[go: up one dir, main page]

RU2639316C1 - Superconducting fault current limiter - Google Patents

Superconducting fault current limiter Download PDF

Info

Publication number
RU2639316C1
RU2639316C1 RU2017109729A RU2017109729A RU2639316C1 RU 2639316 C1 RU2639316 C1 RU 2639316C1 RU 2017109729 A RU2017109729 A RU 2017109729A RU 2017109729 A RU2017109729 A RU 2017109729A RU 2639316 C1 RU2639316 C1 RU 2639316C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
superconducting
current
limiter
modules
module
Prior art date
Application number
RU2017109729A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Викторович Сотников
Дарья Александровна Горбунова
Михаил Евгеньевич Мойзых
Сергей Владимирович Самойленков
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") filed Critical Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс")
Priority to RU2017109729A priority Critical patent/RU2639316C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2639316C1 publication Critical patent/RU2639316C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/30Devices switchable between superconducting and normal states
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.SUBSTANCE: superconducting fault current limiter contains a set of superconducting current limiters module installed in the cryostat, a supplying and a rejecting buses and current leads where the superconducting modules electrically and mechanically are linked to the supplying and rejecting buses with the formation of the electrical parallel connection of superconducting modules, while the mentioned bus is fitted with terminals, located at opposite ends of the supplying and rejecting buses and connected to the current leads.EFFECT: ensuring the stable operation of a high current superconducting current limiter by implementing the same supplying and rejecting resistance in the circuit to each current limiter module, reducing the dimensions of the superconducting current limiter and its simplifying.9 cl, 6 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области электротехники, в частности к сильноточным сверхпроводящим ограничителям тока короткого замыкания с электрически параллельным соединением сверхпроводящих модулей.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to high-current superconducting short-circuit current limiters with electrically parallel connection of superconducting modules.

Уровень техникиState of the art

Ограничитель тока защищает электрическую цепь от протекания по ней тока, превышающего номинальный ток (ток, на который рассчитана электрическая цепь). Большой ток (превышающий номинальный) может протекать по цепи вследствие, например, короткого замыкания.The current limiter protects the electric circuit from the flow of current exceeding the rated current (current for which the electric circuit is designed). High current (exceeding the rated current) can flow through the circuit due to, for example, a short circuit.

Режим ограничения тока является возможным благодаря уникальному свойству сверхпроводников, а именно нелинейности возрастания сопротивления материала. В зависимости от рода и типа сверхпроводника ограничение тока может протекать при разных условиях, с различными потерями и разным временем ограничения, но основной принцип в них один и тот же: при протекании тока выше, чем критический ток заложенного в устройство сверхпроводника, материал начинает переходить из сверхпроводящего состояние в нормальное, вследствие чего возникает сопротивление, препятствующее возрастанию тока.The current limiting mode is possible due to the unique property of superconductors, namely, the nonlinearity of the increase in material resistance. Depending on the type and type of superconductor, current limiting can occur under different conditions, with different losses and different limiting times, but the basic principle is the same: when the current flows higher than the critical current of the superconductor embedded in the device, the material begins to pass from superconducting state to normal, as a result of which there is a resistance that prevents the increase in current.

В традиционной электроэнергетике ограничителями тока являются реакторы: катушки, подключающиеся в сеть последовательно и создающие реактивное сопротивление нужной величины, препятствующее скачкам тока при коротком замыкании. Явным недостатком таких изделий является возникновение компоненты постоянного тока за счет накопленной реактивной энергии, что приводит к скачку амплитуды по току, опасному для электротехнических устройств в сети. Данная проблема решается применением резистивного сверхпроводящего ограничителя тока.In traditional electric power industry, current limiters are reactors: coils that are connected in series to the network and create reactance of the desired magnitude, which prevents current surges during short circuits. A clear drawback of such products is the appearance of a DC component due to the accumulated reactive energy, which leads to a jump in the current amplitude, which is dangerous for electrical devices in the network. This problem is solved by using a resistive superconducting current limiter.

Большинство известных подобных решений в первую очередь рассматривает создание длинномерных сверхпроводящих ограничителей тока с малым временем восстановления. Например, в патенте RU 2587680 раскрывается сверхпроводящий ограничитель тока, содержащий изоляционный каркас, спиральный бифиляр из ленты сверхпроводника с подложкой и изоленты, при этом изоляционный каркас выполнен из стянутых резьбовым соединением основной и фиксирующей частей, каждая из которых выполнена в виде наружного кольца и центральной планки, жестко связанных ребрами, при этом ребра основной части изоляционного каркаса имеют пазы, в которых размещен спиральный бифиляр из ленты сверхпроводника, охваченный двумя дуговыми вставками, закрепленными в периферийных пазах ребер. Такая конструкция позволяет криогенной жидкости максимально омывать бифилярную ленту жидким азотом, а также компенсировать деформацию сверхпроводящей ленты, возникающую за счет захолаживания до температуры жидкого азота. При этом величина тока, который ограничивает данное изобретение, ограничена пропускной способностью сверхпроводящей ленты в бифилярной катушке. В патенте не раскрывается возможность создания ограничителя тока, работающего с величинами транспортного тока, значительно превосходящими по значению критический ток одной ленты.Most of the known such solutions primarily consider the creation of long-length superconducting current limiters with a short recovery time. For example, in patent RU 2587680, a superconducting current limiter is disclosed comprising an insulating cage, a spiral bifilar made of a superconductor strip with a substrate and electrical tape, wherein the insulating casing is made of a main and fixing parts tightened by a threaded connection, each of which is made in the form of an outer ring and a central strip rigidly connected by ribs, while the ribs of the main part of the insulating frame have grooves in which a spiral bifilar from a superconductor tape is placed, covered by two arc inserts mi fixed in the peripheral grooves of the ribs. This design allows the cryogenic liquid to wash the bifilar tape with liquid nitrogen as much as possible, as well as compensate for the deformation of the superconducting tape that occurs due to cooling to the temperature of liquid nitrogen. Moreover, the amount of current that limits the invention is limited by the throughput of the superconducting tape in the bifilar coil. The patent does not disclose the possibility of creating a current limiter that works with transport current values that significantly exceed the critical current of one tape in value.

