[发明专利]一种高温超导熔断器

说明书

技术领域

本发明涉及一种故障电流熔断器，特别涉及输配电系统短路故障熔断器。

背景技术

当前，为了与国民经济快速发展、电网规模不断增大和互联程度不断提高相适应，我国电网正向超大规模方向发展。然而，我国电网的稳定性问题却变得日益严重，电网的安全性和可靠性正在承受巨大的压力，短路故障是危及电力系统安全、导致巨大经济损失的严重故障之一。例如，我国沿海经济发达地区电网(尤其是220kV及以上电压等级)的短路电流水平已经直逼甚至超过电力系统最大允许水平的严重情况，一些潮流断面已经处于危险境地；三峡电站可能的最大短路电流周期分量将达到300kA，一些大型发电厂出口或厂站高压变电站出口的最大短路电流可能达到100-200kA。由于我国断路器的最大断开电流为63kA，已经不能满足需求。目前常规熔断器的断开能力较高(例如2000V以下的熔断器开断能力可达200kA)，但只能用于63kV以下的配电网，并且根据其安秒特性，熔断时间较长(中华人民共和国能源部部标准SD319-89，GB13539.1-2008以及GB15166.2-2008)。基于第二代高温超导带材的电阻型高温超导限流器(IEEE Transactions on Applied Superconductivity，vol.19，no.3，2009，pp1950；IEEE Transactions on Applied Superconductivity，vol.21，no.3，2011，pp1206)利用高温超导体的失超电阻限流，可以有效的解决上述问题，但目前尚在研发阶段，并且需要大量的高温超导体，造价高昂、结构复杂。

发明内容

本发明的目的是克服以上现有技术存在的问题，提出一种新型的熔断器——高温超导熔断器。

本发明高温超导熔断器主要包括YBCO带材、重锤、边框、铜母排、铜压块、电流引线、绝缘套管、低温容器与绝缘端子等部件。

YBCO带材、重锤、边框、铜母排、铜压块构成高温超导熔断器主体。铜母排与边框通过螺栓固定组成窗口，重锤固定在YBCO带材的中间位置，把YBCO带材的两端端部通过铜压块与螺栓压接在所述熔断器两侧的铜母排上。电流引线的一端连接在铜母排上，电流引线上套有绝缘套管，电流引线与高温超导熔断器主体固定在低温容器内，电流引线在低温容器外的部分用绝缘端子绝缘。低温容器内充有液氮，液氮没过高温超导熔断器主体。

在电力系统正常运行时，串接在电网中的高温超导熔断器处于超导态，压降为零，阻抗低，对电力系统的运行不产生影响；在电网发生短路故障时，高温超导熔断器的YBCO带材即刻失超转变为常规导体，并在1-5ms(半个周期)内熔断，从而有效保护了电力设备、提高了电网安全性。本发明高温超导熔断器可以克服常规熔断器的诸多不足，可以应用于更高电压等级，具有更高的额定运行电流和更大的开断电流，广泛应用于不同容量的输、配电网。

本发明采用的YBCO带材为目前已经商业化生产的不锈钢高电阻率稳定基产品，典型产品的尺寸：厚度0.1～0.3mm，宽度4～12mm。在液氮温度、无外磁场条件下，YBCO带材单位宽度的临界电流I_C可以达到210A/cm。I_C是根据国际通用判据，在高温超导带两端的端电压达到1μV/cm时的电流值；YBCO带材的电流-电压特性E-I由式(1)描述，其中E为单位YBCO带的压降，E₀为常数1μV/cm，N值是描述超导转变特性的常数，YBCO高温超导带的N值介于25～50之间。

E＝E₀(I/I_C)^N    (1)

首先根据线路传输的额定电流和负载情况确定串接本发明高温超导熔断器的额定电流I_op。而高温超导熔断器的临界电流I_CR要根据串接线路负载的波动情况而定，一般取高温超导熔断器额定电流I_op的1.5～2倍，而并联YBCO带材的根数k(k取整数)为：

k＝I_CR/IC    (2)