專利名稱：具有可變旁路阻抗的超導(dǎo)故障電流限制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種電流限制器，更具體而言，涉及一種超導(dǎo)故障電流限制器，其具有與超導(dǎo)元件并聯(lián)連接的可變旁路阻抗，以有助于在負(fù)載下恢復(fù)超導(dǎo)元件。
背景技術(shù)：
電流限制裝置在電力傳輸和配電系統(tǒng)中是關(guān)鍵性的。出于各種原因，例如雷擊，短路狀態(tài)可能在一段電網(wǎng)中導(dǎo)致電流急劇波動(dòng)。這個(gè)電流波動(dòng)常常稱為故障電流，如果它超過整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部署的開關(guān)設(shè)備的保護(hù)能力，可能對(duì)電網(wǎng)設(shè)備和連接到系統(tǒng)的客戶負(fù)載造成災(zāi)難性傷害。由于能夠操縱其以在特定工作條件下實(shí)現(xiàn)“可變阻抗”效應(yīng)的固有性質(zhì)，超導(dǎo)體，尤其是高溫超導(dǎo)(HTS)材料，非常適用于電流限制裝置中。在一定溫度和外部磁場(chǎng)范圍(SP，“臨界溫度”(T。)和“臨界磁場(chǎng)”(H。)范圍)之內(nèi)操作時(shí)，如果流經(jīng)的電流低于特定閾值卿，臨界電流水平I。)，超導(dǎo)體表現(xiàn)出沒有電阻，因此被稱為處于“超導(dǎo)狀態(tài)”中。不過，如果電流超過這個(gè)臨界電流水平，超導(dǎo)體將經(jīng)歷從其超導(dǎo)狀態(tài)到“正常電阻狀態(tài)”的變換。超導(dǎo)體從其超導(dǎo)狀態(tài)到正常電阻狀態(tài)的這種變換稱為“失超”。如果三個(gè)因素，即工作溫度、外部磁場(chǎng)或電流水平之一或任何組合超過對(duì)應(yīng)的臨界水平，可能會(huì)發(fā)生失超。利用這三個(gè)因素的任一個(gè)或組合誘發(fā)和/或迫使超導(dǎo)體失超的機(jī)制通常稱為觸發(fā)機(jī)制。超導(dǎo)體一旦失超，可以通過使工作環(huán)境進(jìn)入其臨界電流、臨界溫度和臨界磁場(chǎng)范圍的邊界之內(nèi)使其回到其超導(dǎo)狀態(tài)，條件是在超導(dǎo)體失超期間未產(chǎn)生熱或結(jié)構(gòu)損傷。與工作于液氦溫度(4° K)附近的低溫超導(dǎo)(LTS)材料相比，HTS材料能夠工作在液氮溫度(77° K)附近。因此，操控HTS材料的性質(zhì)容易得多，因?yàn)槠涔ぷ鳒囟确秶叨鴮?。?duì)于一些HTS材料，例如體BSCCO、YBCO和MgB2，在超導(dǎo)體體積之內(nèi)常常有制造工藝導(dǎo)致的不均勻區(qū)域。這樣的不均勻區(qū)域能夠在超過超導(dǎo)體臨界電流水平的電流浪涌期間·演變成所謂的“熱點(diǎn)”。實(shí)質(zhì)上，在電流導(dǎo)致的失超初始階段，由于不均勻的原因，超導(dǎo)體體積的一些區(qū)域變得有電阻。電阻區(qū)域?qū)⒃谶@些不均勻區(qū)域從其關(guān)聯(lián)的i2r損耗發(fā)熱。如果產(chǎn)生的熱不能充分快地傳播到其周圍區(qū)域和環(huán)境，局部發(fā)熱將損傷超導(dǎo)體，可能導(dǎo)致整個(gè)超導(dǎo)體元件的破壞(燒壞)。2003 年 I2 月 I6 日授權(quán)的題為 “Matrix-Type Superconducting FaultCurrent-limiter”,轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國專利證No. 6664875 (在此通過引用將其全文并入本文)使用一種組合了全部三個(gè)超導(dǎo)體失超因素(即電流、磁場(chǎng)和溫度)的機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)電流限制期間超導(dǎo)體的更均勻失超。這種所謂的矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器(MFCL)概念能夠顯著減小體超導(dǎo)材料中由于超導(dǎo)體體積中存在非均勻性造成的燒壞風(fēng)險(xiǎn)。此外，通過內(nèi)置矩陣設(shè)計(jì)以無源方式進(jìn)行MFCL電流限制阻抗的故障檢測(cè)和后續(xù)激活，無需有源控制機(jī)制的輔助。這使得針對(duì)寬范圍的可能電流限制應(yīng)用，更容易設(shè)計(jì)、構(gòu)造和操作基于MFCL概念的故障電流限制器。利用旁路阻抗將電流從HTS元件轉(zhuǎn)移到旁路阻抗，使高故障電流造成的HTS材料中的過熱最小化。在某些超導(dǎo)故障電流限制器(SCFCL)設(shè)計(jì)中，使用了兩個(gè)外部繞組(線圈)，一個(gè)產(chǎn)生觸發(fā)磁場(chǎng)，一個(gè)作為旁路阻抗。由于每個(gè)HTS元件使用兩個(gè)線圈，造成部件(部分)數(shù)量大，增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，在可制造性、尺寸、重量、繞組和互連功率損耗以及高壓設(shè)計(jì)方面存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)而言之，在一個(gè)方面中，本發(fā)明包括超導(dǎo)故障電流限制器，其包括超導(dǎo)元件和至少一個(gè)與超導(dǎo)元件并聯(lián)電耦合的可變阻抗旁路。超導(dǎo)元件被配置成至少部分以電阻或電感方式限制通過其的故障電流，至少一個(gè)可變阻抗旁路被配置成在超導(dǎo)元件的超導(dǎo)狀態(tài)期間呈現(xiàn)第一阻抗，在超導(dǎo)元件從正常電阻狀態(tài)恢復(fù)變換到超導(dǎo)狀態(tài)期間呈現(xiàn)第二阻抗。在工作中，超導(dǎo)元件響應(yīng)于故障電流從超導(dǎo)狀態(tài)變換到正常電阻狀態(tài)，響應(yīng)于這種過程，所述至少一個(gè)可變阻抗旁路從第一阻抗變換到第二阻抗，其中第二阻抗是比第一阻抗更低的阻抗。所述至少一個(gè)可變阻抗旁路從第一阻抗變換到第二阻抗，方便了超導(dǎo)元件在負(fù)載下從正常電阻狀態(tài)恢復(fù)變換到超導(dǎo)狀態(tài)期間電流流經(jīng)至少一個(gè)可變阻抗旁路。在另一方面中，這里提供了一種超導(dǎo)故障電流限制器，其包括多個(gè)串聯(lián)電連接的電流限制模塊。每個(gè)電流限制模塊包括至少一個(gè)超導(dǎo)元件，每個(gè)超導(dǎo)元件包括至少一個(gè)超導(dǎo)體段，所述超導(dǎo)體段被配置成通過從超導(dǎo)狀態(tài)變換到正常電阻狀態(tài)，至少部分限制通過其的故障電流。超導(dǎo)故障電流限制器還包括多個(gè)可變阻抗旁路。每個(gè)可變阻抗旁路與多個(gè)電流限制模塊的相應(yīng)電流限制模塊相關(guān)聯(lián)，并被配置成在故障電流期間呈現(xiàn)第一阻抗，在關(guān)聯(lián)電流限制模塊的至少一個(gè)超導(dǎo)元件的至少一個(gè)超導(dǎo)體段從正常電阻狀態(tài)恢復(fù)變換到超導(dǎo)狀態(tài)期間呈現(xiàn)第二阻抗。多個(gè)電流限制模塊的超導(dǎo)體段共同通過從超導(dǎo)狀態(tài)變換到正常電阻狀態(tài)限制故障電流，響應(yīng)于這種變換，所述多個(gè)可變阻抗旁路從第一阻抗變換到第二阻抗，其中第二阻抗是比第一阻抗更低的旁路阻抗。