RU2366056C1 - Super conducting resistive current limiter module (versions) - Google Patents
Super conducting resistive current limiter module (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2366056C1 RU2366056C1 RU2008135025/09A RU2008135025A RU2366056C1 RU 2366056 C1 RU2366056 C1 RU 2366056C1 RU 2008135025/09 A RU2008135025/09 A RU 2008135025/09A RU 2008135025 A RU2008135025 A RU 2008135025A RU 2366056 C1 RU2366056 C1 RU 2366056C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- superconducting
- module
- current limiter
- superconducting element
- tubular
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000007779 soft material Substances 0.000 claims description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 8
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 22
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 4
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical class [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000012799 electrically-conductive coating Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к области электротехники, энергетики и могут быть использованы, в частности, в качестве элемента токоограничивающих устройств электрокоммутационной аппаратуры для защиты от перегрузок и снижения токов короткого замыкания в сети.The invention relates to the field of electrical engineering, energy and can be used, in particular, as an element of current-limiting devices of electrical switching equipment to protect against overloads and reduce short-circuit currents in the network.
Принцип действия резистивного токоограничителя основан на эффекте перехода сверхпроводящего элемента из сверхпроводящего состояния в режим нормальной проводимости при превышении током, протекающим через него, критической величины. Такая ситуация возникает при коротком замыкании в сети, когда величина тока резко возрастает по сравнению с его номинальным значением.The principle of operation of the resistive current limiter is based on the effect of the transition of the superconducting element from the superconducting state to normal conductivity when the current flowing through it exceeds a critical value. This situation occurs during a short circuit in the network, when the current increases sharply compared to its rated value.
Особую актуальность работы по сверхпроводящим токоограничителям получили после открытия высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), рабочая температура которых лежит в области температуры кипения жидкого азота и может быть достаточно просто реализована на практике.Of particular relevance to the work on superconducting current limiters was obtained after the discovery of high-temperature superconductors (HTSC), the working temperature of which lies in the boiling point of liquid nitrogen and can be quite simply implemented in practice.
В качестве сверхпроводящего элемента могут применяться как изделия из керамики, так и ВТСП кабели. Основой для их изготовления является смесь порошков окислов висмута, бария, стронция и меди или смесь, где вместо висмута используют окислы иттрия. Последний тип керамики обладает хорошими характеристиками, но и стоимость его заметно выше стоимости висмутовой керамики. Наибольшее количество известных разработок, в том числе и реализованных в виде токоограничителей для установок мощностью ~10 МВт, выполнено с использованием висмутовой керамики. Элементы из сверхпроводящего материала размещаются в азотном криостате и соединяются между собой параллельно-последовательными коммутационными связями для получения соответствующих параметров по току и напряжению. При превышении током критических значений сверхпроводящий элемент переходит в нормальное состояние и ток резко уменьшается по сравнению с его значением при отсутствии этого элемента.As a superconducting element, both ceramic products and HTSC cables can be used. The basis for their manufacture is a mixture of powders of bismuth, barium, strontium and copper oxides or a mixture where yttrium oxides are used instead of bismuth. The latter type of ceramics has good characteristics, but its cost is much higher than the cost of bismuth ceramics. The largest number of known developments, including those implemented in the form of current limiters for plants with a capacity of ~ 10 MW, was made using bismuth ceramics. Elements of the superconducting material are placed in a nitrogen cryostat and connected to each other by parallel-serial switching connections to obtain the corresponding parameters for current and voltage. When the current exceeds critical values, the superconducting element goes into a normal state and the current decreases sharply compared to its value in the absence of this element.
Известен модуль сверхпроводящего резистивного ограничителя тока, включающий трубчатый сверхпроводящий элемент, шунтирующий соленоид, концевые токопроводящие коммутирующие элементы [1] - прототип по первому варианту. В данном устройстве соленоид устанавливается вокруг сверхпроводящей трубки (коаксиально с ней) и подключается электрически параллельно.A known module of a superconducting resistive current limiter, including a tubular superconducting element, a shunt solenoid, end conductive switching elements [1] is a prototype according to the first embodiment. In this device, the solenoid is installed around the superconducting tube (coaxially with it) and is connected electrically in parallel.
