專利名稱：利用磁場觸發(fā)的超導(dǎo)限流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁場觸發(fā)的超導(dǎo)限流器部件，其中，所述超導(dǎo)體元件插入到線圈 中并與該線圈并聯(lián)。
背景技術(shù)：
基于高溫超導(dǎo)體(HTS)的限流器尤其對于供電系統(tǒng)的安全系統(tǒng)具有很大的益處， 尤其是對于高壓電網(wǎng)，這是由于例如在短路時可以它們能夠防止不均衡大地電流尖脈沖， 否則后者會導(dǎo)致設(shè)備損壞。高溫超導(dǎo)體通過在電流尖脈沖情況下減小設(shè)備所承受的負(fù)載而為優(yōu)化供電系統(tǒng) 提供新的措施。在超導(dǎo)狀態(tài)下，超導(dǎo)體特性類似于零損耗的導(dǎo)電體。如果出現(xiàn)如下的情形，所有超導(dǎo)材料會突然損失其超導(dǎo)性能，即超過a)臨界溫度(Tc)；b)臨界磁場(He)；或c)臨界電流密度(Ic)或者d)如果這些情形中的兩個或三個情形同時出現(xiàn)。電阻限流器利用這些特性只要在超導(dǎo)體任何位置(point)處的電流密度超過臨 界值，所述超導(dǎo)體就離開其超導(dǎo)狀態(tài)而變成普通導(dǎo)電狀態(tài)，結(jié)果，限制了電流。從超導(dǎo)狀態(tài) 到普通導(dǎo)電狀態(tài)的轉(zhuǎn)變通常稱作“失超(quenching)”。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，當(dāng)電流再次達(dá) 到其通常值時，超導(dǎo)體返回到超導(dǎo)狀態(tài)并且為隨后的使用做好準(zhǔn)備。但是，實(shí)際上，制造超導(dǎo)體部件的超導(dǎo)體材料在整個部件上并非是均勻的。這種非 均勻性意味著前述特性，如臨界電流密度，會在不部件的不同區(qū)域有所不同。結(jié)果在于在出 現(xiàn)故障的情況下，一些區(qū)域已經(jīng)失超，即變成普通導(dǎo)電狀態(tài)，而其他區(qū)域仍處于超導(dǎo)狀態(tài)。 由于仍處于超導(dǎo)狀態(tài)的這些區(qū)域，使得大電流流過該部件，導(dǎo)致已經(jīng)處于普通導(dǎo)電狀態(tài)的 區(qū)域內(nèi)的溫度升高很大。這種很大的溫度升高導(dǎo)致這些區(qū)域熔化。因此，為了防止超導(dǎo)體 部件損壞或破壞，失超過程需要盡可能均勻和快速地進(jìn)行，使得在足以防止熔化的充分短 的時間內(nèi)，超導(dǎo)體部件作為整體轉(zhuǎn)變成普通導(dǎo)電狀態(tài)。存在各種方法來為將超導(dǎo)體部件均勻且快速轉(zhuǎn)變成普通導(dǎo)電狀態(tài)提供支持。因此，將一層普通導(dǎo)電的材料，如銀，沿著高溫超導(dǎo)體部件的縱向長度施加到高溫 超導(dǎo)體部件的表面上的方法是已知的，所述層與高溫超導(dǎo)體材料在該超導(dǎo)體材料的整個長 度上電接觸。在限流的情況下如果超導(dǎo)體部件的區(qū)域開始失超，電流和熱量被傳導(dǎo)到該分 路(shunt)，并且通過后者耗散。這種傳導(dǎo)和耗散防止超導(dǎo)體部件熔化。根據(jù)如EP1524748A1中描述的另一個原理，該專利文件的整個內(nèi)容引用于此，限 流器包括圓柱形的高溫超導(dǎo)體部件。