ES2558313T3

ES2558313T3 - Dispositivo superconductor sin un sistema de derivación externo, en particular con una forma de anillo

Info

Publication number: ES2558313T3
Application number: ES12171087.5T
Authority: ES
Inventors: Alexander Usoskin
Original assignee: Bruker HTS GmbH
Current assignee: Bruker HTS GmbH
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2032-06-06
Also published as: US20140066315A1; EP2672537A1; US20150187466A1; EP2672537B1; US9627107B2

Abstract

Un dispositivo superconductor (1; 1a, 1b), que comprende un conductor recubierto (2) con un sustrato (3) y una película superconductora de enfriamiento rápido (4), en el que el conductor recubierto (2) tiene una anchura W y una longitud L, en el que 0,5 <= L/W <= 10, en particular 0,5 <= L/W <= 8, y en el que el sustrato (3) es - un sustrato metálico (3) aislado eléctricamente de la película superconductora (4), o - un sustrato metálico delgado (3), en particular con un espesor de T <= 100 μm, caracterizado por que el conductor recubierto (2) forma un bucle cerrado, de manera que dicha anchura W corresponde a una altura de dicho dispositivo superconductor (1), y por que el conductor recubierto (2) tiene una resistividad de ingeniería ring que deriva la película superconductora (4) en un estado de enfriado rápido, con ring > 2,5 , en el que RDerIn >= ring * L/W, con RDerIn: resistencia de derivación interna del conductor recubierto (2).

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo superconductor sin un sistema de derivacion externo, en particular con una forma de anillo

La invencion se refiere a un dispositivo superconductor, que comprende un conductor recubierto con un sustrato y una pelicula superconductora de enfriamiento rapido, en el que el conductor recubierto tiene una anchura W y una longitud L, y en el que el sustrato es un sustrato metalico electricamente aislado de la pelicula superconductora, o un sustrato metalico delgado, en particular, con un espesor T < 100 pm.

Un dispositivo superconductor de este tipo se conoce a partir de M. Therasse et al., Physica C 468 (2008), 21912196.

Los dispositivos superconductores se usan de diferentes maneras, en particular, para transportar corrientes electricas, para condicionar corrientes tal como en limitadores de corriente de fallo, o para generar campos magneticos de alta intensidad.

Los dispositivos superconductores comprenden un conductor que puede, a una temperatura por debajo de la denominada temperatura critica Tc, llevar una corriente electrica practicamente sin perdidas ohmicas. Con el fin de conseguir dicha baja temperatura, el conductor se enfria normalmente con gases licuados tales como el helio liquido. Ademas, para tener un estado de superconductor, tambien es necesario permanecer por debajo de una densidad de corriente critica y por debajo de un campo magnetico critico con el conductor.

Cuando se usan materiales superconductores de alta temperatura (HTS), por ejemplo, un material de oxido de itrio, bario y cobre (YBCO), se hacen accesibles temperaturas, densidades de corriente y campos magneticos mas altos. El material HTS se usa normalmente como una pelicula (o recubrimiento) sobre un sustrato normalmente conductor o aislante.

Una dificultad cuando se emplean dispositivos superconductores es el riesgo de una perdida repentina del estado de superconduccion, tambien llamado un enfriamiento rapido. Si una region de una pelicula superconductora se enfria rapidamente, una elevada corriente electrica tiene que pasar a traves de la region ahora conductora de manera normal, lo que provoca un calentamiento considerable de dicha region. La elevada corriente y el calentamiento pueden danar el material superconductor, lo que tambien se conoce como agotamiento.

En general, es deseable que un dispositivo superconductor pueda sobrevivir a un enfriamiento rapido, de manera que pueda volver a usarse, por ejemplo, despues de un reenfriamiento del dispositivo. Con el fin de evitar un agotamiento del material superconductor, se conoce la proteccion de las peliculas superconductoras con una resistencia de derivacion.

El documento EP 2 117 056 B1 divulga un conductor recubierto alargado, que comprende una pelicula superconductora sobre un sustrato, cubierta por un primer elemento metalico, y conectada electricamente a un elemento de resistencia que transcurre en paralelo al conductor alargado a traves de unos contactos de puente separados de manera regular. El elemento de resistencia esta separado del conductor alargado, por lo que el elemento de resistencia esta termicamente desacoplado del conductor recubierto alargado. El elemento de resistencia proporciona una proteccion de derivacion externa.

