RU2126568C1 - Устройство для ограничения тока - Google Patents

Устройство для ограничения тока Download PDF

Info

Publication number
RU2126568C1
RU2126568C1 RU96114980A RU96114980A RU2126568C1 RU 2126568 C1 RU2126568 C1 RU 2126568C1 RU 96114980 A RU96114980 A RU 96114980A RU 96114980 A RU96114980 A RU 96114980A RU 2126568 C1 RU2126568 C1 RU 2126568C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
superconductor
current
meander
main surface
shunt resistor
Prior art date
Application number
RU96114980A
Other languages
English (en)
Other versions
RU96114980A (ru
Inventor
Бауманн Томас
Пауль Вилли
Ринер Якоб
Original Assignee
Абб Рисерч Лтд.
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=6529515&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2126568(C1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Абб Рисерч Лтд. filed Critical Абб Рисерч Лтд.
Publication of RU96114980A publication Critical patent/RU96114980A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2126568C1 publication Critical patent/RU2126568C1/ru

Links

Images

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
    • 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
    • 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
    • H10N60/35—Cryotrons
    • H10N60/355—Power cryotrons
    • 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
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
    • Y10S505/881—Resistance device responsive to magnetic field

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

Использование: изобретение относится к устройству для ограничения тока. Сущность: устройство содержит по меньшей мере один сверхпроводник и по меньшей мере один несверхпроводящий шунтирующий резистор, включенный параллельно сверхпроводнику, причем сверхпроводник через по меньшей мере одну главную поверхность находится в плоскостном контакте с главной поверхностью шунтирующего резистора, образуя с ним проводящее соединение, с которым в плоскостном контакте находится по меньшей мере одна главная поверхность изолятора. Другая главная поверхность изолятора также находится в плоскостном контакте с проводящим соединением сверхпроводника и шунтирующего резистора. Технический результат изобретения - использование для ограничения тока короткого замыкания в режимах как постоянного, так и переменного тока. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относится к устройству для ограничения тока согласно ограничительной части п.1 формулы.
Уровень техники известен из JP 2-183915 А. В соответствии с этим уровнем техники плоская несущая основа /субстрат/ через по меньшей мере одну из своих двух главных плоскостей через слой толщиной 0,01 - 10,0 мкм из благородного металла, напр., серебра, служащий химическим барьером, находится в плоскостном контакте с проводящим соединением из высокотемпературного сверхпроводника из благородного металла. Толщина слоя высокотемпературного сверхпроводника находится в пределах 0,1 мкм - 1,0 мм. Несущая основа может быть металлическим проводником. Без особого геометрического оформления, в частности при использовании токопроводящей металлической несущей основы. Это сверхпроводниковое устройство малопригодно для ограничения переменного тока.
Из US-A-4.961.066 (EP-A-0345767) известно использование для быстрого ограничения тока при коротких замыканиях в качестве токоограничителя стержнеобразной, трубчатой или плоской, многослойной структуры, состоящей в каждом случае из несущего изолятора, нанесенного на него тонкого сверхпроводящего слоя и нанесенного на последний резистивного слоя нормального проводника. Оба последних слоя могут чередоваться. При этом сопротивление несверхпроводящего резистора меньше сопротивления сверхпроводника в нормально проводящем состоянии. Недостатком являются высокие потери энергии в режиме переменного тока и относительно большая длина проводников.
EP-A-0315976 известен ограничитель тока, в котором сверхпроводящие провода меандрообразно изогнуты, расположены с обеих сторон изолятора в его выемках и электрически последовательно соединены в этажерочной конструкции с несколькими изоляторами. При этом магнитное воздействие тока не компенсируется противоположными меандрами на изоляторе в их верхней и нижней полупетле, а также на боковых участках меандра, см. там фиг. 5.
К уровню техники дополнительно следует отнести ЕР-А-10406636. Там для ограничения всех токов в электрических линиях переменного тока, например, вследствие короткого замыкания, предусмотрен ограничитель тока, в котором дроссельная катушка включена параллельно высокотемпературному сверхпроводнику. Сверхпроводник расположен внутри дроссельной катушки и дополнительно включен параллельно несверхпроводящему шунтирующему резистору.
В заявке США N 4961066 для быстрого ограничения тока при коротких замыканиях в качестве токоограничителя описана стержнеобразная, трубчатая и плоская многослойные структуры, состоящие соответственно из несущего изолятора, нанесенного на него тонкого сверхпроводящего слоя и нанесенного на последний резистивного слоя нормального проводника. Оба последних слоя могут чередоваться. При этом сопротивление несверхпроводящего резистора меньше сопротивления сверхпроводника в нормально проводящем состоянии. Недостатком являются высокие потери энергии в режиме переменного тока и относительно большая длина проводников.
В отношении соответствующего уровня техники следует дополнительно сослаться на европейскую заявку N 0406636. В ней для ограничения сверхтоков в цепи переменного тока, например, вследствие короткого замыкания, описан токоограничитель, у которого дроссельная катушка включена параллельно высокотемпературному сверхпроводнику. Сверхпроводник расположен внутри дроссельной катушки и включен дополнительно параллельно несверхпроводящему шунтирующему резистору.
Изобретение, изложенное в п.1 формулы, решает задачу усовершенствования устройства для ограничения тока названного выше рода таким образом, что оно пригодно для резистивного ограничения как постоянных, так и переменных токов. Сверхток в случае короткого замыкания ограничен заданным кратким значением номинального тока.
Предпочтительные формы выполнения изобретения приведены в зависимых пунктах формулы.