圍繞該高溫超導(dǎo)體部件，包含普通導(dǎo)電材料，如銅或銀 的線圈，螺旋纏繞，并且相對于高溫超導(dǎo)體部件的縱軸線同軸。普通導(dǎo)電線圈在HTS部件的 兩端處通過電觸點(diǎn)與HTS部件電并聯(lián)。不同于上面描述的方法中的情形，在這種情況下，線圈僅僅物理纏繞高溫超導(dǎo)體部件，沿著其整個長度沒有電接觸。這樣，一旦超導(dǎo)體部件一個位置處的電流密度超過臨界值且所述超導(dǎo)體部件局部離開其超導(dǎo)狀態(tài)，電流被分流到所并聯(lián)的線圈。電流在線圈中的流動產(chǎn)生磁場，該磁場立即 迫使高溫超導(dǎo)體部件在其整個長度上成為普通導(dǎo)電狀態(tài)，從而加速失超過程和限制電流。 這個效應(yīng)稱作“磁場觸發(fā)”。在這種情況下，失超過程的速度取決于磁場由線圈建立的速度以及磁場的大小。因此，為了能夠獲得盡可能快的失超過程，希望獲得一種能夠快速產(chǎn)生盡可能大 的磁場的利用磁場觸發(fā)的限流器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明借助于具有管狀超導(dǎo)體元件的超導(dǎo)體限流器部件實(shí)現(xiàn)了這個目的，所述管 狀超導(dǎo)體元件與導(dǎo)電材料的線圈電并聯(lián)，其中，所述管狀超導(dǎo)體元件具有第一端和第二端， 所述線圈繞組在軸向上在所述超導(dǎo)體元件的第一端和第二端之間沿周邊在超導(dǎo)體元件的 外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面上交替地延伸。根據(jù)本發(fā)明，線圈的各個匝沿著超導(dǎo)體元件的縱向長度在第一端和第二端之間延 伸，使得各個匝沿著縱軸的方向包圍外側(cè)和內(nèi)側(cè)上的側(cè)表面。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，基于本發(fā)明的纏繞類型被稱為方位角纏繞(azimuthal)。
根據(jù)本發(fā)明使用的管狀超導(dǎo)體元件具有管狀橫截面，該管狀橫截面具有中空的內(nèi) 部。超導(dǎo)體元件可以具有任何所需的管狀或筒狀形狀。原則上，可以具有任何理想的基本形狀，該適當(dāng)?shù)幕拘螤畹睦影▓A形、橢圓 形和多邊形基本形狀?；诒景l(fā)明的一個優(yōu)先選擇是超導(dǎo)體元件具有圓形基本形狀的管狀形狀或筒狀 形狀。該圓柱或管也可以與理想的圓形基本形狀有所偏離。取決于特定設(shè)備的需求，根據(jù)本發(fā)明的一個或多個限流器可以彼此電并聯(lián)和/或 電串聯(lián)。根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的方位角纏繞線圈可以在兩個或多個超導(dǎo)體元 件上延伸，其中，它從第一超導(dǎo)體元件的第一端延伸到最后一個超導(dǎo)體元件的第二端，并且 分別電連接到第一超導(dǎo)體元件的第一端以及最后一個超導(dǎo)體元件的第二端。由線圈纏繞的 管狀超導(dǎo)體元件彼此電串聯(lián)。在管狀超導(dǎo)體元件中線圈需要從側(cè)表面的一側(cè)偏轉(zhuǎn)到另一側(cè)(也稱為偏轉(zhuǎn)點(diǎn))的 區(qū)域中，具有通孔，線圈導(dǎo)線可以通過通孔從一側(cè)穿到另一側(cè)。