En el caso de un enfriamiento rapido en la pelicula superconductora, la mayor parte de la corriente electrica se reencamina alrededor de la region templada a traves del elemento de resistencia, por lo que se reduce la intensidad de corriente a traves del conductor alargado en la region templada. El mayor calentamiento se produce entonces en el elemento de resistencia, y no en el conductor alargado.

Tambien se conoce el recubrimiento o el encapsulamiento de las peliculas superconductoras con una capa de estabilizacion normalmente conductora, por ejemplo, fabricada de cobre, comparese con el documento US 7.774.035 B2. Una vez mas, en el caso de un enfriamiento rapido, la corriente electrica se desvia a traves de la capa de estabilizacion con el fin de conservar las peliculas superconductoras. La capa de estabilizacion proporciona un sistema de derivacion interno para un conductor recubierto.

Los conductores recubiertos con proteccion de derivacion externa son dificiles de fabricar. La proteccion de derivacion interna puede reencaminar una parte importante de la corriente electrica lejos de la pelicula superconductora, pero aun el calentamiento puede danar la pelicula superconductora. Por lo tanto, incluso cuando se usa la proteccion de derivacion externa e interna conocida, puede seguirse produciendo un agotamiento de la pelicula superconductora.

N. Hotta et al., Journal of Physics: Conference Series 97 (2008) 012236, divulga unos elementos de pelicula delgada de YBCO de forma rectangular preparados mediante un metodo MOD en sustratos de zafiro. Para uno de los elementos, se describe una longitud de 120 mm y una anchura de 30 mm, asi como un espesor de pelicula de YBCO de 180 nm. Los elementos no tienen un recubrimiento metalico de proteccion o una resistencia en paralelo, a

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excepcion de alguna toma de corriente.

M. Therasse et al., Physica C 468 (2008), 2191 a 2196, divulga unos conductores recubiertos de DyBCO sobre sustratos Hastalloy con una capa tampon de MgO y una capa de sellado de Ag. En una realizacion, se usa una longitud de 0,19 cm, una anchura de 0,1 cm, una capa de DyBCO de 300 nm y una capa de sellado de Ag de 40 nm. Para la bicapa DyBCO/Ag, se ha encontrado una resistividad de aproximadamente 15 pOhm*cm.

Hee-Gyoun Lee et al., Physica C 445 a 448 (2006), 1099-1102 divulga una pieza de conductor recubierto en laminas finas en la direccion longitudinal en una region central. Se induce una corriente permanente en la pieza en laminas finas de superconductor. Se proponen diferentes tipos de bobinas planas preparadas a partir de la pieza en laminas finas de superconductor.

L. Frolek y J. Souc, Supercond. Sci. Technol. 24 (2011) 105016, divulga un transformador de corriente para la medicion de la perdida de corriente en el transporte de CA en cintas y cables superconductores. Una bobina primaria y una muestra superconductora se montan en un nucleo de hierro. La muestra superconductora se forma de una bobina de espiras a su vez cerrada.

El documento EP 2 192 629 A1 divulga un limitador de corriente de fallo con un dispositivo superconductor que comprende una secuencia de elementos superconductores, cada uno con un sustrato electricamente conductor, una pelicula superconductora, y una capa intermedia electricamente aislante. En una realizacion, dos elementos superconductores curvados forman juntos un bucle cerrado, basicamente circular, estando las peliculas superconductoras orientadas de manera perpendicular al plano circular del bucle.

Objeto de la invencion

Es el objeto de la invencion reducir aun mas el riesgo de un agotamiento de un dispositivo superconductor en el caso de un enfriamiento rapido en su pelicula superconductora.

Breve descripcion de la invencion

Este objeto se consigue, de acuerdo con la invencion, mediante un dispositivo superconductor como se ha mencionado al principio, caracterizado por que 0,5 < L/W < 10, en particular 0,5 < L/W < 8,

por que el conductor recubierto forma un bucle cerrado, de manera que dicha anchura W corresponde a una altura de dicho dispositivo superconductor,

y por que el conductor recubierto tiene una resistividad de ingenieria ping que deriva la pelicula superconductora en un estado de enfriado rapido, con ping > 2,5 Q, en el que RDerin = ping * L/W, con RDerin: resistencia de derivacion interna del conductor recubierto.