При коротком замыкании в сети и начале перехода сверхпроводника в нормальное состояние в соленоиде возникает ток, который формирует внутри него в зоне расположения сверхпроводящего элемента магнитное поле, ускоряющее переход сверхпроводника в нормальное состояние. Удается снизить ток короткого замыкания в несколько раз уже в первом полупериоде тока после замыкания и увеличить напряженность поля на поверхности модуля в режиме короткого замыкания до 2,5-5 В/см. Результаты исследований влияния магнитного поля на критический ток сверхпроводников показывают сильную зависимость величины критического тока от величины магнитного поля. С увеличением магнитного поля величина критического тока уменьшается и, следовательно, процесс перехода из сверхпроводящего в нормальное состояние ускоряется. Величина максимального тока, протекающего через ограничитель тока в режиме короткого замыкания, при этом снижается.With a short circuit in the network and the beginning of the transition of the superconductor to its normal state, a current arises in the solenoid, which forms a magnetic field inside it in the area of the superconducting element, accelerating the transition of the superconductor to its normal state. It is possible to reduce the short-circuit current by several times already in the first half-cycle of the current after the circuit and increase the field strength on the surface of the module in the short-circuit mode to 2.5-5 V / cm. The results of studies of the influence of a magnetic field on the critical current of superconductors show a strong dependence of the critical current on the magnitude of the magnetic field. With an increase in the magnetic field, the critical current decreases and, therefore, the transition from the superconducting to the normal state is accelerated. The value of the maximum current flowing through the current limiter in the short circuit mode is reduced.
Недостатком данного устройства является то, что возможность увеличения поля ограничена габаритными допустимыми размерами соленоида, величиной тока, протекающего через индуктивность, и др. Кроме того, в рассматриваемой конструкции отсутствуют элементы, стабилизирующие работу устройства в случае возможных случайных локальных переходов части сверхпроводника в номинальном режиме в нормальное состояние.The disadvantage of this device is that the possibility of increasing the field is limited by the overall permissible dimensions of the solenoid, the magnitude of the current flowing through the inductance, etc. In addition, in the design under consideration there are no elements stabilizing the operation of the device in case of possible random local transitions of a part of the superconductor in nominal mode in normal condition.
Технический результат заявленного изобретения по первому варианту - повышение надежности модуля ограничителя тока и уменьшение габаритов модуля при сохранении высокой напряженности электрического поля.The technical result of the claimed invention in the first embodiment is to increase the reliability of the current limiter module and reduce the dimensions of the module while maintaining a high electric field strength.
Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что модуль сверхпроводящего резистивного ограничителя тока, включающий трубчатый сверхпроводящий элемент, шунтирующий соленоид, концевые токопроводящие коммутирующие элементы, дополнительно содержит кольца из магнитомягкого материала, установленные по внутренней и внешней поверхности сверхпроводящего трубчатого элемента.The specified technical result according to the first embodiment is achieved by the fact that the module of the superconducting resistive current limiter, including a tubular superconducting element, a shunt solenoid, end conductive switching elements, further comprises rings of magnetically soft material mounted on the inner and outer surfaces of the superconducting tubular element.
При этом ширину, толщину, шаг установки и количество колец выбирают в зависимости от толщины и диаметра трубчатого сверхпроводящего элемента.In this case, the width, thickness, step of installation and the number of rings are selected depending on the thickness and diameter of the tubular superconducting element.
