TW201448295A - 超導錯誤電流限制器系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電流限制器系統，此電流限制器系統包括超導錯誤電流限制器(SCFCL)，此超導錯誤電流限制器在超導錯誤電流限制器處於超導狀態的正常操作狀態期間經操作以傳導負載電流。電流限制器系統亦包括分路電抗器以及保護開關。分路電抗器以電性並聯方式連接超導錯誤電流限制器，且在正常操作狀態經配置以傳導相較於超導錯誤電流限制器更少的電流。保護開關連接超導錯誤電流限制器及分路電抗器，並且經配置以在錯誤電流超過臨限電流值之後的錯誤條件期間將超導錯誤電流限制器由負載電流路徑斷開而持續預定時間。

Description

超導錯誤電流限制器系統

本發明是有關於一種電流控制裝置，且特別是有關於一種用於限制錯誤電流的設備。

錯誤電流限制器(fault current limiter)例如在電力傳輸網路中是用於提供預防電流驟增(current surge)的保護。超導錯誤電流限制器(Superconducting Fault Current Limiter，SCFCL)是一種操作在低溫下的裝置，並且一般是用於承受高電壓及高電流的電傳輸與配線。在一個電阻式的SCFCL中，電流通過SCFCL的超導體構件，使得當高錯誤電流開始時超導體會淬熄(quench).換言之，超導體變成普通導體，而在其中的電阻會急劇且快速的升高。

一個SCFCL裝置的的核心可由多個利用非超導連接器而並聯及串聯的超導元件來構成，非超導連接器可能會消耗功率及增加低溫負載。在正常的操作模式下，SCFCL裝置冷卻至低溫以使超導元件，例如磁帶，進入超導狀態。當沿著傳輸線發生電流驟增時，電流可進入SCFCL，此時電流傳導通過超導元件。如 果電流驟增超過在超導磁帶中電流密度的臨界值時，超導材料可轉變成普通導體(即淬熄)。一旦在普通傳導狀態下，超導體材料得到對電流的有限電阻，有限電阻可將傳導通過SCFCL的電流加以限制成可接受的程度，從而調節沿著傳輸線傳導的電流。

在傳統的SCFCL系統中，在正常操作的期間SCFCL對於電流負載呈現幾乎零阻抗，並且在一個錯誤條件的事件中，例如短路，插入大限制阻抗以降低錯誤電流。對於SCFCL的適當操作的附加要求是在錯誤條件清除後，SCFCL在幾秒內快速恢復至其之前的超導狀態，以限制可能會產生在其他錯誤事件的電流。

目前，剩下的主要挑戰是在於當在恢復期間負載電流傳輸通過SCFCL時SCFCL的恢復能力。SCFCL正在積極發展包括(但不限於)使用二硼化鎂絲、釔鋇銅氧(Yttrium Barium Copper Oxide，YBCO)的磁帶或鉍鍶鈣銅氧(Bismuth Strontium Calcium Copper Oxide，BSSCO)的材料的系統，將他們冷卻至低於各自的超導轉變溫度(T_c)以發揮設計的功能。以YBCO及BSSCO為基礎的裝置是受注目的，因為典型的商業材料中T_c的範圍在90°-105°K內，而允許SCFCL裝置使用相對便宜的液氮或氮氣沸騰冷卻來進行操作。

然而當例如為YBCO及BSSCO的SCFCL淬熄且在錯誤期間進入有限電阻的狀態時，通過這樣的SCFCL的負載電流的一致性可能是有問題的。特別是，通過具有有限電阻的YBCO或BSSCO(或其他)元件的負載電流可能會導致超導體元件不欲有的加熱。即使是溫和的電流通過SCFCL亦可延遲超導體材料返回至其超導狀態，從而連累錯誤限制系統的效率。在最壞的情況下， SCFCL系統不能完全恢復，並且SCFCL的超導元件可能維持為普通狀態的導體。因此對於改進習知的SCFCL的需求是顯而易見的。

提供本發明內容以利用簡化的形式選擇性地介紹本發明概念，本發明概念會進一步闡述在下面的實施方式中。本發明內容並不用於確認申請專利範圍發明標的的關鍵特徵或必要特徵，亦不是用來輔助決定申請專利範圍發明標的的範圍。

