具有分流器的超导电阻性限流器制造技术

公开了一种具有至少一个管状高温超导体主体的电阻性限流器，该管状超导体主体的表面的周围以线圈结构缠绕有正常导电材料的分流器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超导电阻性限流器，特别是陶瓷高温超导电阻性限流器。
技术介绍
超导体，特别是陶瓷高温超导体，作为故障电流限流器提供了巨大的潜力，其在正常操作期间以及高电压的应用当中提供了快速有效的电流限制、自动恢复和可忽略的阻抗。基于高温超导材料的限流器利用了超导材料的下述特性，当临界温度(Tc)、临界磁场(Hc)或者临界电流(Ic)中的至少一个被超出时，超导材料将从其本来不具有电阻的超导态转换到正常导电状态和正常电阻状态。例如，假设发生故障，则在超导材料中流过的电流由于大的冲击电流而超出超导材料的临界电流，并且超导材料遭受从超导态到正常导电状态的转变。所述转变也被称为“淬火”。对于良好的操作，在限流事件之后，超导体必须具有返回其超导态的能力。已有几种公知的不同超导限流器的实例。在所谓的电阻(欧姆)性限流器里，超导元件变成正常可导电的，并将电流转换给限流电阻。同样已有公知的所谓的电感性限流器。当施加有故障电流时，电感性限流器提供高阻抗，其将故障电流限制在阈值水平以下。例如，US-A-5,140,290公开了一种用于交流电流的电感电流限流，其中，要受限制的电流流过感应线圈。一个高温超导体的空心圆柱体被布置在该线圈的内部，并且在里面环形地布置具有高磁导率的软磁材料。在正常操作(额定电流)中，空心圆柱体的超导电性屏蔽了完全来自磁芯的感应线圈的磁场，并且感应线圈的阻抗被保持在一个很低水平。当故障电流流过感应线圈时，该圆柱主体的超导电性消失，并且感应线圈的阻抗达到其最大限流值。由于在淬火期间不断增加的电阻，超导材料被沿着其长度加热。超导材料沿着其长度的加热尽可能均衡一致是有必要的，以避免由于局部过热(“过热点”)产生的超导体的热破坏。为了解决局部过热的问题，众所周知的是提供具有正常导电材料的分流器的超导体主体，该超导体主体的电阻低于在正常导电状态中的超导材料的电阻。假设有突然的温升，则电流被旁路到该分流器，并且热量被驱散。在例如100ms内的限流事件之后，超导元件转成其具有增长的电阻的正常导电状态。同时，流过超导元件的电流转变成电传导地分流。在此期间，分流器材料被加热。一般地，用于分流的电传导材料是例如铜或者铜合金的金属。在公知的电阻性限流器中，分流器与超导体主体并联连接。例如，建议使用圆筒形管状超导体主体构成电阻性限流器，该超导体主体具有一条涂在其外表面的导电金属，并平行于纵轴，从圆筒形管状主体的一端延伸至其另一端。与上述结构相关的超导体元件参见WO00/8657。在DE4234312中，公开了一种电阻高温超导体限流器，其中超导体元件具有双股螺旋的形状。在全部沿着其线圈用超导体材料制造的双股螺旋的一面上，为分流器施加了金属涂层。由于分流器与超导体主体平行布置，所以分流器同和超导体主体具有几乎一样的长度。但是，限流器的最小长度由在短路期间沿着电传导的分流器的最大电场来定义。如果在短路期间作用于分流器的该电场超出了最大值，则随着温度超出了分流器材料的熔点分流器过热，并且因而分流器融化。为了克服这个问题，限流器和超导体主体的全部长度增加到一定程度，以使作用于分流器的电场不超出所述最大值。但是，这意味着，例如在高电压的应用中，高温超导体主体必须具有很长的长度，该长度反过来需要大量的材料需求以及随之而来的高成本。举例说明，可适用于通用分流器材料的最大电场大致为1V/cm。这意味着，如果施加一个10kV的电压到限流器上，则超导体主体的长度必须大致为100m，以在故障事件期间将分流器承受的电场限制到大致1V/cm。这就存在对一种电阻性分流器的需求，其允许在限流事件期间沿着超导体主体建立足够高的电场，该限流事件在很短的时间之内，通常是100ms之内，该电阻性分流器具有高电压标准，且能够以简单和便宜的方式以及减少的材料需求来制造。
技术实现思路
根据本专利技术，上述问题通过一种电阻性限流器来解决，该电阻性限流器包括一管状超导体主体，其中，在该管状超导体主体的外表面上以线圈结构施加一个电传导的分流器。根据本专利技术的管状超导体主体通常具有圆柱的或实质上圆柱的基本形状。用于管状超导体主体的适当的起始几何形状是杆或管、具有非常圆的边缘区的立方体或者相似的几何形状，最重要的是具有实质上圆柱形的外部几何形状。固体主体可以通过机械加工被转化成对应的空心主体。如果适当，管状超导体主体应该具有最大的均匀厚度，尤其是与外表面同中心的圆柱形空穴。但是，原则上，其他用于管状超导体主体和空穴的横截面也可以被使用。管状超导体主体可以由管、相似的空心制品或者实心主体制造，并且在它们的各端，有利地具有更适宜由银薄板或者银涂料形成的接触表面。但是，这些触点也可以具有烧进强化过的金属触点或者基于除银以外的金属的薄板触点。这些触点用来连接超导体主体与其他电气设备。原则上，本专利技术可以包括任何想得到的陶瓷的超导体。典型的例子包括基于Bi-Ae-Cu-O、(Bi，Pb)-Ae-Cu-O、(Y，Re)-Ae-Cu-O或者(TI，Pb)-(Ae，Y)-Cu-O的氧化物超导体。在上述公式中，Ae表示至少一种碱土元素，特别是Ba、Ca和/或Sr。Re表示至少一种稀土元素，特别是Y、或者2种元素或更多元素Y、La、Lu、Sc、Sm、Nd或Yb的组合物。特别的，优选的实施例具有近似于Bi2(Sr，Ca)2Cu1Ox，(Bi，Pb)2(Sr，Ca)2Cu1Ox，(Bi，Pb)2(Sr，Ca)3Cu2Ox”，(Bi，Pb)2(Sr，Ca)4Cu3Ox，(Y，Re)1Ba2Cu3Oy，(Y，Re)2Ba1Cu1Oy，(TI，Pb)2(Ba，Ca)2Cu1Oz，(TI，Pb)2(Ca，Ba)3Cu2Oz”，(TI，Pb)2(Ca，Ba)4Cu3Oz，(TI，Pb)1(Ca，Ba)3Cu2Oz””，(TI，Pb)1(Ca，Ba)4Cu3Oz'''''的化合物。在上述公式种，x、y和z代表在其各自的化合物显示超导电性的适当的氧含量。特别适合的超导体是那些由参考BSCCO-2212、BSCCO-2223已知的，其中用数字组合2212和2223代表元素Bi、Sr、Ca和Cu的化学计量比，在其中特别是那些Bi的部分用Pb代替的；以及那些由参考YBCO-123和YBCO-211已知的，其中用数字组合123和211代表元素Y、Ba和Cu的化学计量比。在需要时，更多的元素可以出现于超导体材料中。例如，BSCCO基超导体材料可以包含SrSO4和/或BaSO4作为辅助，其数量达到20重量百分数，或者使用BaSO4，优选仅达到大约10重量百分数。这样的化合物被例如在EP-A-0 524 442和EP-A-0 573 798中公开，在其中明确地给出了参考。通常，例如，作为上述参考的陶瓷氧化物高温超导体以及其生产的方法在现有技术中是众所周知的。适合的高温超导体的概述和关于它的生成方法在WO00/08657中给出。原则上，管状的超导主体可以由预先焙烧过的、烧结的或退火的超导材料制成。为了获取高质量的超导体材料，原则上有必要执行预先焙烧过的处理阶段，例如，举例来说，煅烧、烧结和随意地退火，其可以一次烧成操作或者分成几次尽可能连贯重复的亚期来完成。但是，也可以用高质量超导材料来开始，其包含高比例的一个或多个超导本文档来自技高网...

