專利名稱：限流設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用由超導材料構成的部件來限制電流的設備，所述部件布置在低 溫控制器中，該低溫控制器包括兩個金屬管件，所述金屬管件相對于彼此同心布置并且 它們之間配裝有真空絕緣，所述低溫控制器包圍冷卻劑流經的自由空間(free space) (EP1681731A1)。
背景技術：
作為示例，超導材料用作電力傳輸所用線纜中的導體。在現代技術中，超導材料包 括復合材料，所述復合材料包含陶瓷材料，所述復合材料在足夠低的溫度下變成超導狀態。 如果充分冷卻，則以這種方式構造的導體的直流電阻為零，只要不超過特定的電流水平，即 臨界電流水平。作為示例，適當的陶瓷材料是稀土(ReBCO)基氧化物材料，特別是YBCO(釔 鋇銅氧化物)或BSCCO(鉍鍶鈣銅氧化物)。作為示例，足夠將這種材料變成超導狀態的低 溫介于67K和IlOK之間。作為示例，適當的冷卻劑是氮、氦、氖和氫或者這些物質的混合物。開始提到的這種限流設備可以作為一種熔斷器安裝在任何期望的傳輸路徑中，諸 如線纜路徑或者其他開關組件中，或大或小幅值的電流通過該傳輸路徑傳輸。目的是在受 保護的傳輸路徑上發生短路時，防止對受保護的傳輸路徑造成嚴重損壞。發生短路時，所述 設備的電阻顯著增大，從而該設備本身明顯減小峰值短路電流。然后，可以由斷路器將所述 傳輸路徑斷開，以便消除短路。一旦短路的原因消除，則傳輸路徑可以再次連通，不需要對 該限流設備進行任何改動。開始引用的EP1681731A描述了一種具有至少一個用于限流的超導部件的設備。 所述部件包括由超導材料構成的柱狀支撐件，超導體繞制在該支撐件周圍，且普通導體與 其并聯。多個這種部件布置成電氣串聯或并聯，從而形成一種限流器。
發明內容
本發明的目的是使得開始提到的這種設備更為簡化。根據本發明，該目的得以實現在于所述部件各自包括由ReBCO材料構成的三個階段導體(phaseconductor)，所述階 段導體布置成彼此絕緣并且相對于彼此同心布置；和“η”個部件布置在低溫控制器中，并且它們的階段導體周期性地彼此導電連接，以 使每一個部件的內部階段導體連接到第二部件的中央階段導體，而該中央階段導體連接到 第三部件的外部階段導體，其中η = 3或者3的整數倍。ReBCO材料是所謂的第二 代超導材料。由ReBCO材料構成的導體較之第一代材料 構成的導體來說，在通常導電范圍內具有明顯更低的電阻。所述部件的階段導體有利地設 計成它們的臨界電流水平對應于這樣的電流水平幅值，即，超過該電流水平幅值將會發生 短路限流作用。一旦達到該電流水平時，階段導體的超導材料變成普通導電狀態。在這種 狀態下，ReBCO材料不良導電，因此直接導致階段導體阻抗的顯著增大，就是說，部件的電阻增大。因此，流經所述設備的電流受到明顯且快速的限制。短路電流向所述部件引入的能 量導致它們被加熱。一旦短路電流受到限制，則所述設備將從所述傳輸路徑迅速斷開，以允 許所述部件快速冷卻下來。這樣保證了所述設備不會被短路電流損壞。在短暫的冷卻時間 之后，并且在傳輸路徑上的短路原因消除之后，所述設備將準備好再次操作，而不需要采取 任何措施。在所述設備的一種優選實施方式中，如果僅使用超導線纜構成的3個部件，則只 需要少量的觸點來連接階段導體。這樣降低了接觸造成的損耗，特別是在使用第一代超導 體例如BSCCO導體來連接各階段導體的情況下。將設備的3個不同的階段導體周期性地貫 穿連接特別具有優勢，因為使得整個設備具有特別均勻的阻抗。帶有三個部件的設備還允 許所述設備制作地非常緊湊，使得低溫控制器具有相對較小的表面積，并且熱損耗相應地 較小。在正常操作過程中，相互補償意味著不會有電磁場出現在每個部件的階段導體的同 心結構的外側。因此，不會在低溫控制器中感生出渦流，所述渦流可能會引起損耗。