這樣變換到第二阻抗有助于在相應(yīng)電流限制模塊的至少一個(gè)超導(dǎo)元件恢復(fù)變換到超導(dǎo)狀態(tài)期間電流流經(jīng)相應(yīng)的可變阻抗旁路，由此有助于至少一個(gè)超導(dǎo)元件在負(fù)載下恢復(fù)。在另一方面中，提供了一種制造超導(dǎo)故障電流限制器的方法。該方法包括并聯(lián)電連接超導(dǎo)元件和至少一個(gè)可變阻抗旁路，所述超導(dǎo)元件被配置成通過從超導(dǎo)狀態(tài)變換到正常電阻狀態(tài)至少部分以電阻或電感方式限制通過其的故障電流，制造所述至少一個(gè)可變阻抗旁路以在故障電流期間呈現(xiàn)第一阻抗，在所述超導(dǎo)元件從正常電阻狀態(tài)恢復(fù)變換回超導(dǎo)狀態(tài)期間呈現(xiàn)第二阻抗；并且其中所述至少一個(gè)可變阻抗旁路的第二阻抗是比所述第一阻抗更低的阻抗，所述至少一個(gè)可變阻抗旁路從所述第一阻抗變換到所述第二阻抗有助于在限制故障電流之后所述超導(dǎo)元件從正常電阻狀態(tài)變換回超導(dǎo)狀態(tài)期間電流流經(jīng)至少一個(gè)可變阻抗旁路，由此有助于所述超導(dǎo)元件在負(fù)載下恢復(fù)。此外，通過本發(fā)明的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了額外特征和優(yōu)點(diǎn)。在這里詳細(xì)描述了本發(fā)明的其他實(shí)施例和方面，并且所述其他實(shí)施例和方面被認(rèn)為是所請(qǐng)求發(fā)明的一部分。


在結(jié)束說明書時(shí)，在權(quán)利要求中具體指出并清楚主張了被視為本發(fā)明的主題。結(jié)合附圖，從以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的以上和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見，在附圖中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面要用于超導(dǎo)故障電流限制器中的高溫超導(dǎo)體段的一個(gè)實(shí)施例；圖2是根據(jù)本發(fā)明一方面的電氣系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的不意圖,所述電氣系統(tǒng)例如是配電系統(tǒng)，采用一個(gè)或多個(gè)超導(dǎo)故障電流限制器； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一方面的超導(dǎo)故障電流限制器的一種操作實(shí)施的流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一方面的矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器的示意圖，其中可變阻抗旁路與矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器的每個(gè)電流限制模塊之內(nèi)的超導(dǎo)元件并聯(lián)耦合；圖5A是根據(jù)本發(fā)明的一方面的另一種矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器實(shí)施方式的部分正視圖；圖5B是根據(jù)本發(fā)明的一方面圖5A的矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器的部分分解部分透視圖；圖6A-6C示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面，用于諸如圖2所示的超導(dǎo)故障電流限制器的可變阻抗旁路的一個(gè)實(shí)施例；圖7A-7B示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面，用于諸如圖2所示的超導(dǎo)故障電流限制器的可變阻抗旁路的替代實(shí)施例；圖8A是針對(duì)軟磁材料和硬磁材料繪示磁性相對(duì)于磁場(chǎng)強(qiáng)度的典型磁滯回線的曲線圖；圖SB示出了非線性磁性材料，例如鐵的典型磁滯回線；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面，用于諸如圖2所示的超導(dǎo)故障電流限制器的可變阻抗旁路的另一實(shí)施例；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面，用于諸如圖2所示的超導(dǎo)故障電流限制器的可變阻抗旁路的替代實(shí)施例；圖11是根據(jù)本發(fā)明的一方面超導(dǎo)故障電流限制器另一實(shí)施例的示意圖，其中飽和控制的可變阻抗旁路與超導(dǎo)元件并聯(lián)電連接；圖12是根據(jù)本發(fā)明的一方面超導(dǎo)故障電流限制器替代實(shí)施例的示意圖，其中飽和控制的可變阻抗旁路和固定阻抗都與超導(dǎo)元件并聯(lián)電連接；圖13是根據(jù)本發(fā)明的一方面超導(dǎo)故障電流限制器另一實(shí)施例的示意圖，其中多個(gè)串聯(lián)連接的可變阻抗旁路級(jí)與超導(dǎo)元件并聯(lián)電連接；圖14是根據(jù)本發(fā)明的一方面超導(dǎo)故障電流限制器另一實(shí)施例的示意圖，其中飽和控制器被示為包括DC飽和控制器，其控制與超導(dǎo)元件并聯(lián)電連接的可變阻抗旁路的飽和；
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面圖14的可變阻抗旁路的一個(gè)實(shí)施例，其中旁路線圈和飽和線圈都部分圍繞公共的圓環(huán)形可飽和鐵芯；圖16是根據(jù)本發(fā)明的一方面超導(dǎo)故障電流限制器替代實(shí)施例的示意圖，其中飽和控制器被示為包括AC飽和控制器，其控制與超導(dǎo)元件并聯(lián)電連接的可變阻抗旁路的飽和；圖17是根據(jù)本發(fā)明的一方面超導(dǎo)故障電流限制器另一實(shí)施例的示意圖，其中飽和控制器被示為包括頻率飽和控制器，其控制與超導(dǎo)元件并聯(lián)電連接的可變阻抗旁路的飽和；以及圖18A-18D示出了根據(jù)本發(fā)明一方面的飽和控制布置的替代實(shí)施例，用于間接，磁場(chǎng)觸發(fā)可變阻抗旁路可飽和鐵芯的飽和，以有助于在超導(dǎo)元件的恢復(fù)過程期間旁路從第一阻抗變換到第二阻抗。
具體實(shí)施方式