在一實施例中，電流限制器系統包括超導錯誤電流限制器(SCFCL)，此超導錯誤電流限制器在超導錯誤電流限制器處於超導狀態的正常操作狀態期間經操作以傳導負載電流。電流限制器系統亦包括分路電抗器以及保護開關。分路電抗器以電性並聯方式連接超導錯誤電流限制器，並且經配置以在正常操作狀態傳導相較於超導錯誤電流限制器更少的電流。保護開關連接超導錯誤電流限制器及分路電抗器，並且經配置以在錯誤電流超過臨限電流值之後的錯誤條件期間將超導錯誤電流限制器由負載電流路徑斷開而持續預定時間。

在另一實施例中，超導錯誤電流限制器(SCFCL)系統安置在一電路中。超導錯誤電流限制器系統包括第一電路徑以及第二電路徑。第一電路徑包含超導錯誤電流限制器，並且經配置以在正常操作狀態期間傳導負載電流。在正常操作狀態超導錯誤電流限制器是處於超導狀態。第二電路徑電性並聯於第一電路徑，且包含分路電抗器以及保護開關。分路電抗器經配置以在正常操作狀態傳導相較於超導錯誤電流限制器更少的電流。保護開 關經配置形成與包含超導錯誤電流限制器的第一電路徑的串聯連接，且在第二電路徑包含分路電抗器的情形下，在當錯誤電流超過臨限電流值的錯誤條件期間，保護開關更配置以沿著包含超導錯誤電流限制器的第一電路徑產生開路而持續預定時間，在錯誤條件時無電流傳導通過超導錯誤電流限制器。

100、200、500、600‧‧‧超導錯誤電流限制器(SCFCL)系統

102‧‧‧超導錯誤電流限制器(SCFCL)

104‧‧‧分路電抗器

106‧‧‧絕緣系統

108‧‧‧保護元件

110‧‧‧進入點

112‧‧‧離開點

114、116‧‧‧電路徑

120‧‧‧超導體元件

202‧‧‧保護開關

204‧‧‧冷卻系統

206‧‧‧高壓絕緣體

208‧‧‧地

300‧‧‧外殼

302‧‧‧中央磁性構件

304、807‧‧‧接頭

306、416、426‧‧‧方向

308‧‧‧電磁線圈組

310、312‧‧‧電磁線圈

314、803、804‧‧‧彈簧

402、432、606‧‧‧負載電流

412、414、422‧‧‧錯誤電流

502‧‧‧低溫恆定器

502‧‧‧斷路器

604‧‧‧電流

702、704‧‧‧電流曲線

706‧‧‧初始正常操作期間

708‧‧‧錯誤期間

710‧‧‧恢復期間

712‧‧‧後續期間

800‧‧‧恢復開關

801‧‧‧調節氣缸

802‧‧‧鎖定機構

805‧‧‧電磁線圈

806‧‧‧預先行程調節部

808‧‧‧槓桿臂

809‧‧‧可變線圈配置部

810‧‧‧柱塞

T1、T2、T3‧‧‧時間

P1、P2‧‧‧位置

圖1是依照一實施例所繪示之電流限制系統。

圖2是依照另一實施例所繪示之電流限制系統。

圖3A繪示用於使用在一電流限制系統的示例性保護開關。

圖3B繪示圖3A的保護開關的更詳細的操作。

圖4A是依照另一實施例所繪示之使用電流限制系統的範例。

圖4B繪示圖4A的使用電流限制系統的另一範例。

圖4C繪示圖4A的使用電流限制系統的再另一範例。

圖4D繪示圖4A的使用電流限制系統的更另一範例。

圖5是依照另一實施例所繪示之另一電流限制系統。

圖6是依照另一實施例所繪示之再另一電流限制系統。

圖7是依照本發明實施例表示用於SCFCL的示例性電流曲線。

圖8表示恢復電磁開關的詳細結構。

以下，參照附加圖式來更徹底地描述本發明，其中列出本發明的實施例。然而，此發明可實施成很多不同形式，不應理解為侷限於本文提出的實施例。更確切地說，提供這些實施例以使得本發明徹底和完整，並將完全地傳達本發明的範躊至本領域技術人員。在圖式中，所有同樣的標號代表相同的元件。

