[发明专利]利用磁场触发的超导限流器

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁场触发的超导限流器部件，其中，所述超导体元件插入到线圈中并与该线圈并联。

背景技术

基于高温超导体(HTS)的限流器尤其对于供电系统的安全系统具有很大的益处，尤其是对于高压电网，这是由于例如在短路时可以它们能够防止不均衡大地电流尖脉冲，否则后者会导致设备损坏。

高温超导体通过在电流尖脉冲情况下减小设备所承受的负载而为优化供电系统提供新的措施。

在超导状态下，超导体特性类似于零损耗的导电体。

如果出现如下的情形，所有超导材料会突然损失其超导性能，即：

超过a)临界温度(Tc)；

    b)临界磁场(Hc)；或

    c)临界电流密度(Ic)或者

    d)如果这些情形中的两个或三个情形同时出现。

电阻限流器利用这些特性：只要在超导体任何位置(point)处的电流密度超过临界值，所述超导体就离开其超导状态而变成普通导电状态，结果，限制了电流。从超导状态到普通导电状态的转变通常称作“失超(quenching)”。在系统出现故障后，当电流再次达到其通常值时，超导体返回到超导状态并且为随后的使用做好准备。

但是，实际上，制造超导体部件的超导体材料在整个部件上并非是均匀的。这种非均匀性意味着前述特性，如临界电流密度，会在不部件的不同区域有所不同。结果在于在出现故障的情况下，一些区域已经失超，即变成普通导电状态，而其他区域仍处于超导状态。由于仍处于超导状态的这些区域，使得大电流流过该部件，导致已经处于普通导电状态的区域内的温度升高很大。这种很大的温度升高导致这些区域熔化。因此，为了防止超导体部件损坏或破坏，失超过程需要尽可能均匀和快速地进行，使得在足以防止熔化的充分短的时间内，超导体部件作为整体转变成普通导电状态。

存在各种方法来为将超导体部件均匀且快速转变成普通导电状态提供支持。

因此，将一层普通导电的材料，如银，沿着高温超导体部件的纵向长度施加到高温超导体部件的表面上的方法是已知的，所述层与高温超导体材料在该超导体材料的整个长度上电接触。在限流的情况下如果超导体部件的区域开始失超，电流和热量被传导到该分路(shunt)，并且通过后者耗散。这种传导和耗散防止超导体部件熔化。

根据如EP1524748A1中描述的另一个原理，该专利文件的整个内容引用于此，限流器包括圆柱形的高温超导体部件。围绕该高温超导体部件，包含普通导电材料，如铜或银的线圈，螺旋缠绕，并且相对于高温超导体部件的纵轴线同轴。普通导电线圈在HTS部件的两端处通过电触点与HTS部件电并联。不同于上面描述的方法中的情形，在这种情况下，线圈仅仅物理缠绕高温超导体部件，沿着其整个长度没有电接触。

这样，一旦超导体部件一个位置处的电流密度超过临界值且所述超导体部件局部离开其超导状态，电流被分流到所并联的线圈。电流在线圈中的流动产生磁场，该磁场立即迫使高温超导体部件在其整个长度上成为普通导电状态，从而加速失超过程和限制电流。这个效应称作“磁场触发”。

在这种情况下，失超过程的速度取决于磁场由线圈建立的速度以及磁场的大小。

因此，为了能够获得尽可能快的失超过程，希望获得一种能够快速产生尽可能大的磁场的利用磁场触发的限流器。

发明内容

本发明借助于具有管状超导体元件的超导体限流器部件实现了这个目的，所述管状超导体元件与导电材料的线圈电并联，其中，所述管状超导体元件具有第一端和第二端，所述线圈绕组在轴向上在所述超导体元件的第一端和第二端之间沿周边在超导体元件的外侧表面和内侧表面上交替地延伸。

根据本发明，线圈的各个匝沿着超导体元件的纵向长度在第一端和第二端之间延伸，使得各个匝沿着纵轴的方向包围外侧和内侧上的侧表面。

在本发明的范围内，基于本发明的缠绕类型被称为方位角缠绕(azimuthal)。

根据本发明使用的管状超导体元件具有管状横截面，该管状横截面具有中空的内部。超导体元件可以具有任何所需的管状或筒状形状。

原则上，可以具有任何理想的基本形状，该适当的基本形状的例子包括圆形、椭圆形和多边形基本形状。

基于本发明的一个优先选择是超导体元件具有圆形基本形状的管状形状或筒状形状。该圆柱或管也可以与理想的圆形基本形状有所偏离。