Los inventores han descubierto que, sorprendentemente, cuando la longitud L del conductor recubierto (o su pelicula superconductora, respectivamente) se elige suficientemente pequena en comparacion con la anchura W del conductor recubierto (o su pelicula superconductora, respectivamente), es decir, hasta aproximadamente de diez veces la anchura W, y la resistividad de ingenieria ping se elige suficientemente grande, es decir, por encima de 2,5 ohmios, el riesgo de un agotamiento de la pelicula superconductora en el caso de su enfriamiento rapido se hace muy bajo. Por consiguiente, un dispositivo superconductor que satisface los criterios anteriores es muy probable que sobreviva a un evento de enfriamiento rapido, de manera que pueden evitarse reemplazos caros despues de un enfriamiento rapido. Una proteccion de derivacion externa (que esta termicamente desacoplada del conductor recubierto o de su pelicula superconductora, respectivamente, tal como unos contactos puente que unen un elemento de resistencia separado) no es necesaria y normalmente se dispensa, de acuerdo con la invencion.

De acuerdo con la invencion, el conductor recubierto forma un bucle cerrado. En consecuencia, una corriente superconductora circular puede transcurrir a traves de la pelicula superconductora con un minimo de union; un bucle cerrado de este tipo puede usarse en particular en un limitador de corriente de fallo de CA. La anchura W se convierte en una altura de una estructura basicamente en forma de anillo. Observese que puede emplearse un elemento de puente superconductor para cerrar electricamente el bucle entre las dos partes de extremo de la pelicula superconductora (correspondientes a dos uniones); observese que el elemento de puente normalmente tiende un puente sobre un hueco GP mucho mas corto que la longitud L en este caso, normalmente con L > 10*GP, preferentemente L > 30*GP. Como alternativa, puede preferirse prescindir de un elemento de puente y realizar la estructura de bucle cerrado con una union directa de las partes de pelicula superconductora en las regiones de extremo del conductor recubierto (es decir, con solo una union), o incluso sin uniones en absoluto (vease a continuacion).

Durante el funcionamiento, la pelicula superconductora lleva una corriente en la direccion de la extension de la longitud L del conductor recubierto. La resistencia de derivacion interna es la resistencia (ohmica) del conductor recubierto en el estado de enfriado rapido, disponible para la corriente electrica que fluiria a traves de la pelicula superconductora en el estado de superconduccion, excluyendo cualquier proteccion de derivacion externa. Las trayectorias de corriente que proporcionan la resistencia de derivacion interna estan acopladas termicamente al

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conductor recubierto o a su pelicula superconductora, respectivamente (tal como las capas de sustrato o recubrimiento en la pelicula superconductora).

Observese que el espesor de la pelicula superconductora (en la parte superior del sustrato, perpendicular al plano del sustrato) y la altura del conductor recubierto (perpendicular al plano del sustrato) parecen ser irrelevantes para el efecto protector de la invencion contra el agotamiento, al menos, siempre y cuando dicha altura este en un intervalo razonable, tal como por debajo de 400 pm.

La resistividad (de derivacion interna) de ingenieria ping de acuerdo con la invencion es comparativamente alta, disponible de acuerdo con la invencion, con un sustrato metalico electricamente aislado de la pelicula superconductora, o con un sustrato metalico mas bien delgado. En particular, la resistividad (de derivacion interna) de ingenieria ping de acuerdo con la invencion es menor que con un sustrato de metal sin aislamiento de un espesor tipico (que es de aproximadamente 100 pm).

Una proteccion especialmente fiable contra el agotamiento de la pelicula superconductora puede lograrse cuando se elige ping > 5 C.

Realizaciones preferidas del dispositivo superconductor de la invencion

Se prefiere una realizacion en la que W > 12 mm, en particular, W > 40 mm. Por otra parte, se prefiere cuando W > 50 mm, en particular, W > 100 mm. Estas dimensiones han demostrado buenos resultados en la practica. Un gran anchura W permite una longitud comparativamente grande L.

Tambien se prefiere una realizacion en la que L > 10 cm, en particular L > 36 cm. Por otra parte, se prefiere cuando L > 50 cm, en particular L > 100 cm. Con tales grandes longitudes, pueden formarse bucles cerrados con una zona de seccion transversal comparablemente grande.

En otra realizacion preferida, la pelicula superconductora comprende un material de YBCO. Las peliculas de YBCO han mostrado una alta inmunidad contra el dano tras el enfriamiento rapido (agotamiento) en un dispositivo superconductor de la invencion.