【技术保护点】
电阻性限流器，其包括至少一个管状超导体主体，其特征在于：在管状超导体主体的外表面上以线圈结构施加一个电传导分流器。

【技术特征摘要】
EP 2004-7-30 04 300 501.6;EP 2004-11-10 04 300 7781.电阻性限流器，其包括至少一个管状超导体主体，其特征在于在管状超导体主体的外表面上以线圈结构施加一个电传导分流器。2.根据权利要求1的电阻性限流器，其中，管状超导体主体由高温超导体材料制造。3.根据权利要求1或2的电阻性限流器，其中，所述高温超导体材料从Bi-Ae-Cu-O、(Bi，Pb)-Ae-Cu-O、(Y，Re)-Ae-Cu-O和(TI，Pb)-(Ae，Y)-Cu-O中选择，其中，Ae表示至少一种碱土元素，而Re表示至少一种稀土元素。4.根据权利要求3的电阻性限流器，其中，所述高温超导体材料从基于BSCCO-2212或者BSCCO-2223的高温超导体材料中选择。5.根据在前的任一权利要求的电阻性限流器，其特征在于，用于以线圈结构的电传导分流器的材料从铜、CuNi合金或者不锈钢中选择。6.根据在前的任一权利要求的电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔基姆博克，斯蒂芬埃尔施纳，弗兰克布鲁尔，
申请(专利权)人：尼克桑斯公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]