Известен также модуль ВТСП токоограничителя CURL-10 [2] - прототип по второму варианту, выполненный в виде керамической трубки из BSCCO-2212, на наружной поверхности которой укреплена металлическая трубка, обеспечивающая стабильную работу сверхпроводникового элемента при локальном переходе части сверхпроводящего материала в нормальное состояние. Благодаря этому ток из сверхпроводника на время существования нестабильности обтекает эту область по шунту, а после исчезновения нестабильности вновь течет по основной массе сверхпроводника. Сверхпроводящая трубка вместе с нанесенной на нее металлической трубкой или электропроводящим покрытием выполнена в виде двухзаходной спирали для увеличения электрической напряженности вдоль трубки и снижения суммарной длины сверхпроводящих элементов, которые определяются падением напряжения на шунте в режиме перехода из сверхпроводящего в нормальное состояние. Выполнение двухзаходной спирали достигается за счет формирования в вышеуказанной двухслойной трубке спиральной канавки, причем торцевые части этих спиралей электрически замыкаются, образуя бифиляр, который обеспечивает отсутствие магнитного поля при протекании по нему тока. Для стабилизации работы устройства, в случае возможных случайных локальных переходов части сверхпроводника в номинальном режиме в нормальное состояние, сверхпроводящие элементы шунтированы сплошной по длине металлической оболочкой, имеющей хороший электрический контакт по всей длине оболочки и с токоподводящими элементами.The HTSC current limiter module CURL-10 [2] is also known - the prototype of the second embodiment, made in the form of a ceramic tube made of BSCCO-2212, on the outer surface of which a metal tube is mounted, which ensures the stable operation of the superconducting element when a part of the superconducting material is in the local state. Due to this, the current from the superconductor for the duration of the instability flows around this region along the shunt, and after the instability disappears, it flows again along the bulk of the superconductor. The superconducting tube together with a metal tube or an electrically conductive coating deposited on it is made in the form of a two-way spiral to increase the electric tension along the tube and reduce the total length of the superconducting elements, which are determined by the voltage drop across the shunt during the transition from the superconducting to the normal state. The execution of the two-way spiral is achieved by forming a spiral groove in the above two-layer tube, and the end parts of these spirals are electrically closed, forming a bifilar, which ensures the absence of a magnetic field when current flows through it. To stabilize the operation of the device, in the event of possible random local transitions of a part of the superconductor in the nominal mode to the normal state, the superconducting elements are bridged by a continuous metal sheath that has good electrical contact along the entire length of the sheath and with current-carrying elements.
Недостатком данного устройства является низкая напряженность поля (<1 В/см), что требует использования достаточно большого количества сверхпроводника, т.е. увеличивает габариты модуля. Кроме того, сплошное шунтирование сверхпроводящего элемента по всей длине приводит к заметным потерям мощности, связанным омическими с потерями мощности в шунтирующем элементе.The disadvantage of this device is the low field strength (<1 V / cm), which requires the use of a sufficiently large amount of superconductor, i.e. increases the dimensions of the module. In addition, continuous shunting of the superconducting element along the entire length leads to noticeable power losses associated with ohmic losses of power in the shunt element.
Технический результат заявленного изобретения по второму варианту - повышение надежности модуля ограничителя тока и уменьшение габаритов модуля при сохранении высокой напряженности электрического поля.The technical result of the claimed invention in the second embodiment is to increase the reliability of the current limiter module and reduce the dimensions of the module while maintaining a high electric field strength.
Указанный технический результат по второму варианту достигается тем, что в модуле сверхпроводящего резистивного ограничителя тока, включающем трубчатый сверхпроводящий элемент, шунтирующий соленоид, концевые токопроводящие коммутирующие элементы, часть трубчатого сверхпроводящего элемента содержит, по меньшей мере, одну металлическую оболочку, изолированную от концевых токопроводящих коммутирующих элементов модуля.The specified technical result according to the second embodiment is achieved by the fact that in the module of the superconducting resistive current limiter, including a tubular superconducting element, a shunt solenoid, end conductive switching elements, a part of the tubular superconducting element contains at least one metal shell isolated from the end conductive switching elements module.
При этом часть трубчатого сверхпроводящего элемента выполнена с внутренней и/или внешней металлической оболочкой.Moreover, part of the tubular superconducting element is made with an inner and / or outer metal shell.
По поверхности, по меньшей мере, одной металлической оболочки сверхпроводящего трубчатого элемента дополнительно могут быть установлены кольца из магнитомягкого материала.On the surface of at least one metal shell of the superconducting tubular element, rings of magnetically soft material can additionally be installed.