Preferentemente, la longitud de una zona normal primaria generada por un enfriamiento rapido en la pelicula superconductora de enfriamiento rapido corresponde a la longitud L del conductor recubierto o a una parte sustancial de la longitud L del conductor recubierto. Esto reduce el riesgo de un agotamiento de un dispositivo superconductor en el caso de un enfriamiento rapido en su pelicula superconductora. Una “zona normal primaria” es una primera zona de superficie minima que cruza la anchura W de la pelicula superconductora de enfriamiento rapido en la primera fase del enfriamiento rapido. Esta zona presenta una conductividad normal (en particular metalica) que se forma como resultado de un enfriamiento rapido (local) completo o parcial de la pelicula superconductora de enfriamiento rapido. La formacion de la zona normal primaria es muy corta en el tiempo: para anchos de cinta de 40100 mm este proceso tarda 10-40 microsegundos. Un desarrollo adicional de la zona normal conduce a su propagacion a lo largo de la longitud de la pelicula superconductora de enfriamiento rapido. Dentro de los primeros 100-200 microsegundos la zona normal puede extenderse a traves de una distancia que corresponde de 2 a 20 anchuras W (si el conductor recubierto es lo suficientemente largo). Una parte sustancial de la longitud L del conductor recubierto es, en particular, un 25% o mas de la longitud L, preferentemente el 50% o mas de la longitud L.

En una realizacion ventajosa, en una region de extremo del conductor recubierto, se elimina una parte del sustrato, y unas partes de pelicula superconductora en dicha region de extremo y en una region de extremo adicional del conductor recubierto se unen entre si, en particular, en la que se proporciona una estructura de soporte mecanica en la parte superior de la pelicula superconductora en la region de extremo cerca de la parte eliminada. Por ejemplo, la parte del sustrato puede eliminarse mediante un decapado.

En otra realizacion ventajosa, el sustrato del conductor recubierto es de tipo anillo, en particular, del tipo anillo circular. En este caso un sustrato de bucle cerrado (por lo general de tipo metal) se prepara primero (por ejemplo, cortando una pieza de un tubo de metal continuo), y a continuacion se deposita la pelicula superconductora, por lo general en el lado exterior del anillo de sustrato cortado. En esta realizacion, una union es completamente innecesaria.

Sin embargo, otra realizacion proporciona que dos regiones de extremo del conductor recubierto se doblen hacia dentro o hacia fuera, y las partes de pelicula superconductora en dichas regiones de extremo se unan entre si. Esta union es especificamente simple. Por lo general, las regiones de extremo muestran en este caso una region de union en forma de v.

Tambien dentro del alcance de la presente invencion hay un conjunto superconductor, que comprende una pluralidad de dispositivos superconductores de la invencion dispuestos de manera coaxial de la estructura de bucle

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cerrada, colocados uno dentro de otro. Por lo tanto, puede lograrse una especificamente alta capacidad para llevar corriente para las corrientes circulares en un diseno compacto.

Ademas dentro del alcance de la presente invencion hay un limitador de corriente de fallo, que comprende un dispositivo superconductor de la invencion o un conjunto superconductor de la invencion. En un limitador de corriente de fallo se valora especialmente una alta tolerancia contra el agotamiento. El limitador de corriente de fallo puede ser de tipo resistivo (CC) o inductivo (CA).

En una realizacion preferida del limitador de corriente de fallo de la invencion, el limitador de corriente de fallo es de tipo CA con una bobina primaria para llevar una corriente que debe limitarse y una bobina secundaria para acoplarse a la bobina primaria a traves de un flujo magnetico comun, y el dispositivo superconductor o el conjunto superconductor esta incluido en la bobina secundaria. Dentro de la bobina secundaria, los dispositivos superconductores en una disposicion de bucle cerrado son especificamente utiles.

Un desarrollo adicional de dicha realizacion proporciona que la bobina secundaria comprenda una pluralidad de sub- bobinas que se realizan como dispositivos superconductores de la invencion con una estructura de bucle cerrado, en el que dichos dispositivos superconductores se colocan proximos entre si y dentro de la bobina primaria. Estas sub- bobinas pueden construirse con una alta relacion de aspecto, lo que hace que sea mas facil adherirse a la geometria de la invencion.