Наиболее близким ограничителем тока к предложенному является резистивный ограничитель тока по заявке US 7345858.The closest current limiter to the proposed is a resistive current limiter according to the application US 7345858.

Токоограничитель в соответствии с данным патентом содержит сверхпроводящий модуль ограничителя тока, состоящий из одного и более сверхпроводящих устройств ограничения тока короткого замыкания, внешний магнит, в полости которого расположен сверхпроводящий модуль ограничителя тока.The current limiter in accordance with this patent contains a superconducting current limiter module, consisting of one or more superconducting short-circuit current limiting devices, an external magnet in the cavity of which there is a superconducting current limiter module.

В качестве сверхпроводящей части в патенте описаны различные вариации сверхпроводящих модулей: от одиночных лент до дисков с укладкой сверхпроводника меандром. Далее эти сверхпроводящие модули помещались в центр магнита, и один из токоподводов к сверхпроводящей части подключался непосредственно к сверхпроводнику, а второй от сверхпроводника шел к магниту и уже от магнита шел к источнику.As a superconducting part, various variations of superconducting modules are described in the patent: from single tapes to disks with a superconductor laying in a meander. Then these superconducting modules were placed in the center of the magnet, and one of the current leads to the superconducting part was connected directly to the superconductor, and the second from the superconductor went to the magnet and already from the magnet to the source.

Такая конструкция ограничителя тока предполагает, что при возникновении короткого замыкания и скачка тока магнитное поле, создаваемое катушкой, резко возрастает, и критический ток сверхпроводящей части будет падать, начиная ограничивать транспортный ток. В определенный момент такая система перейдет в равновесное состояние.This design of the current limiter suggests that when a short circuit occurs and a current jump, the magnetic field created by the coil increases sharply, and the critical current of the superconducting part will fall, starting to limit the transport current. At some point, such a system will go into equilibrium.

Большим недостатком данной модели сверхпроводящего ограничителя тока в первую очередь являются габариты. Помимо сверхпроводящей части в токоограничителе необходимо разместить магнит, изолированный от корпуса.The big drawback of this model of a superconducting current limiter is primarily the dimensions. In addition to the superconducting part, a magnet isolated from the housing must be placed in the current limiter.

Кроме того, авторы рассматривают соединение сверхпроводящих модулей как последовательно, так и параллельно, но при этом никак не оговаривается метод параллельного соединения сверхпроводящих модулей. Авторы используют понятие параллельного соединения сверхпроводящих модулей сразу за понятием последовательного соединения, никак не различая методы подключения и не приводя примеры такого подключения. Последовательное подключение сверхпроводящих модулей дает возможность ограничивать ток, сопоставимый с критическим током единичного модуля, в отличие от параллельного соединения, где критические токи модулей складываются. А если эти модули подключать параллельно, но без учета неравномерности распределения транспортного тока, то стабильной работы ограничителя тоже трудно добиться из-за неравномерности распределения токов по модулям.In addition, the authors consider the connection of superconducting modules both sequentially and in parallel, but the method of parallel connection of superconducting modules is not specified at all. The authors use the concept of parallel connection of superconducting modules immediately after the concept of serial connection, without distinguishing between connection methods and without giving examples of such connection. Serial connection of superconducting modules makes it possible to limit the current comparable to the critical current of a single module, in contrast to a parallel connection, where the critical currents of the modules are added. And if these modules are connected in parallel, but without taking into account the uneven distribution of the transport current, then the stable operation of the limiter is also difficult to achieve due to the uneven distribution of currents across the modules.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Устраняемой изобретением технической проблемой является обеспечение стабильной эксплуатации сильноточного сверхпроводящего ограничителя тока за счет реализации одинакового подводящего и отводящего сопротивления в цепи к каждому модулю ограничителя тока, а также уменьшение габаритов конструкции и ее упрощение. Данная техническая проблема устраняется сверхпроводящим ограничителем тока короткого замыкания, который содержит набор установленных в криостате сверхпроводящих модулей ограничителя тока, подводящую и отводящую шины и токовводы, где упомянутые сверхпроводящие модули электрически и механически связаны с подводящей и отводящей шинами с образованием электрического параллельного соединения сверхпроводящих модулей, при этом упомянутые шины снабжены контактными выводами, расположенными на противоположных концах подводящей и отводящей шин и соединенными с токовводами.The technical problem eliminated by the invention is the stable operation of a high-current superconducting current limiter due to the implementation of the same input and output resistance in the circuit to each module of the current limiter, as well as reducing the dimensions of the structure and its simplification. This technical problem is eliminated by the superconducting short-circuit current limiter, which contains a set of superconducting current limiter modules installed in the cryostat, supply and return busbars and current leads, where the said superconducting modules are electrically and mechanically connected to the input and output buses with the formation of electrical parallel connection of superconducting modules, when the said tires are provided with contact terminals located at opposite ends of the supply and discharge th bus and connected to the current leads.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается ограничителем, в котором сверхпроводящий модуль включает высокотемпературные сверхпроводящие ленты второго поколения.In particular embodiments of the invention, the problem is solved by a limiter in which the superconducting module includes second-generation high-temperature superconducting tapes.

