[發(fā)明專利]帶有具有電絕緣的導(dǎo)電基底的多個超導(dǎo)元件的故障限流器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980147434.1
• 申請日: 2009-11-25
• 公開（公告）號: CN102227828A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: F·J·姆福德;A·烏索金
• 申請（專利權(quán)）人: 阿?，mT&D簡易股份公司;布魯克HTS有限公司
• 主分類號: H01L39/16
• 分類號: H01L39/16;H01L39/24
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務(wù)所 11038
• 代理人: 王莉莉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種故障限流器，該故障限流器具有包括一序列超導(dǎo)元件的超導(dǎo)裝置，每個超導(dǎo)元件都具有

-基底；

-超導(dǎo)膜；以及

-設(shè)置在基底與超導(dǎo)膜之間的中間層；

其中，該序列的相鄰超導(dǎo)元件的超導(dǎo)膜是電連接的，尤其是串聯(lián)的。

背景技術(shù)

從US?5,986,536中獲知這種超導(dǎo)裝置。

超導(dǎo)故障限流器用于在負載側(cè)短路的情況下限制流過電線路的負載側(cè)的電流。在最簡單的情況下，故障限流器包括與負載串聯(lián)連接的超導(dǎo)裝置。超導(dǎo)裝置能夠以很低的損耗傳送電流。只要經(jīng)過超導(dǎo)裝置的電流未超過臨界電流，超導(dǎo)裝置在電線路內(nèi)就是幾乎不可見的，并且是負載的特性，尤其是電阻決定了電線路內(nèi)的電流。

在負載的電阻下降(即，負載內(nèi)存在短路)的情況下，線路中的電流增大，并且最終超過臨界電流。在該情況下，超導(dǎo)裝置失超(quench)(即，變?yōu)檎?dǎo)電的)，這導(dǎo)致超導(dǎo)裝置的高歐姆電阻。結(jié)果，電線路中的電流相應(yīng)地減小，并且保護負載免受高電流的危害。

超導(dǎo)裝置的超導(dǎo)體材料必須被冷卻至低溫以達到其超導(dǎo)狀態(tài)。為了有利于冷卻并且減小冷卻的成本，可以使用高溫超導(dǎo)體材料(HTS材料)。HTS材料具有高于30K的臨界溫度，并且通常能夠利用液氮(LN2)進行冷卻。

從美國5,986,536中獲知具有使用HTS材料的超導(dǎo)裝置的故障限流器。超導(dǎo)裝置包括若干個超導(dǎo)元件，每個超導(dǎo)元件都包括沉積在電絕緣(電介質(zhì))基底上的HTS膜以及薄的銀中間層，該電絕緣基底尤其由允許諸如釔穩(wěn)定的ZrO₂之類的HTS膜的織構(gòu)生長的材料制成。超導(dǎo)元件(即它們的HTS膜)是串聯(lián)連接的。

制造這種包括具有沉積在電介質(zhì)基底上的織構(gòu)超導(dǎo)膜的超導(dǎo)元件類型的故障限流器是比較昂貴的。另外，這種故障限流器在失超現(xiàn)象后具有較長的恢復(fù)時間。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是引入一種故障限流器，該故障限流器在生產(chǎn)上是節(jié)約成本的，并且能夠在失超現(xiàn)象后具有較短的恢復(fù)時間。

發(fā)明描述

根據(jù)本發(fā)明，該目的通過在開篇中引入的故障限流器實現(xiàn)，該故障限流器的特征在于超導(dǎo)元件的基底是導(dǎo)電基底，其中，序列中的每個超導(dǎo)元件的導(dǎo)電基底都與在序列內(nèi)的那些相鄰超導(dǎo)元件的每個導(dǎo)電基底電絕緣，所述那些相鄰超導(dǎo)元件的超導(dǎo)膜與所述超導(dǎo)元件的超導(dǎo)膜串聯(lián)地電連接，并且超導(dǎo)元件的中間層是電絕緣層。

根據(jù)本發(fā)明，故障限流器(＝FCL)基本上是包括多個超導(dǎo)元件的超導(dǎo)裝置；這些超導(dǎo)元件各自具有沉積在導(dǎo)電基底(尤其是金屬基底)上的超導(dǎo)膜，尤其是HTS膜。超導(dǎo)膜和導(dǎo)電基底(至少在很大程度上)相互電絕緣；出于該目的，在導(dǎo)電基底與超導(dǎo)膜之間沉積有電絕緣中間層。注意到的是，例如從美國6,765,151中獲知基于導(dǎo)電基底的超導(dǎo)線材，在該導(dǎo)電基底上沉積有HTS材料。

基于導(dǎo)電基底的超導(dǎo)元件在生產(chǎn)上比基于電介質(zhì)基底的超導(dǎo)元件更節(jié)約成本，尤其是因為基底的成本相差大約50倍。另外，通常為金屬基底的導(dǎo)電基底也比通常的電介質(zhì)基底提供了更好的導(dǎo)熱性。結(jié)果，在通常將超導(dǎo)元件加熱到超導(dǎo)膜材料的臨界溫度以上的失超現(xiàn)象之后，能夠較快地冷卻超導(dǎo)元件，從而故障限流器能夠更迅速地恢復(fù)正常操作。

作為本發(fā)明的特性，本發(fā)明的FCL應(yīng)用了一序列的超導(dǎo)元件，它們的超導(dǎo)膜電連接，并且它們的導(dǎo)電基底相互電絕緣。本發(fā)明的設(shè)計已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)有利于獲得較高的故障電阻、以及在電流傳輸方向上的足夠高的可能電壓降(電場)，尤其是≥2V/cm。因此，允許獲得高的故障電阻(即，故障限流器在失超模式下的電阻)，以及允許獲得較高的電壓降都能夠被認為是本發(fā)明的進一步的目的。

當本發(fā)明的FCL處于故障模式中時，即，當負載具有短路并且超導(dǎo)膜已經(jīng)失超時，在故障限流器上或者更準確地說在故障限流器內(nèi)現(xiàn)在為阻性的(正常導(dǎo)電的)超導(dǎo)膜上的外部電壓下降。但是，存在有由附近的超導(dǎo)元件的導(dǎo)電基底所提供的旁路電流路徑。如果電壓足夠高，那么其可以導(dǎo)致從超導(dǎo)膜經(jīng)電絕緣中間層至導(dǎo)電基底的電壓擊穿。

如果穿過基底的旁路電流路徑變?yōu)榧せ睿收舷蘖髌鞯墓收想娮鑼⒚黠@下降，而經(jīng)過FCL的故障電流將增加，并威脅到受保護的負載。此外，處于故障情況下的FLC的歐姆熱將增加，從而延長將FCL再次冷卻到其超導(dǎo)膜的臨界溫度以下所需的時間。散熱自身也能夠破壞FCL中的超導(dǎo)材料，從而限制在電流傳輸方向上的最大電壓降。