Otras ventajas pueden extraerse de la descripcion y de los dibujos adjuntos. Las caracteristicas mencionadas anteriormente y a continuacion pueden usarse de acuerdo con la invencion, ya sea individual o colectivamente en cualquier combinacion. Las realizaciones mencionadas no deben entenderse como una enumeracion exhaustiva sino que tienen un caracter ejemplar para la descripcion de la invencion.

Dibujos

La invencion se muestra en los dibujos.

Figura 1 un dispositivo superconductor util para entender la presente invencion, con un conductor recubierto

plano, en una vista en perspectiva esquematica;

Figura 2a un dispositivo superconductor util para entender la presente invencion en seccion transversal

esquematica, con un sustrato metalico y una capa intermedia dielectrica;

Figura 2b un dispositivo superconductor util para entender la presente invencion en seccion transversal

esquematica, con un sustrato metalico delgado;

Figura 3a una realizacion de un dispositivo superconductor de la invencion, con una estructura de bucle

cerrado, con los extremos doblados hacia fuera del conductor recubierto, en una vista superior esquematica;

Figura 3b la realizacion de la figura 3a en una vista lateral esquematica;

Figura 4a una realizacion de un dispositivo superconductor de la invencion, con una estructura de bucle

cerrado, con un material de sustrato eliminado en un extremo del conductor recubierto, en una vista superior esquematica;

Figura 4b la realizacion de la figura 4a, en un estado debobinado, en una ilustracion esquematica;

Figura 5 una realizacion de un dispositivo superconductor de la invencion, con una estructura de bucle

cerrado, con un elemento de puente; en una vista superior esquematica;

Figura 6 una realizacion de un conjunto superconductor de la invencion que comprende dos dispositivos

superconductores con una estructura de bucle cerrado, colocados uno dentro del otro, en una vista superior esquematica;

Figura 7a una realizacion de un limitador de corriente de fallo de la invencion de tipo CA, en una vista en

seccion transversal esquematica, con una bobina secundaria que rodea a una bobina primaria;

Figura 7b una realizacion de un limitador de corriente de fallo de la invencion de tipo CA, en una vista en

perspectiva esquematica, con varios dispositivos superconductores de estructura de bucle cerrado dispuestos proximos entre si y colocados dentro de una bobina primaria.

La figura 1 muestra un dispositivo superconductor 1 util para entender la presente invencion. En la figura 1, la geometria general, es especificamente evidente. Observese que de acuerdo con la invencion, un dispositivo

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superconductor comprende un conductor recubierto de tipo bucle cerrado (vease las figuras 3a-5).

El dispositivo superconductor 1 en este caso consiste en un conductor recubierto 2, con un sustrato 3 y una pelicula superconductora 4 depositada en la parte superior del mismo. Observese que puede haber capas adicionales, tales como una o mas capas de amortiguamiento entre el sustrato 3 y la pelicula superconductora 4 (no mostrado por simplificar).

El conductor recubierto 2 tiene una longitud L, en la direccion en la que fluye, durante el funcionamiento, una corriente superconductora I (o normalmente una corriente conductora, en el caso de un enfriamiento rapido). El conductor recubierto 2 tiene una anchura W y una altura H. Las longitudes L tipicas son aproximadamente de 10 cm y superiores. Las anchuras tipicas son aproximadamente de 12 mm y superiores. La altura H es normalmente de 400 pm o menor.

En el ejemplo mostrado, la relacion de L/W es aproximadamente de 4. De acuerdo con la invencion, dicha relacion esta comprendida entre 0,5 y 10, preferentemente entre 0,5 y 8.

El conductor recubierto 2 tiene, entre sus extremos E1 y E2 en el estado no superconductor, una resistencia de derivacion interna RDerin de aproximadamente 12 Ohms en este caso; dicha resistencia puede medirse, por ejemplo, poniendo en contacto las caras laterales opuestas SF (solo una de las cuales puede verse en la figura 1) de la pelicula superconductora 4 con los electrodos metalicos y midiendo la tension a una corriente electrica conocida. Una resistividad de ingenieria ping con ping = RDerin*W/L resulta entonces en este caso en 3,0 ohmios. De acuerdo con la invencion, ping esta por encima de 2,5 Ohms, preferentemente por encima de 5 ohmios.

Un dispositivo superconductor 1 muestra una muy baja probabilidad de un dano tras un enfriamiento rapido de la pelicula superconductora 4.