В ограничителе сверхпроводящий модуль может быть выполнен в виде пакета соединенных между собой параллельно расположенных лент.In the limiter, the superconducting module can be made in the form of a packet of connected together parallel strips.

В ограничителе сверхпроводящий модуль может быть выполнен в виде пакета соединенных между собой скручиванием лент.In the limiter, the superconducting module can be made in the form of a package of tapes connected together by twisting.

В ограничителе сверхпроводящий модуль может быть выполнен в виде бифилярной катушки из упомянутых лент.In the limiter, the superconducting module can be made in the form of a bifilar coil of said tapes.

В ограничителе криостат может быть выполнен в виде контейнера с крышкой, снабженного криокулером.In the limiter, the cryostat can be made in the form of a container with a lid equipped with a cryocooler.

В ограничителе токовводы герметично закреплены в крышке криостата.In the limiter, the current leads are sealed in the cryostat cover.

В ограничителе может быть выполнен контактный вывод, соединенный с токовводом гибкой соединительной шиной.A contact terminal connected to the current lead by a flexible connecting bus can be made in the limiter.

В ограничителе сверхпроводящий модуль ограничителя тока может включать дополнительную жесткую соединительную шину, установленную между токовводом и контактным выводом отводящей шины, где упомянутая дополнительная шина механически связана с модулем ограничителя без образования электрического соединения, а контактные выводы отводящей и подводящей шин развернуты к центру упомянутого пакета сверхпроводящих модулей.In the limiter, the superconducting current limiter module may include an additional rigid connecting bus installed between the current lead and the output terminal of the take-off bus, where said additional bus is mechanically connected to the limiter without forming an electrical connection, and the contact leads of the take-off and lead-in buses are turned to the center of the said package of superconducting modules .

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение сверхпроводящего ограничителя тока.In FIG. 1 is a schematic illustration of a superconducting current limiter.

На фиг. 2 приведено схематическое изображение подключения набора сверхпроводящих модулей ограничителя тока к подводящей и отводящей шинам.In FIG. 2 is a schematic illustration of connecting a set of superconducting current limiter modules to the input and output buses.

На фиг. 3 приведено схематическое изображение сверхпроводящего модуля в виде бифилярной катушки.In FIG. 3 is a schematic illustration of a superconducting module in the form of a bifilar coil.

На фиг. 4 приведено изображение компактного расположения бифилярных токоограничивающих модулей с использованием дополнительной шины.In FIG. 4 shows a compact arrangement of bifilar current-limiting modules using an additional bus.

На фиг. 5 приведена электрическая схема с параллельным расположением сверхпроводников в модуле и несимметричным подключением контактных выводов.In FIG. Figure 5 shows an electric circuit with a parallel arrangement of superconductors in the module and asymmetrical connection of the contact terminals.

На фиг. 6 приведена электрическая схема сверхпроводящего ограничителя тока с симметричным подключением контактных выводов (сравнительный пример).In FIG. Figure 6 shows the electric circuit of a superconducting current limiter with a symmetrical connection of the contact terminals (comparative example).

Позиции на чертежах означают следующее:Positions in the drawings mean the following:

1. Криостат1. Cryostat

2. Набор сверхпроводящих модулей ограничителя тока2. A set of superconducting current limiter modules

3. Подводящая шина3. Drive rail

4. Контактный вывод подводящей шины4. Contact output lead

5. Отводящая шина5. Take-off tire

6. Контактный вывод отводящей шины6. Contact output of the discharge bus

7. Крышка криостата7. Cryostat cover

8. Токоввод8. Current lead

9. Криокулер9. Cryocooler

10. Соединительные шины10. Connecting busbars

11. Модуль ограничителя тока в виде бифилярной катушки11. Current limiter module in the form of a bifilar coil

12. Сверхпроводящий провод в изоляции12. Superconducting wire in insulation

13. Медные контакты13. Copper contacts

14. Жесткая соединительная шина14. Rigid connection rail

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

В предлагаемой нами конструкции сверхпроводящего ограничителя тока короткого замыкания, включающей криостат с расположенным внутри него набором сверхпроводящих модулей ограничителя тока, упомянутые модули размещаются между подводящей и отводящей шинами с образованием как механического соединения, так и электрического параллельного соединения, в котором подвод тока осуществляется к контактным выводам, расположенном на противоположных концах отводящей и подводящей шин (несимметричное подключение).In our proposed design of a superconducting short-circuit current limiter, including a cryostat with a set of superconducting current limiter modules inside it, these modules are placed between the input and output buses with the formation of both a mechanical connection and an electrical parallel connection in which current is supplied to the contact terminals located at opposite ends of the take-off and lead-in buses (unbalanced connection).

