
einem Kupfer-Anschlußstück 24 verlötet, zum Übergang
auf den normalleitenden Teil der Stromzuführung. Das
Kupferteil 24 ist in einem Edelstahlring 25 aufgenommen.
Ans dem Supraleitungsbereich des HTSL-Magneten 19 aus
tretendes verdampfendes Kühlmittel tritt im Bereich
einer untersten Platte - Platte 21' - die im Gegensatz
zu den anderen Platten 21 randseitig nicht mit der
Innenfläche des Mantelrohres 23 verbunden ist, bei
spielsweise mit einer Temperatur von 4,5 Kelvin ein.
Bis zum Gasauslaß 26 erwärmt sich das Gas auf circa 35
Kelvin. Zugleich ist hiermit ein Gegenstrom-Kühleffekt
im Bezug auf die HTSL-Multifilamentleiter 20 erreicht.
Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In
die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der
Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori
tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt
lich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser
Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit
aufzunehmen.
Claims (11)
1. Hochtemperatursupraleitfähiger Leiter (HTSL-Leiter),
(1), bspw. zur Verwendung in einem supraleitenden Feh
lerstrombegrenzer, der in einer bestimmten Stromfluß
richtung von Strom durchflossen wird, mit einer Träger
schicht (2), einer darauf aufgebrachten supraleitfä
higen HTSL-Schicht (3), bspw. in Form eines YBCO-Films,
und einer auf der HTSL-Schicht (3) aufgebrachten thermi
schen Stabilisierungsschicht (4) aus elektrisch normal
leitfähigem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die
Stabilisierungsschicht (4) in Stromflußrichtung (S)
Unterbrechungen (U) kurzer Länge aufweist, wobei die
Länge an einer noch möglichen thermischen Ableitung
einer Erwärmung der HTSL-Schicht (3) - im Bereich der
Unterbrechung (U) - in die Stabilisierungsschicht (4)
orientiert ist.
2. HTSL-Leiter (1) nach Anspruch 1 oder insbesondere
danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungs
schicht (4) als relativ zu der Stromflußrichtung (S)
wechselnde Schichtbahn ausgebildet ist.
3. HTSL-Leiter nach einem oder mehreren der vorhergehen
den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Stabilisierungsschicht (4) in Form
von insel- oder halbinselartigen Streifenbereiche hoher
Wärmekapazität ausgebildet ist.
4. HTSL-Leiter (1) nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dicke (d1') der Stabilisierungs
schicht wesentlich größer ist als die Dicke (d2) der
HTSL-Schicht (3).
5. HTSL-Leiter (1) nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch
gekennzeichnet, daß die Streifenbereiche zebrastreifen
artig ausgebildet sind.
6. Fehlerstrombegrenzer mit einem HTSL-Leiter (1),
wobei der HTSL-Leiter (1) in einer bestimmten Stromfluß
richtung von einem Strom durchflossen wird, eine Träger
schicht aufweist und eine darauf aufgebrachte HTSL-
Schicht (3), bspw. in Form eines YBCO-Films und weiter
eine auf der HTSL-Schicht (3) aufgebrachte thermische
Stabilisierungsschicht (4) aufweist, aus elektrisch
normal leitfähigem Material, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stabilisierungsschicht (4) in Stromflußrichtung
(S) Unterbrechungen (U) kurzer Länge aufweist, wobei
die Länge an einer noch möglichen thermischen Ableitung
einer Erwärmung der HTSL-Schicht (3) - im Bereich der
Unterbrechung (U) - in die Stabilisierungsschicht (4)
orientiert ist.
7. Fehlerstrombegrenzer nach Anspruch 6 oder insbesonde
re danach, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fehler
strombegrenzer mehrere HTSL-Leiter (1) parallel geschal
tet sind.
8. Hochtemperatursupraleitfähiger Leiter (HTSL-Leiter)
in einer Ausbildung als Multifilamentleiter, dadurch
gekennzeichnet, daß der HTSL-Leiter in bestimmten Ab
ständen eine Mehrzahl von gut wärmeleitenden metalli
schen Platten durchsetzt, unter wärmeleitender Verbin
dung mit den Platten, wobei die Platten nicht unmittel
bar untereinander wärmeleitend verbunden sind.
9. HTSL-Leiter in einer Ausbildung als Multifilamentlei
ter, dadurch gekennzeichnet, daß der HTSL-Leiter mit
einer Platte lötverbunden ist.
10. HTSL-Leiter in einer Ausbildung als Multifilament
leiter, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte eine
Öffnung als Strömungsdurchlaß für ein Gas aufweist.