La resistividad de ingenieria ping de la invencion es significativamente mayor que las resistividades de ingenieria tipicas conocidas de los conductores recubiertos convencionales, por ejemplo de tipo YBCO.

La gran resistividad de ingenieria, de acuerdo con la invencion, puede conseguirse, por ejemplo, proporcionando una capa intermedia (electricamente aislada) de dielectrico 21 entre un sustrato de metal 3 y la pelicula superconductora 4, comparese la figura 2a que muestra un dispositivo superconductor 1 util para entender la presente invencion en seccion transversal. Ademas, puede usarse una capa tampon 22 entre el sustrato 3 y la pelicula superconductora 4 con el fin de aumentar la calidad del cristal de la pelicula superconductora 4 (normalmente, la pelicula superconductora es epitaxial). En el ejemplo mostrado, tambien hay una capa de proteccion 23 de un metal precioso (tal como el oro) en la parte superior de la pelicula superconductora 4. Si se desea, puede depositarse ademas (no mostrado) una capa de derivacion (normalmente de cobre); sin embargo, esta capa de derivacion deberia ser relativamente delgada con el fin de mantener la resistividad de derivacion interna lo suficientemente grande. Deberia observarse que la capa de proteccion 23, asi como una posible capa de derivacion no deberian ser envolventes y por lo tanto no conectar electricamente la pelicula superconductora 4 con el sustrato metalico 3, con el fin de que el sustrato metalico 3 no afecte a la resistencia de derivacion interna.

Si el sustrato 3 es suficientemente delgado, comparese la figura 2b, el sustrato 3, que es de tipo metal, no necesita aislarse de la pelicula superconductora 4 con el fin de lograr una resistividad de ingenieria suficientemente grande. En el ejemplo mostrado, hay de nuevo una capa tampon 22 y una capa de proteccion 23. Una capa de derivacion suficientemente delgada puede usarse tambien, si se desea (no mostrado).

La figura 3a en una vista superior y la figura 3b en una vista lateral muestran un dispositivo superconductor de la invencion 1, en el que el conductor recubierto 2 forma un bucle cerrado. La pelicula superconductora 4 (que se muestra como una linea gruesa negra, tambien en las figuras siguientes) se deposita sobre el lado interno del substrato 3. Con el fin de establecer una conexion superconductora entre los dos extremos de la pelicula superconductora 4, las regiones de extremo E1, E2 del conductor recubierto 2 se doblan hacia fuera y la pelicula superconductora 4 en las dos regiones de extremo E1, E2 se unen directamente entre si, usando normalmente una soldadura de plata, comparese la region de union 31. Observese que, como alternativa, las zonas de extremo 31,32 pueden doblarse hacia el interior si la pelicula superconductora 4 se ha depositado en el lado radialmente exterior del sustrato 3. Esta union es especificamente simple.

Si no es posible doblar las regiones de extremo de un conductor recubierto 2 (por ejemplo, si el radio de curvatura es tan pequeno que se danaria la pelicula superconductora 4), tambien es posible tener una union directa de la pelicula superconductora 4 en las regiones de extremo E1, E2 cuando se elimina (por ejemplo, decapando a distancia) alguna parte 41 del sustrato 3 en una region de extremo, en este caso E2, comparese la figura 4a en una vista superior y la figura 4b en una vista debobinada. En la zona de la parte eliminada 41, el conductor recubierto 2 de la otra region de extremo E1 puede acceder con su parte de pelicula superconductora 4a a la parte de pelicula superconductora restante 4b de la region de extremo E2 directamente (normalmente, se usa una soldadura para esta union, tal como una soldadura de plata). Si es necesario, la region terminal E2 puede estabilizarse de manera mecanica por medio de una estructura de estabilizacion 42 (por ejemplo, una pelicula metalica delgada) de manera

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que no se rompe la parte de pelicula superconductora restante 4b, que no se soporta nunca mas por el sustrato 3.