В предлагаемых вариантах выполнения модуля, с шунтированием сверхпроводящей трубки индуктивностью, указанные выше недостатки аналогов устраняются с помощью усиления магнитного поля внутри соленоида и омическим шунтированием сверхпроводящего элемента, который при переходе последнего в нормальное состояние электрически изолирован от цепи. Установка колец из магнитомягкого материала по внутренней и внешней поверхности сверхпроводящего трубчатого элемента (по первому варианту выполнения) или наличие на части трубчатого сверхпроводящего элемента, по меньшей мере, одной металлической оболочки, изолированной от концевых токопроводящих коммутирующих элементов модуля (по второму варианту выполнения) позволяет повысить напряженность электрического поля, не увеличивая габаритные размеры соленоида и вне зависимости от величины тока, протекающего через индуктивность и др. А также такое выполнения модуля обеспечивает стабильную работу модуля в случае возможных случайных локальных переходов части сверхпроводника в номинальном режиме в нормальное состояние, что повышает качество и надежность устройства в целом.In the proposed embodiments of the module, with shunting of the superconducting tube with inductance, the above disadvantages of the analogs are eliminated by strengthening the magnetic field inside the solenoid and by ohmic shunting of the superconducting element, which is electrically isolated from the circuit when the latter goes into a normal state. The installation of rings of soft magnetic material on the inner and outer surfaces of the superconducting tubular element (according to the first embodiment) or the presence on the part of the tubular superconducting element of at least one metal shell isolated from the terminal conductive switching elements of the module (according to the second embodiment) allows to increase electric field strength, without increasing the overall dimensions of the solenoid and regardless of the magnitude of the current flowing through the inductance, etc. kzhe such implementation module provides stable operation of the module in the event of any random local transitions superconductor portion in a nominal mode in the normal state, which improves the quality and reliability of the device as a whole.
В соответствии с первым вариантом выполнения для локального усиления поля в сверхпроводящем элементе по его внешней и внутренней поверхности устанавливаются элементы из магнитомягких материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью и малой остаточной намагниченностью. Известно, что распределение магнитного поля зависит от свойств среды. Размещение материала с высокой магнитной проницаемостью приводит к концентрации магнитного поля в области расположения материала и к увеличению магнитного поля в его окрестности.In accordance with the first embodiment, for local field amplification in the superconducting element, elements of magnetically soft materials having high magnetic permeability and low residual magnetization are installed on its outer and inner surface. It is known that the distribution of the magnetic field depends on the properties of the medium. The placement of a material with high magnetic permeability leads to a concentration of the magnetic field in the region where the material is located and to an increase in the magnetic field in its vicinity.
Величина индукции в районе расположения образца зависит от его формы и размеров, в данном случае от толщины и длины колец, которые в рассматриваемой конструкции практически не имеют ограничений и могут быть оптимально подобраны.The magnitude of the induction in the region where the sample is located depends on its shape and size, in this case, on the thickness and length of the rings, which in this construction are practically unlimited and can be optimally selected.
Установка таких колец инициирует локальный переход сверхпроводящего материала в нормальное состояние, которое стимулирует переход в это состояние и всего объема сверхпроводника.The installation of such rings initiates a local transition of the superconducting material to a normal state, which stimulates the transition to this state and the entire volume of the superconductor.
Для обеспечения этого перехода сразу в нескольких областях, что, очевидно, приведет к уменьшению времени перехода всего образца, кольца устанавливают периодически по всей длине сверхпроводящей трубки с учетом их оптимальной ширины и необходимого количества центров перехода. Установка колец не снижает рабочих характеристик токоограничителя и не требует применения специальных технологий для установки.To ensure this transition in several areas at once, which, obviously, will lead to a decrease in the transition time of the entire sample, rings are periodically installed along the entire length of the superconducting tube, taking into account their optimal width and the required number of transition centers. The installation of rings does not reduce the performance of the current limiter and does not require the use of special technologies for installation.
Так как кольца выполнены из материала с малой остаточной индукцией, они не оказывают влияния на функционирование сверхпроводящего элемента в номинальном режиме.Since the rings are made of a material with low residual induction, they do not affect the functioning of the superconducting element in the nominal mode.