為了滿足在前面提及的SCFCL的一些不足，本文所描述的實施例提供改進的SCFCL架構和效能。如上所述，在傳統的SCFCL系統中，在正常操作期間，SCFCL對於電流負載呈現幾乎為零阻抗，並且當SCFCL不再處於超導狀態，在錯誤條件期間，SCFCL對於電流呈現非常大的阻抗。然而，在錯誤事件清除後的錯誤恢復期間，在傳統的SCFCL系統中通過SCFCL的持續負載電流可能會阻礙SCFCL返回至超導狀態。

為了解決這種情況，本實施例提供一種保護系統，例如一個保護開關或斷路器，串聯連接於SCFCL，以在恢復期間使SCFCL與負載電流斷開。有益的是，此系統允許在有限電阻狀態的SCFCL的超導體元件歷經轉變更迅速地回到超導狀態。術語“有限電阻狀態”和“有限電阻率狀態”皆代表超導體材料的狀態，在上述狀態中超導體材料處於一個非超導狀態，其以金屬、半金屬或半導體的電阻特性為特徵。當超導材料具有的溫度超過超導性的臨界溫度T_c及/或當通過超導材料的電流超過臨界電流，超導材料會處於有限電阻狀態。

更有益的是，保護系統可利用負載或錯誤電流來啟動保護電路。更具體來說，保護系統可經配置以藉由負載或錯誤電流 來驅動。因此避免需要複雜的電路。透過此安排而的得到的其他優點是降低整個SCFCL系統的設計複雜性，且減少SCFCL元件所需的超導體材料的量。

圖1是依照本發明實施例所繪示之SCFCL系統100的一般架構。SCFCL系統100包括SCSFL 102，其相對於以下說明可以是傳統的SCFCL(除非在本文中另有說明)。SCFCL系統更包括：可為傳統的分路電抗器的分路電抗器104、絕緣系統106，及保護元件108。

在操作中，SCFCL系統100藉由限制通過在進入點110和離開點112(相對於“離開點”的“進入點”在圖1中是任意指定的)之間的錯誤電流(未個別繪示)來提供錯誤電流保護。在正常操作模式下，負載電流可週期性地、偶爾地、或連續地通過SCFCL系統。在正常模式下的負載電流顯示的電流程度使得超導體元件120保持在超導狀態，因此，當負載電流通過SCFCL 102時，在零電阻下傳送負載電流通過超導體元件120。據此，在相對低阻抗下傳送負載電流通過SCFCL，SCFCL包括包含正常狀態金屬的電阻點和連接點。在錯誤條件的期間，其中過多的錯誤電流可能會迅速地產生，超導體元件120反應於過多的錯誤電流而自超導狀態轉換成有限電阻率狀態，其對於過多的錯誤電流安置大的整體阻抗，因此在錯誤條件期間限制錯誤電流。接著，在保護元件的幫助下，例如保護元件108，超導體元件120可回到超導狀態以藉由在未來的錯誤事件中限制電流來調節電流。

更如圖1所繪示，SCFCL系統100構成兩個平行的電路徑114、116，電路徑114、116分流在進入點110和離開點112之 間。據此，SCFCL 102和分路電抗器104以電平行的方式分別沿著電路徑114、116被安置在SCFCL系統100中。在正常操作模式下，電路徑116代表負載電流路徑，使得SCFCL系統100經配置以抽取大約百分之百的負載電流通過SCFCL 102和大約百分之零的負載電流通過分路電抗器104。然而，當錯誤條件或事件發生時，分路電抗器經配置以抽取大多數的錯誤電流，從而限制通過SCFCL的電流。

更如圖1所繪示，保護元件108被安置成與SCFCL 102和分路電抗器104兩者電串聯。與傳統SCFCL系統所提供的SCFCL恢復操作不同，保護元件108經配置以在由錯誤條件恢復的期間，防止任何負載電流被傳導通過SCFCL 102。此較習知技術的SCFCL系統有益，因為即使傳統的分路電抗器在錯誤導致的負載電流驟增的期間可減少通過SCFCL的電流，在恢復的期間，適度的電流可能仍傳導通過SCFCL。特別是，如果通過SCFCL 102的電流超過門檻電流，其可被設定成使典型的錯誤電流超過門檻電流，保護元件108經配置以沿著負載電流路徑(亦即電路徑116)作成“開路”，使得全部的電流沿著電路徑114通過分路電抗器。此允許可能已呈現有限電阻狀態的超導體元件120，更迅速地恢復成超導狀態。在不同的實施例中，保護元件108是一個電磁開關或斷路器類型的裝置，其被驅動的詳情如下。