Преимущество изобретения состоит в том, что устройство для ограничения тока выполнено просто и компактно. Сверхпроводящая часть токоограничителя имеет модульную конструкцию, т.е. сверхпроводник разделен на узлы, которые при необходимости могут быть по отдельности удалены и заменены.
Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения, используемые в токоограничителе структуры из сверхпроводников и нормальных проводников имеют низкую индукцию. За счет подходящего расположения проводников, возникающие в случае использования переменного тока его потери могут быть сильно уменьшены.
Устройство для ограничения тока может быть также использовано в качестве активного коммутационного элемента путем его помещения во внешнее магнитное поле. При этом используется тот факт, что критический ток в магнитных полях очень сильно уменьшается. За счет включения внешнего магнитного поля ток в сверхпроводнике может быть поэтому ограничен долей номинального тока.
Изобретение поясняется ниже с помощью примеров его выполнения. На чертежах показаны:
- фиг. 1: модульная конструкция токоограничителей в катушке с магнитным полем в сечении,
- фиг. 2: токоограничитель из фиг. 1 в сечении,
- фиг. 3: сверхпроводник токоограничителя из фиг. 2 с меандровой проводящей дорожкой в сечении,
- фиг. 4: диаграммы сигналов потерь переменного тока с токоограничителями,
- фиг. 5 - 8: токоограничители с различными последовательностями слоев.
На фигурах одинаковые детали обозначены одними и теми же ссылочными позициями.
На фиг. 1 изображен заполненный жидким азотом криостат 7, в котором четыре расположенных параллельно друг другу токоограничителя или токоограничивающих модуля 5 включены последовательно и присоединены к токопроводу 6. При работе ток I течет через токопровод 6, который в случае сверхтока, например, вследствие короткого замыкания, должен быть ограничен токоограничивающими модулями 5 до 3 - 5-кратного значения заданного номинального тога In. Криостат 7 расположен внутри катушки 8 с магнитным полем.
На фиг. 2 изображена многослойная структура токоограничивающего модуля 5 из фиг.1. На главную поверхность 1а и противоположную ей главную поверхность 1b шайбообразной керамической пластины или изолятора 1 толщиной d1 нанесено по одному тонкому буферному слою 2 серебра, толщина которого составляет 1 - 5 мкм. В качестве материалов изолятора 1 используются пластины, имеющие достаточную термостойкость. А в интервале между комнатной температурой и температурой 77К - длительное термическое изменение, сравнимое с сверхпроводником 3,3'. Преимущественно используются пластины из стеклонаполненной литьевой смолы или керамические пластины из MgO. Их соединение с буферным слоем 2 - с помощью обычного клея. Эта операция требуется для сверхпроводящих пластин 3,3', выплавленных в серебряной форме, которую после выплавки удаляют, и не требуется при использовании плавильных подложек на основе никелевого сплава или керамики, которые после изготовления сверхпроводника 3,3' не удаляют, а они могут служить механической стабилизацией для них.
На оба буферных слоя 2 в плоскостном контакте с ними нанесены шайбообразные высокотемпературные сверхпроводники или сверхпроводники 3,3' прямоугольного сечения в форме меандра (фиг. 3) и толщиной каждый dSL. При этом главная поверхность 3а каждого сверхпроводника 3,3' для его электрической стабилизации находится в хорошем контакте с соответствующим буферным слоем 2. Оба сверхпроводника 3,3' расположены на расстоянии Δ между слоями или между собой.
Главная поверхность 3b соответствующего сверхпроводника 3,3' для его электрической и термостабилизации находится в плоскостном, хорошем электропроводящем контакте с главной поверхностью 4а соответствующего несверхпроводящего резистора или нормального проводника 4,4' толщиной dNL. Противоположная главной поверхности 4а главная поверхность нормального проводника 4,4' обозначена поз. 4b. В качестве металлов для нормальных проводников 4,4' особенно пригодны металлы с удельным сопротивлением при комнатной температуре более 10 мкОм • см, обладающие еще вязкостью при -200oC. Преимущественно рассматриваются олово, цинк, висмут и их сплавы, а также немагнитные металлы на основе стали или никеля. Нормальные проводники 4,4' могут быть нанесены на сверхпроводник 3,3' гальваническими способами, газопламенной металлизацией, плазменной металлизацией, наклеиванием с помощью проводящего клея, припаиванием или спеканием напыленного в холодном состоянии металлического порошка. Толщина слоя нормального проводника 4,4' должна быть такой, чтобы электрическое сопротивление этого слоя имело приблизительно такую же величину, что и слоя граничащего сверхпроводника 3,3'в нормальном состоянии, например, 50 мкм при толщине dSL сверхпроводника 3,3' составляющей 1 мм. Отнесенное к площади удельное контактное сопротивление между главной поверхностью 3b сверхпроводника 3,3' и главной поверхностью 4а нормальных проводников 4,4' должно составлять менее 1 мOм • см2, преимущественно не более 10 мкОм • см2.
На фиг. 3 изображено сечение сверхпроводника 3 из фиг. 2. Посредством надрезов или меандровых выемок 9 в прямоугольной , преимущественно квадратной пластине изготовляют ленточный проводник. На концах этого проводника для электрического контактирования размещены серебряные контакты 10, 11. Соседние меандровые выемки 9 расположены на расстоянии b по вертикали друг от друга в соответствии с шириной колена меандра. Меандры наиболее просто изготовляют посредством попеременного выполнения надрезов фрезерованием, выпиливанием, лазерной или водоструйной резкой; их можно изготовлять перед нанесением нормального проводника 4,4', а также перед расположением механического стабилизирующего средства, т.е. изолятора 1.
Меандровые сверхпроводники 3,3' расположены в токоограничивающих модулях 5 с обеих сторон изолятора 1 так, что в соответственно противолежащих коленах меандра ток I течет в противоположном направлении, так что перпендикулярные плоскости ленты составляющие собственного поля взаимно компенсируются. Этим достигаются низкая индуктивность и низкие потери токоограничивающих модулей 5.