各種在先的申請(qǐng)和專利都集中于用于超導(dǎo)故障電流限制器的失超觸發(fā)機(jī)制。例如，參考美國專利證No. 6809910,6958893,7283339和7440244，在此通過引用將其每個(gè)都全文并入本文。相反，本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)故障電流限制器，在限制故障電流之后，在負(fù)載下超導(dǎo)元件的恢復(fù)得到增強(qiáng)。一些超導(dǎo)故障電流限制器拓?fù)洳捎貌⒙?lián)阻抗電抗來進(jìn)一步限制故障電流，并在超導(dǎo)元件將其阻抗?fàn)顟B(tài)從超導(dǎo)狀態(tài)變?yōu)檎ｋ娮锠顟B(tài)時(shí)允許一定量的電流流動(dòng)。如果采用旁路電抗，需要高阻抗值以便增大故障限制期間的失超動(dòng)力。不過，在發(fā)生故障狀態(tài)之后以及在超導(dǎo)元件的恢復(fù)時(shí)間期間，不希望有高旁路電抗，因?yàn)樗沟脧恼ｋ娮锠顟B(tài)到超導(dǎo)狀態(tài)的恢復(fù)過程更加困難。于是，下文描述了超導(dǎo)故障電流限制器，具有與其超導(dǎo)元件并聯(lián)的可變阻抗旁路，在故障變換期間呈現(xiàn)高阻抗，在超導(dǎo)元件恢復(fù)過程期間，在故障電流失超之后，呈現(xiàn)出不同的更低(或最小)阻抗?？梢岳萌魏蔚蜏鼗蚋邷爻瑢?dǎo)材料采用這里描述的超導(dǎo)故障電流限制器。不過，優(yōu)點(diǎn)是采用高溫超導(dǎo)體(HTS)作為這里提出的超導(dǎo)故障電流限制器的超導(dǎo)元件之內(nèi)的超導(dǎo)體段獲得的。當(dāng)今能夠?qū)⑦@樣的導(dǎo)體配置成響應(yīng)于故障電流自我觸發(fā)，亦即，基于故障電流自身的更高電流值將狀態(tài)從超導(dǎo)狀態(tài)變?yōu)檎ｋ娮锠顟B(tài)，以限制故障電流。在進(jìn)一步描述超導(dǎo)故障電流限制器之前，下文參考圖I描述用于超導(dǎo)元件(例如這里所述)的HTS超導(dǎo)體段。參考圖1，示出了 HTS導(dǎo)體100的一般分層結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明，可以將其用作超導(dǎo)故障電流限制器的超導(dǎo)元件或超導(dǎo)元件的一部分(例如，與多個(gè)這樣的超導(dǎo)體段并聯(lián))。HTS導(dǎo)體100包括襯底110、覆蓋襯底110的緩沖層IlUHTS層112，繼之以覆蓋層114(典型為貴金屬層)和穩(wěn)定器層116 (典型為非貴金屬)。在圖I中所示的實(shí)施例中，將緩沖層111、HTS層112、覆蓋層114和穩(wěn)定器層116統(tǒng)稱為超導(dǎo)區(qū)域，如圖所示，它們是沿著襯底110的一個(gè)主表面設(shè)置的。襯底110典型為帶狀配置，具有高的長(zhǎng)寬比。例如，帶的寬度一般大約為2_12mm的數(shù)量級(jí)，帶的長(zhǎng)度通常至少約為100m，最典型地，大于約500m。因此，襯底可以具有相當(dāng)高的長(zhǎng)寬比，大約不小于103，甚至不小于104。某些實(shí)施例更長(zhǎng)，長(zhǎng)寬比為IO5甚至更高。如這里使用的，使用術(shù)語“長(zhǎng)寬比”表示襯底或帶的長(zhǎng)度與次長(zhǎng)的尺度，即襯底或帶的寬度之比。在一個(gè)實(shí)施例中，處理襯底，以便具有接下來沉積HTS帶的組元層希望的表面性質(zhì)。例如，可以將表面輕度拋光到期望的平坦度和表面粗糙度。此外，可以處理襯底以具有現(xiàn)有技術(shù)中理解的雙軸紋理，例如通過已知的RABiTS (輥輔助的雙軸紋理襯底)技術(shù)。轉(zhuǎn)到緩沖層111，緩沖層可以是單層，或者更常見的，由幾個(gè)膜構(gòu)成。最典型地，緩沖層包括雙軸紋理膜，其具有晶體織構(gòu)，一般是沿著膜的面內(nèi)和面外晶軸對(duì)準(zhǔn)的。可以通過IBAD實(shí)現(xiàn)這樣的雙軸織構(gòu)化。如現(xiàn)有技術(shù)中所知的，IBAD是離子束輔助沉積的縮寫，可以有利地利用這種技術(shù)以形成適當(dāng)織構(gòu)化的緩沖層，用于接下來形成具有期望結(jié)晶取向的HTS層，實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的超導(dǎo)性。氧化鎂是用于IBAD膜的典型首選材料，可以為大約50到500埃，例如50到200埃。通常，IBAD膜具有巖鹽狀的晶體結(jié)構(gòu)，如美國專利No. 6190752中定義和描述的，在此通過引用將其全文并入。 緩沖層可以包括額外的膜，例如阻擋膜，提供阻擋膜以直接接觸并置于IBAD和襯底之間。就此而言，可以有利地由氧化物，例如氧化釔形成阻擋膜，并用于將襯底與IBAD膜隔離開。也可以由非氧化物，例如氮化硅和碳化硅形成阻擋膜。用于沉積阻擋膜的適當(dāng)技術(shù)包括化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積，包括濺射。阻擋膜的典型厚度可以在大約100-200埃的范圍之內(nèi)。再者，緩沖層還可以包括IBAD膜上方形成的外延生長(zhǎng)膜。在當(dāng)前語境中，外延生長(zhǎng)膜可用于增大IBAD膜的厚度，理想地，可以在原理上由用于IBAD層的相同材料，例如MgO制造。在利用基于MgO的IBAD膜和/或外延膜的實(shí)施例中，存在著MgO材料和超導(dǎo)層材料之間的晶格失配。因此，緩沖層還可以包括另一緩沖膜，實(shí)現(xiàn)這個(gè)緩沖膜尤其是為了減小HTS層和下方IBAD膜和/或外延膜之間晶格常數(shù)的失配。這個(gè)緩沖膜可以由諸如YSZ (氧化釔-穩(wěn)定二氧化鋯)、鍶釕酸鹽、鑭錳酸鹽，以及一般地，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的陶瓷材料形成?？梢酝ㄟ^各種物理氣相沉積技術(shù)沉積緩沖膜。盡管上文在原則上集中于通過諸如IBAD的織構(gòu)化過程實(shí)現(xiàn)緩沖堆棧(層)中雙軸織構(gòu)膜，或者，襯底表面自身可以是雙軸織構(gòu)的。在這種情況下，一般在織構(gòu)襯底上外延生長(zhǎng)緩沖層，以便保留緩沖層中的雙軸織構(gòu)。一種形成雙軸織構(gòu)襯底的過程是現(xiàn)有技術(shù)中一般都知道的過程，如RABiTS (輥輔助雙軸織構(gòu)襯底)。高溫超導(dǎo)體(HTS)層112通常是從在液氮溫度，77° K以上表現(xiàn)出超導(dǎo)性質(zhì)的任何高溫超導(dǎo)材料中選擇的。這樣的材料可以包括，例如，YBa2Cu307_x，Bi2Sr2Ca2Cu3Oloty, Ti2Ba2Ca2Cu3010+y,和HgBa2Ca2Cu308+y。一類材料包括REBa2Cu307_x，其中RE是稀土元素。在前述材料中，可以有利地使用YBa2Cu307_x，一般也稱為YBCO。HTS層112可以由各種技術(shù)的任一種形成，包括厚膜和薄膜形成技術(shù)。優(yōu)選地，可以使用薄膜物理氣相沉積技術(shù)，例如脈沖激光沉積(PLD)實(shí)現(xiàn)高沉積速率，或者可以使用化學(xué)氣相沉積技術(shù)用于更低成本和更大表面面積處理。典型地，HTS層的厚度大約為I到約30微米，最典型地大約為2到約20微米，例如大約2到約10微米，以便得到與HTS層112相關(guān)聯(lián)的期望電流額定值。一般實(shí)施覆蓋層114和穩(wěn)定器層116是為了電氣穩(wěn)定化，亦即，輔助實(shí)際使用中的HTS燒壞保護(hù)。更具體而言，在冷卻失效或超過臨界電流密度的情況下，層114和116對(duì)電荷沿HTS導(dǎo)體的連續(xù)流動(dòng)有幫助，HTS層從超導(dǎo)狀態(tài)移動(dòng)，變?yōu)橛须娮?。典型地，將貴金屬用于覆蓋層114，以防止穩(wěn)定器層和HTS層112之間不希望有的相互作用。典型的貴金屬包括金、銀、鉬和鈀。由于其成本和常見性，通常使用銀。通常將覆蓋層114制造得很厚，以防止成分從穩(wěn)定器層116不希望地?cái)U(kuò)散到HTS層112中，但出于成本的原因(原材料和處理成本)，一般做成較薄。覆蓋層114的典型厚度在大約O. I到大約10. O微米的范圍中，例如O. 5到大約5. O微米?？梢允褂酶鞣N技術(shù)沉積覆蓋層114，包括物理氣相沉積，例如DC磁控濺射。