DE4124433C2 - Schaltungsanordnung mit einem elektrischen Leiter und einer Einrichtung zum Erfassen der Temperatur entlang des elektrischen Leiters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einem elektrischen Leiter und einer Einrichtung zum Erfassen der Temperatur entlang des elektrischen Leiters, wobei die Einrichtung einen entlang des elektrischen Leiters angeordne­ ten Lichtwellenleiter aufweist, wobei das Übertragungsverhal­ ten des Lichtwellenleiters entlang des Lichtwellenleiters von der Temperatur abhängig ist.

Eine solche Schaltungsanordnung ist schon aus JP 55 118 242 A (Patent Abstracts of Japan) bekannt. Dort ist entlang eines Heizleiters eines Heizers ein Lichtwellenleiter entlang ge­ führt, in den mittels eines optischen Senders optische Licht­ pulse eingespeist und am Ende mittels eines optischen Empfän­ gers empfangen und auf einem Display angezeigt werden. Dabei wird mit dem optischen Sender nur ein Ausbreitungsmode des Lichtwellenleiters angeregt. Eine lokale Überhitzung des Heizleiters führt zur entsprechenden Erwärmung des Lichtwel­ lenleiters, wodurch sich dessen Ausbreitungseigenschaften an dieser Stelle ändern und die eingespeiste optische Welle aus ihrem ersten Ausbreitungsmode in einen zweiten Mode konver­ tiert. Anhand dieses im zweiten Mode empfangenden Lichts wird die Überhitzung des Heizleiters erkannt.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 205 924 A2 ist ein Quenchdetektor für supraleitende Spulen bekannt, bei dem an­ hand eines Phasenvergleichs von einer Strommessgröße und einer Spannungsmessgröße auf einen Quench innerhalb der supraleitenden Spule erkannt wird. Die supraleitende Spule ist über eine mit Halbleiterbauelementen ausgebildete Schalt­ einrichtung mit einer Spannungsquelle verbunden. Bei Auftre­ ten eines Quenchs wird die supraleitende Spule über die Schalteinrichtung von der Spannungsquelle getrennt.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 415 709 A2 ist eine Einrichtung zum Erfassen eines Quenchs und dessen Ortes ent­ lang eines Supraleiters bekannt. Dabei wird ein mit einer Ar­ beitsflüssigkeit gefülltes Rohr parallel zum Supraleiter ge­ führt. An den Enden des Rohrs sind Drucksensoren angeordnet, die mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind. Bei Auftre­ ten einer lokalen Überhitzung, also eines Quenchs, wird die Arbeitsflüssigkeit in dem Rohr an dieser Stelle erhitzt, wo­ durch dort ein Druckanstieg im Rohr erfolgt; dieser Druckan­ stieg führt zu einer sich innerhalb des Rohres in Richtung auf seine Enden ausbreitenden Druckwelle, deren Eintreffen an beiden Enden mit den Drucksensoren erfasst wird und der Aus­ werteeinrichtung zugeführt wird. Anhand des Zeitunterschieds zwischen dem einen Empfangszeitpunkt des Druckpulses mit dem einen Drucksensor an einem Ende im Vergleich zum anderen Empfangszeitpunkt mit dem anderen Drucksensor am anderen Ende kann die Auswerteeinheit nicht nur die lokale Überhitzung an sich, sondern auch den Ort des Auftretens der lokalen Überhitzung entlang des Supraleiters errechnen.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Schaltungsanordnung an­ zugeben, die im Vergleich zur erstgenannten Schaltungsanord­ nung eine schnelle Strombegrenzung ermöglicht.

Die Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der elekt­ rische Leiter ein Supraleiter ist, und ein von der Einrichtung bei einer vorgebbaren kritischen Temperatur aktivierba­ rer, auf GTO-Thyristorenbasis aufgebauter Strombegrenzer für den Supraleiter vorgesehen ist.