На фиг. 4 в виде кривых 12, 13 для различных отношений ширины b колен меандра к толщине dSL сверхпроводника 3,3' показаны потери переменного тока, возникающие при названном выше токоотводе. При этом на абсциссе нанесено расстояние Δ между проводниками в мм, а на ординате - отношение мощности Р потерь переменного тока к длине L сверхпроводника в мВт/м. Из кривой 12 видно, что для b/dSL = 2 потери переменного тока уменьшаются по мере увеличения расстояния Δ между проводниками и возрастают при b/dSL = 15 по мере увеличения расстояния Δ (см. кривую 13). Токоотводящее устройство в токоограничивающем модуле 5 приводит по мере увеличения расстояния Δ между проводниками к уменьшению потерь только тогда, когда меандровая лента сверхпроводника 3,3' достаточно плоская, т.е. когда отношение b/dSL достаточно велико вплоть до критического значения 3,5. Для лент с b < 3.5 dSL токоотвод увеличивает мощность Р потерь переменного тока, вместо того, чтобы уменьшать ее.
На фиг. 5 - 8 в упрощенном виде изображены различные последовательности слоев, которые могут быть использованы вместо многослойной структуры на фиг. 2. При этом NL обозначены нормальные проводники 4,4', 14, 15, а SL- сверхпроводники 3,3'.
На фиг. 5 структура проводников или многослойная структура из нормального проводника 4,4' и сверхпроводника 3,3' может быть поверхностно соединена с изолятором 1 или соответствующим буферным слоем 2 таким образом, что каждый нормальный проводник 4,4' расположен со стороны изолятора.
На фиг. 6 структура из нормального проводника 4,4' и сверхпроводника 3,3' может быть поверхностно соединена с изолятором 1 или соответствующим буферным слоем 2 таким образом, что изолятор 1 своей главной поверхностью находится в плоскостном контакте со сверхпроводником 3 в соответствии с расположением на фиг. 2, а другой своей главной поверхностью - с нормальным проводником 4' в соответствии с расположением на фиг. 5. Дополнительно может быть предусмотрен изолятор 1', находящийся в плоскостном соединении со сверхпроводником 3' через буферный слой 2.
На фиг. 7 изображена многослойная структура из фиг. 5, у которой наружные поверхности сверхпроводников 3,3' находятся в хорошем электропроводящем контакте с дополнительными нормальными проводниками 14, 15.
На фиг. 8 изображен токоограничивающий модуль 5, содержащий на одной стороне изолятора 1 многослойную структуру из фиг. 7, а на другой стороне - многослойную структуру из фиг. 2.
В токоограничивающих модулях 5 на фиг. 1 сверхпроводники 3,3' включены в цепь тока резистивно. Ниже определенной критической силы тока Jc сверхпроводника 3,3' находится в сверхпроводящем состоянии и поэтому практически не имеет электрического сопротивления. Если же критическая сила тока, например, вследствие короткого замыкания, превышена, то сверхпроводник 3,3' переходит в свое нормально проводящее состояние. Возникающее за счет этого сопротивление ограничивает ток до значения, намного меньшего по сравнению с током короткого замыкания.
Важными являются расчет сверхпроводника 3,3', его электро-, термо и механическая стабилизация, возникающие при эксплуатации потери переменного тока и соединения между токоограничивающими модулями 5.
Электро- и термостабилизация достигается за счет по меньшей мере одного нормального проводника 4,4', 14, 15 в качестве параллельного проводника, который локально должен находиться в хорошем электрическом и тепловом контакте со сверхпроводником 3,3'. Этот шунтирующий резистор 4,4', 14, 15 может при необходимости локально взять на себя часть тока от сверхпроводника 3,3' и защитить его этим от слишком сильного нагрева и разрушения. Для того, чтобы можно было эффективно разгрузить сверхпроводник 3,3', значение сопротивления шунтирующего резистора 4,4', 14, 15 не должно превышать нормального сопротивления сверхпроводника 3,3'. Следовательно, толщина dNL шунтирующего резистора 4,4', 14, 15 должна быть не менее dSL•РNL/РSL, где РNL и РSL-удельное сопротивление соответственно шунтирующего резистора 4,4', 14, 15 сверхпроводника 3,3'. Поскольку шунтирующий резистор 4,4', 14, 15 должен забирать как можно больше тепла, то желательны большая тепловая масса и, следовательно, высокое удельное сопротивление РNL.
В рабочем состоянии сверхпроводник 3,3' должен пропускать номинальный ток IN, что дает нижний предел площади его сечения, согласно уравнению
F ≥ 1.414 • IN/Jc.
В состоянии ограничения ток I должен возрастать самое большее до n-кратного значения номинального тока IN, причем на практике требуются значения 3 - 5. Это требования дает минимальную длину L сверхпроводника 3,3', согласно уравнению
L ≥ b • (dSL/ РSL + dNL/РSL) 1.414 • UN/(n • IN),
где UN - номинальное напряжение источника тока (не показан):
b - ширина полосы структуры из шунтирующего резистора 4,4', 14, 15 и сверхпроводника 3,3'.
Мощность Р потерь переменного тока сверхпроводника 3,3', через который проходит ток, сильно зависит от локального магнитного поля (собственное поле и возможные внешние поля). У ленточных сверхпроводников 3,3', используемых, как на фиг. 1, прежде всего перпендикулярные плоскости ленты составляющие поля очень неблагоприятно сказываются на мощности Р потерь переменного тока. Проводники должны поэтому иметь такую геометрию, чтобы поле в сверхпроводнике 3,3' было ориентировано главным образом параллельно плоскости ленты. В одной отдельной токопроводящей тонкой ленте магнитное поле в проводнике большей частью перпендикулярно плоскости ленты, при этом мощность Р потерь переменного тока неприемлем. Эффективное уменьшение перпендикулярных составляющих поля достигается с помощью геометрии проводников, состоящей из пар перпендикулярных плоскости ленты, близко расположенных друг к другу сегментов проводников со встречно-параллельным током I. Для каждой пары таких проводников магнитное поле в проводнике большей частью параллельно плоскости ленты, что значительно уменьшает мощность Р потерь переменного тока на длину L проводника
P/L = 4 • Jс • [-A(Xez) • F + ∫ A(X)df],
где А(Х) - векторный потенциал при максимальном токе:
Xez - так называемый электрический центр сверхпроводящей ленты, в которой электрическое поле равно нулю:
F- площадь сечения ленты;
интеграл простирается по всему сечению F проводника.
Из вышеприведенной формулы видно, что концепция токоотвода становится эффективной тогда, когда расстояние Δ между проводниками 3,3' перпендикулярно плоскости ленты значительно меньше ширины b колена меандра. При Δ > b сверхпроводники 3,3' ведут себя, как два отдельных проводника с высокой мощностью Р потерь переменного тока. При F = 2 мм и dSL = 0,5 мм с помощью токоотвода достигается уменьшение мощности Р потерь переменного тока на коэффициент 2. Реализуется концепция токоотвода с помощью лент, расположенных в форме меандра или спирали (фиг. 3). При этом расстояние Δ между проводниками выбирают преимущественно менее 10 мм.