符合本發明的主體內容的實施例在附圖中示出。在附圖中圖1示出了根據本發明的設備的側視示意圖；圖2以放大顯示的方式示出了圖1所示設備的細節，；圖3同樣以示意圖的形式示出了所述設備的實施方式，該實施方式相對于圖1所 示內容進行了改動；
圖4示出了所述設備的部件之間的導電連接布局。
具體實施例方式在以下內容中將解釋用于3個(η = 3)部件的根據本發明的布置，每個部件具有 3個超導階段導體。利用適當的設計，兩個或更多個單元也可以容納在一個低溫控制器中， 每個單元具有3個這種部件 。圖1示出了包括兩個金屬管件1和2的低溫控制器KR，所述金屬管件相對于彼此 同軸布置。真空絕緣3位于管件1和管件2之間，所述管件也可以相對于它們的縱向橫向 地成波紋狀。低溫控制器KR包圍冷卻劑流經的自由空間FR，在該自由空間FR中布置三個 部件4、5和6，每個部件具有3個階段導體7、8和9，所述階段導體彼此絕緣且相對于彼此 同心布置。超導階段導體7、8和9具有優勢地包括ReBCO構成的帶材，準確地說，優選由YBCO 構成的帶材。內部階段導體7構造在支撐件10周圍，而該支撐件在所示實施例中，呈管件形 式，具有優勢地由玻璃纖維加強的塑料構成。絞合線可以用作支撐件10。階段導體7被中 央階段導體8隔開一定距離地同心包圍，而中央階段導體8本身同樣被外部階段導體9隔 開一定距離地同心包圍。階段導體之間的同心間隙是階段導體7和8之間的絕緣層11與 階段導體8和9之間的絕緣層12。絕緣層11和12具有優勢地為自由間隙，如果支撐件10表現為管件形式，則在所 述設備的操作過程中，流過低溫控制器的冷卻劑可以以通過支撐件10的相同方式通過該自由間隙。這允許一旦短路被糾正則所述設備可以更快地冷卻下來。如果階段導體適當地 保持，則階段導體之間的所述自由間隙可以在它們的端部被保持，而不需要額外的協助。但 是，也可以將由絕緣材料構成且用料很少的間隔件配合在階段導體之間的階段導體跨度范 圍內的少數點上，所述間隔件幾乎不會對流經階段導體之間的冷卻劑形成阻礙。還可以使 用絕緣材料構成的管件作為絕緣層11和12，例如由玻璃纖維加強的塑料構成的管件。
在圖1所示實施方式中，3個部件4、5和6可以布置在低溫控制器KR中，使得在所 述設備操作過程中，它們不會彼此接觸而且冷卻劑可以在它們周圍流動。但是，如圖2所示 的絕緣層13也可以配合在部件4、5和6的外部階段導體9上。階段導體7、8和9具有優勢地包括施加了 YBCO材料的帶材，所述帶材圍繞它們各 自的基片纏繞至少兩層。包括所述帶材的層彼此絕緣。多條帶材在單個層中彼此并排布置， 同樣彼此絕緣，而且電氣并聯。為了實現盡可能長的YBCO材料長度，所述帶材具有優勢地 以較短的絞距(lay)繞制。各個層的繞制方向優選為相反方向。除了帶材之外，還可以使 用施加了 YBCO材料的導線。帶材的絞距長度和絞距方向被選擇成使得導體7、8和9具有 盡可能小的電感。從圖1可以看出，部件4、5和6彼此并排布置在低溫控制器KR中。這種設置允許 所述設備軸向短且緊湊。但是，從圖3中可以看出，部件4、5和6還可以前后地配合在低溫 控制器KR中，這樣可以縮小低溫控制器KR的直徑。在這兩個實施方式中，低溫控制器具有 相對較小的外表面區域，以及對應的較小熱損耗。三個部件4、5和6的階段導體7、8和9彼此電氣連接。由BSCCO構成的連接導體 14具有優勢地用于此目的。從圖4中可以看出，連接是周期性的，且空間交換，以使所述設 備中的每條階段導體都能占據三個可能位置每一個。在這一方面，作為示例，部件4的外部階段導體9連接到部件5的內部階段導體7， 并且繼續向遠處前進到部件6的中央階段導體8。