優(yōu)選地是，通孔圍繞周邊規(guī)則地布置在超導(dǎo)體元件上的相同高度上。根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施方式，至少線圈和管狀超導(dǎo)體元件的側(cè)表面在它們之間以公知方 式具有絕緣層。同樣，通孔的內(nèi)表面可以設(shè)置有薄絕緣層。原則上，本發(fā)明可以用于所有超導(dǎo)材料。尤其適用于高溫超導(dǎo)材料，該高溫超導(dǎo)材料通常臨界溫度(Tc)高于液氮溫度。這些材料的實(shí)例是基于鉍、釔、鉈和汞的高溫超導(dǎo)陶瓷氧化物，如 Bi2Sr2Ca1Cu2Oy (BSCC0 2212)、Bi2Sr2Ca2Cu3Oy (BSCC0 2223)、Y1Ba2Cu3Oy (YBC0 123)、 Tl2Ba2Ca2Cu3OyJl1Ba2Ca2Cu3OpHg1Ba2Ca2Cu3Oy 和 Hg1Ba2Ca1Cu2Oy，其中 y 是在具有超導(dǎo)特性的 各個陶瓷氧化物中氧的含量。
本發(fā)明的特定優(yōu)先選擇是BSCCO和YBCO類型的超導(dǎo)材料。BSCCO類型的優(yōu)選超導(dǎo) 體材料是例如BSCCO 2212和BSCCO 2223。為了改進(jìn)特性，上述化合物可以用其他元素?fù)诫s或替代。例如，在BSCCO中，一部 分鉍可以用鉛替代[(Pb-) BiJ-Sr-Ca-Cu-O和/或Sr可以部分用鋇替代。另外，根據(jù)需要，HTS材料可以包含一種或多種適當(dāng)?shù)幕衔铮?，堿土金屬的硫酸 鹽，如具有高熔點(diǎn)的硫酸鹽，例如BaS04、SrSO4和/或BaSr (SO4) 2。管狀超導(dǎo)體元件可以是包含超導(dǎo)體材料的實(shí)心本體。它可以由超導(dǎo)體材料的薄層形成，其 中，適當(dāng)?shù)墓軤钪渭谄鋬?nèi)側(cè)和外側(cè)以公 知的方式涂敷有超導(dǎo)體材料。


下面，利用優(yōu)選實(shí)施方式參照附圖更詳細(xì)描述本發(fā)明，圖中圖Ia示意性示出穿過具有同軸纏繞線圈的已知限流器的縱截面圖；圖Ib示意性示出穿過具有同軸線圈繞組的圖Ia所示的已知限流器的橫截面圖；圖2a示意性示出穿過根據(jù)本發(fā)明的具有方位角線圈繞組的限流器的縱截面圖；圖2b示意性示出穿過圖2A所示的根據(jù)本發(fā)明的限流器的橫截面圖；以及圖3示意性示出穿過根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的縱截面圖。附圖標(biāo)記列表1第一管狀超導(dǎo)體元件2傳統(tǒng)同軸纏繞線圈3根據(jù)本發(fā)明的方位角纏繞線圈4電觸點(diǎn)5偏轉(zhuǎn)點(diǎn)6磁場的方向7補(bǔ)償管