Пример 1 с многослойной структурой на фиг. 2.
Номинальная мощность РN, кВт - 20
Номинальное напряжение UN,В - 200
Номинальный ток IN, A - 100
Максимальный ток Imax, A - 300
Критическая плотность тока Jс, кА/см2 - 1
Ширина b проводника, см - 1,4
Ширина меандровых выемок 9, мм - 1
Длина L проводника на модуль 5, см - 126
Общая длина проводника, м - 8,8
Число модулей 5 - 7
Мощность Р потерь переменного тока при 77 К, Вт - 0,62
Высокотемпературный сверхпроводник 3,3' модульной конструкции на основе Bi : Sr : Ca : Cu = 2 : 2 : 1 : 2 наносили толщиной dSL = 1 мм на керамическую пластину 1 площадью 10 х 10,4 см и толщиной d1 = 1 мм с обеих сторон. Между керамической пластиной 1 и сверхпроводником 3,3' находится серебряный слой 2 толщиной 2 мкм. Серебро одновременно действует как электрический стабилизатор (шунтирующий резистор), а также как химический изолятор между сверхпроводником 3,3' и керамической подложкой 1. На другую сторону сверхпроводника 3,3' был нанесен свинцовый слой 4,4' толщиной dNL = 10 мкм, также способствующий электрической стабилизации. Из сверхпроводящего слоя с обеих сторон пластины вырезали меандровые выемки 9 (фиг. 3). Две проводящие дорожки 3,3' на обеих сторонах керамической пластины 1 электрически соединены между собой так, что ток I в непосредственно противоположных друг другу частичных лентах течет встречно - параллельно. За счет этого достигается эффект токоотвода для уменьшения мощности Р потерь переменного тока.
Пример 2. Функция переключателя на фиг. 1.
Если токоограничивающие модули 5, согласно примеру 1, поместить в катушку 8 с магнитным полем, как на фиг.1, то устройство согласно изобретению можно использовать в качестве активного коммутационного элемента. При включении магнитного поля критическая плотность Jс тока в сверхпроводнике 3,3' уменьшается, так что сверхпроводник 3,3' переходит в резистивное состояние. Это вызывает уменьшение тока 1 до доли номинального тока IN. Вследствие структурирования сверхпроводника 3,3' уменьшение критической плотности Jс тока наиболее сильное, когда приложенное магнитное поле перпендикулярно плоскости сверхпроводящей ленты, как на фиг. 1.
Изготовление сверпроводящей пластины 1
Сверхпроводящий порошок состава BiaSnbCaсCudOe при a, b, d = 1,8 - 2,2, с = 0,8 - 1,2, e = 7.5 - 8.5 заполняют в подходящую плоскую форму в сухом виде или в виде суспензии. В предпочтительном варианте выполнения к этому сверхпроводящему порошку примешивают серебряный порошок и/или порошок Bi2O3 в концентрации 0,05 - 5%, что оказывает положительное влияние на расплавления и уплотнение расплава. В качестве плавильной формы подходит любой материал, который не вступает в реакцию с порошком во время последующего процесса расплавления и остается формоустойчивым при температурах около 900oC. Были использованы формы из серебряной фольги, никелевых сплавов с защитным слоем серебра и керамические пластин из оксида магния и стабилизированного оксида циркония. Металлические формы легко удавалось снабдить краем высотой около 10 мм, например, посредством глубокой вытяжки лилифальцевания. В качестве буферного слоя 2 или клеящего средства применялось проводящее серебро. Высоту заполнения выбирали так, чтобы при 100%-ном уплотнении порошка в результате расплавления его толщина dSL составляла 0,3 - 3 мм. Предпочтительной для достигаемой плотности тока и однородности является предельно высокая, так называемая "зеленая плотность" порошка, обеспеченная одноосным последующим прессованием рыхлой порошковой постели. При этом достаточно давления прессования 10 МПа. Способ расплавления описан в заявке ФРГ N 4234311.
Нанесение электрической стабилизации
Сверхпроводящие пластины 1, изготовленные в серебряных или керамических формах, снабжали металлизацией 4,4', 14, 15, служащей для электрической стабилизации. Для этого серебро необходимо удалить со сверхпроводящей пластины 1, что можно осуществить до металлизации или после нанесения механической стабилизации.
При использовании плавильных форм из посеребренного сплава на никелевой основе можно отказаться от отдельной электрической стабилизации, если сопротивление комбинации серебро - сплав на никелевой основе уже соответствует сопротивлению сверхпроводника 3,3'.
Пример 3.
Из серебряной фольги толщиной 100 мкм вручную фальцевали квадратные плавильные формы размером 100 х 100 мм с краями высотой 6 мм. Эти плавильные формы заполняли суспензией из 60 г порошка Bi2Sr2Ca1Cu2O8+δ в этаноле, 0 ≤ δ ≤ 0,3. После высушивания жидкости порошковую постель уплотняли посредством одноосного прессования с давлением 2 ГПа. Образцы подвергали затем в кислородной атмосфере термообработке, состоящей из операции расплавления при 900oC в течение 20 - 80 ч. В результате получали однородные компактные сверхпроводящие пластины 3,3' толщиной около 1 мм, с которых серебро легко отделялось. На эти сверхпроводящие пластины 3,3' посредством газопламенной металлизации для электрической стабилизации наносили оловянное покрытие толщиной 50 мкм. Эти сверхпроводящие пластины 3,3' наклеивали затем на алюминиевую жесть и вырезали в форме меандра посредством водоструйной резки, в результате чего получали проводники сечением 14 х 1 мм и длиной около 70 мм. После отделения алюминиевой жести каждые две сверхпроводящие пластины 3,3' ориентировали относительно друг друга так, чтобы из дорожки на передней и задней сторонах керамической пластины 1 проходили параллельно, а концы с серебряными контактами 10, 11 приходились друг над другом. Серебряные контакты 10, 11 приклеены эпоксидным клеем с серебряным наполнителем; за счет них концы могут быть включены последовательно низкоомно. Удельное контактное сопротивление места склеивания эпоксидной смолой с серебряным наполнителем составляет 0,05 мкОм • см2. При токе I = 1 кА токоограничивающий модуль 5 создавал сопротивление 5 Ом.
Целесообразно выбрать отношение расстояния Δ между проводниками к ширине b колена меандра токоограничивающего модуля 5 менее 0,5, преимущественно менее 0,1.

