專利名稱：過(guò)流限制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1的前序部分所述的過(guò)流限制裝置。
在DE443481中公開了緊湊的可逆的過(guò)流限制裝置，其具有串聯(lián)連接的多個(gè)限流模塊，其中在盤形的絕緣體的兩側(cè)能夠分別設(shè)有彎曲的由高溫超導(dǎo)體構(gòu)成的導(dǎo)體連接帶和具有良好導(dǎo)電性的平面接觸的一般導(dǎo)體。在高溫超導(dǎo)體和一般導(dǎo)體之間是2μm厚的銀層。導(dǎo)體連接帶能夠在超導(dǎo)體一側(cè)或者一般導(dǎo)體一側(cè)與絕緣體進(jìn)行平面接觸。一般導(dǎo)體與超導(dǎo)體的并聯(lián)連接使沿著超導(dǎo)體的電壓分配更加均勻。因此發(fā)現(xiàn)在不同的超導(dǎo)體元件相繼連接時(shí)存在不同的電壓降。因?yàn)楝F(xiàn)在每一個(gè)超導(dǎo)體元件只能承受一個(gè)確定的最大電壓，所以串聯(lián)電路的負(fù)載能力是很低的，該電壓是均勻分配的。在沒(méi)有元件的n倍切換功率的情況下，串聯(lián)電路的切換功率是通過(guò)n個(gè)超導(dǎo)體元件實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)例如已在日本專利摘要，E-759,1989，卷13213號(hào)或者EP0406636A1中有所描述。在EP0406636A1中揭示的過(guò)流限制裝置是一個(gè)接在一并聯(lián)支路上的扼流圈，這個(gè)電路連接了一個(gè)氧化的、與磁場(chǎng)有強(qiáng)依賴關(guān)系的高溫超導(dǎo)體，這個(gè)高溫超導(dǎo)體安置在所述的扼流圈內(nèi)，與扼流圈串聯(lián)連接有一個(gè)線圈串聯(lián)電阻。還可以與高溫超導(dǎo)體并聯(lián)連接一個(gè)非超導(dǎo)體的分路電阻和一個(gè)開啟裝置，這個(gè)開啟裝置當(dāng)短路時(shí)受外部信號(hào)控制在1毫秒內(nèi)開啟，斷開電路，從而使通流的高溫超導(dǎo)體的電阻增大，其操作延時(shí)可以在0.5毫秒-5毫秒的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)短路電流的限制。
在限流期間，多次和/或者通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間承載的高溫超導(dǎo)體出現(xiàn)這樣一種趨勢(shì)，即形成一些局部過(guò)熱點(diǎn)，失效幾率相應(yīng)上升。有時(shí)由于很小的不均勻性的存在，例如在臨界電流密度，會(huì)出現(xiàn)局部電壓過(guò)高現(xiàn)象。這樣將導(dǎo)致大量能量耗散，逐漸加熱所述的不均勻點(diǎn)，結(jié)果使局部電阻增加過(guò)高，同時(shí)電壓下降過(guò)大。如果這種承載現(xiàn)象持續(xù)過(guò)長(zhǎng)，將導(dǎo)致超導(dǎo)體的局部損壞。另一個(gè)使用過(guò)流限制裝置的問(wèn)題是關(guān)于該過(guò)流限制裝置從一次過(guò)流限制過(guò)程消逝后到能夠返回其標(biāo)稱電流工作狀態(tài)的恢復(fù)時(shí)間問(wèn)題，這個(gè)恢復(fù)時(shí)間的時(shí)間間隔一般顯然要高于100毫秒，這對(duì)于電力網(wǎng)的自動(dòng)重接顯然是太長(zhǎng)了，不能適應(yīng)電力網(wǎng)的正常運(yùn)行要求。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求1所限定的本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了這樣一個(gè)目的，它改善了本文開頭部分所述的過(guò)流限制裝置，提高了其可用性。
本發(fā)明的各優(yōu)選實(shí)施技術(shù)方案體現(xiàn)在從屬權(quán)利要求的主題中。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能夠提高過(guò)流限制裝置的壽命。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施技術(shù)方案，提供一種過(guò)流限制裝置，它利用一個(gè)由壓敏電阻器和超導(dǎo)器件組成的并聯(lián)電路顯著提高過(guò)流限制裝置的穩(wěn)定性。這些壓敏電阻器保障了在超導(dǎo)器件上的壓降的均勻性達(dá)到±5％，從而提高了過(guò)流限制裝置的總功率。