В соответствии со вторым вариантом выполнения для решения проблемы стабилизации сверхпроводящего элемента от случайных локальных переходов части сверхпроводника в нормальное состояние используется шунтирование сверхпроводника, по меньшей мере, одной металлической оболочкой, которая, однако, электрически не соединена с элементами цепи и не шунтирует индуктивность. Край металлической оболочки всегда отделен от концевых токопроводящих элементов модуля токоограничителя, между ним и концевым элементом существует участок сверхпроводящей трубки, на которую он не нанесен. В номинальном режиме металлическая оболочка шунтирует область с локальным переходом сверхпроводника в нормальное состояние и ток из сверхпроводника через контакт на время существования обратимого перехода протекает по металлической оболочке, что останавливает процесс обвального перехода сверхпроводника. После восстановления сверхпроводимости в этой области картина распределения токов возвращается в исходное состояние.In accordance with the second embodiment, to solve the problem of stabilizing the superconducting element from random local transitions of a part of the superconductor to the normal state, the superconductor is bypassed by at least one metal shell, which, however, is not electrically connected to the circuit elements and does not bypass the inductance. The edge of the metal shell is always separated from the end conductive elements of the current limiter module, between it and the end element there is a section of the superconducting tube on which it is not applied. In the nominal mode, the metal shell shunts the region with the local transition of the superconductor to the normal state and the current from the superconductor through the contact for the duration of the reversible transition flows through the metal shell, which stops the collapse of the superconductor. After the restoration of superconductivity in this region, the current distribution pattern returns to its original state.
При переходе в режим короткого замыкания сети все сверхпроводники переходят в нормальное состояние и участки сверхпроводящей трубки, свободные от оболочки, снова приобретают высокое сопротивление, которое и обеспечивает электрический отрыв стабилизирующей металлической оболочки от цепи, поведение которой определяется параметрами включенной в них шунтирующей индуктивности. Размер этого электроизолирующего участка определяется отсутствием поверхностного разряда по керамике, который зависит от напряжения на модуле токоограничителя, и пробойными характеристиками керамики.Upon transition to the short circuit mode of the network, all superconductors return to normal and the sections of the superconducting tube that are free from the shell again acquire high resistance, which ensures the electrical separation of the stabilizing metal shell from the circuit, the behavior of which is determined by the parameters of the shunt inductance included in them. The size of this electrically insulating section is determined by the absence of a ceramic surface discharge, which depends on the voltage on the current limiter module, and the breakdown characteristics of the ceramic.
Контакт между металлической оболочкой и сверхпроводящей трубкой может обеспечиваться пайкой, которая дает достаточно низкое электрическое сопротивление контакта для перетекания электрического тока и тепла в момент восстановления сверхпроводящего состояния. Участок сверхпроводящего трубчатого элемента, не закрытый шунтирующими оболочками, имеет большую толщину, чем остальная часть трубки. Это приводит к снижению плотности тока, протекающего по ней в сверхпроводящем режиме, что снижает риск ее перехода в нормальное состояние. Могут быть использованы варианты с использованием на части трубчатого сверхпроводящего элемента как только одной из металлических оболочек (внутренней или внешней), так и с использованием обеих металлических оболочек. Так, для тонких сверхпроводящих трубок, когда толщина обеспечивает приемлемые величины сопротивления и перепада температуры, может быть использован вариант с одной оболочкой. В качестве материала оболочки могут быть выбраны материалы с низким удельным электрическим сопротивлением. Наиболее оптимальным является материал с удельным электрическим сопротивлением менее 2·10-8 Ом·м - серебро, медь и т.п.The contact between the metal shell and the superconducting tube can be provided by soldering, which gives a sufficiently low electrical resistance of the contact for the flow of electric current and heat at the time of restoration of the superconducting state. A portion of the superconducting tubular element not covered by shunt sheaths is thicker than the rest of the tube. This leads to a decrease in the density of the current flowing through it in the superconducting mode, which reduces the risk of its transition to a normal state. Variants can be used using on part of the tubular superconducting element as only one of the metal shells (internal or external), and using both metal shells. So, for thin superconducting tubes, when the thickness provides acceptable values of resistance and temperature difference, the option with a single shell can be used. As the material of the shell can be selected materials with low electrical resistivity. The most optimal is a material with a specific electrical resistance of less than 2 · 10 -8 Ohm · m - silver, copper, etc.