Claims (5)

1. Устройство для ограничения тока, содержащее по меньшей мере один сверхпроводник и по меньшей мере один несверхпроводящий шунтирующий резистор, включенный параллельно сверхпроводнику, причем сверхпроводник по меньшей мере через одну первую главную поверхность находится в плоскостном контакте с главной поверхностью шунтирующего резистора, образуя с ним проводящее соединение, при этом как первая главная поверхность, так и противоположная ей вторая главная поверхность изолятора находятся в плоскостном контакте с проводящим соединением из сверхпроводника и шунтирующего резистора, отличающееся тем, что каждое проводящее соединение выполнено в виде меандрообразной ленты, расположенные на обеих главных поверхностях изолятора проводящие соединения электрически последовательно соединены между собой и расположены напротив друг друга так, что ток в непосредственно противолежащих друг другу лентах проводящих соединений течет встречно параллельно, причем ширина колена меандра меандрообразной ленты больше 3,5 • dSL, где dSL - толщина сверхпроводника, отношение расстояния между двумя сверхпроводниками токоограничивающего модуля к ширине колена меандра сверхпроводника менее 0,5.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина колена меандра (b) меандрообразной ленты больше 10 • dSL, где dSL - толщина сверхпроводника.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что отношение расстояния между двумя сверхпроводниками токоограничивающего модуля к ширине колена меандра сверхпроводника составляет 0,1.
4. Устройство по одному из пп.1 - 3, отличающееся тем, что сверхпроводник одного проводящего соединения через одну из своих двух главных поверхностей находится в плоскостном контакте с главной поверхностью другого изолятора.
5. Устройство по одному из пп.1 - 4, отличающееся тем, что электрическое сопротивление шунтирующего резистора не превышает электрическое сопротивление соединенного с ним сверхпроводника в его несверхпроводящем состоянии, а для минимальной длины L сверхпроводника действительно
L≥b•(dSL/ρSL+dNL/ρNL•4,414•UN/(n•IN),
где dSL - толщина сверхпроводника;
dNL - толщина шунтирующего резистора;
ρSL и ρNL - удельное сопротивление соответственно сверхпроводника и шунтирующего резистора;
IN - номинальный ток;
n - отношение допустимого максимального тока к IN;
UN - номинальное напряжение источника тока;
b - ширина полосы проводящей структуры из шунтирующего резистора и сверхпроводника.
RU96114980A 1994-09-29 1995-09-25 Устройство для ограничения тока RU2126568C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4434819A DE4434819C5 (de) 1994-09-29 1994-09-29 Vorrichtung zur Strombegrenzung
DEP4434819.3 1994-09-29
PCT/CH1995/000215 WO1996010269A1 (de) 1994-09-29 1995-09-25 Vorrichtung zur strombegrenzung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96114980A RU96114980A (ru) 1998-09-27
RU2126568C1 true RU2126568C1 (ru) 1999-02-20