在一個(gè)與由一個(gè)超導(dǎo)體和一個(gè)開關(guān)組成的串聯(lián)電路的并聯(lián)支路中含有一個(gè)感性的電阻，尤其是一個(gè)螺線管。如果該開關(guān)在短路電流限制之后導(dǎo)通以保護(hù)超導(dǎo)體，而該電流只流過(guò)螺線管。沒(méi)有更多的加載超導(dǎo)體能夠再一次恢復(fù)并且沒(méi)有冷卻的電流回路必需斷開。
如果在一個(gè)由第1超導(dǎo)體和第2超導(dǎo)體構(gòu)成的并聯(lián)支路上連接一個(gè)換接開關(guān)，則過(guò)流限制裝置可在一次過(guò)流限制過(guò)程后同樣經(jīng)過(guò)很少的恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)正常工作狀態(tài)。因此通過(guò)兩個(gè)超導(dǎo)體的并聯(lián)連接，過(guò)流限制裝置的標(biāo)稱功率在短時(shí)間內(nèi)被加倍。
下面將根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。附圖為

圖1一個(gè)處于電流傳導(dǎo)中的過(guò)流限制裝置的原理圖；圖2過(guò)流限制裝置的另一個(gè)實(shí)施例，帶有多個(gè)與超導(dǎo)體或者超導(dǎo)體段并聯(lián)連接的壓敏電阻器；以及圖3圖1的過(guò)流限制裝置的另一實(shí)施形式，帶有由兩個(gè)超導(dǎo)體相互并聯(lián)構(gòu)成的電流支路。
在各附圖中的相同的部分采用相同的標(biāo)號(hào)表示。
圖1展示了一條受過(guò)流限制保護(hù)的通流線路(5)，它具有一個(gè)開啟裝置或稱開關(guān)(S1)，這些開關(guān)由外部控制信號(hào)(STl)控制操作。與開關(guān)(S1)并聯(lián)連接的過(guò)流限制裝置(1)帶有四個(gè)電流支路，當(dāng)開關(guān)(S1)的一個(gè)開啟裝置從通流線路(5)接收了一個(gè)超過(guò)預(yù)定的電流值的過(guò)流時(shí)，過(guò)流限制裝置(1)進(jìn)行限流。在最簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，通過(guò)劃線端子標(biāo)出的開啟裝置(S1)被完全刪去，并且過(guò)流限制裝置(1)串聯(lián)在即將被保護(hù)的通流線路(5)。過(guò)流限制裝置(1)能夠具有另外的并聯(lián)電流支路或者只具有如圖1所示的四個(gè)電流支路的一部分。
在與開關(guān)(S1)并聯(lián)連接的第一并聯(lián)支路中，一個(gè)超導(dǎo)體或稱第一高溫超導(dǎo)體(SLa)與一個(gè)開關(guān)(Sa)相串聯(lián)，這個(gè)開關(guān)由一個(gè)外部控制信號(hào)(STa)控制操作。在與開關(guān)(S1)并聯(lián)連接的第二并聯(lián)支路中，一個(gè)超導(dǎo)體或稱第二高溫超導(dǎo)體(SLb)與一個(gè)開關(guān)(Sb)相串聯(lián)，這個(gè)開關(guān)由一個(gè)外部控制信號(hào)(STb)控制操作。開關(guān)(Sa)和開關(guān)(Sb)最好構(gòu)成換接開關(guān)，也就是說(shuō)，當(dāng)開關(guān)(Sa)閉合時(shí)，開關(guān)(Sb)斷開，或者反之，這樣，可以選擇性地接通第一高溫超導(dǎo)體(SLa)或第二高溫超導(dǎo)體(SLb)。由于具有這種冗余設(shè)計(jì)，人們可以獲得較短的恢復(fù)時(shí)間，也就是說(shuō)，人們可以在過(guò)流限制過(guò)程后經(jīng)過(guò)較短的時(shí)間重新具備限流中斷能力。這兩個(gè)開關(guān)(Sa,Sb)具有同樣的工作特性，于是可以將過(guò)流限制裝置(1)的標(biāo)稱功率提高一倍，即將恢復(fù)時(shí)間已提高到盡可能短的極值狀態(tài)。