En otra realizacion de un conductor recubierto 2 con una estructura de bucle cerrado, mostrada en la figura 5 en una vista superior, se usa un elemento de puente 51 para proporcionar una conexion electrica superconductora entre las partes de pelicula superconductora 4a, 4b en las regiones de extremo E1, E2. El elemento de puente 51 comprende una capa superconductora 52 sobre un sustrato de puente 53, estando la capa de superconductor 52 unida directamente (normalmente por medio de una soldadura, tal como una soldadura de plata) a ambas partes de pelicula superconductora 4a 4b. Por lo tanto, el elemento de puente 51 cruza un hueco GP entre las dos regiones de extremo E1, E2 del conductor recubierto 2, en el que dicho hueco GP corresponde a aproximadamente 1/20 de la longitud total L del conductor recubierto en este caso. Mediante el uso de un elemento de puente 51, se evita el doblez del conductor recubierto 2.

La figura 6 muestra en una vista superior un conjunto superconductor de la invencion 61, que comprende (en este caso) dos dispositivos superconductores 1a, 1b, que tienen ambos conductores recubiertos en una estructura de bucle cerrado, y con los dispositivos superconductores 1a, 1b colocados (en este caso de manera concentrica) uno en el otro. En esta disposicion, ambos dispositivos superconductores 1a, 1b pueden afectar a la region central CR del conjunto superconductor 61, en particular, generando o interactuando con un flujo magnetico en la region central CR.

En el ejemplo mostrado, los dos dispositivos superconductores 1a, 1b no tienen uniones, lo que puede conducir a corrientes superconductoras circulares especificamente estables. Con el fin de lograr esto, se producen primero los sustratos en forma de anillo cerrado 3 (por ejemplo, soldando dos extremos de un sustrato de tipo cinta, o cortando un anillo de un tubo continuo producido mediante moldeo por extrusion). Posteriormente, las peliculas superconductoras 4 (y otras capas, si pueden ser necesarias) se depositan sobre los sustratos 3 (normalmente en el que un anillo de sustrato se hace girar bajo un aparato de deposicion).

La figura 7a muestra en una vista en seccion transversal vertical un limitador de corriente de fallo de la invencion 71 del tipo CA, en el que se usa un dispositivo superconductor de la invencion 1 (o como alternativa un conjunto superconductor de la invencion).

El limitador de corriente de fallo 71 comprende una bobina primaria normalmente conductora 72 y una bobina secundaria dispuesta de manera coaxial 73, que se realiza con un dispositivo superconductor de la invencion 1 como se muestra en la figura 4a en este caso; la estructura de soporte de la bobina secundaria 73 no se muestra, para simplificar.

Dentro de la bobina primaria 72, se coloca un nucleo ferromagnetico 74, proporcionando un buen acoplamiento de la bobina primaria y secundaria 72, 73. Durante el funcionamiento normal, la bobina primaria 72 lleva una corriente electrica que debe limitarse contra la corriente de fallo, y en la bobina secundaria 73, se induce una corriente superconductora que en gran medida contra balancea el campo magnetico de la bobina primaria 72, por lo que la bobina primaria 72 no experimenta una resistencia inductiva significativa.

La bobina secundaria 73 esta localizada dentro de un criostato 75, en cuyo interior se ha establecido una temperatura criogenica (tal como a o por debajo de -183,15 °C (90 K), preferentemente a o por debajo de -268,95 (4,2 K)), por lo que el dispositivo superconductor 1 o su pelicula superconductora 4, respectivamente, pueden asumir el estado de superconductor.

En el caso de un aumento de la corriente en la bobina primaria 72 (“corriente de fallo”), tambien se aumenta la corriente en la bobina secundaria 73, es decir, por encima de la corriente critica lc de la bobina secundaria 73, y la superconductividad se colapsa en la bobina secundaria 73 (“enfriamiento rapido”). Como consecuencia, la bobina primaria 72 experimenta ahora una resistencia inductiva considerable, lo que limita la corriente en la bobina primaria 72. Con el fin de ser capaz de soportar el grado de interferencia, la bobina secundaria 73 o el dispositivo superconductor 1, respectivamente, tiene una geometria con una relacion de longitud L (en este caso correspondiente a la circunferencia 2*R*n de la bobina secundaria 73) y una anchura W de aproximadamente L/W = 6, y una resistividad de ingenieria ping del conductor recubierto de acuerdo con la invencion.

Ya que la bobina secundaria 73 puede hacer frente a un enfriamiento rapido, el limitador de corriente de fallo puede reutilizarse facilmente despues de un enfriamiento rapido, en particular, despues de haberse reenfriado suficientemente la bobina secundaria 73.