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的特定特征，并入了穩(wěn)定器層116以覆蓋超導(dǎo)層112，具體而言，覆蓋并直接接觸圖I中所示實(shí)施例中的覆蓋層114。穩(wěn)定器層116充當(dāng)保護(hù)/旁路層，以增強(qiáng)相對(duì)于惡劣環(huán)境條件和超導(dǎo)失超的穩(wěn)定性。該層一般是致密的，并且導(dǎo)熱導(dǎo)電，用于在超導(dǎo)層中故障時(shí)使電流旁路。常規(guī)上，通過利用諸如焊錫或焊劑的中間結(jié)合材料，通過向超導(dǎo)帶上層壓預(yù)先形成的銅帶，來形成這樣的層。其他技術(shù)集中于物理氣相沉積上，典型為濺鍍。不過,這樣的涂敷技術(shù)成本高,對(duì)于大尺度生產(chǎn)活動(dòng)而言經(jīng)濟(jì)上并不特別可行。根據(jù)實(shí)施例的特定特征，通過電鍍形成穩(wěn)定器層116。根據(jù)這種技術(shù)，可以使用電鍍?cè)诔瑢?dǎo)帶上迅速構(gòu)建起厚層材料，這是成本相對(duì)較低的過程，能夠有效地產(chǎn)生導(dǎo)熱導(dǎo)電金屬的致密層。根據(jù)一個(gè)特征，無需利用或依賴于且不使用中間結(jié)合層，例如熔點(diǎn)低于約300°C的焊錫層(包 括焊劑)來沉積穩(wěn)定器層。一般通過在包含要沉積金屬的離子的溶液中沉浸超導(dǎo)帶來執(zhí)行電鍍(也稱為電沉積)。帶的表面連接到外部電源，電流通過表面?zhèn)鬟f到溶液中，導(dǎo)致金屬離子(Mz_)與電子Ce-)反應(yīng)以形成金屬(M)，其中Mz^ze-=M覆蓋層114充當(dāng)用于在其上沉積銅的第二層。在電鍍穩(wěn)定器金屬的特定情況下，一般在包含銅離子的溶液中，例如在硫酸銅溶液中沉浸超導(dǎo)帶。與覆蓋層114形成電接觸并傳遞電流，使得在覆蓋層114的表面上發(fā)生反應(yīng)Cu2++2e_ — Cu。覆蓋層114充當(dāng)溶液中的陰極，從而將金屬離子還原成Cu金屬原子并沉積在帶上。另一方面，在溶液中放置含銅的陽極，在此發(fā)生氧化反應(yīng)，使得銅離子進(jìn)入溶液中，在陰極處發(fā)生還原并沉積。在沒有任何二次反應(yīng)的情況下，在電鍍期間提供給導(dǎo)電表面的電流與沉積的金屬量成正比(法拉第電解定律)。使用這種關(guān)系，能夠容易地控制形成穩(wěn)定器層116的被沉積材料的質(zhì)量，因此控制其厚度。盡管前文一般參考了銅，但要指出，也可以利用其他金屬，包括鋁、銀、金和其他導(dǎo)熱導(dǎo)電的金屬。不過，一般希望利用非貴金屬降低形成超導(dǎo)帶的總體材料成本。盡管以上描述和圖I描述了沿超導(dǎo)帶一側(cè)形成穩(wěn)定器層116的電鍍，但還要指出，也可以涂布超導(dǎo)帶的相對(duì)主要側(cè)面，實(shí)際上，可以涂布結(jié)構(gòu)整體以便將其封裝起來。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將注意到，圖I中HTS導(dǎo)體100的以上描述僅僅是通過舉例提供的。下文論述的超導(dǎo)元件可以利用任何適當(dāng)?shù)某瑢?dǎo)帶或體材料，而不脫離隨本文提供的權(quán)利要求的范圍。圖2是根據(jù)本發(fā)明一方面的電氣系統(tǒng)200的一個(gè)實(shí)施例的不意圖，電氣系統(tǒng)例如是配電系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)，包括一個(gè)或多個(gè)超導(dǎo)故障電流限制器210。作為一個(gè)范例，電氣系統(tǒng)為電網(wǎng)，其中跨過傳輸和/或配電線路(具有系統(tǒng)阻抗221)和超導(dǎo)故障電流限制器210向負(fù)載阻抗230供應(yīng)系統(tǒng)電壓220。超導(dǎo)故障電流限制器210包括超導(dǎo)元件240和與其并聯(lián)電連接的可變阻抗旁路250。如圖所示，可以任選地提供控制器260以控制可變阻抗旁路(例如)從第一更高阻抗變換到第二更低阻抗并返回，如下文進(jìn)一步解釋?？刂破?60的存在和實(shí)現(xiàn)取決于所采用的可變阻抗旁路的特定實(shí)施。(例如，在各種實(shí)施中，控制器260可以包括計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制器，以及電流和/或電壓傳感器，用于通過可變阻抗旁路控制阻抗。)有些可變阻抗旁路將不需要控制機(jī)構(gòu)，因?yàn)樗鼈児逃械乇慌渲贸身憫?yīng)于限制更高的故障電流從第一阻抗變換到第二阻抗。如圖所示，負(fù)載電流込(t)為負(fù)載阻抗230供電。在發(fā)生故障電流270時(shí)，例如短路故障電流If (t)，由于短路，總電流It (t)顯著增大。在這里描述的實(shí)施例中，超導(dǎo)故障電流限制器，尤其是超導(dǎo)元件240，被配置成通過從超導(dǎo)狀態(tài)失超或變換到正常電阻狀態(tài)來以電阻方式限制這種故障電流。圖3是超導(dǎo)故障電流限制器，例如上文結(jié)合圖2所述的超導(dǎo)故障電流限制器的操作實(shí)施例的流程圖。如圖所示，超導(dǎo)元件通常工作于超導(dǎo)狀態(tài)中，與其并聯(lián)的可變阻抗旁路呈現(xiàn)第一高阻抗300。在電氣系統(tǒng)310之內(nèi)出現(xiàn)故障電流時(shí)，超導(dǎo)元件通過從超導(dǎo)狀態(tài)變換到正常電阻狀態(tài)做出響應(yīng)，以通過使超導(dǎo)體320的失超限制電流。接下來，在超導(dǎo)元件的恢 復(fù)過程期間，可變阻抗旁路從表現(xiàn)出第一高阻抗變換(或被變換)到表現(xiàn)第二低阻抗，以有助于電流流經(jīng)旁路，因此，有助于超導(dǎo)元件在負(fù)載330下恢復(fù)。一旦超導(dǎo)元件恢復(fù)到預(yù)定義的最小電流水平(或通常通過超導(dǎo)元件的電流的最小百分比)，可變阻抗旁路就從第二低阻抗變換回第一高阻抗340。這樣確保了在超導(dǎo)元件完全恢復(fù)到超導(dǎo)狀態(tài)(在限制第一故障電流之后)之前如果發(fā)生第二故障電流，可變阻抗旁路處在第一高阻抗水平。如上所述，(根據(jù)本發(fā)明的)超導(dǎo)故障電流限制器至少包括一個(gè)超導(dǎo)元件，例如HTS元件，與可變阻抗旁路并聯(lián)耦合?？勺冏杩古月?在一個(gè)實(shí)施例中)包括與超導(dǎo)元件并聯(lián)耦合的旁路線圈，以形成超導(dǎo)故障電流限制器的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。如下文進(jìn)一步所述，可以利用若干不同方式實(shí)現(xiàn)旁路線圈的可變阻抗，包括旁路線圈相對(duì)于關(guān)聯(lián)鐵芯的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，或關(guān)聯(lián)鐵芯的受控飽和。在正常工作條件下，超導(dǎo)元件將沒有電阻，于是所有電流將流經(jīng)它。因此，在整個(gè)裝置兩端沒有電壓降，并聯(lián)連接的可變阻抗旁路將沒有電流流過。不過，一旦產(chǎn)生了故障電流，電流浪涌將超過超導(dǎo)元件的臨界電流水平，導(dǎo)致它立即失超，于是在可變阻抗旁路兩端產(chǎn)生充分大的電壓降，導(dǎo)致總電流的一部分傳輸進(jìn)入旁路中。