在與開關(guān)(S1)并聯(lián)連接的第三并聯(lián)支路中連接了一個(gè)非超導(dǎo)體的歐姆電阻(2)，它可以用作第一和第二高溫超導(dǎo)體(SLa)和(SLb)這兩個(gè)超導(dǎo)體中每一個(gè)的直接的旁路電阻，如圖中虛線所示。
在與開關(guān)(S1)并聯(lián)連接的第四并聯(lián)支路中連接了一個(gè)扼流圈或稱感性電阻(3)，它與一個(gè)開關(guān)(S3)串聯(lián)連接，后者受外部控制信號(hào)(ST3)的控制操作。扼流圈(3)的作用是當(dāng)出現(xiàn)電流升高時(shí)輔助進(jìn)行限流，在需要時(shí)扼流圈(3)由開關(guān)(S3)斷開。
圖2展示了一個(gè)過(guò)流限制裝置(1′)，它帶有n(n≥1)個(gè)串聯(lián)連接的高溫超導(dǎo)體(SL1-SLn)，它們與一個(gè)開關(guān)(S4)串聯(lián)連接，后者由一個(gè)外部控制信號(hào)(ST4)控制操作，與這n個(gè)高溫超導(dǎo)體(SL1-SLn)中每一個(gè)均并聯(lián)連接一個(gè)壓敏電阻器(U1-Un)。這種壓敏電阻器保證了在每一個(gè)超導(dǎo)體上(SL1-SLn)上的電壓降不會(huì)超出最大值。
圖3展示了帶有第一和第二支路的過(guò)流限制裝置(1″)，這個(gè)過(guò)流限制裝置(1″)與圖1所示的過(guò)流限制裝置(1)相近似。代替圖2中的過(guò)流限制裝置(1′)的壓敏電阻器(U1-Un)，這里采用扼流圈或感性電阻(Z1-Zn)分別與第一電流支路(SLa)的串聯(lián)超導(dǎo)體(SL1-SLn)并聯(lián)連接，同樣地，第二電流支路(SLb)含有一個(gè)單獨(dú)的高溫超導(dǎo)體，其通過(guò)至少一個(gè)抽頭進(jìn)行分段。對(duì)于此分段同樣并聯(lián)連接有扼流圈或者感性電阻(Z1’-Zn’)。
在一個(gè)與開關(guān)(Sa,S4)和高溫超導(dǎo)體(Sla,SL1-SLn)的串聯(lián)支路并聯(lián)連接的支路中連接一個(gè)扼流圈或稱感性電阻(3)，如果沒(méi)有這個(gè)感性電阻(3)，短路或者過(guò)載的限制電流在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)流過(guò)超導(dǎo)體(Sla,SL1-SLn)致使該超導(dǎo)體發(fā)熱，其恢復(fù)時(shí)間持續(xù)好幾秒之久。按照本發(fā)明該開關(guān)(Sa,S4)在實(shí)現(xiàn)短路電流限制之后打開，并且該電流只流過(guò)感性電阻(3)。這通過(guò)開關(guān)(Sa,S4)在短路之后實(shí)現(xiàn)在交流電網(wǎng)上，尤其是在電流的第一次過(guò)零時(shí)。通過(guò)感性電阻(3)的合適測(cè)量能夠達(dá)到預(yù)定的較小恢復(fù)時(shí)間。
與高溫超導(dǎo)體(SLa,SLb)并聯(lián)連接的組件(Z1-Zn、Z1’-Zn’)，應(yīng)當(dāng)滿足以下要求，即在一般正常情況下，沒(méi)有電流從中流過(guò)，而當(dāng)高溫超導(dǎo)體(SLa,SLb)之一或者此高溫超導(dǎo)體的一部分損壞后，能夠由跨接的并聯(lián)組件承受電流，以使過(guò)流限制裝置(1,1′,1″)在各種情況下可能出現(xiàn)的損害降至最小化。
開關(guān)(S1,S3,S4,Sa,Sb)可以是機(jī)械式的或者是電磁式的，或者帶有一個(gè)由形狀記憶合金構(gòu)成的開關(guān)元件。
實(shí)施例1一個(gè)圖2所示的過(guò)流限制裝置(1′)，如果標(biāo)稱電壓為10kV，標(biāo)稱電流為200A，則將20個(gè)換向電壓為550V的壓敏電阻器(U1-Un)分別與第一高溫超導(dǎo)體(SLa)的各抽頭或分接點(diǎn)并聯(lián)連接。
實(shí)施例2一個(gè)圖2所示的過(guò)流限制裝置(1′)，如果標(biāo)稱電壓為10kV，標(biāo)稱電流為200A，則將一個(gè)電感值為50mWb/A的感性電阻(3)與一個(gè)由開關(guān)(S4)和高溫超導(dǎo)體(SL1-SLN)串聯(lián)連接的支路并聯(lián)連接(注意沒(méi)有壓敏電阻器(U1-Un))。在短路發(fā)生后，開關(guān)(S4)打開，使短路電流流過(guò)感性電阻(3)。采用這種電路，可以實(shí)現(xiàn)過(guò)流限制裝置(1′)所需的合適的恢復(fù)時(shí)間。