Dadurch, dass ein von der Einrichtung bei einer vorgebbaren kritischen Temperatur aktivierbarer, auf GTO-Thyristorenbasis aufgebauter Strombegrenzer für den Supraleiter vorgesehen ist, kann eine besonders schnelle Strombegrenzung erzielt werden. Insbesondere kann unabhängig vom natürlichen Null­ durchgang der am Supraleiter und am Strombegrenzer anliegen­ den Wechselspannung bzw. Wechselstrom eine Strombegrenzung oder Kurzunterbrechung eingeleitet werden.

Thermische Überlastungen des Supraleiters können so früh­ zeitig erkannt werden und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Dies ist insbesondere wichtig, wenn der Supraleiter eine Stromquelle mit einer Last verbindet und lastseitig ein Kurzschluss entsteht. Hierbei kann innerhalb einer Halbwelle der Nennfrequenz der Kurzschlussstrom begrenzt werden.

Dadurch wird auch ein Verdampfen von Kühlmittel um den Supraleiter vermieden, wodurch wiederum seine optimale Betriebstemperatur stabilisiert wird und eine Beein­ trächtigung der elektrischen Festigkeit der Wicklung vermieden ist.

Bevorzugt weist die Einrichtung einen lediglich auf die kritische Temperatur ansprechenden Temperatursensor auf, der den Strombegrenzer aktiviert.

Weiter bevorzugt umfasst die Einrichtung einen für alle Tem­ peraturen empfindlichen Temperatursensor, dessen Signal einem auf die kritische Temperatur eingestellten Komparator zuge­ führt wird, der, wenn das kritische Temperatursignal vom Tem­ peratursensor übertragen wird, ein Strombegrenzeraktivie­ rungssignal erzeugt.

Vorzugsweise ist der Strombegrenzer ein Stromabschalter. In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist der Supraleiter als Windung eines Transformators ausgestaltet.

Um eine Strombegrenzung bei Unterbrechung der Supraleitfähig­ keit zu erzielen, ist es auch günstig die Hüllschicht des Supraleiters aus einer geeigneten Legierung, welche einen ausreichend hohen ohmschen Widerstand zur Absenkung des Kurz­ schlussstromes aufweist, vorzusehen. Auf diese Weise kommu­ tiert der Strom des Supraleiters in die normal leitende Hüll­ schicht und wird abgesenkt. Der abgesenkte Strom kann dann durch den aktivierten Strombegrenzer weiter reduziert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung mit einem Supraleiter und

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung mit Ausbildung des Supraleiters als Windung eines Transformators.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung 1a gezeigt, bei der ein Supraleiter 2 eine Stromquelle 3 mit einer Last 4 verbindet. In dem von der Schaltungsanordnung 1a gebildeten Stromkreis fließt ein Strom Ia. Der Supraleiter 2 umfasst auch eine Kühleinrichtung 5 zur Sicherstellung seiner Betriebstemperatur. Der Supraleiter 2 ansich umfaßt einen supraleitenden Kern 6, welcher von einer Hüllschicht 7 umgeben ist. Dem Supraleiter 2 ist des weiteren eine Einrichtung 8 zum Erfassen einer vorgebbaren Tem­ peratur entlang des Supraleiters 2 zugeordnet, die für den spe­ ziellen tiefen Temperaturbereich des Supraleiters 2 geeignet sein sollte. Die Einrichtung 8 ist über einen Ausgang mit einem Eingang eines Strombegrenzers verbunden. Der Strombegrenzer 9 ist in den Stromkreis der Schaltungsanordnung 1a eingefügt.