Как следует из чертежей, приведенных на фиг. 1 и 2, сверхпроводящий токоограничитель токов короткого замыкания включает криостат (1), в котором размещен набор сверхпроводящих модулей (2) сверхпроводящего ограничителя тока между подводящей (3) шиной с контактным выводом (4) и отводящей (5) шиной с контактным выводом (6) (см. фиг. 2). Контактные выводы (4) и (6) подводящей (3) и отводящей (5) шин расположены на противоположных концах указанных шин.As follows from the drawings shown in FIG. 1 and 2, the superconducting current limiter of short circuit currents includes a cryostat (1), which houses a set of superconducting modules (2) of a superconducting current limiter between the input (3) bus with the contact terminal (4) and the output (5) bus with the contact terminal (6) ) (see Fig. 2). The contact terminals (4) and (6) of the inlet (3) and outlet (5) tires are located at opposite ends of these tires.

В крышке (7) криостата (1) герметично установлены два токоввода (8), которые соединяются с контактными выводам (4, 6) непосредственно либо через соединительные шины (10) (фиг. 2), представляющие собой плетеные медные провода.Two current leads (8) are hermetically installed in the cover (7) of the cryostat (1), which are connected to the contact terminals (4, 6) either directly or through the connecting busbars (10) (Fig. 2), which are braided copper wires.

Шины (3, 5) электрически соединены между собой набором сверхпроводящих модулей (2) с образованием параллельного электрического соединения всех отдельных модулей, входящих в набор.Tires (3, 5) are electrically interconnected by a set of superconducting modules (2) with the formation of a parallel electrical connection of all the individual modules included in the set.

Постоянная температура внутри рабочего криостата (1) может поддерживаться при помощи криокулера (9). Однако, наличие криокулера (9) или крышки криостата (7) не является обязательным для всех воплощений изобретения - жидкий азот в криостат может заливаться самым обычным образом.A constant temperature inside the working cryostat (1) can be maintained using a cryocooler (9). However, the presence of a cryocooler (9) or a cryostat cover (7) is not necessary for all embodiments of the invention — liquid nitrogen can be filled into the cryostat in the most usual way.

В данном воплощении изобретения набор модулей ограничителя тока (2) выполнен из высокотемпературных сверхпроводников (кратко ВТСП) 2-го поколения, где каждый модуль представляет собой бифилярную катушку (11) (см. фиг. 2 и 3) из изолированных сверхпроводящих проводов (12), например, из ВТСП лент, и медных пластин (13), к которым крепятся подводящая и отводящая шины (3, 5).In this embodiment of the invention, the set of current limiter modules (2) is made of high-temperature superconductors (briefly HTSC) of the 2nd generation, where each module is a bifilar coil (11) (see Fig. 2 and 3) from insulated superconducting wires (12) , for example, from HTSC tapes, and copper plates (13), to which the supply and discharge tires are attached (3, 5).

Сверхпроводящий провод состоит из одинарной ленты в изоляции, уложенной таким образом, что при протекании по ней тока в двух соседних повивах ток течет в противоположные стороны. Процесс намотки такой катушки производится по спирали в общем случае следующим образом: фиксируется отрезок ленты, и от него по оба края одновременно, плотно, поверх изоляционной прокладки, укладывается остальная лента в одном направлении. При таком виде намотки магнитное поле, создаваемое соседними витками, компенсируется, и суммарное магнитное поле крайне мало. То есть бифилярная катушка позволяет компактно упаковывать токонесущие провода большой длины без создания реактивного сопротивления за счет индуктивности, характерной для соленоидов и торов.The superconducting wire consists of a single tape in insulation, laid in such a way that when current flows through it in two adjacent layers, the current flows in opposite directions. The process of winding such a coil is carried out in a spiral generally as follows: a piece of tape is fixed, and from it at both edges simultaneously, tightly, over the insulation strip, the rest of the tape is laid in one direction. With this type of winding, the magnetic field created by adjacent turns is compensated, and the total magnetic field is extremely small. That is, the bifilar coil allows compact packing of current-carrying wires of large length without creating reactance due to the inductance characteristic of solenoids and tori.

ВТСП лента 2-го поколения включает подложку, например, из сплава на основе никеля, последовательно расположенные буферные слои - из оксида алюминия, манганита лантана, оксида магния и оксида церия и т.д., сверхпроводящий слой на основе иттрий-бариевого купрата, слой серебра и слой меди.The 2nd generation HTSC tape includes a substrate, for example, of nickel-based alloy, sequentially arranged buffer layers of aluminum oxide, lanthanum manganite, magnesium oxide and cerium oxide, etc., a superconducting layer based on yttrium-barium cuprate, a layer silver and a layer of copper.

ВТСП ленты 2-го поколения в последнее время получили большое распространение благодаря высоким значениям плотности тока, температуре перехода в сверхпроводящее состояние выше 77 K.HTSC ribbons of the 2nd generation have recently gained wide distribution due to high current densities and a temperature of transition to the superconducting state above 77 K.