具體實(shí)施例方式在圖Ia和2a中，管狀超導(dǎo)體元件由1標(biāo)識，而線圈由2 (現(xiàn)有技術(shù))或3 (根據(jù)本 發(fā)明)標(biāo)識。另外，如通常已知的那樣，超導(dǎo)體元件1的端部具有相應(yīng)的電觸點(diǎn)4，由此，超導(dǎo)體 元件1可以電連接到電網(wǎng)或者連接到另一限流器元件。電觸點(diǎn)4包括作為普通電導(dǎo)體的材料，通常是諸如銅、銀的金屬或者這些金屬的 合金。用于電觸點(diǎn)4的適當(dāng)材料以及它們的安裝方法是普遍公知的并且頻繁描述到。線圈2和3基本上在超導(dǎo)體元件的整個長度上在電觸點(diǎn)4之間延伸，但是，根據(jù)本 發(fā)明的線圈3的纏繞方向基本上與線圈2的纏繞方向成直角延伸。優(yōu)選地是，如圖2a所示，線圈3的偏轉(zhuǎn)點(diǎn)5位于電觸點(diǎn)4的區(qū)域內(nèi)或者位于第一 管狀元件1內(nèi)正好鄰近電觸點(diǎn)4的邊緣。線圈2、3的相應(yīng)端部電連接到電觸點(diǎn)4，使得線圈2、3與超導(dǎo)體元件1電并聯(lián)。線圈2、3本身與超導(dǎo)體元件1的表面并不電接觸，而是物理上圍繞其纏繞。這意味著在線圈表面和超導(dǎo)體元件1的表面之間沒有電接觸，因此沒有電流流過。根據(jù)本發(fā)明的線圈3可以包括與線圈2相同的材料。它可以包括普通導(dǎo)電材料， 如金屬，或者超導(dǎo)體材料。適當(dāng)?shù)牟牧鲜倾~、銅合金、鋼等。包括超導(dǎo)材料的線圈的實(shí)例是帶狀超導(dǎo)體，例如， 包含BS CCO材料或包含YBCO材料薄層。如果線圈包括超導(dǎo)材料，為了防止在線圈中過早電流流動，它應(yīng)該設(shè)置充分高的 接觸電阻。線圈導(dǎo)線可以為任何適當(dāng)?shù)臋M截面形狀，而圓形或者方形橫截面形狀如帶狀形狀 是優(yōu)選的。如同在傳統(tǒng)同軸纏繞線圈的情況中，對于根據(jù)本發(fā)明的線圈，匝數(shù)和節(jié)距并非特 別關(guān)鍵。根據(jù)用途不同，可以改變線圈的匝數(shù)，這可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員輕易確定。但是，為了快速和均勻失超，已經(jīng)證明盡可能大的超導(dǎo)體區(qū)域被線圈繞組所圍繞 是有效的。優(yōu)選地是，至少90%的側(cè)表面、特別優(yōu)選的是95%的側(cè)表面、且尤其是100%的側(cè)
表面被線圈圍繞。線圈建立磁場的速度基本上受到流過線圈的電流的影響。因此，電流流過線圈應(yīng) 該盡可能快地發(fā)生并且電流盡可能大。被每個匝所圍繞的側(cè)表面并因此超導(dǎo)體元件應(yīng)該盡可能大。優(yōu)選地是，線圈盡可 能緊地纏繞超導(dǎo)體本體。優(yōu)選地是，線圈靠在超導(dǎo)體元件的表面上。在這種情況下，可以設(shè) 置絕緣層，以避免超導(dǎo)體元件和線圈之間短路。方位纏繞的效果在于與傳統(tǒng)線圈2相比，根據(jù)本發(fā)明的線圈3每單位面積包圍更 大的超導(dǎo)體面積。如下面計算所演示的，通過根據(jù)本發(fā)明的線圈可以獲得明顯更大的磁場。為了計算，假設(shè)在兩個實(shí)施方式中的線圈2、3具有相同的電感、于是在線圈2、3中 存在相同的電流。因此，當(dāng)I1 = I2(線圈電流)知=L2(電感)時兩個線圈都包含銅。