Die Einrichtung 8 umfaßt Mittel zum Erfassen der Temperatur entlang des Supraleiters 2. Dies können insbesondere optische Mittel sein, z. B. eine Laserabtasteinrichtung, die als Tem­ peratursensor dient. Vorzugsweise ist jedoch ein entlang des Supraleiters 2 angeordneter Lichtwellenleiter 10 als Temperatur­ sensor vorgesehen. Dieser Temperatursensor kann beispielsweise auf die kritische Temperatur ansprechen, so daß dann der Strom­ begrenzer 9 über die Einrichtung 8 aktiviert wird. Der Licht­ wellenleiter 10 verändert dabei sein Lichtübertragungsverhalten entlang seiner Länge in Abhängigkeit von der Temperatur. Dies betrifft insbesondere seine sogenannte Rückstreuungen oder seine partiellen Reflexionen, deren Auswertung in der Einrichtung 8 erfolgt. Auf diese Weise kann die kritische Temperatur entlang des Supraleiters 2 in Abhängigkeit vom Entstehungsort festge­ stellt werden.

Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung 1b, bei der der Supraleiter als Windung 11a, 11b eines Transformators 12 ausgebildet ist. Als Temperatursensor sind hier optische Lichtwellenleiter 13a, 13b vorgesehen, die entlang den Windungen 11a, 11b in den Wick­ lungen 14a, 14b des Transformators 12 angeordnet sind. Diese An­ ordnung erlaubt es die Temperatur innerhalb einer Wicklung 14a, 14b zu erfassen, so daß in Abhängigkeit vom Ort innerhalb der Wicklung 14a, 14b, beispielsweise innen oder außen, unterschied­ liche strombegrenzende Maßnahmen durchgeführt werden können. Für die Signalverarbeitung ist vorzugsweise eine Echtzeitverarbei­ tung vorgesehen, da kürzeste Reaktionszeiten innerhalb der Schal­ tungsanordnung 1b erfüllt werden müssen. Zwischen Strombegrenzer 9 und Einrichtung 8 kann auch ein Steuergerät 15 angeordnet sein, das die Steuerimpulse für den Strombegrenzer 9 erzeugt. Der ins­ besondere als Stromabschalter ausgebildete Strombegrenzer 9 ist auf Halbleiterbasis, vorzugsweise auf GTO-Thyristorenbasis, auf­ gebaut. Auf diese Weise können besonders schnelle Strombegren­ zungen erzielt werden. Die GTO Thyristoren können auch mit einer Phasenanschnittsteuerung angesteuert werden. Die Verwendung von GTO-Thyristoren ist besonders dann günstig, wenn eine Kurzunter­ brechung unabhängig vom natürlichen Stromnulldurchgang eingelei­ tet werden soll.

Bei allen Ausführungen kann der Temperatursensor derart ausge­ bildet sein, daß er nur auf die kritische Temperatur anspricht. Es kann jedoch auch ein für alle Temperaturen empfindlicher Tem­ peratursensor eingesetzt werden, dessen Signal einem auf die kritische Temperatur eingestellten Komparator zugeführt wird. Dieser erzeugt das Strombegrenzeraktivierungssignal, wenn das kritische Temperatursignal vom Temperatursensor übertragen wird.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung mit einem elektrischen Leiter und einer Einrichtung (8) zum Erfassen der Temperatur entlang des elektrischen Leiters (2), wobei die Einrichtung (8) einen entlang des elektrischen Leiters (2) angeordneten Lichtwellenleiter (10) aufweist, wobei das Übertragungs­ verhalten des Lichtwellenleiters entlang des Lichtwellen­ leiters von der Temperatur abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (2) ein Supraleiter ist, und ein von der Einrichtung (8) bei einer vorgebbaren kritischen Temperatur aktivierbarer, auf GTO-Thyristorenbasis aufgebauter Strombegrenzer (9) für den Supraleiter vorgesehen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (8) einen lediglich auf die kritische Temperatur ansprechenden Temperatursensor umfasst, der den Strombegrenzer (9) aktiviert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (8) einen für alle Temperaturen empfindlichen Temperatursensor umfasst, dessen Signal einem auf die kritische Temperatur eingestellten Komparator zugeführt wird, der, wenn das kritische Temperatursignal vom Temperatursensor übertragen wird, das Strombegrenzeraktivierungssignal erzeugt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strombegrenzer (9) ein Stromabschalter ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Supraleiter (2) als Windung (13a, 13b) eines Transformators ausgebildet ist.