旁路將用于限制超導(dǎo)體產(chǎn)生的電壓，并將分享總的電流負(fù)載，以確保超導(dǎo)體不會(huì)過熱，并能在一旦消除或部分消除故障時(shí)迅速返回其正常狀態(tài)。有利地，控制旁路，使其阻抗在超導(dǎo)體從故障電流恢復(fù)過程的至少一部分期間變化。具體而言，可變阻抗旁路從第一高阻抗水平變換到第二低阻抗水平以有助于初始恢復(fù)過程。一旦流經(jīng)超導(dǎo)元件的恢復(fù)電流到達(dá)閾值(或閾值百分比)，然后可變阻抗旁路的阻抗變換回到第一高阻抗水平。這確保了超導(dǎo)故障電流限制器能夠處理后繼故障電流，盡管超導(dǎo)兀件尚未從第一故障電流中完全恢復(fù)(即，僅部分恢復(fù))。在一種實(shí)施方式中，一旦通過超導(dǎo)元件恢復(fù)正常工作電流水平的10%_90%，可變阻抗旁路就可以變換回第一高阻抗水平。不過，根據(jù)應(yīng)用，可以采用其他閾值百分比或閾值電流水平設(shè)置。使用上述裝置作為基礎(chǔ)模塊，可以將矩陣電流限制器配置成具有至少一行和至少一列這種模塊，其中在每列中每個(gè)模塊彼此并聯(lián)耦合，每列與每個(gè)其他列串聯(lián)耦合。這種超導(dǎo)故障電流限制器的模塊化性質(zhì)使其適于其連接的電源系統(tǒng)的高壓和/或高電流工作環(huán)境。圖4示出了矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器400的示范性實(shí)施例，包括“η”行和“m”列上文結(jié)合圖2所述的基本電流限制器。在第I行第I列中，由串聯(lián)的電阻器R11和可變電感器L11示出可變阻抗旁路，它們共同與超導(dǎo)元件RS11的可變電阻并聯(lián)。在第2行第I列中，由電阻器R21和串聯(lián)連接的可變電感L21示出可變阻抗旁路，由可變電阻RS21示出超導(dǎo)元件。在第“η”行第I列中，由和可變電感Lml串聯(lián)的電阻器Rml和超導(dǎo)元件示出可變阻抗旁路，由可變電阻RSiu示出超導(dǎo)元件。對(duì)應(yīng)地，在第“η”行第“m”列中，由和可變電感Ln,m串聯(lián)的電阻器Rn,m表示可變阻抗旁路，由可變電阻RSn,m表示超導(dǎo)元件。從基本故障電流限制器的這種配置邏輯上可知，矩陣故障電流限制器可以是高度模塊化和可縮放的，因此設(shè)計(jì)超導(dǎo)故障電流限制器組件并確定其尺寸以適應(yīng)各種故障電流限制應(yīng)用的要求。這種矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器的模塊化性質(zhì)使其非常適于其連接的電源系統(tǒng)的高電壓和/或高電流工作要求。對(duì)于高壓應(yīng)用而言，在矩陣組件的多個(gè)列之間分 配總電壓，這顯著簡(jiǎn)化了矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器的電介質(zhì)設(shè)計(jì)，以滿足各種高壓絕緣要求。此外，可以使用不同數(shù)量行和列的組合解決既有高電壓高電流工作要求，又有不同電流限制要求的應(yīng)用。接下來描述結(jié)合了矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器的電力系統(tǒng)的運(yùn)行。如上所述，使用旁路限制在其失超之后可能在每個(gè)超導(dǎo)元件兩端形成的最大電壓降。故障電流的一部分將從超導(dǎo)元件被分流到旁路中，從而減少超導(dǎo)元件中以i2r損耗的形式產(chǎn)生的熱，針對(duì)超導(dǎo)元件的潛在熱損傷和機(jī)械損傷進(jìn)行保護(hù)。這還改善了超導(dǎo)元件的熱恢復(fù)，因此改善了一旦消除故障后故障電流限制器的恢復(fù)時(shí)間，因?yàn)榘l(fā)展的電壓受到旁路限制，旁路還限制其失超和后續(xù)狀態(tài)期間超導(dǎo)元件的溫度升高。有利地，根據(jù)本發(fā)明，旁路為可變阻抗旁路，控制通過旁路的阻抗，使得在限制故障電流之后，超導(dǎo)元件的恢復(fù)階段期間存在低阻抗。這樣通過在超導(dǎo)元件恢復(fù)時(shí)使更大部分的電流轉(zhuǎn)向通過旁路，使得超導(dǎo)元件能夠在負(fù)載下更好恢復(fù)。在圖4中所示的矩陣配置中，組合式超導(dǎo)體臨界電流水平對(duì)應(yīng)于正常工作期間故障電流限制器400的“η”行數(shù)，被設(shè)計(jì)成不小于標(biāo)稱AC工作電流峰值加上電力系統(tǒng)需要的任何過電流容量。每行故障電流限制器中的故障電流限制器模塊將負(fù)責(zé)這一整個(gè)系統(tǒng)電流的I/η。在每個(gè)故障電流限制器之內(nèi)，可變阻抗旁路被設(shè)計(jì)成在正常工作條件期間具有高阻抗，在超導(dǎo)元件恢復(fù)過程期間具有低阻抗。這種低阻抗被設(shè)計(jì)成顯著低于超導(dǎo)元件的失超電阻，從而通過可變阻抗旁路引導(dǎo)電流，由此允許超導(dǎo)元件更容易在負(fù)載下恢復(fù)。如上所述，在電源系統(tǒng)正常工作期間，故障電流限制器不呈現(xiàn)電阻，因?yàn)橄到y(tǒng)電流低于其臨界電流水平，導(dǎo)致故障電流限制器兩端沒有電壓降。因此，沒有電流轉(zhuǎn)向到可變阻抗旁路中，于是，在正常工作期間可變阻抗旁路中將不產(chǎn)生功率損失。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，流經(jīng)矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器的浪涌電流增大到正常工作電流的幾倍。因此，超導(dǎo)元件將開始從超導(dǎo)狀態(tài)變換到正常電阻狀態(tài)，也稱為“失超”。超導(dǎo)元件在這種失超狀態(tài)中產(chǎn)生的電阻或電感將導(dǎo)致超導(dǎo)元件兩端產(chǎn)生電壓。這個(gè)電壓然后將通過可變阻抗旁路產(chǎn)生電流，因?yàn)樗鼈兣c超導(dǎo)元件是并聯(lián)電耦合的。一旦開始失超，超導(dǎo)元件之內(nèi)的后繼i2r發(fā)熱對(duì)失超過程有貢獻(xiàn)。電流浪涌和溫度升高一起用于促進(jìn)超導(dǎo)元件的快速均勻失超并防止由于材料缺陷而燒壞。矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器的模塊性在設(shè)計(jì)中提供了內(nèi)置的冗余性，使得故障電流限制器中的任何個(gè)體超導(dǎo)體(或超導(dǎo)元件)不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)裝置的故障。在恢復(fù)過程期間可變阻抗旁路從第一高阻抗水平變換到第二低阻抗水平通過臨時(shí)通過可變阻抗旁路暫時(shí)分流系統(tǒng)之內(nèi)的電流促進(jìn)個(gè)體超導(dǎo)元件的恢復(fù)，以允許連續(xù)向負(fù)載傳輸電流，同時(shí)促進(jìn)超導(dǎo)元件恢復(fù)到超導(dǎo)狀態(tài)。根據(jù)實(shí)施，在恢復(fù)過程期間的某個(gè)定義點(diǎn)，例如，一旦通過超導(dǎo)元件的電流達(dá)到定義的水平，就使可變阻抗旁路的阻抗返回到正常工作阻抗，亦即，禁止電流通過旁路的更高阻抗。這種結(jié)構(gòu)的益處很多。例如，在矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器正常工作期間，有可以忽略的i2r損耗，電流限制器對(duì)系統(tǒng)正常工作將沒有影響。