Family

ID=6529515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96114980A RU2126568C1 (ru) 1994-09-29 1995-09-25 Устройство для ограничения тока

Country Status (12)

Country Link
US (1) US5828291A (ru)
EP (1) EP0731986B1 (ru)
JP (1) JP4162710B2 (ru)
CN (1) CN1107986C (ru)
AT (1) ATE163802T1 (ru)
AU (1) AU681543B2 (ru)
BR (1) BR9506401A (ru)
DE (2) DE4434819C5 (ru)
NO (1) NO962152D0 (ru)
PL (1) PL178325B1 (ru)
RU (1) RU2126568C1 (ru)
WO (1) WO1996010269A1 (ru)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2576243C1 (ru) * 2014-12-25 2016-02-27 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Модуль сверхпроводящего ограничителя тока и ограничитель тока
RU2639316C1 (ru) * 2017-03-23 2017-12-21 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Сверхпроводящий ограничитель тока короткого замыкания
RU183512U1 (ru) * 2018-06-21 2018-09-25 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Высоковольтное токоограничивающее устройство на основе высокотемпературной сверхпроводимости
RU188121U1 (ru) * 2019-01-09 2019-03-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Аппарат коммутационный электрический
RU191803U1 (ru) * 2019-05-13 2019-08-22 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Сверхпроводящее защитное устройство радиоприемных устройств с автокомпенсатором
RU2713641C1 (ru) * 2019-08-02 2020-02-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Токоограничивающее устройство
RU2739710C1 (ru) * 2020-05-18 2020-12-28 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Вводы тока в статорные обмотки ВТСП-электродвигателя