Однако, для выполнения сверхпроводящего модуля в зависимости от требований по ограничению по напряжению сети могут быть использованы любые виды применяемых в электротехнических устройствах сверхпроводников: низкотемпературные сверхпроводники (NiTi, NiSn и другие), переходные сверхпроводники (MgB2, и другие), а также ВТСП 1-го поколения.However, to implement a superconducting module, depending on the requirements for limiting the network voltage, any types of superconductors used in electrical devices can be used: low-temperature superconductors (NiTi, NiSn and others), transition superconductors (MgB 2 , and others), as well as HTSC 1 th generation.

Необходимо отметить, что бифилярной катушкой сверхпроводящая часть набора сверхпроводящих модулей (2) ограничителя тока не исчерпывается.It should be noted that the superconducting part of the set of superconducting modules (2) of the current limiter is not exhausted by the bifilar coil.

Геометрия реализации сверхпроводников в модуле произвольна и отвечает требованиям по ограничению тока короткого замыкания в конкретной задаче, существенным является тот факт, что сверхпроводники в наборе модулей (2) устанавливаются геометрически параллельно и образуют параллельное электрическое соединение, а конструкция сверхпроводников может быть произвольной.The geometry of the implementation of superconductors in a module is arbitrary and meets the requirements for limiting the short-circuit current in a specific task, it is significant that the superconductors in the set of modules (2) are installed geometrically in parallel and form a parallel electrical connection, and the design of superconductors can be arbitrary.

В частности, набор модулей (2) может быть представлен в виде:In particular, the set of modules (2) can be represented as:

- модулей из одиночных сверхпроводящих лент или стопки параллельно уложенных сверхпроводящих лент;- modules of single superconducting tapes or stacks of parallel stacked superconducting tapes;

- модулей в виде намотанного сверхпроводящего кабеля или соленоида;- modules in the form of a wound superconducting cable or solenoid;

- модулей в виде уложенного в бифилярную катушку сверхпроводящего провода;- modules in the form of a superconducting wire laid in a bifilar coil;

- комбинации из приведенных выше решений, например, намотанной в бифилярную катушку стопки сверхпроводящих лент.- combinations of the above solutions, for example, a stack of superconducting tapes wound in a bifilar coil.

На фиг. 3 приведена схема подключения модуля сверхпроводящего ограничителя тока (2) к токовводам - подключение от контактных выводов (4, 6) к токовводам (6) осуществляется через гибкие соединительные шины (10), представляющие собой плетеные медные провода.In FIG. Figure 3 shows the connection diagram of the module of the superconducting current limiter (2) to the current leads - connection from the contact terminals (4, 6) to the current leads (6) is carried out through flexible connecting buses (10), which are braided copper wires.

Однако, для уменьшения габаритов ограничителя тока для соединения одной из шин (3, 5) с токовводом может быть использована жесткая соединительная шина (14). На фиг. 4 приведено еще одно воплощение модуля ограничителя тока, в котором к отводящей шине (5) через контактный вывод (6) последовательно подключена дополнительная соединительная жесткая шина (14), расположенная таким образом, чтобы не выходить за габариты сверхпроводящего модуля и при этом организовать вывод тока с отводящей шины (5). Подводящая (3) и дополнительная жесткая (14) шины снабжены гибкими соединительными шинами (10), расположенными над набором сверхпроводящих модулей ограничителя тока (2), а контактные выводы (4, 6) развернуты к центру набора модулей ограничителя тока (2) (ср. с фиг. 2, где контактные выводы (4, 6) расположены на разных уровнях и развернуты от центра пакета модулей (2)).However, to reduce the size of the current limiter for connecting one of the buses (3, 5) with a current lead, a rigid connecting bus (14) can be used. In FIG. Figure 4 shows yet another embodiment of a current limiter module, in which an additional connecting rigid bus (14) is connected in series to the outlet bus (5) through the terminal (6) so as not to go beyond the dimensions of the superconducting module and at the same time organize the current output from the take-off bus (5). The supply (3) and additional rigid (14) buses are equipped with flexible connecting buses (10) located above the set of superconducting current limiter modules (2), and the contact leads (4, 6) are deployed to the center of the set of current limiter modules (2) (cf. from Fig. 2, where the contact pins (4, 6) are located at different levels and deployed from the center of the package of modules (2)).

Такая конструкция модуля дополнительно уменьшает габариты сверхпроводящего ограничителя тока.This module design further reduces the size of the superconducting current limiter.

Настоящее изобретение базируется на следующих представлениях.The present invention is based on the following views.

При выполнении геометрически параллельного размещения контактных выводов к сверхпроводящим модулям, а также, при условии размещения контактных выводов на противоположных концах отводящей и подводящей шин (несимметричное подключение), на двух параллельных шинах одинакового сечения, изготовленных из одного материала, транспортный ток, подводимый к шинам, распределяется равномерно по всем сверхпроводящим модулям, подключенным к контактным выводам.When performing geometrically parallel placement of the contact leads to the superconducting modules, as well as, provided that the contact leads are located at opposite ends of the discharge and supply buses (unbalanced connection), on two parallel buses of the same cross section made of the same material, the transport current supplied to the buses, distributed evenly across all superconducting modules connected to the contact pins.