圖4中所示和上文所述的實(shí)施方式本質(zhì)上是模塊化的，以容易縮放和制造，因?yàn)榭梢詫⒒竟收想娏飨拗破鞑贾贸伞唉恰毙蠿 “m”列矩陣配置，以適應(yīng)各種應(yīng)用要求。此外，采用可變阻抗旁路以改善限制故障電流之后的恢復(fù)過程，由此能夠在負(fù)載下更快返回到超導(dǎo)狀態(tài)。根據(jù)實(shí)施方式，可以將這里描 述的矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器配置成執(zhí)行電流限制功能而無需有源故障感測(cè)和限制控制機(jī)構(gòu)。圖5A和5B中示出了矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器的一種實(shí)際實(shí)施方式。在本范例中，每個(gè)電流限制模塊(或列)采用單個(gè)與至少一個(gè)超導(dǎo)元件并聯(lián)的可變阻抗旁路，每個(gè)超導(dǎo)元件包括多個(gè)超導(dǎo)體段。首先參考圖5A，呈現(xiàn)了矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器，其中在這種配置中，電流限制模塊500 (例如包括一列圖4矩陣范例中的故障電流限制器)包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)電連接的超導(dǎo)元件510，每個(gè)超導(dǎo)元件包括多個(gè)超導(dǎo)體，例如與可變阻抗旁路510并聯(lián)耦合的多層超導(dǎo)帶。這些電流限制模塊串聯(lián)連接于第一基本連接件A和第二基本連接件B之間。根據(jù)特定實(shí)施方式的高電壓和高電流工作要求和不同的電流限制要求，每個(gè)電流限制模塊500之內(nèi)的超導(dǎo)體的尺寸、配置和數(shù)量可以變化。在一個(gè)范例中，每個(gè)超導(dǎo)體層(或帶)包括HTS導(dǎo)體。圖5B示出了圖5A中部分示出的矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器的部分分解截面圖。在這一實(shí)施例中，串聯(lián)連接在基本接觸件A和B之間的個(gè)體故障電流限制器模塊500是從容器530中分解顯示出的，容器530的尺寸適于容納矩陣。例如，在容器530之內(nèi)適當(dāng)位置示出了單個(gè)電流限制模塊500。如圖所示，電力線531、532經(jīng)由通往矩陣的基本連接件A&B連接到矩陣540。在這種實(shí)施方式中，示出了單相故障電流限制結(jié)構(gòu)。在三相實(shí)施例中，每相將具有諸如圖示的故障電流限制結(jié)構(gòu)。或者，可以重新配置容器，使得針對(duì)三相實(shí)施方式每一相的故障電流限制結(jié)構(gòu)包含在單個(gè)容器之內(nèi)。在工作中，通過容器泵送冷卻劑，例如液氮，以確保超導(dǎo)元件保持在有助于建立并維持在超導(dǎo)狀態(tài)中的溫度。這里描述的超導(dǎo)故障電流限制器利用個(gè)體超導(dǎo)元件從超導(dǎo)狀態(tài)失超到正常電阻狀態(tài)，以電阻或電感方式限制故障電流。這種電阻或電感限制導(dǎo)致容器之內(nèi)的溫度升高，在通過容器泵送液氮時(shí)，消除溫度升高。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從以上論述注意到，圖5A和5B的具體實(shí)施例僅僅是這里給出的矩陣型超導(dǎo)故障電流限制器的一個(gè)范例。更一般地，這些圖中示出的多個(gè)串聯(lián)故障電流限制模塊可以被實(shí)現(xiàn)為與單個(gè)可變阻抗旁路并聯(lián)的單個(gè)超導(dǎo)元件。根據(jù)所述的故障電流限制實(shí)施方式，超導(dǎo)體(或超導(dǎo)元件)的數(shù)量和可變阻抗旁路的數(shù)量可以變化。
圖6A-18D示出了根據(jù)本發(fā)明的故障電流限制器(或其可變阻抗旁路)的各種實(shí)施方式。首先，參考圖6A-7B，描述了一種機(jī)械控制的可變阻抗旁路，其余圖呈現(xiàn)出飽和控制的可變阻抗旁路的各種實(shí)施例，其中任何一種都可以用于根據(jù)本發(fā)明的故障電流限制器中。首先參考圖6A-6C，示出了可變阻抗旁路的一個(gè)實(shí)施例，包括圓柱形鐵芯600，其中纏繞螺旋形線圈610以圍繞鐵芯的至少一部分。在鐵芯的幫助下利用不同的技術(shù)獲得可變阻抗，假設(shè)鐵芯具有比空氣更大的磁導(dǎo)率。在工作中，通常假設(shè)鐵芯600在螺旋形線圈610之內(nèi)靜止不動(dòng)，從一開始就具有高阻抗值，該高阻抗值基于鐵芯材料和所用線圈的磁導(dǎo)率。在發(fā)生故障電流時(shí)，如圖所示共軸設(shè)置的鐵芯600和線圈610被分開；例如，采用對(duì)超導(dǎo)元件導(dǎo)致的故障電流失超做出響應(yīng)的機(jī)械致動(dòng)器(未示出)。在圖6B和6C中示出了這種運(yùn)動(dòng)，其中在鐵芯600和線圈610分開時(shí)，阻抗持續(xù)變低。在另一種方式中，在沒有故障電流的情況下，可以將鐵芯設(shè)置于線圈外部并靜止不動(dòng)。響應(yīng)于故障電流，可以使鐵芯和線圈發(fā)生轉(zhuǎn)移，使得鐵芯至少部分在線圈之內(nèi)。在這種方法中，設(shè)計(jì)線圈和鐵芯，使得鐵芯被吸引到線圈中心，根據(jù)鐵芯材料的磁導(dǎo)率增大電抗值，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的更大限制。在故障結(jié)束時(shí)，從線圈機(jī)械去除鐵芯，例如，通過彈簧的激勵(lì)，·或通過其自身由于重力導(dǎo)致的重量。這些力的任一個(gè)都應(yīng)該比故障之后的磁力更大，但小于故障狀態(tài)期間的磁耦合力，以便可以將鐵芯吸引到線圈中。在圖6A-6C的實(shí)施例中，鐵芯在其靜止正常工作位置期間處于線圈之內(nèi)，在到達(dá)旁路的更低阻抗的恢復(fù)過程期間移出，在超導(dǎo)元件返回到超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，鐵芯移回線圈之內(nèi)。通過減小旁路繞組的電抗，更多電流將流經(jīng)旁路，更少通過超導(dǎo)元件，由此有助于超導(dǎo)元件的恢復(fù)過程。于是，無論在線圈之內(nèi)或線圈外部在正常工作期間采用鐵芯，取消原則都是相同的。在故障狀態(tài)期間旁路呈現(xiàn)出大阻抗，在超導(dǎo)元件恢復(fù)過程期間旁路呈現(xiàn)出更低阻抗?？梢杂刹煌呐渲煤筒牧现圃炜勺冏杩古月返木€圈和鐵芯以提高性能。例如，可以使用錐形形狀，其中線圈和鐵芯都做成錐形的直徑。還可以將分裂線圈和/或分裂鐵芯用于同樣或相反方向的繞組。如果沿相同方向纏繞線圈，在它們沿著同一軸緊密放置時(shí)，它們將耦合由兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)。通過這種技術(shù)，可以在很大程度上增強(qiáng)線圈的磁場(chǎng)、電感和總阻抗。在這種配置中，也可以使用彈簧來減小在中間相會(huì)的兩個(gè)鐵芯的力，如圖7A所