圖例 L1:已知線圈的電感L2:根據(jù)本發(fā)明的線圈的電感(在Ll =L2時)I1 已知線圈的長度260mmI2 根據(jù)本發(fā)明的線圈的長度270_Γι 已知線圈的平均直徑67mmr2 根據(jù)本發(fā)明的線圈的平均直徑46mmd 根據(jù)本發(fā)明的線圈的厚度結(jié)果表明在兩個線圈具有相同的電感的情況下，根據(jù)本發(fā)明的線圈能夠用于獲 得幾乎兩倍大的磁場。相同的電感意味著在相同的時間內(nèi)建立磁場。鑒于上面的結(jié)果，這意味著在根據(jù) 本發(fā)明的線圈的電感減小時，可以在更短的時間內(nèi)獲得與同軸線圈相同大小的磁場。鑒于根據(jù)本發(fā)明的一項改進(jìn)，限流器部件包括第二管狀超導(dǎo)體元件7，該第二管狀 超導(dǎo)體元件7圍繞具有方位纏繞線圈的第一管狀超導(dǎo)體元件1。也稱為補(bǔ)償管的第二管狀 超導(dǎo)體元件7優(yōu)選的在第一管狀超導(dǎo)體元件1的兩個觸點(diǎn)4之間的整個長度上延伸。圖3示意性示出這個改進(jìn)的結(jié)構(gòu)。超導(dǎo)體元件1的方位線圈3已經(jīng)被省略，以提 供更好的觀察。補(bǔ)償管7可以用于減小AC損耗，并改進(jìn)限流器部件的載流容量。AC損耗的原因?yàn)樵贏C操作過程中，在載流超導(dǎo)體元件內(nèi)形成的磁場變化。這個磁 場越大，AC損耗越大。在正常工作期間，第一管狀超導(dǎo)體元件1的磁場在補(bǔ)償管7中產(chǎn)生與第一管狀超 導(dǎo)體元件1的磁場相對應(yīng)的電壓或電流。在補(bǔ)償管7中感應(yīng)的電壓(或感應(yīng)電流)其本身 (for its part)產(chǎn)生磁場，這個磁場與第一管狀超導(dǎo)體元件1的磁場相反，由此補(bǔ)償或減小 在第一管狀超導(dǎo)體元件1內(nèi)的磁場。第一管狀超導(dǎo)體元件1的磁場越小，AC損耗越小。補(bǔ)償管可以由與第一管狀超導(dǎo)體元件相同的超導(dǎo)材料制成，但是它也可以用不同 的材料。對于第一管狀超導(dǎo)體元件，適當(dāng)?shù)母邷爻瑢?dǎo)體材料與上面列出的相同。基本上在補(bǔ)償管內(nèi)流動的電流不會超過補(bǔ)償管的載流容量Ic。超導(dǎo)體材料的載流容量Ic所取決的因素本身是公知的，該因素的例子是特定的 超導(dǎo)材料本身、管的壁厚、工作溫度和圍繞磁場。優(yōu)選地是，補(bǔ)償管的載流容量大于第一超 導(dǎo)體元件的載流容量。影響補(bǔ)償管的磁場強(qiáng)度的因素例如是第一管狀超導(dǎo)體元件的磁場的大小和第一 管狀超導(dǎo)體元件的橫截面積大小Al及補(bǔ)償管的橫截面積大小A2。如同第一管狀超導(dǎo)體元件，原則上，補(bǔ)償管可以具有任何理想的形狀，如圓形的、 橢圓形的或者多邊形的基本形狀。
優(yōu)選地是，其具有與第一管狀超導(dǎo)體元件相同的基本形狀。圓筒形或基本上圓筒形的基本形狀是優(yōu)選的。如同第一管狀超導(dǎo)體元件，補(bǔ)償管可以在形狀和角度上具有差異，尤其是在與圓柱的圓度偏離方面、或者是在與圓柱的軸線 與用來確定圓柱的角度的平面的直角偏離方面。補(bǔ)償管固定到位的方式本身并不是關(guān)鍵，而是可以采用任何理想的方式。作為例子，補(bǔ)償管可以連接到固定器，具有方位線圈角度的第一管狀超導(dǎo)體元件 也安裝在使用它的設(shè)備中。在第一管狀超導(dǎo)體元件和補(bǔ)償管之間沒有電連接。第一管狀超導(dǎo)體元件和補(bǔ)償管之間的間隔原則上可以包含任何理想的不導(dǎo)電介