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1277740B1 (it) * 1995-12-28 1997-11-12 Pirelli Cavi S P A Ora Pirelli Cavo superconduttore per alta potenza
DE19634424C2 (de) 1996-08-26 1998-07-02 Abb Research Ltd Verfahren zur Herstellung eines Strombegrenzers mit einem Hochtemperatursupraleiter
DE19746976C2 (de) * 1997-10-24 2000-11-30 Abb Research Ltd Hochtemperatursupraleiter-Anordnung
DE19750758A1 (de) * 1997-11-11 1999-05-12 Siemens Ag Strombegrenzungseinrichtung
US6762673B1 (en) 1998-02-10 2004-07-13 American Superconductor Corp. Current limiting composite material
DE19827223C5 (de) * 1998-06-18 2005-02-24 Siemens Ag Resistiver Strombegrenzer mit Hoch-Tc-Supraleitermaterial und Verfahren zu dessen Herstellung
DE19832274A1 (de) * 1998-07-17 2000-01-20 Siemens Ag Resistiver Kurzschlußstrombegrenzer mit einer Leiterbahnstruktur aus Hoch-T¶c¶-Supraleitermaterial sowie Verfahren zur Herstellung des Strombegrenzers
DE19836860A1 (de) 1998-08-14 2000-02-17 Abb Research Ltd Elektrisch stabilisierter Dünnschicht-Hochtemperatursupraleiter sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Verfahrens
DE19856607C1 (de) * 1998-12-08 2000-03-02 Siemens Ag Resistive Strombegrenzungseinrichtung mit mindestens einer von einer isolierenden Schicht abgedeckten Leiterbahn unter Verwendung von Hoch-T¶c¶-Supraleitermaterial
DE19909266A1 (de) * 1999-03-03 2000-09-07 Abb Research Ltd Dünnschicht-Hochtemperatursupraleiteranordnung
DE19928324A1 (de) * 1999-06-16 2000-12-21 Siemens Ag Stromtragende Verbindungselemente für Plattenleiter aus hochtemperatur-supraleitenden Dünnschichten
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
DE19963181C2 (de) * 1999-12-27 2002-04-18 Siemens Ag Resistive Strombegrenzereinrichtung für Gleich- oder Wechselstrom mit wenigstens einer Leiterbahn mit Hoch-T¶c¶-Supraleitermaterial
DE10003725C5 (de) * 2000-01-28 2004-12-30 Siemens Ag Resistive Strombegrenzungseinrichtung mit Hoch-Tc-Supraleitermaterial sowie Verfahren zur Herstellung und Verwendung der Einrichtung
EP1172914A1 (de) * 2000-07-14 2002-01-16 Abb Research Ltd. Supraleitender Strombegrenzer
EP1220337A1 (de) * 2000-12-27 2002-07-03 Abb Research Ltd. Supraleitender Strombegrenzer
DE10163008C5 (de) * 2001-02-07 2013-04-18 Siemens Aktiengesellschaft Resistive Strombegrenzungseinrichtung mit mindestens einer Leiterbahn mit supraleitendem und normalleitendem Material
DE10159646C1 (de) * 2001-12-05 2003-04-17 Siemens Ag Verfahren zur nur einseitigen Beschichtung eines planaren Substrats mit einer Schicht aus Hochtemperatur-Supraleiter-Material
DE10225935C5 (de) * 2002-06-11 2011-10-06 THEVA DüNNSCHICHTTECHNIK GMBH Vorrichtung zum Leiten von Strom
DE10227840C1 (de) * 2002-06-21 2003-11-06 Siemens Ag Resistive Strombegrenzervorrichtung mit mehreren elektrisch zusammengeschalteten Begrenzermodulen
DE10231464C1 (de) * 2002-07-05 2003-08-14 Siemens Ag Supraleitende Strombegrenzereinheit mit Rahmenhalter und Strombegrenzereinrichtung
DE10231914C1 (de) * 2002-07-09 2003-10-09 Siemens Ag Optimierter Schichtverbundleiter mit Supraleitschicht für die Hochstromanwendung
CN100440675C (zh) * 2004-07-28 2008-12-03 北京云电英纳超导电缆有限公司 快速限流型超导故障限流器
DE102004048648B4 (de) * 2004-10-04 2006-08-10 Siemens Ag Vorrichtung zur Strombegrenzung vom resistiven Typ mit bandfömigem Hoch-Tc-Supraleiter
DE102004048644B4 (de) * 2004-10-04 2006-08-10 Siemens Ag Vorrichtung zur resistiven Strombegrenzung mit bandförmiger Hoch-Tc -Supraleiterbahn
DE102004048647B4 (de) * 2004-10-04 2006-08-10 Siemens Ag Resistive Strombegrenzereinrichtung mit bandförmiger Hoch-Tc-Supraleiterbahn
ATE435504T1 (de) * 2006-03-02 2009-07-15 Theva Duennschichttechnik Gmbh Resistiver strombegrenzer
CN102956809B (zh) * 2012-11-02 2015-11-25 西南交通大学 双面ybco薄膜结构的超导限流器单元模块
US10158061B2 (en) 2013-11-12 2018-12-18 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc Integrated superconductor device and method of fabrication
US9947441B2 (en) * 2013-11-12 2018-04-17 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Integrated superconductor device and method of fabrication
US10530240B2 (en) 2014-04-08 2020-01-07 Siemens Aktiengesellschaft Method for protecting an electrical modular unit from overcurrent damage
US9655265B2 (en) * 2014-05-26 2017-05-16 Infineon Technologies Ag Electronic module
WO2016103253A1 (en) * 2014-12-22 2016-06-30 Technology Innovation Momentum Fund (Israel) Limited Partnership Dielectric substrate for superconductive device and superconductive article utilizing such substrate
GB201705214D0 (en) 2017-03-31 2017-05-17 Tokamak Energy Ltd Quench detection in superconducting magnets
CN108710731B (zh) * 2018-04-28 2022-05-13 宁波三星医疗电气股份有限公司 一种旁路事件的分段判断方法
CN109712755A (zh) * 2018-12-29 2019-05-03 上海超导科技股份有限公司 适用于电阻型高温超导限流器的带材