11. Stromversorgung, beispielsweise für einen HTSL-Ma
gneten, mit einem HTSL-Leiter, dadurch gekennzeichnet,
daß der im wesentlichen senkrecht angeordnete HTSL-Lei
ter eine Mehrzahl von metallischen Platten durchsetzt,
mit denen er wärmeleitend verbunden ist, und daß die
Platten Durchgangsbohrungen aufweisen zum Durchlaß
einer verdampfenden Kühlflüssigkeit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19856425A DE19856425A1 (de) | 1997-12-08 | 1998-12-08 | Hochtemperatursupraleiter, Fehlerstrombegrenzer mit einem Hochtemperatursupraleiter und Stromversorgung, beispielsweise für einen HTSL-Magneten |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19754307 | 1997-12-08 | ||
DE19856425A DE19856425A1 (de) | 1997-12-08 | 1998-12-08 | Hochtemperatursupraleiter, Fehlerstrombegrenzer mit einem Hochtemperatursupraleiter und Stromversorgung, beispielsweise für einen HTSL-Magneten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19856425A1 true DE19856425A1 (de) | 1999-07-01 |
Family
ID=7851065
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19856425A Withdrawn DE19856425A1 (de) | 1997-12-08 | 1998-12-08 | Hochtemperatursupraleiter, Fehlerstrombegrenzer mit einem Hochtemperatursupraleiter und Stromversorgung, beispielsweise für einen HTSL-Magneten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19856425A1 (de) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19929277A1 (de) * | 1999-06-25 | 2000-12-28 | Abb Research Ltd | Hochtemperatursupraleiteranordnung |
DE19957981A1 (de) * | 1999-12-02 | 2001-06-07 | Abb Research Ltd | Hochtemperatursupraleiteranordnung und Verfahren zu deren Herstellung |
DE10018169A1 (de) * | 2000-04-12 | 2001-10-18 | Siemens Ag | Vorrichtung für in einem Kryostaten zu betreibendes elektrisches Betriebselement mit Stromzuleitungen |
DE10158757A1 (de) * | 2001-11-29 | 2003-06-18 | Siemens Ag | Schiffsantrieb |
EP1320166A1 (de) * | 2001-12-12 | 2003-06-18 | Abb Research Ltd. | Vorrichtung der Supraleitungstechnik |
DE10158805A1 (de) * | 2001-11-30 | 2003-06-18 | Siemens Ag | Schiffsantrieb |
DE10226393A1 (de) * | 2002-06-13 | 2004-01-08 | Siemens Ag | Strombegrenzereinrichtung vom resistiven Typ mit supraleitender Leiterbahn und Shuntteil |
DE10226390A1 (de) * | 2002-06-13 | 2004-01-08 | Siemens Ag | Resistive Strombegrenzereinrichtung mit supraleitender Leiterbahn und nicht-supraleitendem Shunt |
EP1526625A2 (de) * | 2003-10-22 | 2005-04-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Kurzschluss-Strom-Schutzsystem für elektrische DC- und AC-Netze von Schiffen und Offshore-Anlagen |
US6894406B2 (en) | 2000-05-15 | 2005-05-17 | Theva Dunnschichttechnik Gmbh | Superconducting switching element and method |
ES2237304A1 (es) * | 2003-09-17 | 2005-07-16 | Universidad De Vigo | Dispositivo termico para la regulacion de una corriente persistente que circula por un anillo superconductor. |
WO2005114758A1 (en) * | 2004-05-18 | 2005-12-01 | Rolls-Royce Plc | Fault current limiter |
US8150486B2 (en) | 2008-03-05 | 2012-04-03 | Bruker Hts Gmbh | Superconducting device for current conditioning |
-
1998
- 1998-12-08 DE DE19856425A patent/DE19856425A1/de not_active Withdrawn
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19929277A1 (de) * | 1999-06-25 | 2000-12-28 | Abb Research Ltd | Hochtemperatursupraleiteranordnung |
DE19957981A1 (de) * | 1999-12-02 | 2001-06-07 | Abb Research Ltd | Hochtemperatursupraleiteranordnung und Verfahren zu deren Herstellung |
US6475958B1 (en) | 1999-12-02 | 2002-11-05 | Abb Research Ltd | High-temperature superconductor arrangement and a method for its production |
DE10018169A1 (de) * | 2000-04-12 | 2001-10-18 | Siemens Ag | Vorrichtung für in einem Kryostaten zu betreibendes elektrisches Betriebselement mit Stromzuleitungen |
DE10018169C2 (de) * | 2000-04-12 | 2002-06-13 | Siemens Ag | Vorrichtung zur Kühlung mindestens eines elektrischen Betriebselements in mindestens einem Kryostaten |
DE10018169C5 (de) * | 2000-04-12 | 2005-07-21 | Siemens Ag | Vorrichtung zur Kühlung mindestens eines elektrischen Betriebselements in mindestens einem Kryostaten |
US6894406B2 (en) | 2000-05-15 | 2005-05-17 | Theva Dunnschichttechnik Gmbh | Superconducting switching element and method |
DE10158757A1 (de) * | 2001-11-29 | 2003-06-18 | Siemens Ag | Schiffsantrieb |