圖2描述SCFCL系統200的實施例，在其中保護元件是保護開關202。保護開關202經配置以在SCFCL系統200的正常操作模式期間通過電路徑116傳遞電流，並且進一步配置成反應於在錯誤條件期間的電流驟增將電路徑116開路以使得無電流 流過SCFCL 102。在圖2的實施例中，保護開關202是電磁開關，在其中傳遞在進入點110和離開點112之間的電流是用於驅動在電磁開關中的電磁線圈，以控制如在圖3進一步討論的開關位置。SCFCL系統200亦包括冷卻系統204，冷卻系統204可以是低溫恆定器或液氮箱兩者擇一的實施例。冷卻系統204是用於將超導體元件120的溫度維持在超導體元件120的T_c以下。SCFCL系統200更包括高壓絕緣體206以將SCFCL 102及保護開關202電性隔離於地208。

圖3A詳細描述保護開關202，保護開關202包括外殼300、中央磁性構件302、接頭304以及電磁線圈組308。在圖3A的實施例中，中央磁性構件302是一個磁性活塞，其經配置以根據電磁線圈組308產生的磁場強度來沿著方向306移動。電磁線圈組308包括沿著電路徑116串聯連接SCFCL 10的電磁線圈310以及沿著電路徑114串聯連接分路電抗器104的電磁線圈312。特別是，電性連接SCFCL 102的電磁線圈312亦電性連接於中央磁性構件302。接頭302、304是被置於或封閉在電介質中，例如空氣、真空、惰性氣體、SF6、油或已知能消除或最小化在接頭斷開或閉合操作的期間產生的電弧而導致的接觸材料侵蝕。

圖3B繪示中央磁性構件302的操作。如圖3B所繪示，中央磁性構件302經配置以在位置P1和位置P2之間沿著方向306移動。當零負載電流或低負載電流傳遞通過電磁線圈組308，保護開關202經配置而將中央磁性構件302置於在位置P1的閉合位置，在位置P1達成中央磁性構件302與接頭304之間的電性連接。在此閉合位置，在進入點110和離開點112之間的電路徑116是 閉合的，並且電流可流過SCFCL102。特別是，電流可由進入點110流過SCFCL 102，再通過電磁線圈310、中央磁性構件302、接頭304以及離開點112。

例如，在正常操作期間，當存在負載電流時，幾乎整個負載電流通過電路徑116，且幾乎沒有負載電流通過電路徑114。據此，幾乎整個透過電磁線圈組308傳輸的電流通過電磁線圈310。然而，保護開關202經配置以使得此負載電流不足以產生磁力以破壞中央磁性構件302與接頭304之間的接觸。在正常操作條件下，SCFCL 102可經歷的典型電流可在0和2000A之間變化，在一實例中，當超過3000A流過電磁線圈組308時，保護開關202的彈簧314可經配置以維持中央磁性構件302離開接頭304

在本發明的一些實施例中，儀器包括監測設備，監測設備可耦合於電磁線圈310以由電磁線圈310產生的電壓操作進行操作。

亦參照圖2，在本發明的各種實施例中，在錯誤事件的發生，SCFCL系統200經配置以使得大於百分之八十的錯誤電流沿著電路徑114傳導通過分路電抗器104，小於百分之二十的錯誤電流沿著電路徑116而傳導。據此，在一個初始錯誤期間，亦即在一個錯誤事件的初始期間，大部分的電流流過電磁線圈312，而較小的電流流過電磁線圈310。

如上所述，在錯誤事件期間，當錯誤電流超過臨限電流時，保護開關202經配置以沿著電路徑116產生開路，以使得無電流沿著電路徑116流過進入點110和離開點112之間。特別是，當錯誤電流超過臨限電流時，電磁線圈組308經配置以施加有效 使中央電磁構件308由閉合位置移動至斷開位置的力度。藉由產生足夠的磁場以移動中央磁性構件302遠離接頭304，以使得在中央磁性構件302及接頭304之間的電接觸被破壞。中央電磁構件302由接頭304分離是正比於透過電磁線圈組308傳送的場電流。隨著越多的電流透過電磁線圈組308通過更大的磁場而產生，該場作用關於中央磁性構件302以施加磁力來促使中央磁性構件302遠離接頭304。此磁力被彈簧314的恢復力所反抗，此彈簧314被設定為維持中央磁性構件302和接頭304之間的接觸直到超過期望的臨限電流。電磁力的大小起著另一種作用以改變接觸分離的速度。當電磁力增加伴隨高錯誤電流時，接觸分離的速度增加且因此開關在更短的時間清除錯誤。這較短的“清除”時間導致較少的能量吸入至超導體，並且其結果降低了超導體的過熱。這種機構幫助減少使用在SCFCL設計中超導體的量。在各種實施例中，臨限電流的值可根據SCFCL的應用而改變，但在一些實施例中可為2.5kA或更高。