Причем однородность подводящей и отводящей шин имеет значение только между контактными выводами - форма и материал шин в другой области не важны. Выполнение вышеописанных требований параллельности и однородности материала между контактными выводами, а также к их несимметричному расположению (на разных концах подводящей и отводящей шин) приводит к тому, что сопротивление между соответствующими контактными выводами у подводящей и отводящей шин равны между собой. Отсюда по какому бы пути ток ни потек, сопротивление будет одним и тем же.Moreover, the uniformity of the inlet and outlet tires matters only between the contact terminals - the shape and material of the tires in another area are not important. Fulfillment of the above-described requirements for parallelism and homogeneity of the material between the contact terminals, as well as to their asymmetric arrangement (at different ends of the supply and discharge tires), leads to the fact that the resistance between the corresponding contact terminals of the supply and discharge tires is equal to each other. From here, no matter how the current flows, the resistance will be the same.

Для этого сравним сопротивление, которое образуется при протекании тока по пути 1, 2 и 3 (фиг. 5) (несимметричное расположение контактных выводов).To do this, we compare the resistance that is formed when current flows along paths 1, 2, and 3 (Fig. 5) (asymmetric arrangement of the contact leads).

Сопротивление сверхпроводника (SC1, SC2, SC3, …, SCN) равно нулю. Поэтому суммарное сопротивление по пути 1 равняется:The superconductor resistance (SC 1 , SC 2 , SC 3 , ..., SC N ) is zero. Therefore, the total resistance along path 1 is equal to:

R=R0+SC1(=0)+R1+R2+R3+…+RN-1+RN=R0+R1+R2+R3+…+RN-1+RN.R = R 0 + SC 1 (= 0) + R 1 + R 2 + R 3 + ... + R N-1 + R N = R 0 + R 1 + R 2 + R 3 + ... + R N-1 + R N.

Аналогично сопротивление для пути 2:Similar resistance for path 2:

R=R0+R1+SC2(=0)+R2+R3+…+RN-1+RN=R0+R1+R2+R3+…+RN-1+RN.R = R 0 + R 1 + SC 2 (= 0) + R 2 + R 3 + ... + R N-1 + R N = R 0 + R 1 + R 2 + R 3 + ... + R N-1 + R N.

И для пути 3:And for path 3:

R=R0+R1+R2+R3+…+RN-1+SCN(=0)+RN=R0+R1+R2+R3+…+RN-1+RN.R = R 0 + R 1 + R 2 + R 3 + ... + R N-1 + SC N (= 0) + R N = R 0 + R 1 + R 2 + R 3 + ... + R N-1 + R N.

Отсюда видно, что при таком виде подключения сопротивления при любом пути протекания тока равны между собой.From this it can be seen that with this type of connection, the resistances are equal to each other for any current flow path.

На фиг. 6 представлена для сравнения схема симметричного подключения подводящей и отводящей шин. В этом случае, для аналогичных несимметричному подключению путей имеем следующие сопротивления:In FIG. 6 is a comparison diagram of a symmetrical connection of a supply and discharge bus. In this case, for the paths analogous to the asymmetric connection, we have the following resistances:

Для пути 1:For path 1:

R=R0+SC1(=0)+RN=R0+RN.R = R 0 + SC 1 (= 0) + R N = R 0 + R N.

Для пути 2:For path 2:

R=R0+R1+SC2(=0)+R1+RN=R0+2R1+RN.R = R 0 + R 1 + SC 2 (= 0) + R 1 + R N = R 0 + 2R 1 + R N.

И для пути 3:And for path 3:

R=R0+R1+R2+R3+…+RN-1+SC1(=0)+RN-1+…+R3+R2+R1+RN=R = R 0 + R 1 + R 2 + R 3 + ... + R N-1 + SC 1 (= 0) + R N-1 + ... + R 3 + R 2 + R 1 + R N =

=R0+2R1+2R2+2R3+…+2RN-1+RN.= R 0 + 2R 1 + 2R 2 + 2R 3 + ... + 2R N-1 + R N.

Видно, что сопротивление отличается, а следовательно, будет отличаться и протекающий по каждому из путей ток, что приведет к выходу устройства из строя.It is seen that the resistance is different, and therefore, the current flowing along each of the paths will be different, which will lead to the failure of the device.

Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.

Сверхпроводящий токоограничитель через токовводы 4 подключают в электрическую цепь.The superconducting current limiter through current leads 4 is connected to an electric circuit.

В нормальном режиме работы токоограничителя ток, протекающий по ограничителю, не имеет никакого сопротивления.In the normal mode of operation of the current limiter, the current flowing through the limiter has no resistance.

Ток с токоввода (6) по гибкой соединительной шине (10) поступает на контактный вывод (4) и подводящую шину (3).The current from the current input (6) via a flexible connecting bus (10) is supplied to the contact output (4) and the supply bus (3).

Затем ток проходит путь в соответствии со схемой на фиг. 5, поступает с отводящей шины (5) на контактный вывод (6), расположенный на противоположном конце отводящей шины (5) и покидает токоограничитель либо через гибкую соединительную шину (10) и токоввод (6), либо через жесткую соединительную шину (14) и токоввод (6).The current then travels in accordance with the circuit of FIG. 5 arrives from the discharge bus (5) to the contact terminal (6) located on the opposite end of the discharge bus (5) and leaves the current limiter either through the flexible connecting bus (10) and the current lead (6) or through the rigid connecting bus (14) and current lead (6).