部件4的中央階段導體8連接到部件5 的外部階段導體9，并且繼續向遠處前進到部件6的內部階段導體7。部件4的內部階段導 體7類似地連接到部件5的中央階段導體8，繼續向遠處前進到部件6的外部階段導體9。 相應的連 接導體14在圖6中以交叉線示出。以這種方式制造的所述設備連接到電流傳輸路徑中，發揮作用。部件4、5和6則 作為該傳輸路徑的一部分。如果供電系統中發生短路，則電流水平升高的電流流過該傳輸 路徑。如果該電流水平高于部件4、5和6的階段導體7、8和9中的臨界電流水平，則它們 的電阻將突然顯著升高，導致所述設備的電阻突然增大。這種情形記錄在適當的監控電路 中，并導致傳輸路徑斷開。這樣將允許部件4、5和6立即冷卻下來。一旦短路原因消除，則 傳輸路徑可以再次連通。
權利要求
一種利用由超導材料構成的部件來限制電流的設備，所述部件布置在低溫控制器中，該低溫控制器包括兩個金屬管件，所述金屬管件相對于彼此同心布置，并且在它們之間配有真空絕緣，所述低溫控制器包圍冷卻劑流經的自由空間，其特征在于，所述部件(4、5、6)各自包括3個以稀土基超導材料(ReBCO)構成的階段導體(7、8、9)，所述階段導體布置成彼此絕緣并且相對于彼此同心；和“n”個部件(4、5、6)布置在低溫控制器(KR)中，并且它們的階段導體周期性地彼此導電連接，以使每一個部件的內部階段導體(7)連接到第二部件的中央階段導體(8)，而該中央階段導體(8)連接到第三部件的外部階段導體(9)，其中n＝3或者3的整數倍。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述階段導體(7、8、9)包括支撐所述超導材 料的帶材，所述帶材彼此絕緣并在支撐件周圍纏繞至少兩層，所述層彼此絕緣并且優選以 較短的絞距長度彼此疊置。
3.如權利要求2所述的設備，其特征在于，所述帶材的絞距長度和絞距方向設計成讓 所述階段導體(7、8、9)具有盡可能小的電感。
4.如權利要求2或3所述的設備，其特征在于，各個所述層的所述帶材電氣并聯。
5.如權利要求1至4中任一項所述的設備，其特征在于，所述部件(4、5、6)物理上彼此 并排布置。
6.如權利要求1至4中任一項所述的設備，其特征在于，所述部件(4、5、6)物理上前后布置。
7.如權利要求1至6中任一項所述的設備，其特征在于，所述階段導體(7、8、9)由YBCO 構成。
8.如權利要求1至7中任一項所述的設備，其特征在于，由BSCCO構成的超導體用作所 述部件(4、5、6)的所述階段導體(7、8、9)之間的連接導體(14)。
全文摘要
一種利用超導材料構成的部件(4、5、6)限制電流的設備，所述部件布置在低溫控制器(KR)中，該低溫控制器包括兩個金屬管件(1、2)，所述金屬管件相對于彼此同心布置，并且在它們之間配裝真空絕緣(3)，所述低溫控制器包圍流經冷卻劑的自由空間(FR)。所述部件(4、5、6)各自包括3個以稀土基超導材料(ReBCO)構成的階段導體(7、8、9)，所述階段導體布置成彼此絕緣并且相對于彼此同心。“n”個部件(4、5、6)布置在低溫控制器(KR)中，并且它們的階段導體周期性地彼此導電連接，以使每一個部件的內部階段導體(7)連接到第二部件的中央階段導體(8)，而該中央階段導體(8)連接到第三部件的外部階段導體(9)，n＝3或者3的整數倍。
文檔編號H01L39/16GK101840775SQ201010136528
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月12日 優先權日2009年3月13日
發明者雷納·索伊卡, 馬克·施泰默 申請人:尼克桑斯公司