Для еще большего усиления поля в сверхпроводящем элементе (в соответствии со вторым вариантом выполнения) по поверхности внутренней и/или внешней металлической оболочки сверхпроводящего трубчатого элемента дополнительно могут быть установлены кольца из магнитомягкого материала. При этом размеры, количество и расстояние между кольцами выбирают по тому же критерию, как в первом варианте исполнения. За счет колец из магнитомягкого материала величина индукции магнитного поля в окрестности колец увеличивается, что приводит к снижению величины критического поля в этих областях, при этом переход сверхпроводника в нормальное состояние происходит за более короткое время и достигается более сильное, чем в прототипе, снижение тока короткого замыкания.To further enhance the field in the superconducting element (in accordance with the second embodiment), rings of magnetically soft material can additionally be installed on the surface of the inner and / or outer metal shell of the superconducting tubular element. In this case, the sizes, quantity and distance between the rings are selected according to the same criterion as in the first embodiment. Due to the rings of soft magnetic material, the magnitude of the magnetic field induction in the vicinity of the rings increases, which leads to a decrease in the critical field in these areas, while the transition of the superconductor to its normal state takes place in a shorter time and a stronger decrease of the short current than in the prototype is achieved short circuits.
Формирование в конструкции омического шунта для стабилизации сверхпроводника от случайных локальных переходов сверхпроводника в нормальное состояние, электрически изолированного после короткого замыкания в сети, позволяет решить задачу стабилизации без ухудшения напряженности поля в сверхпроводнике, а значит, при меньших длинах и размерах сверхпроводника.The formation of an ohmic shunt in the design to stabilize the superconductor from random local transitions of the superconductor to the normal state, which is electrically isolated after a short circuit in the network, allows us to solve the stabilization problem without deteriorating the field strength in the superconductor, and therefore, with shorter superconductor lengths and sizes.
Установка магнитомягких колец в соответствии с первым и вторым вариантом выполнения не требует применения специальных методов крепления. Они должны обеспечить только фиксацию положения этих колец относительно сверхпроводящей трубки с учетом возможных нагрузок при транспортировке, монтаже и кипении азота.The installation of soft magnetic rings in accordance with the first and second embodiment does not require the use of special fastening methods. They should provide only a fixation of the position of these rings relative to the superconducting tube, taking into account possible loads during transportation, installation and boiling of nitrogen.
Кольца изготавливаются из магнитомягкого материала, имеющего малую остаточную намагниченность. Наиболее оптимальным является материал, имеющий остаточную намагниченность не менее 0,025 Тл, например сталь-3.Rings are made of soft magnetic material having a small residual magnetization. The most optimal is a material having a residual magnetization of at least 0.025 T, for example steel-3.
Предложенное техническое решение поясняется фиг.1-2, на которых изображены:The proposed technical solution is illustrated in figures 1-2, which depict:
на фиг.1 - вариант модуля сверхпроводящего резистивного ограничителя тока с кольцами из магнитомягкого материала, установленными со стороны внешней и внутренней поверхности сверхпроводящего элемента,figure 1 is a variant of a module of a superconducting resistive current limiter with rings of magnetically soft material mounted on the side of the outer and inner surfaces of the superconducting element,
на фиг.2 - вариант модуля сверхпроводящего резистивного ограничителя тока с трубчатым сверхпроводящим элементом, выполненным с металлическими оболочками.figure 2 is a variant of a module of a superconducting resistive current limiter with a tubular superconducting element made with metal shells.
Модуль сверхпроводящего элемента резистивного ограничителя тока по первому варианту (фиг.1) включает трубчатый сверхпроводящий элемент 1, концевые токопроводящие коммутирующие элементы, выполненные, например, в виде втулок 2 и жестко соединенные со сверхпроводящим элементом 1, обладающим малым электрическим сопротивлением, колец 3 из магнитомягкого материала, установленных со стороны внешней и внутренней поверхности сверхпроводящего элемента 1. Вокруг сверхпроводящего элемента 1 коаксиально с ним установлен электрически параллельно включенный соленоид 4, формирующий продольное магнитное поле в области расположения сверхпроводящего элемента 1.The module of the superconducting element of the resistive current limiter according to the first embodiment (FIG. 1) includes a tubular
Модуль сверхпроводящего элемента резистивного ограничителя тока по второму варианту (фиг.2) включает трубчатый сверхпроводящий элемент 1, концевые токопроводящие коммутирующие элементы, выполненные, например, в виде втулок 2 и жестко соединенные со сверхпроводящим элементом 1, обладающим малым электрическим сопротивлением. Часть трубчатого сверхпроводящего элемента 1 выполнена, по меньшей мере, с одной металлической оболочкой, например с внутренней 3 и внешней 4 металлическими оболочками, изолированными от концевых токопроводящих коммутирующих элементов - втулок 2. Вокруг сверхпроводящего элемента 1 коаксиально с ним установлен электрически параллельно включенный соленоид 5, формирующий продольное магнитное поле в области расположения сверхпроводящего элемента 1.The module of the superconducting element of the resistive current limiter according to the second embodiment (FIG. 2) includes a tubular
Дополнительно по поверхности, по меньшей мере, одной металлической оболочки, например по внутренней 3 и внешней 4 металлическим оболочкам сверхпроводящего трубчатого элемента 1, дополнительно могут быть установлены кольца 6 из магнитомягкого материала.Additionally, on the surface of at least one metal shell, for example along the inner 3 and outer 4 metal shells of the superconducting
Таким образом, использование заявленных технических решений позволяет при одинаковых с известными аналогами габаритах устройства уменьшить время перехода токоограничителя в нормальное состояние в аварийном режиме и улучшить стабильность работы токоограничителя в номинальном режиме.Thus, the use of the claimed technical solutions makes it possible, with the device dimensions being the same as the known analogues, to reduce the time that the current limiter goes to normal in emergency mode and improve the stability of the current limiter in nominal mode.