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL226412A (ru) * 1958-03-31
DE2343758A1 (de) * 1973-05-14 1975-03-06 Licentia Gmbh Hochspannungs-leistungsschalter mit ein- und ausschaltwiderstaenden
US4965246A (en) * 1987-03-31 1990-10-23 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Current-carrying lead formed of a ceramic superconductive material carried by a support
US4963523A (en) * 1987-11-06 1990-10-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Commerce High-Tc superconducting unit having low contact surface resistivity and method of making.
EP0315976B1 (en) * 1987-11-09 1994-01-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Superconducting current limiting apparatus
FR2628256A1 (fr) * 1988-03-07 1989-09-08 Comp Generale Electricite Conducteur assimilable a un bobinage, en materiau supraconducteur
SE461306B (sv) * 1988-06-10 1990-01-29 Asea Brown Boveri Stroembegraensare
JPH02183915A (ja) * 1989-01-09 1990-07-18 Furukawa Electric Co Ltd:The 酸化物超電導成形体
JPH02281765A (ja) * 1989-04-24 1990-11-19 Furukawa Electric Co Ltd:The 酸化物超電導体薄膜を用いた超電導素子
EP0406636A1 (de) * 1989-07-04 1991-01-09 Asea Brown Boveri Ag Strombegrenzer mit Supraleiter
FR2663475B2 (fr) * 1990-04-24 1992-11-20 Alsthom Gec Limiteur de courant hybride.
FR2666912B1 (fr) * 1990-09-14 1992-10-16 Alsthom Gec Dispositif limiteur de courant a supraconducteur.
DE4107686A1 (de) * 1991-03-09 1992-09-10 Abb Patent Gmbh Verfahren zur herstellung eines supraleitenden strombegrenzers sowie ein entsprechend hergestellter strombegrenzer
DE4119984A1 (de) * 1991-06-18 1992-12-24 Hoechst Ag Resistiver strombegrenzer
DE4234311A1 (de) * 1992-10-12 1994-04-14 Abb Research Ltd Verfahren zur Herstellung eines Hochtemperatursupraleiters mit hoher Stromdichte
ATE150204T1 (de) * 1992-11-05 1997-03-15 Gec Alsthom T & D Sa Supraleitende wicklung, insbesondere für strombegrenzer und strombegrenzer mit einer solchen wicklung
US5310705A (en) * 1993-01-04 1994-05-10 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy High-field magnets using high-critical-temperature superconducting thin films

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2576243C1 (ru) * 2014-12-25 2016-02-27 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Модуль сверхпроводящего ограничителя тока и ограничитель тока
RU2639316C1 (ru) * 2017-03-23 2017-12-21 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Сверхпроводящий ограничитель тока короткого замыкания
RU183512U1 (ru) * 2018-06-21 2018-09-25 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Высоковольтное токоограничивающее устройство на основе высокотемпературной сверхпроводимости
RU188121U1 (ru) * 2019-01-09 2019-03-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Аппарат коммутационный электрический
RU191803U1 (ru) * 2019-05-13 2019-08-22 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Сверхпроводящее защитное устройство радиоприемных устройств с автокомпенсатором
RU2713641C1 (ru) * 2019-08-02 2020-02-05 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Токоограничивающее устройство
RU2739710C1 (ru) * 2020-05-18 2020-12-28 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Вводы тока в статорные обмотки ВТСП-электродвигателя

Also Published As

Publication number Publication date
PL314580A1 (en) 1996-09-16
DE4434819C1 (de) 1996-01-04
PL178325B1 (pl) 2000-04-28
AU681543B2 (en) 1997-08-28
EP0731986B1 (de) 1998-03-04
BR9506401A (pt) 1997-09-09
CN1138389A (zh) 1996-12-18
AU3469095A (en) 1996-04-19
NO962152L (no) 1996-05-28
ATE163802T1 (de) 1998-03-15
JP4162710B2 (ja) 2008-10-08
NO962152D0 (no) 1996-05-28
JPH09510581A (ja) 1997-10-21
DE4434819C5 (de) 2004-05-27
CN1107986C (zh) 2003-05-07
US5828291A (en) 1998-10-27
WO1996010269A1 (de) 1996-04-04
DE59501554D1 (de) 1998-04-09
EP0731986A1 (de) 1996-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2126568C1 (ru) Устройство для ограничения тока
US7586717B2 (en) Electrical device for current conditioning
EP0371410B1 (en) Joining of high-temperature oxide superconductors
JP3073993B2 (ja) 障害電流制限器
JP4644779B2 (ja) 超電導限流素子
US7180396B2 (en) Superconducting current limiting device with magnetic field assisted quenching
EP2117056B1 (en) Superconducting device for current conditioning
US6476706B1 (en) Current limiter having a high-temperature superconductor
US6344956B1 (en) Oxide bulk superconducting current limiting element current
KR970005162B1 (ko) 고-티씨초전도체에 저저항률 접점을 형성하는 방법 및 저접촉면저항률을 갖는 고-티씨초전도유니트와 시스템
JP3977884B2 (ja) 酸化物超電導体を用いた限流素子、限流器およびその製造方法
JP2001217470A (ja) 高温超電導体素子その製造方法
US6762673B1 (en) Current limiting composite material
US5805036A (en) Magnetically activated switch using a high temperature superconductor component
JP2009049257A (ja) 超電導限流素子
JP2550188B2 (ja) 酸化物系高温超電導体と接合方法及びろう材
US5149686A (en) High Tc superconducting unit having low contact surface resistivity
CA2177169C (en) Current-limiting device
JP4119403B2 (ja) 超電導限流素子
JPH05251761A (ja) 酸化物超電導膜を用いた限流導体
JP2000268700A (ja) 超電導限流ヒューズおよびこれを用いた過電流制御システム
JP2003173718A (ja) 低抵抗複合導体およびその製造方法
JPH05251762A (ja) 酸化物超電導限流導体
JPH05251759A (ja) 酸化物超電導限流導体
JPS62593B2 (ru)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130926