/Jn ο在圖7A中，第一線圈710圍繞第一鐵芯700，第二線圈711圍繞第二鐵芯701，鐵芯710、711和鐵芯700、701被類似地配置并彼此相鄰地共軸設(shè)置。如上所述，可以在不同模式中使用鐵芯和線圈。例如，鐵芯與線圈的定位可以使得在超導(dǎo)故障電流限制器正常超導(dǎo)狀態(tài)工作期間，鐵芯完全位于線圈內(nèi)部，部分位于線圈內(nèi)部或完全在線圈外部，但在所有情況下，在限制故障狀態(tài)以降低其阻抗之后，鐵芯移動(dòng)離開線圈，由此促進(jìn)了超導(dǎo)元件在負(fù)載下的恢復(fù)過程。在圖7A和7B的實(shí)施例中，沿著公共軸對(duì)準(zhǔn)線圈和鐵芯，以進(jìn)一步耦合周圍的任何磁場(chǎng)。磁場(chǎng)和電感的這種耦合將隨著對(duì)準(zhǔn)以及它們之間形成的所得間隔和角度而變化。在發(fā)生故障時(shí)，在一個(gè)實(shí)施例中，由于鐵芯和繞組之間的吸引，將鐵芯移動(dòng)到線圈內(nèi)部。可以由線圈繞組的方向確定吸引方向。利用用作彈簧的彈性材料，可以借助于彈力平穩(wěn)地停止它們。在鐵芯位于內(nèi)部時(shí)，它們呈現(xiàn)出更高阻抗，反之亦然。也可以利用一個(gè)或多個(gè)靜止線圈和一個(gè)或多個(gè)靜止鐵芯實(shí)現(xiàn)可變旁路電抗(或阻抗)。圖8A示出了軟磁材料和硬磁材料的典型磁滯回線，而圖SB示出了非線性材料，例如鐵的典型磁滯回線。在磁滯回線圖中，與y軸上的磁通密度相交的線表示剩磁(或更一般地，頑磁性)，并被表示為“Br”。這是在施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度為零時(shí)，飽和之后的磁通密度值。通過相同的方式，其中與X軸上的磁場(chǎng)強(qiáng)度H相交的磁滯線稱為矯頑磁性,表不為“He”。這個(gè)值對(duì)應(yīng)于磁通密度為零的磁場(chǎng)強(qiáng)度。因?yàn)锽/H線不是線性增大的，所以在H值越來越大之后，材料呈現(xiàn)為飽和。因此，對(duì)于增大所施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度水平，有效磁導(dǎo)率的任何減小或B-H曲線斜率的減小被稱為飽和。期望具有更銳利磁滯曲線的軟材料能避免飽和與反向飽和時(shí)間的延遲。不過，可以為系統(tǒng)設(shè)計(jì)有更硬的飽和曲線，以人為延長(zhǎng)飽和時(shí)間。對(duì)于多種故障序列情形而言這是有用的，其中相繼的故障非常接近，時(shí)間不足以讓超導(dǎo)元件恢復(fù)，于是，旁路的可變阻抗應(yīng)在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持很低。軟材料具有纖細(xì)的回線，容易磁化和去磁化，因?yàn)樗鼈兙哂懈叽艑?dǎo)率?？梢岳镁哂袖J利磁滯回線的材料將飽和時(shí)間減少到幾納秒。如果飽和時(shí)間過大，由于電路施加的dV/dt和dl/dt不夠大，改變鐵芯的截面將減小或增大飽和時(shí)間。如果飽和
時(shí)間過大，可以使用多個(gè)鐵芯，反之亦然。在諸如實(shí)現(xiàn)這里所述的飽和控制的可變阻抗旁路時(shí)可以使用不同的鐵芯形狀。在圖9中，示出了圓環(huán)形飽和鐵芯900，繞著圓環(huán)形飽和鐵芯部分纏繞著旁路線圈910。在圖10中，采用一對(duì)靜止圓環(huán)形飽和鐵芯1000、1001，在兩個(gè)飽和鐵芯1000、1001的一部分上都纏繞單個(gè)旁路線圈1010?？梢岳脝螌訉?dǎo)線或多層繞組來做出這些配置中采用的旁路線圈，以實(shí)現(xiàn)更大的電感。如下文所述，可以采用多個(gè)串聯(lián)連接的旁路級(jí)來引入飽和中的延遲。因此，串聯(lián)的旁路級(jí)支配著電路中每個(gè)相應(yīng)鐵芯的飽和速率。不過，如果電流足夠大，在故障電流事件期間發(fā)生時(shí)，飽和延遲將不會(huì)引人注目，因?yàn)榕月肪€圈將表現(xiàn)出更高的dl/dt速率，還導(dǎo)致更長(zhǎng)時(shí)間段的飽和以及飽和之后更長(zhǎng)的微分剩余電壓拖尾。磁場(chǎng)的大小差異(以及因此其消除)引人注目，電感的減小也引人注目，它被成比例地消除。為了實(shí)現(xiàn)高低阻抗之間更大的范圍，在鐵芯飽和時(shí)，低電感值是合乎需要的。因此，對(duì)于移除了鐵芯的設(shè)計(jì)而言，低電感值也是合乎需要的。為此目的，可以使用寬度寬且厚度小的導(dǎo)體條來實(shí)現(xiàn)低的無鐵芯電感或飽和鐵芯電感，其截面尺寸適于流經(jīng)其的所需電流。靜止線圈和鐵芯的阻抗大小將隨著鐵芯的飽和從高阻抗變?yōu)榈妥杩埂＿@種減小的阻抗將能夠使超導(dǎo)元件更快地恢復(fù)。在鐵芯材料的飽和點(diǎn)期間維持低阻抗。在飽和時(shí)，在將鐵芯拿出線圈外部時(shí)，如圖6A-6C的范例中所述，旁路的阻抗大小相當(dāng)于鐵芯周圍線圈的空氣芯阻抗。圖11示出了系統(tǒng)，例如電網(wǎng)系統(tǒng)中連接的用于限制故障電流的超導(dǎo)故障電流限制器1100的一個(gè)實(shí)施例。超導(dǎo)故障電流限制器1100包括超導(dǎo)元件1110和飽和控制的可變阻抗旁路1120。在本范例中，飽和控制的可變阻抗旁路1120包括旁路線圈和可飽和鐵芯，例如上文所述的鐵芯?？梢孕薷膱D11的故障電流限制器以包括固定阻抗Z1，例如在圖12的超導(dǎo)故障電流限制器1200中所示。在這一實(shí)施例中，再次假設(shè)超導(dǎo)故障電流限制器1200連接于系統(tǒng)之內(nèi)，用于限制故障電流。電流限制器包括超導(dǎo)元件1210和與超導(dǎo)元件并聯(lián)的飽和控制的可變阻抗旁路1220。如圖所示，固定阻抗Z11230也與超導(dǎo)元件并聯(lián)，并通過超導(dǎo)故障電流限制器提供已知的最低阻抗。在另一實(shí)施例中，可以跨過超導(dǎo)故障電流限制器，例如圖13所示的超導(dǎo)故障電流限制器的超導(dǎo)元件并聯(lián)連接不同的串聯(lián)可變阻抗旁路級(jí)，每個(gè)級(jí)都被配置為具有與其并聯(lián)的固定阻抗的上述飽和控制的可變阻抗旁路。在這一實(shí)施例中，超導(dǎo)故障電流限制器1300被示為包括四個(gè)串聯(lián)連接的飽和控制的可變阻抗旁路級(jí)1320，每個(gè)級(jí)1320都具有并聯(lián)連接的對(duì)應(yīng)固定阻抗Z1，12, Z3和Z4。通過如圖所示串聯(lián)連接多個(gè)可變阻抗旁路級(jí)，能夠容易地匹配任何期望的阻抗分布。整個(gè)串聯(lián)連接電路在任何時(shí)刻都將呈現(xiàn)出作為不同級(jí)的飽和(或未飽和)鐵芯的函數(shù)的等效阻抗大小?；谠褦?shù)和所選鐵芯材料的性質(zhì)，可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員按需調(diào)節(jié)飽和時(shí)間。圖14示出了根據(jù)本發(fā)明一方面的超導(dǎo)故障電流限制器1400的另一變化。如圖所示，超導(dǎo)故障電流限制器1400包括超導(dǎo)元件1410以及與其并聯(lián)耦合的可變阻抗旁路1420。在這一實(shí)施例中，通過流經(jīng)DC線圈的可變直流電流控制可變阻抗旁路1420，定位DC線圈 以控制至少部分被旁路線圈圍繞的鐵芯。飽和控制器1460控制通過DC線圈饋送的直流電流的量，從而控制鐵芯的飽和。盡管在超導(dǎo)故障電流限制器1400之內(nèi)示出，但控制器1460(在一種實(shí)施方式中)位于包含超導(dǎo)故障電流限制器的容器外部?？梢圆捎秒娏骰螂妷焊袦y(cè)來感測(cè)故障電流的存在，并控制可變阻抗旁路的鐵芯往返于飽和狀態(tài)的變換，從而控制旁路阻抗從第一高阻抗到第二低阻抗的變換并返回，如這里所述?？