La figura 7b muestra una realizacion adicional de un limitador de corriente de fallo de la invencion 71, que comprende una bobina primaria 72, en este caso enrollada en un soporte en forma de cilindro 76, y una bobina secundaria 73 que comprende una pluralidad de sub-bobinas, que se realizan como dispositivos superconductores de la invencion 1 con un conductor recubierto de una estructura de bucle cerrado (“un devanado sub-bobinal”). Dichos dispositivos superconductores 1 estan dispuestos proximos entre si dentro de la bobina primaria 72, de manera que cada sub-bobina puede interactuar con una parte del flujo magnetico de la bobina primaria 72. Para simplificar, no se muestra el criostato para los dispositivos superconductores 1 en la figura 7b.

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REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo superconductor (1; 1a, 1b), que comprende un conductor recubierto (2) con un sustrato (3) y una pelicula superconductora de enfriamiento rapido (4), en el que el conductor recubierto (2) tiene una anchura W y una longitud L, en el que 0,5 < L/W < 10, en particular 0,5 < L/W < 8, y en el que el sustrato (3) es

- un sustrato metalico (3) aislado electricamente de la pelicula superconductora (4), o

- un sustrato metalico delgado (3), en particular con un espesor de T < 100 pm,

caracterizado por que

el conductor recubierto (2) forma un bucle cerrado, de manera que dicha anchura W corresponde a una altura de dicho dispositivo superconductor (1),

y por que el conductor recubierto (2) tiene una resistividad de ingenieria ping que deriva la pelicula superconductora (4) en un estado de enfriado rapido, con ping > 2,5 Q, en el que Rperin = ping * L/W, con Rperin: resistencia de derivacion interna del conductor recubierto (2).
2. Dispositivo superconductor (1; 1a, 1b) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que W > 12 mm, en particular W > 40 mm.
3. Dispositivo superconductor (1; 1a, 1b) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que W > 50 mm, en particular, W > 100 mm.
4. Dispositivo superconductor (1; 1a, 1b) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que L > 10 cm, en particular L > 36 cm.
5. Dispositivo superconductor (1; 1a, 1 b) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que L > 50 cm, en particular L > 100 cm.
6. Dispositivo superconductor (1; 1a, 1b) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la pelicula superconductora (4) comprende un material de YBCO.
7. Dispositivo superconductor (1; 1a, 1b) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que en una region de extremo (E2) del conductor recubierto (2), se elimina una parte (41) del sustrato (3), y unas partes de pelicula superconductora (4a, 4b) en dicha region de extremo (E2) y en una region de extremo adicional (E1) del conductor recubierto (2) estan unidas entre si.
8. Dispositivo superconductor (1) de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizado por que se proporciona una estructura de soporte mecanica (42) en la parte superior de la pelicula superconductora (4) en la region de extremo (E2) cerca de la parte eliminada (41).
9. Dispositivo superconductor (1; 1a, 1b) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el sustrato (3) del conductor recubierto (2) es de tipo anillo, en particular, del tipo anillo circular.
10. Dispositivo superconductor (1; 1a, 1b) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que dos regiones de extremo (E1, E2) del conductor recubierto (2) se doblan hacia dentro o hacia fuera, y las partes de pelicula superconductora (4a, 4b) en dichas regiones de extremo (E1, E2) estan unidas entre si.
11. Conjunto superconductor (61), que comprende una pluralidad de dispositivos superconductores dispuestos de manera coaxial (1; 1a, 1b) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, colocados uno dentro del otro.
12. Un limitador de corriente de fallo (71), que comprende un dispositivo superconductor (1; 1a, 1b) o un conjunto superconductor (61) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.
13. Un limitador de corriente de fallo (71) de acuerdo con la reivindicacion 12, caracterizado por que el limitador de corriente de fallo (71) es de tipo CA con una bobina primaria (72) para llevar una corriente que debe limitarse y una bobina secundaria (73) que debe acoplarse a la bobina primaria (72) a traves de un flujo magnetico comun, y el dispositivo superconductor (1; 1a, 1b) o conjunto superconductor (61) esta incluido en la bobina secundaria (73).
14. Un limitador de corriente de fallo de acuerdo con la reivindicacion 13, caracterizado por que la bobina secundaria (73) comprende una pluralidad de sub-bobinas que estan realizadas como unos dispositivos superconductores (1; 1a, 1b) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dichos dispositivos superconductores (1; 1a, 1b) estan colocados uno junto a otro y dentro de la bobina primaria (72).