質(zhì)或真空。有利地是，這個間隔包含與冷卻設(shè)備所用的相同的冷卻裝置，通常是液氮。有利地是，所述介質(zhì)應(yīng)選擇成其滲透性μ是1或者大約是1。下面的文字將更詳細(xì)解釋補(bǔ)償管如何工作。在圖3中，超導(dǎo)體元件1的磁場B1的方向由向上指向的箭頭示出，而補(bǔ)償管7的 磁場B2的方向由向下指向的箭頭示出。在超導(dǎo)體元件1的內(nèi)側(cè)的磁通量O1作為B1 -A1獲得，而管7內(nèi)側(cè)的磁通量Φ2作 為化· A2獲得?？紤]到管7的超導(dǎo)特性，管7的內(nèi)側(cè)與超導(dǎo)體元件1的總磁通量φ8總是零。以下成立Og = B1 · A1+B2 · A2 = O或者B1 · A1 = B2 · A2其中Φ8是總磁通量(①和Φ2)B1是超導(dǎo)體元件的磁場(補(bǔ)償后)A1是超導(dǎo)體元件的內(nèi)橫截面積B2是補(bǔ)償管的磁場A2是補(bǔ)償管的內(nèi)橫截面積對于大小相同但方向相反的磁場B1和B2,它遵從上面的方程，S卩，磁通量的完全補(bǔ) 償需要超導(dǎo)體元件1的內(nèi)橫截面積A1等于補(bǔ)償管7的內(nèi)橫截面積Α2。為了形成這種理想 情況，超導(dǎo)體元件1和補(bǔ)償管7需要具有無限薄的壁厚并且一個直接位于另一個上。實(shí)際上，如圖3所示，超導(dǎo)體元件的內(nèi)徑T1小于補(bǔ)償管7的內(nèi)徑r2 (包括超導(dǎo)體元 件的壁厚)。如果在這種情況下磁場&和化具有相同的絕對值，那么雖然完全補(bǔ)償超導(dǎo)體元件 1內(nèi)側(cè)的磁場B1，在由巧-巧所限定的補(bǔ)償管7內(nèi)側(cè)的環(huán)形圍繞區(qū)域中仍然存在磁場B2和磁 通量 Φ，且 在AC模式下，這個未補(bǔ)償?shù)拇艌鯞2將自身部分導(dǎo)致AC損失，該AC損失與由未補(bǔ) 償?shù)拇艌鯞1所產(chǎn)生的AC損失具有相同的大小量級。結(jié)果，AC損失沒有減小。
但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，AC損耗與磁場不成正比，而是成指數(shù)增長，為&，其中n> 1。指 數(shù)η的大小取決于特定超導(dǎo)體材料并且通常是3的數(shù)量級?；讦?> 1并尤其是η 3的指數(shù)相關(guān)性，因此，磁場相對小的減弱就已經(jīng)導(dǎo)致不 成比例地高的AC損耗降低，η越大，AC損耗的降低越明顯。換句話說，對于磁場B1給定的減小，η越大，在AC損耗中所獲得的降低越高，其中， AC損耗的絕對值成指數(shù)降低。原則上，在超導(dǎo)體元件1內(nèi)的磁場B1可以被控制在幾乎完全補(bǔ)償?shù)拇蠹s0值和未 補(bǔ)償?shù)淖畲笾抵g。使用實(shí)際情況的補(bǔ)償處于這兩個末端之間。如所述，因此對于磁場B1 的完全補(bǔ)償是不可能的，并且由于A1 = A2不實(shí)際，因此，本發(fā)明包含最優(yōu)性能，該最優(yōu)性能 也將在管7和超導(dǎo)體元件1之間的環(huán)形間隙中的磁場B2考慮在內(nèi)。因此，實(shí)際獲得的補(bǔ)償 對于相應(yīng)的各種情況而有所變化。本發(fā)明的一個重要的先決條件為補(bǔ)償管7具有超導(dǎo)特性，并因此在沒有電流流過 線圈的正常工作中，沒有電阻或者電阻變?yōu)榱恪?