Как только происходит короткое замыкание, то на всей сети возникает перенапряжение, и, естественно, оно возникает и на токоограничителе. В этом случае набор модулей (2) переходит из сверхпроводящего состояния в нормальное, в нем возникает сопротивление, и львиная доля тока задерживается на токоограничителе и не проходит дальше в сеть.As soon as a short circuit occurs, an overvoltage occurs on the entire network, and, of course, it arises on the current limiter. In this case, the set of modules (2) passes from the superconducting state to the normal state, resistance arises in it, and the lion's share of the current is delayed by the current limiter and does not pass further into the network.

Важное преимущество токоограничителя в отличие от аналогичных предохранительных устройств - это его восстанавливаемость. После того как произошло короткое замыкание, на токоограничителе возникло сопротивление, и через 100 мс ключ отключает сеть. Затем модуль токоограничителя всего за 30 с охлаждается в криостате (1), переходит снова в сверхпроводящее состояние и может работать дальше.An important advantage of the current limiter, in contrast to similar safety devices, is its recoverability. After a short circuit occurred, a resistance appeared on the current limiter, and after 100 ms the key disconnects the network. Then, the current limiter module is cooled in a cryostat (1) in just 30 s, goes back to the superconducting state, and can continue to work.

Еще одним из преимуществ заявленного сверхпроводящего ограничителя тока является то, что он способен ограничивать токи порядка 5 кА.Another advantage of the claimed superconducting current limiter is that it is capable of limiting currents of the order of 5 kA.

Claims (9)

1. Сверхпроводящий ограничитель тока короткого замыкания, характеризующийся тем, что содержит набор установленных в криостате сверхпроводящих модулей ограничителя тока, подводящую и отводящую шины и токовводы, где упомянутые сверхпроводящие модули электрически и механически связаны с подводящей и отводящей шинами с образованием электрического параллельного соединения сверхпроводящих модулей, при этом упомянутые шины снабжены контактными выводами, расположенными на противоположных концах подводящей и отводящей шин и соединенными с токовводами.1. A superconducting short-circuit current limiter, characterized in that it comprises a set of superconducting current limiter modules installed in a cryostat, supply and return buses and current leads, where said superconducting modules are electrically and mechanically connected to the input and output buses to form an electrical parallel connection of the superconducting modules, wherein said tires are provided with contact terminals located at opposite ends of the supply and discharge tires and connected current leads. 2. Ограничитель по п. 1, характеризующийся тем, что сверхпроводящий модуль включает высокотемпературные сверхпроводящие ленты второго поколения.2. The limiter according to claim 1, characterized in that the superconducting module includes second-generation high-temperature superconducting tapes. 3. Ограничитель по п. 2, характеризующийся тем, что сверхпроводящий модуль выполнен в виде пакета соединенных между собой параллельно расположенных лент.3. The limiter according to claim 2, characterized in that the superconducting module is made in the form of a packet of connected together parallel tapes. 4. Ограничитель по п. 2, характеризующийся тем, что сверхпроводящий модуль выполнен в виде пакета соединенных между собой скручиванием лент.4. The limiter according to claim 2, characterized in that the superconducting module is made in the form of a packet of tapes connected together by twisting. 5. Ограничитель по п. 2, характеризующийся тем, что сверхпроводящий модуль выполнен в виде бифилярной катушки из упомянутых лент.5. The limiter according to claim 2, characterized in that the superconducting module is made in the form of a bifilar coil of the said tapes. 6. Ограничитель по п. 1, характеризующийся тем, что криостат выполнен в виде контейнера с крышкой, снабженного криокулером.6. The limiter according to claim 1, characterized in that the cryostat is made in the form of a container with a lid equipped with a cryocooler. 7. Ограничитель по п. 6, характеризующийся тем, что токовводы герметично закреплены в крышке криостата.7. The limiter according to claim 6, characterized in that the current leads are sealed in the cryostat cover. 8. Ограничитель по п. 1, характеризующийся тем, что контактный вывод соединен с токовводом гибкой соединительной шиной.8. The limiter according to claim 1, characterized in that the contact terminal is connected to the current lead by a flexible connecting bus. 9. Ограничитель по п. 1, характеризующийся тем, что сверхпроводящий модуль ограничителя тока включает дополнительную жесткую соединительную шину, установленную между токовводом и контактным выводом отводящей шины, где упомянутая дополнительная шина механически связана с модулем ограничителя без образования электрического соединения, а контактные выводы отводящей и подводящей шин развернуты к центру упомянутого пакета сверхпроводящих модулей.9. The limiter according to claim 1, characterized in that the superconducting current limiter module includes an additional rigid connecting bus installed between the current lead and the output terminal of the outlet bus, where the said additional bus is mechanically connected to the limiter module without forming an electrical connection, and the contact leads of the outlet and the supply bus are deployed to the center of the package of superconducting modules.
RU2017109729A 2017-03-23 2017-03-23 Superconducting fault current limiter RU2639316C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017109729A RU2639316C1 (en) 2017-03-23 2017-03-23 Superconducting fault current limiter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017109729A RU2639316C1 (en) 2017-03-23 2017-03-23 Superconducting fault current limiter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2639316C1 true RU2639316C1 (en) 2017-12-21

