專利名稱：限流器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種特別是低壓和中壓技術的開關網(wǎng)絡的供配電用限流器。
在低壓電網(wǎng)和中壓電網(wǎng)中，迄今為止采用了空氣-氣體絕緣式斷路器來實現(xiàn)供配電。斷路器的接通和斷開是由在不同工作狀態(tài)中的各主導電流決定的。為了安全起見，當在額定電流工作狀態(tài)下超過了預定電流值和在短路工作狀態(tài)時，就中斷供配電。原則上借助機械驅動裝置起動的斷路器是通過觸發(fā)裝置控制的，所述觸發(fā)裝置監(jiān)控現(xiàn)存于電網(wǎng)中的電流情況并在超過預定臨界值時引起斷路。
觸發(fā)裝置逐步通過電子元件得以實現(xiàn)，這些電子元件在較短的時間里結束了被認為有缺陷的工作狀態(tài)，從而大大限制了對電網(wǎng)和與其相連的配電器的損壞。
斷開供電網(wǎng)的時間長短是一個直接與在供電回路中的各裝置部件的電流負載能力參數(shù)成比例的基準參數(shù)。
在西門子EV報告3/97中提出了這樣的建議為了在有缺陷的情況下限制裝置部件的短路電流負荷，采用了所謂的高溫超導限流器。例如，在遠未達到短路電流第一峰值之前，這種限流器通過從超導狀態(tài)轉入正常導電狀態(tài)而限制了短路電流。在這里沒有擬定特殊的短路電流誤差識別措施，這是因為短路電流本身因超導材料溫度升高而造成超過臨界溫度并進而因有效電阻的提高而轉入正常導電狀態(tài)。在這種情況下，人們提到了在較短時間內(nèi)從超導狀態(tài)轉入正常導電狀態(tài)的電阻型限流器。這種限流器的冷卻例如是通過液氮實現(xiàn)的。穩(wěn)定的液氮熱交換曲線基本上由H．Merte和J.A.Clark的測量結果公開了(見《Adv.Cryogen,Engng.》，卷7,P546-P550,1962)。
另外，表面看起來佯謬的事實，即可以通過帶絕熱層的表面涂層明顯抑制過熱物體在液體中的冷卻由Y.Kikuchi、T.Hori和I.Michiyoshi(見《ProceedingsICE9》,Kobe,Japan,1982)和G.Guido等人(AM.J.Phys.60(7),P593-P597,1992)公開了。
基于此，本發(fā)明的任務在于利用與帶有特別是低壓和中壓技術的開關網(wǎng)絡的供配電用超導限流器有關的本身公知的性能并最佳地發(fā)揮開關網(wǎng)絡的功能，同時顯著改善開關網(wǎng)絡的安全性。
根據(jù)本發(fā)明，通過以下特征實現(xiàn)了上述任務該限流器是由一個表面有涂層的導電片構成的，所述導電片主要是由一種適用于高溫超導層沉積的且具有一個涂覆于一側或兩側上的高溫超導層的襯底材料構成的，所述高溫超導層的邊界是由一個與其相連的分流層限定的，在所述襯底材料的自由外表面區(qū)和所述分流層的自由外表面區(qū)上設有一個絕熱外表面層。
在將限流器設計成復層導電片的情況下，滿足了對特別是低壓和中壓領域的開關網(wǎng)絡的要求。之所以有這樣的效果主要是因為，例如在由短期出現(xiàn)的不允許過載引起的斷流后緊接著可以在不允許的過載衰減后重新完全恢復供電。在導熱表面層變差的情況下，當層厚度、導熱性和導電片表面處于適當狀態(tài)時，很快速的傳熱是有效的，傳熱造成很短暫的限流器再冷卻時間。在這種開關網(wǎng)絡中，短于0.5秒的斷流時間還是可以容忍的。由于向涂有超導層的和沒有涂層的襯底材料側面供應冷卻劑，所以絕熱表面層涂覆在兩側面上。
本發(fā)明的有利設計方案規(guī)定了所述表面層是由一個涂漆層實現(xiàn)的；或者所述表面層是由一個環(huán)氧樹脂粘結層實現(xiàn)的，例如它是由一個苯乙烯澆注層(Stycastbeschichtung)實現(xiàn)的。漆層和環(huán)氧樹脂粘結層都是表面層，它們分別是通過簡單方式且用少量工具獲得的。作為涂層材料，可以考慮采用除上述材料外的、其導熱性能大大小于1W/Km的且在快速變化溫度周期內(nèi)也保持附著在導電片上的所有材料。例如，它可以是所謂的“澆注樹脂”、特氟龍等。顯然，這些材料必須是適于低溫的材料。另外，不但超導體而且分流層都不會受化學和/或物理方面的損害。