US6994602B2 (en) | 2001-11-29 | 2006-02-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Ship propulsion system |
DE10158805A1 (de) * | 2001-11-30 | 2003-06-18 | Siemens Ag | Schiffsantrieb |
EP1320166A1 (de) * | 2001-12-12 | 2003-06-18 | Abb Research Ltd. | Vorrichtung der Supraleitungstechnik |
DE10226390B4 (de) * | 2002-06-13 | 2004-07-22 | Siemens Ag | Resistive Strombegrenzereinrichtung mit supraleitender Leiterbahn und nicht-supraleitendem Shunt |
DE10226393A1 (de) * | 2002-06-13 | 2004-01-08 | Siemens Ag | Strombegrenzereinrichtung vom resistiven Typ mit supraleitender Leiterbahn und Shuntteil |
DE10226393B4 (de) * | 2002-06-13 | 2004-07-01 | Siemens Ag | Strombegrenzereinrichtung vom resistiven Typ mit supraleitender Leiterbahn und Shuntteil |
DE10226390A1 (de) * | 2002-06-13 | 2004-01-08 | Siemens Ag | Resistive Strombegrenzereinrichtung mit supraleitender Leiterbahn und nicht-supraleitendem Shunt |
ES2237304A1 (es) * | 2003-09-17 | 2005-07-16 | Universidad De Vigo | Dispositivo termico para la regulacion de una corriente persistente que circula por un anillo superconductor. |
EP1526625A2 (de) * | 2003-10-22 | 2005-04-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Kurzschluss-Strom-Schutzsystem für elektrische DC- und AC-Netze von Schiffen und Offshore-Anlagen |
EP1526625A3 (de) * | 2003-10-22 | 2011-08-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Kurzschluss-Strom-Schutzsystem für elektrische DC- und AC-Netze von Schiffen und Offshore-Anlagen |
WO2005114758A1 (en) * | 2004-05-18 | 2005-12-01 | Rolls-Royce Plc | Fault current limiter |
US7522393B2 (en) | 2004-05-18 | 2009-04-21 | Rolls-Royce Plc | Fault current limiter |
US8150486B2 (en) | 2008-03-05 | 2012-04-03 | Bruker Hts Gmbh | Superconducting device for current conditioning |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE68912409T2 (de) | Anordnung zur Überstrombegrenzung. | |
DE3523826C2 (de) | Geheizte Spritzgußdüse mit eingelötetem Heizelement und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE4434819C1 (de) | Vorrichtung zur Strombegrenzung | |
EP2041809B1 (de) | Resistive supraleitende strombegrenzereinrichtung mit bifilarer spulenwicklung aus hts-bandleitern und windungsabstandshalter | |
DE4027481C2 (de) | Vorrichtung zum Erfassen von Änderungen der Temperatur eines Supraleiters und/oder von Änderungen des diesen Supraleiter umgebenden Magnetfelds | |
DE19856425A1 (de) | Hochtemperatursupraleiter, Fehlerstrombegrenzer mit einem Hochtemperatursupraleiter und Stromversorgung, beispielsweise für einen HTSL-Magneten | |
DE69501807T2 (de) | Eine elektrische sicherung und schutzschaltung | |
DE1665940C3 (de) | Stromzu- bzw. Stromabführung für elektrische Einrichtungen mit mehreren elektrisch parallel geschaltet zu betreibenden Supraleitern | |
DE19634424C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Strombegrenzers mit einem Hochtemperatursupraleiter | |
DE1765917C3 (de) | Bandförmiger, aus Supraleitermaterial und elektrisch normalleitendem Metall bestehender Leiter | |
DE102006032973B3 (de) | Supraleitende Strombegrenzereinrichtung von resistiven Typ mit Halteelement | |
EP1107322A2 (de) | Hochtemperatursupraleiteranordnung und Verfahren zu deren Herstellung | |
EP0014766B1 (de) | Stromzuführungsvorrichtung für eine supraleitende Magnetspule | |
EP0055804A1 (de) | Kabelförmiger, stabilisierter Supraleiter für Wechselfelder | |
DE1540246B2 (de) | Stromzufuehrungsvorrichtung fuer eine bei tiefer temperatur arbeitende anlage | |
DE1952148B2 (de) | Supraleiter | |
DE19832273C1 (de) | Resistiver Strombegrenzer mit Hoch-T¶c¶-Supraleitermaterial sowie Verfahren zur Herstellung des Strombegrenzers | |
DE1564701C3 (de) | Supraleitende Wicklung mit Metallbrücken | |
DE10226390B4 (de) | Resistive Strombegrenzereinrichtung mit supraleitender Leiterbahn und nicht-supraleitendem Shunt | |
WO2006000185A1 (de) | Strombegrenzungseinrichtung mit supraleitendem schaltelement | |
DE10226393B4 (de) | Strombegrenzereinrichtung vom resistiven Typ mit supraleitender Leiterbahn und Shuntteil | |
DE3042102A1 (de) | Supraleiter | |
DE3335282C2 (de) | ||
EP1309014B1 (de) | Resistiver supraleitender Strombegrenzer | |
DE102017206810A1 (de) | Leiterelement mit supraleitendem Bandleiter sowie Spuleneinrichtung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |