DE2410148A1

DE2410148A1 - Schaltanordnung mit supraleitendem vorwiderstand

Info

Publication number: DE2410148A1
Application number: DE2410148A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Kriechbaum
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-03-02
Filing date: 1974-03-02
Publication date: 1975-09-11

Description

Schaltanordnung mit supraleitendem Vorwiderstand Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung mit supraleitendem Vorwiderstand und einem in Reihe geschalteten Reststromschalter, wobei der Vorwiderstand bei Überschreiten einer kritischen Stromstärke durch sein Eigenmagnetfeld vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand übergeht.
Mit der zunehmenden Vermaschung von Netzteilen und der damit stark ansteigenden resultierenden Kurzschlußleistung ergibt sich ein wachsender Bedarf an strombegrenzenden Einrichtungen. Durch den Einsatz eines schnell ansprechenden strombegrenzenden Schaltgerätes, das den Anstieg des Kurzschlußstromes auf kritische Werte verhindert, erübrigt sich die sonst notwendige Ertüchtigung aller im Netz befindlichen Geräte auf die gestiegene Kurzschlußleistung.
Es ist bereits bekannt, zur Strombegrenzung Widerstände aus supraleitendem Material, die im Kurzschlußfall vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand überspringen, zu verwenden. Der Übergang in den normalleitenden Zustand kann durch das Eigenmagnetfeld, durch ein Steuerfeld oder durch Temperaturerhöhung bewirkt werden. Zur Reststromabschaltung muß dem Widerstand ein Leistungsschalter in Reihe geschaltet werden. Der Widerstand besteht meist aus einem zu einer Spule gewickelten supraleitenden dünnen Band von einer Länge Ton z.B. 20 km. Als Supraleiter kann Niob, zur Kühlung flüssiges Helium verwendet werden (DT-PS 19 62 704).
Es sind weiterhin Schaltwiderstände für Hochspannungs-Leistungsschalter bekannt, die aus mäanderförmig ausgestanzten Blechscheiben, die in induktionsarmer Anordnung übereinander gestapelt sind, aufgebaut sind (deutsche Patentanmeldungen P 23 24 321.2 und P 24 03 117.2). Diese Bauweise ermöglicht die Herstellung von Schaltwiderständen für hohe elektrische Anforderungen und hohe Wärmekapazität bei gegebenen begrenzten Außenabmessungen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehende vorteilhafte Bauweise auch bei Schaltanordnungen mit supraleitenden Vorwiderständen anzuwenden.
Erfindungsgemäß ist der Vorwiderstand in an sich bekannter Weise aus induktionsarm übereinander gestapelten mäanderförmig ausgestanzten Blechscheiben aufgebaut, die bis auf eine Kontaktstelle voneinander durch eine isolierende Zwischenlage getrennt sind und sind die Blechscheiben ein- oder beidseitig mit einer supraleitenden Schicht überzogen.
Neben der einfachen und kostengünstigen Bauweise ergibt sich im Vergleich zu bekannten gewickelten supraleitenden Vorwiderständen noch ein weiterer Vorteil. Bei den bekannten Vorwiderständen können bei langsamem Stromanstieg über den kritischen Wert hinaus einzelne Abschnitte des Supraleiters vorzeitig in den normalleitenden Zustand übergehen, während andere noch supraleitend bleiben. In diesem Fall werden die schon normalleitenden Teile durch den Kurzschlußstrom thermisch sehr stark belastet und es besteht die Gefahr, daß der gesamte Vorwiderstand durch plötzliches Sieden des Kühlmittels oder infolge Durchbrennens des Supraleiters zerstört wird (DT-PS 19 62 704). Gemäß der Erfindung ist das supraleitende Material jedoch gut wärmeleitend auf eine metallische Trägerschicht aufgebracht. Dadurch wird hier die Zerstörung des Vorwiderstandes verhindert, da infolge der großen Wärmekapazität des metallischen Trägermaterials, das sehr viel dicker als die nur eini8esA starke supraleitende Schicht ist, ein unzulässiger Temperaturanstieg an einzelnen vorzeitig normalleitenden Abschnitten verhindert wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt als Stand der Technik den supraleitenden Vorwiderstand und den in Reihe geschalteten Peststromschalter, Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Vorwiderstand, der in einem hohlen Isolator eingebaut ist, Fig. 3 zeigt eine der mäanderförmig ausgestanzten Blechscheiben, aus denen der Vorwiderstand zusammengesetzt ist, In Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines Teiles des Scheibenstapels dargestellt.
In Fig. 1 ist die Grundschaltung einer stromabgrenzenden Schaltanordnung mit supraleitendem Vorwiderstand 1 und in Reihe liegendem Reststromschalter 2 dargestellt. Dabei ist die Auslösung des Reststromschalters 2 zweckmäßig vom Ubersteigen eines kritischen Spannungsabfalls am Vorwiderstand 1 abhängig. Die Auslösezeit soll so kurz sein, daß der Vorwiderstand nicht durch schädliche Erwärmung beschädigt wird. Deshalb ist zweckmäßig die Wärmekapazität des Vorwiderstandes 1 so hoch, daß bis zum Ausschalten des in Reihe liegenden Reststromschalters keine bleibende Veränderung auftritt.
Fig. 2 zeigt, daß der aus einem Stapel von Widerstandsscheiben 3 bestehende Vorwiderstand 1 in den hohlen Isolator 7 eingebaut ist. Mit 13 und 14 sind die elektrischen Anschlüsse des Widerstandes bezeichnet. Der Widerstand 1 ist durch die Wärmeisolation 12 vom Isolator 7 getrennt.
Die Kühlung des Scheibenstapels erfolgt durch flüssiges Helium 10, das in einem Rohr 8 aus Isolierstoff aufsteigt, die Scheiben 3 umspült und im koaxialen Rohr 9 außen wieder absinkt. Die Kühlung und Umwälzung des Heliums erfolgt im Kühlaggregat 11, das gleichzeitig als Sockel dient.
In Fig. 3 ist eine der mäanderförmig ausgestanzten Blechscheiben 3 zu sehen, aus denen der Vorwiderstand 1 zusammengesetzt ist. Die Scheiben sind ein- oder beidseitig mit einer supraleitenden Schicht 5 versehen. Die supraleitende Schicht 5 ist zweckmäßig durch Bedampfen oder Plattieren der Blechscheiben 3 mit supraleitendem Material, beispielsweise Niob, hergestellt. Zwischen supraleitender Schicht und dem metallischen Trägermaterial kann auch eine dünne, elektrisch isolierende Schicht vorgesehen werden. Diese Schicht kann bei aus Aluminium bestehenden Scheiben 3 z.B. durch Oxidieren (Hartcoatierung) erzeugt werden. Auf die Oxidschicht wird dann der Supraleiter auch an den Kanten der Blechscheibe aufgedampft. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß im normalleitenden Zustand das metallische Trägermaterial nicht zur Leitfähigkeit beiträgt. Mit 4 ist die Kontaktstelle zur benachbarten Scheibe bezeichnet, die als herausgedrückte Sicke ausgebildet sein kann.
Fig. 4 zeigt einen Teil des aus den übereinander geschichteten Scheiben 3 bestehenden Plattenstapels in der Seitenansicht.
Zwischen den benachbarten Scheiben 3 sind Isolierfolien 6 eingeschoben. Im Fall der beidseitigen Beschichtung der Scheiben mit supraleitendem Material ist im supraleitenden Zustand des Vorwiderstandes 1 nur der ohmsche Querwiderstand aller Scheiben 3 wirksam. Dagegen ergibt sich nach dem Umschalten in den normalleitenden Zustand ein erheblich höherer resultierender Widerstandswert und damit eine Strombegrenzung, da der Strom sämtliche Stege der Scheiben 3 in Längsrichtung durchfließt.
5 Seiten Beschreibung 8 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnung (4 Figuren)

Claims

Patentansprüche Schaltanordnung mit supraleitendem Vorwiderstand und einem in Reihe geschalteten Reststromschalter, wobei der Vorwiderstand bei Überschreiten einer kritischen Stromstärke durch sein Eigenmagnetfeld vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (1) in an sich bekannter Weise aus induktionsarm übereinander gestapelten mäanderförmig ausgestanzten Blechscheiben (3) aufgebaut ist, die bis auf eine Kontaktstelle (4) voneinander durch eine isolierende Zwischenlage (6) getrennt sind und daß die Blechscheiben (3) ein- oder beidseitig mit einer supraleitenden Schicht (5) überzogen sind.
2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Schicht (5) durch Bedampfen oder Plattieren der Blechscheiben (3) mit supraleitendem Material hergestellt ist.
3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen supraleitender Schicht (5) und Blechscheibe (3) eine dünne, elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist.
4. Schaltanordnung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekapazität der Blechscheiben (3) so hoch ist, daß bis zum Ausschalten des in Reihe liegenden Reststromschalters keine bleibende Veränderung auftritt.
5. Schaltanordnung nach Anspruch 1-4, dadurch . *kennzeichnet, daß der Vorwiderstand (1) in einem Isolator (7) eingebettet und von einer Wärmeisolation (12) umgeben ist.
6. Schaltanordnung nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung des Kühlmittels (io) zum Vorwiderstand (1) konzentrische Rohre (8,9) aus Isoliermaterial vorgesehen sind.
7. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel (10) im Innenrohr (8) von einem auf Erdpotential liegenden Kühlaggregat (11) zum Vorwiderstand (1) aufsteigt und im Außenrohr (9) wieder absinkt.
8. Schaltanordnung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung des Reststromschalters (2) vom Ubersteigen eines kritischen Spannungsabfalls am Vorwiderstand (1) abhängig ist.

L e e r s e i t e