根據(jù)本發(fā)明的上述有利設計方案，通過下述技術特征獲得了限流器控制方法導電片布置在一個容器內(nèi)且該導電片完全被液氮包圍，導電片被冷卻到77K溫度范圍內(nèi)，導電片在從超導狀態(tài)過渡到正常導電狀態(tài)的過程中造成了長達50微秒的電流中斷。
因此，通過絕對溫度為77K的液氮冷卻電阻型限流器的導電片。在限流過程中，即在從超導狀態(tài)過渡到正常導電狀態(tài)時，高溫傳導層在50微秒內(nèi)散發(fā)出大量熱，以致將其加熱到接近300K的室溫。通過隨后中斷電流(超導體處于正常導電狀態(tài))而不再產(chǎn)生熱量，從而再次通過液氮冷卻導電片。在傳熱過程較差的情況下，在現(xiàn)存的超高溫下的冷卻是在所謂的“液氮的薄膜沸騰區(qū)”內(nèi)實現(xiàn)的，這對應于約1秒的再冷卻時間。而導熱差的導電片表面層產(chǎn)生了一個溫度梯度，所述溫度梯度在其層厚度和導熱性能適當?shù)那闆r下擴大了，以致存在于導電片表面上的主導溫度在所謂的“液氮氣泡沸騰區(qū)”內(nèi)。這對應于縮短了超過50％的再冷卻時間，從而允許限流器有小于0.5秒的恢復時間。為此，這樣的限流器也可被用于在特別是低壓和中壓技術的開關網(wǎng)絡中蓄電。在這種開關網(wǎng)絡中，如此長短的斷電時間還是允許的。
通過一個實施例來進一步描述本發(fā)明，其中簡略地示出了限流器的組成結構。
限流器是由導電片PE實現(xiàn)的，該導電片如橫截面圖所示，被制成層狀結構。在作為載體的襯底材料SK的一側或兩側上涂覆有高溫超導層HS，所述襯底材料事先配有一個未示出且未標出的雙軸向織構型緩沖層，而分流層SS與所述高溫超導層HS相連。所述分流層SS是由一個金屬銀層構成的，但在這里也可以想象到用金層構成上述分流層。對高溫超導層HS來說，所述分流層就象熱-電分流器那樣發(fā)揮著作用且它同時使高溫超導層HS不受外界的化學影響。還可以看到，在導電片PE的兩個外表面區(qū)內(nèi)涂覆有統(tǒng)一的表面層OS。導電片PE完全布置在一池液氮NF中。這樣一來，在不允許的高過流和短路電流的情況下，短暫地減弱了限流器的加熱，從而獲得了快速的重新供電能力。為此，限流器被裝入一個未示出的封閉容器內(nèi)。
權利要求
1．一種特別是低壓和中壓技術的開關網(wǎng)絡的供配電用限流器，其特征在于，該限流器由一個表面有涂層的導電片(PE)構成，所述導電片(PE)主要由一種適合于高溫超導層(HS)沉積的襯底材料(SK)構成，其一側或兩側涂覆高溫超導層(HS)，高溫超導層(HS)的邊界由一個與其相連的分流層(SS)限定，在所述襯底材料(SK)的自由外表面區(qū)和所述分流層(SS)的自由外表面區(qū)上設有一個絕熱外表面層(OS)。
2．如權利要求1所述的開關網(wǎng)絡限流器，其特征在于，所述表面層(OS)由一個涂漆層實現(xiàn)。
3．如權利要求1所述的開關網(wǎng)絡限流器，其特征在于，所述表面層(OS)由一個環(huán)氧樹脂粘結層實現(xiàn)，例如由一個苯乙烯澆注層實現(xiàn)。
4．一種控制如權利要求1和2以及權利要求1和3所述的限流器的方法，其特征在于，導電片(PE)布置在一個容器內(nèi)且該導電片完全被液氮(NE)包圍，導電片(PE)被冷卻到77K溫度范圍，導電片(PE)在從超導狀態(tài)過渡到正常導電狀態(tài)的過程中，電流中斷在50微秒左右。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特別是低壓和中壓技術的開關網(wǎng)絡的供配電用限流器。該限流器是由一個其核心是一種適于高溫超導層沉積的襯底材料(SK)的導電片(PE)構成的,通過一個分流層(SS)封閉所述襯底材料的一側或兩側,所述襯底材料從外面被一個整體型絕熱表面層(OS)包圍著,所述限流器完全被作為冷卻劑的液氮(NF)包圍著。這樣的電阻型限流器尤其是在低壓和中壓技術的開關網(wǎng)絡中被用于供配電。
文檔編號H01L39/16GK1218300SQ9812582
公開日1999年6月2日 申請日期1998年11月11日 優(yōu)先權日1997年11月11日
發(fā)明者斯蒂芬·費希爾 申請人:西門子公司