在圖3B的例示中，當具有超過臨限電流的給定值的錯誤電流出現，中央磁性構件302可被驅動遠離接頭304至位置P2。接著，當錯誤電流清除和負載電流消退，通過電磁線圈312的電流減小至彈簧314使中央磁性構件302移動回到位置P1，且恢復在中央磁性構件302與接頭304之間的接觸的程度。與本發明各實施例一致的是，彈簧314的彈簧響應可經設定以使得恢復在中央磁性構件302與接頭304之間的接觸的所需持續時間在1至20秒之間。在特定實施例中，持續時間可設為在1至6秒之間。彈簧響應可經設定以允許超導體元件120恢復在電流通過SCFCL 102之前超導體狀態的足夠時間。這可幫助避免超導體元件的恢復的延遲，此延遲當超導體元件在有限電阻狀態時，在錯誤條件清除後若電流通過超導體元件120可能另外發生。在這種情況下，任何通過超導體元件120的負載電流可能會引起電阻加熱或延遲或阻止超導體元件轉換成超導狀態的其他有害的影響。

圖4A至圖4D進一步繪示符合本發明的實施例的SCFCL系統200的操作的不同階段。特別是圖4A描繪在所謂的正常操作模式的期間使用SCFCL 200的一個實例。如圖所繪示，負載電流402沿著電路徑116通過SCFCL 102和電磁線圈310。負載電流不足以驅使中央電磁構件302離開接頭304及電路徑116，因此保持不變。同時，分路電抗器104和SCFCL經配置以使得很少或沒有電流通過電路徑114。

圖4B描繪一個在錯誤事件的早期階段期間SCFCL系統200的實例，在其中過大的電流通過SCFCL 200。如上所述，SCFCL系統200經配置以在錯誤事件的期間藉由使用超導體元件120來限制電流。其中超導體元件120轉換成對沿著電路徑116的電流產生大阻抗的有限電阻狀態。同時SCFCL系統200經配置以使得沿著電路徑114通過分路電抗器104的錯誤電流414大於通過SCFCL 102的錯誤電流412。在一些實施例中，當在錯誤電流大於5k安培的錯誤條件的初始期間，通過SCFCL的錯誤電流的比例小於全部錯誤電流的百分之20。在一實例中，SCFCL 102可經配置為138k伏特SCFCL伴隨在正常操作下的1200A的負載電流，並且可在錯誤期間將全部25k安培的錯誤電流的5k安培左右的錯誤電流通過SCFCL 102。

在圖4B的實例中，錯誤電流414和錯誤電流412產生一個沿著方向416施加力度的磁場其促使中央磁性構件302離開接頭304。當錯誤電流414和錯誤電流412總合足夠大時，亦即當他們超過臨限電流時，保護開關202使中央磁性構件302中斷與接頭304的接觸。在可替代的實施例中，錯誤電流414或錯誤電流412的任一個，但不是兩者，可經採用以中斷中央磁性構件302與接頭304的接觸。在此配置中僅一個線圈可被纏繞和使用。

圖4C描繪一個在圖4A和圖4B所描繪的實例之後的更進一步的局面，在其中反應於暫時產生過多電流的錯誤事件，在中央磁性構件302和接頭304之間的接觸已中斷。據此，因為保護開關202電串聯於SCFCL 102，故無電流通過電路徑116。在圖4C所描繪的實例中，因錯誤事件產生的錯誤電流已被減少，使得通過電路徑116的錯誤電流422相較於在錯誤事件的早期階段存在的錯誤電流412減少。因為通過電磁線圈312的已減少的錯誤電流，彈簧314的恢復力大於藉由電磁線圈組308產生的磁場產生的力度，導致中央磁性構件302向接頭304移動。

