[发明专利]超导故障电流限制器

说明书

示出了一种超导故障电流限制器（10）。其包括低温冷却系统（20），所述低温冷却系统（20）用于容纳冷却介质（26）；超导线（30），其浸入冷却介质（26）中并配置成传导电流；超导线（30）在临界电流密度以上变得非超导，以及多个热量耗散元件（100）沿着超导线（30）间隔开并从超导线（30）突出，其中热量耗散元件（100）具有电绝缘涂层，并且由此热量耗散元件（100）将热量从超导线（30）传递到冷却介质（26）中。

技术领域

本公开涉及超导故障电流限制器。

背景技术

故障电流限制器可用于限制电功率分配系统中的潜在破坏性故障电流，尤其是大规模高功率网络，诸如横向比例（grid-scale）变压器或变电站。故障电流是由诸如短路之类的故障引起的电功率分配系统中的异常电流。超导故障电流限制器（SFCL）利用超导性的基本属性来限制故障电流，所述基本属性主要是在温度、电流密度和磁场强度的临界组合以上的超导性的极迅速损失（称为“淬灭”）。

在正常操作中，当SFCL中的电流密度低于临界电流密度时，SFCL中的超导体具有低阻抗并且处于超导状态。为了在正常操作期间将超导体维持在超导、低阻抗状态中，超导体在温度、电流密度和磁场强度的临界组合以下操作。通常，SFCL包括位于低温恒温器或类似冷却罐内的超导体，以便将超导体维持在临界温度以下。

当发生故障时，SFCL中的电流密度超过临界电流密度，超导体的阻抗变得高并且超导体迅速地停止超导。超导体的高阻抗限制了故障电流，由此减小了其潜在破坏性的影响。

示例SFCL在美国专利No 8,037,695 B2和国际专利公开No 2015/022423 A1中公开，其后者目的在于提供正常操作期间的低电感以及在故障电流条件下的迅速且均匀的淬灭。

然而，当由于通过SFCL的故障电流而发生淬灭时，超导体迅速地变热。在清除故障之后，在超导体能够返回其超导状态并恢复正常操作之前，必须将超导体冷却至其临界温度以下。这可能花费很多分钟。

因此，将期望的是提供一种超导故障电流限制器，其可在清除故障电流之后以较快的速率被冷却。

发明内容

因此，提供了一种超导故障电流限制器，其包括：

低温冷却系统，其用于容纳冷却介质；

超导线，其浸入冷却介质中并配置成传导电流，超导线在临界电流密度以上变得非超导；以及

多个热量耗散元件，其沿着超导线间隔开并且从超导线突出，其中热量耗散元件具有电绝缘涂层，并且由此热量耗散元件将热量从超导线传递到冷却介质中。

热量耗散元件在故障期间和之后改进超导线与冷却介质之间的热扩散性。由热量耗散元件提供的附加热表面面积导致通过冷却介质的较快的热量耗散速率，由此减少恢复正常操作所必要的冷却时间。减少超导线的冷却时间转而减少了万一有故障的停机时间。电绝缘涂层有助于防止热量耗散元件之间的短路。

此外，可以使用较短的超导线，同时仍然提供相同的热表面面积，这是因为可以减少或消除对SFCL中通常使用的其它类型的热稳定剂的需要。因此，也可以减小SFCL的尺寸和重量。

热量耗散元件可以垂直于超导线的长度方向从超导线突出。这有助于防止热量耗散元件之间的短路。

热量耗散元件可以沿着超导线彼此间隔开一距离，该距离确保当超导线变得非超导时的充足的电压耐受。换句话说，热量耗散元件可以彼此间隔开一距离，使得即使/当在超导线被淬灭时沿着超导线的长度存在大的电压降时，它们也彼此电绝缘。因此，可以防止短路。

超导线可以被布置使得当超导线传导电流时，任何生成的磁场基本上由彼此抵消。通过平衡生成的磁场，可以实现均匀的淬灭。