Family

ID=63857220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017109729A RU2639316C1 (en) 2017-03-23 2017-03-23 Superconducting fault current limiter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2639316C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691746C1 (en) * 2018-11-29 2019-06-18 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Current-limiting device based on high-temperature superconductivity
RU2702616C1 (en) * 2018-11-29 2019-10-09 Общество С Ограниченной Ответственностью "С-Инновации" (Ооо "С-Инновации") Method of making electrical contact connection
RU193909U1 (en) * 2019-09-05 2019-11-21 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") HIGH VOLTAGE CURRENT LIMITING DEVICE BASED ON HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTIVITY
RU2731750C1 (en) * 2019-12-02 2020-09-08 Общество С Ограниченной Ответственностью "С-Инновации" (Ооо "С-Инновации") Method of making electrical contact connection
RU208602U1 (en) * 2021-06-22 2021-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Superconducting current limiting device for voltage class up to 1000 V
RU209772U1 (en) * 2020-08-17 2022-03-23 Акционерное Общество "Наука И Инновации" Superconducting short-circuit current limiter
RU2770419C1 (en) * 2021-12-21 2022-04-18 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные технологии защиты" High-voltage fuse with a high-temperature superconducting insert and a current limiter with such a fuse

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2126568C1 (en) * 1994-09-29 1999-02-20 Абб Рисерч Лтд. Device limiting electric current
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
US7345858B2 (en) * 2003-09-30 2008-03-18 Lg Industrial Systems Co., Ltd. Resistive superconducting fault current limiter
RU99906U1 (en) * 2010-06-02 2010-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "СПИН" SUPERCONDUCTING SHORT-CURRENT LIMITER
RU2587680C1 (en) * 2015-04-07 2016-06-20 Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс") Superconducting current limiter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2126568C1 (en) * 1994-09-29 1999-02-20 Абб Рисерч Лтд. Device limiting electric current
US7345858B2 (en) * 2003-09-30 2008-03-18 Lg Industrial Systems Co., Ltd. Resistive superconducting fault 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
RU99906U1 (en) * 2010-06-02 2010-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "СПИН" SUPERCONDUCTING SHORT-CURRENT LIMITER
RU2587680C1 (en) * 2015-04-07 2016-06-20 Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс") Superconducting current limiter

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691746C1 (en) * 2018-11-29 2019-06-18 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") Current-limiting device based on high-temperature superconductivity
RU2702616C1 (en) * 2018-11-29 2019-10-09 Общество С Ограниченной Ответственностью "С-Инновации" (Ооо "С-Инновации") Method of making electrical contact connection
RU193909U1 (en) * 2019-09-05 2019-11-21 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") HIGH VOLTAGE CURRENT LIMITING DEVICE BASED ON HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTIVITY
RU2731750C1 (en) * 2019-12-02 2020-09-08 Общество С Ограниченной Ответственностью "С-Инновации" (Ооо "С-Инновации") Method of making electrical contact connection
RU209772U1 (en) * 2020-08-17 2022-03-23 Акционерное Общество "Наука И Инновации" Superconducting short-circuit current limiter
RU208602U1 (en) * 2021-06-22 2021-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Superconducting current limiting device for voltage class up to 1000 V
RU2770419C1 (en) * 2021-12-21 2022-04-18 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные технологии защиты" High-voltage fuse with a high-temperature superconducting insert and a current limiter with such a fuse

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2639316C1 (en) Superconducting fault current limiter
US7902461B2 (en) Fault current limiting HTS cable and method of configuring same
JP4620637B2 (en) Resistive superconducting fault current limiter
KR101548404B1 (en) Conductor arrangement for a resistive switching element having at least two composite conductors made from superconducting conductor bands
US6275365B1 (en) Resistive fault current limiter
US7724482B2 (en) Parallel HTS transformer device
US20080194411A1 (en) HTS Wire
Hyun et al. 6.6 kV resistive superconducting fault current limiter based on YBCO films
US20100019776A1 (en) Method for analyzing superconducting wire
Rozenshtein et al. Saturated cores FCL—A new approach
Yasuda et al. Research & development of superconducting fault current limiter in Japan
Schmidt et al. Design and test of current limiting modules using YBCO-coated conductors
US20080190646A1 (en) Parallel connected hts fcl device
US20150357814A1 (en) Fault Current Limiter
Kozak et al. Design and tests of coreless inductive superconducting fault current limiter
Tixador et al. Hybrid superconducting AC fault current limiter principle and previous studies
KR100717351B1 (en) Current limiter with superconducting bypass reactor for simultaneous quench
Kozak et al. The 15 kV class inductive SFCL
Omura et al. Current limiting characteristics of parallel-connected coated conductors for high-Tc superconducting fault current limiting transformer (HTc-SFCLT)
Kozak et al. Tests of the 15-kV class coreless superconducting fault current limiter
Yazawa et al. Design and experimental results of three-phase superconducting fault current limiter using highly-resistive YBCO tapes
KR102724289B1 (en) SUPERCONDUCTING FAULT-CURRENT LIMITER MODULE and HIGH TEMPERATURE RESISTIVE TYPE DC FAULT-CURRENT LIMITER
JP3559550B2 (en) Superconducting current limiting module and superconducting current limiting unit
Yazawa et al. 66 kV/1 kA high-T/sub c/superconducting fault current limiter magnet
RU2654538C1 (en) Superconducting input lead