在各種不同實施例中，如上述指出的，彈簧314的彈簧常數是使中央無性構件302在錯誤條件清除後通過電路徑116的負載電流下降至很小的值或零的時間點後的1至20秒之後，恢復成抵接接頭304。在此期間，在圖4C的局面中，超導體元件120開始回到超導狀態。因為無電流可以穿過超導體元件120，故由有限電阻狀態轉換至超導狀態可更迅速地發生。

圖4D描繪一個在圖4A至圖4C所描繪的實例之後在圖4C所表示的實例後續。在此實例中，SCFCL系統200已由錯誤條 件恢復，中央磁性構件已被帶回至與接頭314接觸。如所繪示，小的負載電流432通過電路徑116，而很少或沒有電流通過電路徑114。

圖7表示根據本實施例的例示性電流曲線，此電流曲線更進一步繪示SCFCL系統的功能的操作。在圖7中繪示有兩個分別沿著電路徑116和電路徑114通過的電流的示例性電流曲線702及704。在初始正常操作期間706，傳導通過SCFCL 102(見圖2)的電流程度相對較低，例如低於幾千安培。通過分路電抗器104的電流被忽略或零。如電流曲線702所繪示，在時間T1，錯誤條件發生導致通過SCFCL 102的電流迅速地上升。然而，這同時引起超導體元件120轉換至沿著電路徑116大大增加阻抗的有限狀態電阻，而導致電流曲線702的電流程度的增加有限。幾千安培的最大值可能會導致在某些情況下。在錯誤期間708的同時，分路電抗器104經配置以產生導致相對於沿著電路徑114通過的電流較大的電流程度的錯誤電流。

在時間T2時，電流曲線702及704所表示的總電流超過將保護開關202斷開的臨限值，使電流曲線702瞬間降低至零。在隨後的恢復期間710，無電流流過電路徑116，而如電流曲線704所繪示，錯誤電流衰變和有限電流存留在電路徑114中。在持續幾秒或更多的恢復期間710中，超導體元件120經歷無電流促使他們恢復成超導狀態。在時間T3中，彈簧314閉合保護開關202，導致在SCFCL系統200的正常操作的後續期間712電流重新通過電路徑116。在一些實施例中，保護開關202可經配置以提供完全恢復至超導體元件120的超導狀態的足夠時間。

需注意的是，時間T2和時間T3之間在其中保護開關保持斷開的持續時間，可經設定以最佳化SCFCL系統的功率。例如，最小化在其中SCFCL 102為“離線”的時間(在離線中電路徑116斷開)可能是可取的。在這種情況下，例如即使所有超導體元件120的完全恢復可能平均預期需要4秒無電流負載，保護開關202可經設計以僅保持斷開3秒鐘。

圖5描繪一種符合本發明的附加實施例的附加電流限制系統。在此實施例中，SCFCL系統500包括除了下述指出的不同外，一般如上文詳述SCFCL系統200的相同構件。特別是，SCFCL系統500經安置成被稱為“死槽(dead tank)”的結構，其不包括高電壓絕緣體206。死槽結構是指具有一個接地的低溫恆定器502或其他冷卻系統的SCFCL設備，其中高壓絕緣體存在於低溫恆定器內。在圖1~圖4的實施例的特有的一個活槽(live tank)SCFCL設計，冷卻系統204不接地(而是浮接)需要高電壓絕緣體206在周圍空氣和支撐結構。同樣地，在各種實施方式中，如電磁開關保護開關或斷路器裝置的保護構件，可被安置成活槽或死槽結構(活槽結構繪示於圖2~圖4D的保護開關202)。

圖6繪示符合進一步實施例的又另一附加電流限制系統。SCFCL系統600除了提供斷路器602取代電磁開關外，包括如上述SCFCL系統200所描述的相同構件。據此，在當過多的電流開始在進入點110和離開點112之間的錯誤條件期間，超導體元件120轉換成有限電阻狀態以限制電流。若仍在電路徑116的電流604超過臨限值，斷路器602經配置以斷開電路徑116。接著，在恢復期間任何負載電流606沿著電路徑114傳導通過分路電抗 器104。在此期間超導體元件120可在沒有任何電流存在的情況下恢復至超導狀態，直到斷路器602被重新設定。