Источники информацииInformation sources
1. Elschner S, Breuer F, Walter H and Bock J. Magnetic field assisted quench propagation as a new concept for resistive current limiting devices. J. of PhysicsS, Conf. series, (2006), 43,1. Elschner S, Breuer F, Walter H and Bock J. Magnetic field assisted quench propagation as a new concept for resistive current limiting devices. J. of PhysicsS, Conf. series, (2006), 43,
917-920.917-920.
2. Bock J, Breuer F, Walter H, Elschner S, Kleimaier M, Kreutz R and Noe M. CURL 10: development and field-test of a 10 kV/10 MVA resistive current limiter based on bulk2. Bock J, Breuer F, Walter H, Elschner S, Kleimaier M, Kreutz R and Noe M. CURL 10: development and field-test of a 10 kV / 10 MVA resistive current limiter based on bulk
MCP-BSCCO 2212. IEEE Trans. Appl. Supercond, (2005), 15, 1955-60.MCP-BSCCO 2212. IEEE Trans. Appl. Supercond, (2005), 15, 1955-60.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008135025/09A RU2366056C1 (en) | 2008-08-29 | 2008-08-29 | Super conducting resistive current limiter module (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008135025/09A RU2366056C1 (en) | 2008-08-29 | 2008-08-29 | Super conducting resistive current limiter module (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2366056C1 true RU2366056C1 (en) | 2009-08-27 |
Family
ID=41150039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008135025/09A RU2366056C1 (en) | 2008-08-29 | 2008-08-29 | Super conducting resistive current limiter module (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2366056C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2587680C1 (en) * | 2015-04-07 | 2016-06-20 | Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс") | Superconducting current limiter |
| CN107819326A (en) * | 2016-09-12 | 2018-03-20 | 天津大学 | A kind of new superconductive direct current limiter |
| US11737374B2 (en) | 2019-01-18 | 2023-08-22 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Fabrication of a device |
| RU2813240C2 (en) * | 2019-01-18 | 2024-02-08 | МАЙКРОСОФТ ТЕКНОЛОДЖИ ЛАЙСЕНСИНГ, ЭлЭлСи | Manufacturing nanowire structure for quantum device |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2126568C1 (en) * | 1994-09-29 | 1999-02-20 | Абб Рисерч Лтд. | Device limiting electric current |
| DE10038192A1 (en) * | 2000-08-04 | 2002-02-21 | Siemens Ag | Circuit arrangement, in particular current limiters |
| JP2002198577A (en) * | 2000-12-27 | 2002-07-12 | Mitsubishi Electric Corp | Superconducting thin film current limiter |
| RU2219607C2 (en) * | 1998-09-18 | 2003-12-20 | Альстом Франс С.А. | Current transformer with superconducting coils |
| RU2230417C2 (en) * | 2002-08-07 | 2004-06-10 | Марийский государственный университет | Digital-screen high-temperature semiconductor current limiter |
| WO2008006689A1 (en) * | 2006-07-14 | 2008-01-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Resistive superconductive current limiter device having bifilar winding made of hts strip conductors and winding spacer |
| RU2321131C1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-03-27 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" | Ultra-conductive limiter of short circuit currents |
-
2008
- 2008-08-29 RU RU2008135025/09A patent/RU2366056C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2126568C1 (en) * | 1994-09-29 | 1999-02-20 | Абб Рисерч Лтд. | Device limiting electric current |
| RU2219607C2 (en) * | 1998-09-18 | 2003-12-20 | Альстом Франс С.А. | Current transformer with superconducting coils |
| DE10038192A1 (en) * | 2000-08-04 | 2002-02-21 | Siemens Ag | Circuit arrangement, in particular current limiters |
| JP2002198577A (en) * | 2000-12-27 | 2002-07-12 | Mitsubishi Electric Corp | Superconducting thin film current limiter |