為了本發(fā)明的安排和設(shè)計，這意味著在補(bǔ)償管7內(nèi)感應(yīng)的電流不能超過管7的載 流容量Ic。例如，影響磁場B2的強(qiáng)度的因素是超導(dǎo)體元件的磁場大小以及橫截面積A1和A2的 大小。因此，通過調(diào)節(jié)補(bǔ)償管7的橫截面積A2，本發(fā)明使得對于給定橫截面積A1以及給 定的超導(dǎo)體元件1的磁場B1, AC損耗的降低最佳。下面，利用具有圓形橫截面積的超導(dǎo)部件的例子，來更詳細(xì)解釋本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的 超導(dǎo)體元件1中的AC損耗降低的優(yōu)化。根據(jù)這個實(shí)施方式，這是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，超導(dǎo)體元件1的磁場B1減 小 50%。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于磁場B1中減小50%，考慮到AC電流損耗對磁場強(qiáng)度的相關(guān)性，可 以獲得最優(yōu)的AC損耗降低。倘若 且B1 (被補(bǔ)償?shù)?=B2對于圓形橫截面積A1和A2,以下成立 由此得到為了減小超導(dǎo)體元件1內(nèi)側(cè)的磁場50%，橫截面積A2需要為超導(dǎo)體元 件的橫截面積A1的兩倍大小。
這個結(jié)果與超導(dǎo)體元件1和管7的橫截面的形狀相關(guān)，并因此也可以應(yīng)用到其形狀不同于圓形形狀的橫截面，如橢圓形、正方形、多邊形等形狀。基于AC損耗對磁場的相關(guān)性，其中Βη(η>1)，在總的損耗中導(dǎo)致不成比例高的降 低。上面的實(shí)施方式表明在超導(dǎo)體元件內(nèi)側(cè)和外側(cè)的合成磁場以及由其獲得的AC損 耗中的降低可以通過調(diào)節(jié)補(bǔ)償管7的橫截面積A2來控制。補(bǔ)償管7應(yīng)該在整個超導(dǎo)體元件本體上在電觸點(diǎn)4之間延伸。補(bǔ)償管7也可以完全或局部在一個或兩個電觸點(diǎn)4上延伸。如果兩個電觸點(diǎn)4之間的區(qū)域沒有被補(bǔ)償管7包圍，例如，如果補(bǔ)償管7完全沒有 在兩個電觸點(diǎn)4之間延伸，沒有被補(bǔ)償管7包圍的這些線圈區(qū)域?qū)⒂龅紸C損耗，這會導(dǎo)致 加熱并尤其導(dǎo)致所述區(qū)域的載流容量Ic降低。通常，限流器必須能夠承載高于設(shè)備額定電流的電流特定時間那么長，這被已知 為過電流。包括在限流器內(nèi)的超導(dǎo)部件也需要針對該過電流設(shè)計。對于目前的超導(dǎo)體元件， 這意味著不僅過電流本身而且它所產(chǎn)生的磁場都要被考慮在內(nèi)。這個磁場減小超導(dǎo)體元件 的超導(dǎo)特性，這又對其設(shè)計帶來直接影響。根據(jù)本發(fā)明的具有補(bǔ)償管的改進(jìn)的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)在于補(bǔ)償管減小了超導(dǎo)體元件的 磁場，并因此，可以增加超導(dǎo)體元件的載流容量。對于給定的超導(dǎo)體元件，因此帶有補(bǔ)償管 的超導(dǎo)體元件與不帶有補(bǔ)償管的相比具有更大的載流容量。因此，可以表明補(bǔ)償管能夠用 于使得超導(dǎo)體部件承載過電流的時間加倍。結(jié)果，可以表明具有補(bǔ)償管的超導(dǎo)體元件不僅具有降低的AC損耗，而且同時呈現(xiàn) 出改進(jìn)的增大的載流容量。補(bǔ)償管帶來的AC損耗的降低也對超導(dǎo)設(shè)施所需的冷卻容量帶來直接影響。AC損 耗的降低和相關(guān)的溫升的降低意味著對設(shè)備的冷卻容量的需求減小。結(jié)果，不僅可以減小 例如適當(dāng)?shù)睦鋮s設(shè)備的購置成本，而且同時也減少設(shè)備的操作成本。由此，補(bǔ)償管的改進(jìn)是本發(fā)明的限流器部件之外的一個構(gòu)思，本發(fā)明的限流器部 件帶有超導(dǎo)體元件，該超導(dǎo)體元件具有方位角纏繞的線圈。在正常工作過程中，補(bǔ)償管促進(jìn)AC損耗的降低。在發(fā)生故障的情況下，線圈的方 位角效應(yīng)有助于超導(dǎo)體部件的失超。
權(quán)利要求