圖8描繪另一個附加的電磁開關實施例，此實施例示出了包括調節氣缸和彈簧以控制接觸分離的速度和恢復時間詳細機構。提供一種恢復開關800，其包括與彈簧803連接在一起的調節氣缸801、鎖定機構802和其彈簧804，以及確定接頭807的分開速度及恢復時間的預先行程調節部806。槓桿臂808藉由其連接鎖定機構802及真空斷路器807控制電路恢復。槓桿臂控制在P1和P2之間的接觸分開距離(參看圖3)，其中接觸分開距離是決定保護系統的操作電壓的主要機構。保護系統800亦可以包括可變線圈配置部809，其中繞線圈的數量是用以改變電磁力。

在操作中，在此描繪的恢復開關800在無電源中斷的情況下允許正常電流通過開關。當錯誤發生時，電流將會增加，以使得電磁線圈805的磁場將吸引柱塞810。將軸驅動至鎖定機構802中。將真空斷路器807鎖定在開路位置，其允許超導材料在無電流負載的情況下恢復。用於電路重設的時間延遲受控於調節氣缸801和壓縮彈簧803。一旦鎖定機構802解除鎖定，全部的構件重設至它們的允許完整電流的原本位置。

綜上所述，本實施例提供一種保護系統，傳統上傳導在超導電流限制系統中的使用者電流以使得如在傳統系統的自動電流限制功能加上加快SCFCL構件的恢復的機構。因為更大能力以由錯誤條件迅速恢復這避免了使用複雜電路，且亦提供能力以減少使用在SCFCL系統中超導材料的數量。

本實施例的使用或應用和一般保護系統並不限於 SCFCL保護。例如，本實施例可被採用在任何類型的錯誤電流限制(FCL)裝置，例如固態FCL、飽和鐵或其他。實施例亦可被用於對傳統的斷路器的輔助，以加快錯誤清除操作。在一些其中不需要複雜錯誤清除或無中繼協作系統，本實施例所提供的簡單保護系統，可被用於當作自動斷路或自動閉合的開關或接觸技器。

本發明並不限於本文所描述的具體實施例的範疇。事實上，除了本文所述的那些，本發明的其它各種實施例和修改，根據前面的描述和附圖對於本領域技術人員將是顯而易見的。因此，這樣的其他實施例和修改是傾向於落在本發明的範疇內的。此外，雖然本發明已經在本文中對一個特定的環境用於特定用途的特定實施方式進行了描述，但本領域技術人員應理解到其有用性不限於此，並且本發明可以有益地實現在任何數目的目的任何數目的環境中。因此，下面提出的申請專利範圍應被理解為鑒於如本文所述的本發明的全部範圍和精神。

100‧‧‧超導錯誤電流限制器(SCFCL)系統

102‧‧‧超導錯誤電流限制器(SCFCL)

104‧‧‧分路電抗器

106‧‧‧絕緣系統

108‧‧‧保護元件

110‧‧‧進入點

112‧‧‧離開點

114、116‧‧‧電路徑

120‧‧‧超導體元件

Claims (15)