| RU2230417C2 (en) * | 2002-08-07 | 2004-06-10 | Марийский государственный университет | Digital-screen high-temperature semiconductor current limiter |
| WO2008006689A1 (en) * | 2006-07-14 | 2008-01-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Resistive superconductive current limiter device having bifilar winding made of hts strip conductors and winding spacer |
| RU2321131C1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-03-27 | Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" | Ultra-conductive limiter of short circuit currents |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ELSCHNER S, Breuer F, Walter H and Bock J. Magnetic field assisted quench propagation as a new concept for resistive current limiting devices. J. of PhysicsS, Conf. series, (2006), 43, 917-920. BOCK J, Breuer F, Walter H, Elschner S, Kleimaier M, Kreutz R and Noe M. CURL 10: development and field-test of a 10 kV/10 MVA resistive current limiter based on bulk MCP-BSCCO 2212. IEEE Trans. Appl. Supercond, (2005), 15, 1955-60. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2587680C1 (en) * | 2015-04-07 | 2016-06-20 | Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс") | Superconducting current limiter |
| CN107819326A (en) * | 2016-09-12 | 2018-03-20 | 天津大学 | A kind of new superconductive direct current limiter |
| US11737374B2 (en) | 2019-01-18 | 2023-08-22 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Fabrication of a device |
| RU2813240C2 (en) * | 2019-01-18 | 2024-02-08 | МАЙКРОСОФТ ТЕКНОЛОДЖИ ЛАЙСЕНСИНГ, ЭлЭлСи | Manufacturing nanowire structure for quantum device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5235309A (en) | Resistive current limiter | |
| JP4620637B2 (en) | Resistive superconducting fault current limiter | |
| JP3215697B2 (en) | Superconducting coil that limits fault current | |
| EP0935261B1 (en) | Resistive fault current limiter | |
| RU2397589C2 (en) | Electrotechnical current limitation device | |
| Yamaguchi et al. | Performance of DC reactor type fault current limiter using high temperature superconducting coil | |
| JPH0241619A (en) | Fault current limiter | |
| Schmidt et al. | Investigation of YBCO coated conductors for fault current limiter applications | |
| US6809910B1 (en) | Method and apparatus to trigger superconductors in current limiting devices | |
| JP2006237578A (en) | Superconducting current limiting part | |
| Kubota et al. | A new model of fault current limiter using YBCO thin film | |
| Aly et al. | Comparison between resistive and inductive superconducting fault current limiters for fault current limiting | |
| RU2366056C1 (en) | Super conducting resistive current limiter module (versions) | |
| JP2000032654A (en) | Current limiting element and current limiting device using oxide superconductor | |
| CN102217160A (en) | Fault current superconductive limiter | |
| Daibo et al. | Development of a 5T 2G HTS magnet with a 20-cm-diameter bore | |
| Janowski et al. | Bi-2223 and Bi-2212 tubes for small fault current limiters | |
| Ahn et al. | A study on the design of the stabilizer of coated conductor for applying to SFCL | |
| Dutta et al. | Modelling and analysis of resistive superconducting fault current limiter | |
| Cho et al. | Fabrication and test of a 3MJ SMES magnet | |
| JP3231837B2 (en) | Superconducting current limiting device | |
| RU2027239C1 (en) | Current-limiting reactor device | |
| Lee et al. | Design of a high temperature superconducting coil for a 8.3 MVA fault current limiter | |
| RU2027240C1 (en) | Current-limiting reactor | |
| JPH02260343A (en) | High voltage dc contact breaker circuit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20151102 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190731 |