實(shí)施例3一個(gè)圖3所示的過(guò)流限制裝置(1″)，如果標(biāo)稱電壓為10kV，標(biāo)稱電流為200A，則將20個(gè)電感值各為2.5mWb/A的扼流圈或感性電阻(Z1-Zn)或(Zl′-Zn′)并聯(lián)連接到第一或第二高溫超導(dǎo)體(SLa,SLb)的分接點(diǎn)上。
權(quán)利要求
1．過(guò)流限制裝置，包括A)一個(gè)第一串聯(lián)電路，其由至少一個(gè)第一高溫超導(dǎo)體(SLa)和一個(gè)第一開關(guān)(Sa)組成，和B)一個(gè)感性電阻(3)，其特征在于，C)感性電阻(3)與第一串聯(lián)電路并聯(lián)連接。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的過(guò)流限制裝置，其特征在于，該感性電阻(3)是一個(gè)扼流圈，并且該第一高溫超導(dǎo)體(SLa)位于扼流圈的外部。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的過(guò)流限制裝置，其特征在于沒(méi)有另一個(gè)電阻與感性電阻(3)串聯(lián)，該感性電阻與第一串聯(lián)電路并聯(lián)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的過(guò)流限制裝置，其特征在于含有一個(gè)與第一串聯(lián)電路并聯(lián)的第二串聯(lián)電路，該第二串聯(lián)電路由至少一個(gè)第二高溫超導(dǎo)體(SLb)和一個(gè)第二開關(guān)(Sb)組成。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的過(guò)流限制裝置，其特征在于兩個(gè)開關(guān)(Sa,Sb)含有相反的開關(guān)狀態(tài)。
6．根據(jù)權(quán)利要求1過(guò)流限制裝置，其特征在于與第一串聯(lián)電路并聯(lián)的一個(gè)開關(guān)(S3)與感性電阻(3)串聯(lián)連接。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的過(guò)流限制裝置，其特征在于并聯(lián)于高溫超導(dǎo)體的至少兩個(gè)部分或者并聯(lián)于至少兩個(gè)串聯(lián)連接的高溫超導(dǎo)體(SL1-SLn)分別是一個(gè)感性電阻(Z1-Zn；Z1’-Zn’)或者一個(gè)壓敏電阻器(U1-Un)。
8．根據(jù)前述權(quán)利要求之一的過(guò)流限制裝置的工作方法，其特征在于該開關(guān)(Sa)在實(shí)現(xiàn)過(guò)流限制之后打開。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的過(guò)流限制裝置的工作方法，其特征在于幾乎在該電流第一次過(guò)零時(shí)，該開關(guān)(Sa)在實(shí)現(xiàn)過(guò)流限制之后打開。
全文摘要
由高溫超導(dǎo)體(SLa,SLb)組成的過(guò)流限制裝置(1),為了提高可利用性,這里在至少一個(gè)與第一高溫超導(dǎo)體并聯(lián)的并聯(lián)支路中安裝有至少一個(gè)感性電阻(3)。此外在至少另一個(gè)與第一高溫超導(dǎo)體并聯(lián)的并聯(lián)支路中安裝有至少一個(gè)另一個(gè)高溫超導(dǎo)體(Sb),后者與一個(gè)開關(guān)(S3)串聯(lián)連接,每個(gè)壓敏電阻器和/或一個(gè)總感性電阻與一個(gè)高溫超導(dǎo)體(SLa,SLb)的至少兩個(gè)分接點(diǎn)并聯(lián)連接或者與至少兩個(gè)串聯(lián)連接的高溫超導(dǎo)體(SLl－SLn)并聯(lián)連接。
文檔編號(hào)H02H9/02GK1221243SQ9812544
公開日1999年6月30日 申請(qǐng)日期1998年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月19日
發(fā)明者M·陳, M·拉克納, W·保羅 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司