1. 一種電流限制器系統，包括：超導錯誤電流限制器(SCFCL)，經配置以在正常操作狀態期間傳導負載電流，在該正常操作狀態該超導錯誤電流限制器是處於超導狀態；分路電抗器，以電性並聯方式連接該超導錯誤電流限制器，並且經配置以在該正常操作狀態傳導相較於該超導錯誤電流限制器更少的電流；保護開關，連接該超導錯誤電流限制器及該分路電抗器，並且經配置以在錯誤電流超過臨限電流值之後的錯誤條件期間，將該超導錯誤電流限制器由負載電流路徑斷開而持續預定時間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電流限制器系統，其中該超導錯誤電流限制器經配置以在該正常操作狀態期間，傳導大約百分之八十或更多的負載電流，並且該分路電抗器經配置以傳導大約百分之二十或更少的負載電流。
3. 如申請專利範圍第1項所述的電流限制器系統，其中該超導錯誤電流限制器經配置以在當錯誤電流超過該臨限電流值且在該超導錯誤電流限制器由該負載電流路徑斷開之前的初始錯誤間隔，傳導小於百分之二十的錯誤電流，且該分路電抗器經配置以傳導大於百分之八十的錯誤電流。
4. 如申請專利範圍第1項所述的電流限制器系統，其中該超導錯誤電流限制器經配置以在該超導錯誤電流限制器不連接該負載電流之後和在該負載電流低於該臨限電壓值之後的恢復期間，傳導百分之零的負載電流，且該分路電抗器經配置以傳導百分之 百的負載電流。
5. 如申請專利範圍第1項所述的電流限制器系統，其中該保護開關包括：中央磁性構件，經配置在第一位置以完成包含該超導錯誤電流限制器的第一電路徑；電磁線圈組，圍繞該中央磁性構件而設置，並且經配置以當該錯誤電流超過該臨限電流時，受到施力，以有效地使該中央磁性構件由該第一位置移動至第二位置，其中在該第二位置該第一電路徑形成開路。
6. 如申請專利範圍第5項所述的電流限制器系統，其中該電磁線圈組包括串聯連接該超導錯誤電流限制器的第一線圈以及串聯連接該分路電抗器的第二線圈。
7. 如申請專利範圍第5項所述的電流限制器系統，更包括：彈簧，連接該中央磁性構件且具有彈簧時間常數，該彈簧時間常數經配置在包括一至二十秒的返回期間內將該中央磁性構件由該第二位置移動至該第一位置，該返回期間在接續於該錯誤條件的錯誤電流低於該臨限電流之後。
8. 如申請專利範圍第5項所述的電流限制器系統，更包括：氣缸；彈簧；以及鎖定機構，連接於該中央磁性構件且具有恢復時間延遲常數，該恢復時間延遲常數經配置在包括一至二十秒的返回期間內將該中央磁性構件由該第二位置移動至該第一位置，該返回期間在接續於該錯誤條件的錯誤電流低於該臨限電流之後。
9. 如申請專利範圍第5項所述的電流限制器系統，更包括：槓桿臂，連接於該中央磁性構件且具有啟動速度時間，該啟動速度時間經配置在包括四至一百毫秒的致動時間內將該中央磁性構件由該第一位置移動至該第二位置，該致動時間在該錯誤條件初始之後。
10. 如申請專利範圍第5項所述的電流限制器系統，其中該第二線圈經配置以當中央磁性構件在該第二位置時，傳送該負載電流。
11. 如申請專利範圍第6項所述的電流限制器系統，更包括：監測系統，經配置以接收通過該第一線圈及/或該第二線圈的電源。
12. 一種超導錯誤電流限制器(SCFCL)系統，安置在一電路中，該超導錯誤電流限制器系統包括：第一電路徑，包含超導錯誤電流限制器，並且經配置以在正常操作狀態期間傳導負載電流，在該正常操作狀態該超導錯誤電流限制器是處於超導狀態；以及第二電路徑，電性並聯於該第一電路徑，且包含：分路電抗器，經配置以在該正常操作狀態傳導相較於該超導錯誤電流限制器更少的電流；以及保護開關，經配置形成與包含該超導錯誤電流限制器的該第一電路徑的串聯連接，且在該第二電路徑包含該分路電抗器的情形下，在當錯誤電流超過臨限電流值的錯誤條件期間，該保護開關更配置以沿著包含該超導錯誤電流限制器的該第一電路徑產生開路而持續預定時間，其中無電流傳導通過該超導錯誤電流限制 器。
13. 如申請專利範圍第12項所述的超導錯誤電流限制器系統，其中該保護開關包括：中央磁性構件，經配置在第一位置以完成第一電路徑；電磁線圈組，圍繞該中央磁性構件而設置，並且經配置以當該錯誤電流超過該臨限電流時，受到施力，以有效地使該中央磁性構件由該第一位置移動至第二位置，在該第二位置該第一電路徑形成開路，如申請專利範圍第15項所述的超導錯誤電流限制器系統，其中該電磁線圈組包括串聯連接該超導錯誤電流限制器的第一線圈以及串聯連接該分路電抗器的第二線圈。
14. 如申請專利範圍第12項所述的超導錯誤電流限制器系統，其中該超導錯誤電流限制器經配置以在當全部負載電流小於2000安培的該正常操作狀態期間，傳導近乎百分之百的負載電流，並且該分路電抗器經配置以傳導近乎百分之零的負載電流。
15. 如申請專利範圍第12項所述的超導錯誤電流限制器系統，其中該超導錯誤電流限制器經配置以在當負載電流超過5k安培且在該超導錯誤電流限制器由該負載電流路徑斷開之前的初始錯誤間隔，傳導小於百分之二十的錯誤電流，且該分路電抗器經配置以傳導大於百分之八十的錯誤電流。