[發(fā)明專利]一種高溫超導(dǎo)熔斷器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110414892.6
• 申請(qǐng)日: 2011-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN102522277A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張京業(yè);戴少濤;邱清泉;郭文勇;張東;馬韜;王子凱;林良真;肖立業(yè)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電工研究所
• 主分類號(hào): H01H85/041
• 分類號(hào): H01H85/041;H01H85/05;H01H85/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種故障電流熔斷器，特別涉及輸配電系統(tǒng)短路故障熔斷器。

背景技術(shù)

當(dāng)前，為了與國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、電網(wǎng)規(guī)模不斷增大和互聯(lián)程度不斷提高相適應(yīng)，我國(guó)電網(wǎng)正向超大規(guī)模方向發(fā)展。然而，我國(guó)電網(wǎng)的穩(wěn)定性問題卻變得日益嚴(yán)重，電網(wǎng)的安全性和可靠性正在承受巨大的壓力，短路故障是危及電力系統(tǒng)安全、導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)損失的嚴(yán)重故障之一。例如，我國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)電網(wǎng)(尤其是220kV及以上電壓等級(jí))的短路電流水平已經(jīng)直逼甚至超過電力系統(tǒng)最大允許水平的嚴(yán)重情況，一些潮流斷面已經(jīng)處于危險(xiǎn)境地；三峽電站可能的最大短路電流周期分量將達(dá)到300kA，一些大型發(fā)電廠出口或廠站高壓變電站出口的最大短路電流可能達(dá)到100-200kA。由于我國(guó)斷路器的最大斷開電流為63kA，已經(jīng)不能滿足需求。目前常規(guī)熔斷器的斷開能力較高(例如2000V以下的熔斷器開斷能力可達(dá)200kA)，但只能用于63kV以下的配電網(wǎng)，并且根據(jù)其安秒特性，熔斷時(shí)間較長(zhǎng)(中華人民共和國(guó)能源部部標(biāo)準(zhǔn)SD319-89，GB13539.1-2008以及GB15166.2-2008)。基于第二代高溫超導(dǎo)帶材的電阻型高溫超導(dǎo)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)利用高溫超導(dǎo)體的失超電阻限流，可以有效的解決上述問題，但目前尚在研發(fā)階段，并且需要大量的高溫超導(dǎo)體，造價(jià)高昂、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種新型的熔斷器——高溫超導(dǎo)熔斷器。

本發(fā)明高溫超導(dǎo)熔斷器主要包括YBCO帶材、重錘、邊框、銅母排、銅壓塊、電流引線、絕緣套管、低溫容器與絕緣端子等部件。

YBCO帶材、重錘、邊框、銅母排、銅壓塊構(gòu)成高溫超導(dǎo)熔斷器主體。銅母排與邊框通過螺栓固定組成窗口，重錘固定在YBCO帶材的中間位置，把YBCO帶材的兩端端部通過銅壓塊與螺栓壓接在所述熔斷器兩側(cè)的銅母排上。電流引線的一端連接在銅母排上，電流引線上套有絕緣套管，電流引線與高溫超導(dǎo)熔斷器主體固定在低溫容器內(nèi)，電流引線在低溫容器外的部分用絕緣端子絕緣。低溫容器內(nèi)充有液氮，液氮沒過高溫超導(dǎo)熔斷器主體。

在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，串接在電網(wǎng)中的高溫超導(dǎo)熔斷器處于超導(dǎo)態(tài)，壓降為零，阻抗低，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行不產(chǎn)生影響；在電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，高溫超導(dǎo)熔斷器的YBCO帶材即刻失超轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ?guī)導(dǎo)體，并在1-5ms(半個(gè)周期)內(nèi)熔斷，從而有效保護(hù)了電力設(shè)備、提高了電網(wǎng)安全性。本發(fā)明高溫超導(dǎo)熔斷器可以克服常規(guī)熔斷器的諸多不足，可以應(yīng)用于更高電壓等級(jí)，具有更高的額定運(yùn)行電流和更大的開斷電流，廣泛應(yīng)用于不同容量的輸、配電網(wǎng)。

本發(fā)明采用的YBCO帶材為目前已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)的不銹鋼高電阻率穩(wěn)定基產(chǎn)品，典型產(chǎn)品的尺寸：厚度0.1～0.3mm，寬度4～12mm。在液氮溫度、無外磁場(chǎng)條件下，YBCO帶材單位寬度的臨界電流I_C可以達(dá)到210A/cm。I_C是根據(jù)國(guó)際通用判據(jù)，在高溫超導(dǎo)帶兩端的端電壓達(dá)到1μV/cm時(shí)的電流值；YBCO帶材的電流-電壓特性E-I由式(1)描述，其中E為單位YBCO帶的壓降，E₀為常數(shù)1μV/cm，N值是描述超導(dǎo)轉(zhuǎn)變特性的常數(shù)，YBCO高溫超導(dǎo)帶的N值介于25～50之間。

E＝E₀(I/I_C)^N????(1)

首先根據(jù)線路傳輸?shù)念~定電流和負(fù)載情況確定串接本發(fā)明高溫超導(dǎo)熔斷器的額定電流I_op。而高溫超導(dǎo)熔斷器的臨界電流I_CR要根據(jù)串接線路負(fù)載的波動(dòng)情況而定，一般取高溫超導(dǎo)熔斷器額定電流I_op的1.5～2倍，而并聯(lián)YBCO帶材的根數(shù)k(k取整數(shù))為：

k＝I_CR/IC????(2)