一種超導(dǎo)限流器部件，具有第一管狀超導(dǎo)體元件(1)，該超導(dǎo)體元件與導(dǎo)電材料的線圈(3)電并聯(lián)，其中，第一管狀超導(dǎo)體元件(1)具有第一和第二端，線圈繞組在軸向上在第一管狀超導(dǎo)體元件(1)的第一端和第二端之間在超導(dǎo)體元件(1)的外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面上交替地延伸并且繞著超導(dǎo)體元件(1)的周邊延伸。
2.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)限流器部件，其中，第一管狀超導(dǎo)體元件⑴在線圈(3)從 一個側(cè)表面向另一個側(cè)表面偏轉(zhuǎn)的位置處具有通孔(5)，線圈(3)通過該通孔延伸。
3.如權(quán)利要求1或2所述的超導(dǎo)限流器部件，其中，第一管狀超導(dǎo)體元件(1)在端部具 有電觸點(diǎn)(4)，該線圈(3)分別在電觸點(diǎn)(4)的區(qū)域內(nèi)偏轉(zhuǎn)。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的超導(dǎo)限流器部件，其中，用于偏轉(zhuǎn)線圈(3)的通孔 (5)圍繞第一管狀超導(dǎo)體元件(1)的周邊規(guī)則地布置在相同高度處。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的超導(dǎo)限流器部件，其中，所述線圈繞組為使得超過 90%的第一管狀超導(dǎo)體元件(1)的側(cè)表面被線圈(3)圍繞。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的超導(dǎo)限流器部件，其中，所述外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面 設(shè)置有絕緣材料層，所述線圈(3)直接靠在所述絕緣材料上。
7.如上述權(quán)利要求中任一項所述的超導(dǎo)限流器部件，其中，所述線圈(3)包括從金屬 和超導(dǎo)體材料中選擇的材料。
8.如上述權(quán)利要求中任一項所述的超導(dǎo)限流器部件，其中，所述第一管狀超導(dǎo)體元件 (1)與線圈(3) —起定位在第二管狀超導(dǎo)體元件(7)內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的超導(dǎo)限流器部件，其中，所述第二管狀超導(dǎo)體元件(7)至少在 第一管狀超導(dǎo)體元件(1)的整個長度上、在第一管狀超導(dǎo)體元件的第一端和第二端之間延 伸。
10.如上述權(quán)利要求中任一項所述的超導(dǎo)限流器部件，其中，第一管狀超導(dǎo)體元件(1) 是包括超導(dǎo)體材料的實(shí)心元件，或者第一管狀超導(dǎo)體元件(1)是由管狀支撐件形成，在該 管狀支撐件的外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面上設(shè)置有超導(dǎo)體材料薄層。
11.如權(quán)利要求8到10中任一項所述的超導(dǎo)限流器部件，其中，所述第二管狀超導(dǎo)體元 件(7)是包括超導(dǎo)體材料的實(shí)心元件，或者第二管狀超導(dǎo)體元件(7)是由管狀支撐件形成， 在該管狀支撐件的外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面具有施加于其上的超導(dǎo)體材料薄層。
12.如上述權(quán)利要求中任一項所述的超導(dǎo)限流器部件，其中，超導(dǎo)體材料是高溫超導(dǎo)陶 瓷氧化物。
13.如權(quán)利要求12所述的超導(dǎo)限流器部件，其中，所述高溫超導(dǎo)陶瓷氧化物是從BSCC0 和YBC0類型的超導(dǎo)體材料中選出的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用磁場觸發(fā)的超導(dǎo)限流器部件，其具有管狀超導(dǎo)體元件(1)，該元件與觸發(fā)線圈(3)并聯(lián)，其中，觸發(fā)線圈從管狀超導(dǎo)體元件(1)的第一端在管狀超導(dǎo)體元件(1)的側(cè)表面的一側(cè)上沿著管狀超導(dǎo)體元件(1)的第二端的方向延伸，在該點(diǎn)向側(cè)表面的另一側(cè)偏轉(zhuǎn)，并且在第一端的方向上延伸回來，如此反復(fù)。
文檔編號H02H9/02GK101841152SQ20101014374
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者瑟奇耶·貝默特, 羅伯特·杜默克 申請人:尼克桑斯公司