梢酝ㄟ^不同方式，例如利用可變阻抗，或控制固態(tài)輸出電源的開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)可變的控制電流。這種可飽和的拓?fù)鋵⒃试S對(duì)流經(jīng)旁路線圈的交流電流進(jìn)行比例控制。為簡(jiǎn)單起見，在圖14中(以及圖16中)，示出了可變電阻器。在存在故障電流時(shí)，將線圈和鐵芯設(shè)計(jì)成具有高阻抗，使得它們不飽和。在故障期間或故障持續(xù)時(shí)間之后的任何時(shí)刻，鐵芯可能會(huì)飽和，以切換通過旁路的能量，這將示出比在該點(diǎn)的超導(dǎo)元件更低的阻抗。圖15示出了故障電流限制器，例如圖14中所示的故障電流限制器的一種實(shí)施方式。在這種實(shí)施方式中，圓環(huán)形鐵芯被旁路線圈1510部分圍繞，并被故障電流限制器的可變阻抗旁路的DC線圈1520部分圍繞。如下文進(jìn)一步所述，這代表很多控制鐵芯飽和，因此控制通過旁路線圈的阻抗的可能配置的一種配置。為了控制飽和，可變阻抗旁路的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮由于故障電流狀態(tài)造成的通過旁路線圈電流增大導(dǎo)致的磁場(chǎng)強(qiáng)度增大。故障期間電流的這種增大還可能使鐵芯自身飽和(如上所述)，亦即，施加大電流的結(jié)果是，磁場(chǎng)強(qiáng)度變得大到足以使鐵芯飽和。因此，為了能夠控制飽和，故障條件期間旁路線圈中電流的增加不應(yīng)支配線圈的飽和。于是，旁路線圈應(yīng)當(dāng)具有比飽和線圈顯著更小的電感值和/或控制飽和的電流應(yīng)當(dāng)可以與流經(jīng)旁路線圈的故障電流可比或更高。因此，飽和線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)始終大于旁路線圈產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)，由此能夠控制飽和過程。如圖16所示，在一個(gè)替代實(shí)施例中，超導(dǎo)故障電流限制器1600可以包括可變阻抗旁路1620，與超導(dǎo)元件1610并聯(lián)連接并通過AC飽和控制器1660控制。在這種方法中，利用AC線圈替代圖14實(shí)施例的DC線圈，采用AC電流大小在故障恢復(fù)過程中的期望點(diǎn)人為地使鐵芯飽和。除了上述飽和現(xiàn)象之外，特定鐵磁材料的磁導(dǎo)率也可能受到頻率的嚴(yán)重影響。這樣的材料在比其他頻率高的頻率呈現(xiàn)出顯著更低的磁導(dǎo)率?？梢詫⑦@用作AC飽和控制，其中可以通過增加在側(cè)面之一(或沿著鐵芯長(zhǎng)度)施加到其上的AC電流大小來使鐵芯飽和，AC線圈纏繞在鐵芯周圍。在圖17中，圖不的超導(dǎo)故障電流限制器1700包括可變阻抗芳路1720，與超導(dǎo)元件1710并聯(lián)電連接，并受到可變頻率控制器1760的控制以在故障恢復(fù)過程中的期望點(diǎn)使鐵芯飽和。注意，圖14-17的任一種設(shè)計(jì)可以用于包括兩個(gè)或更多可變可飽和電抗(可變阻抗旁路)的故障電流限制器，如圖13所示，有或者沒有并聯(lián)的固定電抗?？娠柡丸F芯的飽和還可以伴隨有施加線圈產(chǎn)生的間接磁場(chǎng)，線圈未必纏繞在由旁路線圈部分圍繞的可飽和線圈上。無論開始飽和的飽和線圈纏繞在鐵芯周圍(如上所述)還是在鐵芯之外，無論是否纏繞在另一鐵芯周圍，都可以使用上文論述的所有可飽和選擇，以產(chǎn)生必要的磁場(chǎng)，以開始可變阻抗旁路的飽和。也可以利用任何動(dòng)磁鐵或可控外部磁場(chǎng)施加外部磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。鐵芯可以是直的或具有類似于圓環(huán)形配置的形狀?？梢詫⒖娠柡途€圈和旁路線圈放置成無限不同組合和位置及形狀，以實(shí)現(xiàn)旁路線圈圍繞的鐵芯之內(nèi)飽和的間接觸發(fā)。例如，在圖18A-18D中示出了這些組合的一些。在圖18A中，第一鐵芯1800被旁路線圈1810部分圍繞，第二鐵芯1801被飽和線圈 1811部分圍繞，如上文結(jié)合圖14-17所述受到控制。在圖18B中，圓柱形鐵芯180(V被旁路線圈181(V部分圍繞，通過飽和線圈181廣建立磁場(chǎng)，從而間接控制飽和。在圖18C中，圓環(huán)形鐵芯1800被旁路線圈1810部分圍繞，由飽和線圈1811"控制飽和，飽和線圈1811"被視為通過圓環(huán)形鐵芯1800。在圖18D中，圓環(huán)形鐵芯1800和旁路線圈1810被飽和線圈1811'包封。盡管這里將可變阻抗旁路描述為與可變電感器相關(guān)，但所述可變阻抗涉及通過其可以改變阻抗的三種可能方式的任一種，亦即，改變旁路的電阻、電感和/或電容值。當(dāng)前存在大量具有電阻、電感和電容部件的可變阻抗設(shè)計(jì)。盡管本方面描述了一些可變電感替代方案，但也可以采用任何可變電阻或電容阻抗?？梢詫⒖勺冏杩古月贩殖山M以匹配阻抗斜率，如這里利用飽和電感負(fù)載所述。因此，給出的概念涉及使用與超導(dǎo)元件并聯(lián)的任何可變阻抗旁路，(如這里所述)超導(dǎo)元件要用于任何拓?fù)涞某瑢?dǎo)故障電流限制器中。如這里使用的，可以采用任何可變電容器、電感器或電阻器設(shè)計(jì)，這會(huì)增強(qiáng)所給出裝置的動(dòng)力。而且，可以使用疊層鐵芯，厚度相當(dāng)于電流頻率的趨膚深度，以避免任何電流損耗。此外，可以在具有例如計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)的制品(例如，一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品)中包括本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)控制方面。介質(zhì)中具有例如計(jì)算機(jī)可讀程序代碼段或邏輯(例如指令、代碼、命令等)，以提供并促進(jìn)本發(fā)明的能力?？梢园ㄖ破纷鳛橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)的一部分，或者單獨(dú)銷售。結(jié)合本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)控制方面的制品或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的一個(gè)范例包括，例如一種或多種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，以在其上存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀程序代碼段或邏輯，從而提供并促成本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面。該介質(zhì)可以是電子的、磁性的、光學(xué)的、電磁的、紅外的或超導(dǎo)體系統(tǒng)(或設(shè)備或裝置)或傳播介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范例包括超導(dǎo)體或固態(tài)存儲(chǔ)器、磁帶、可移除計(jì)算機(jī)盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、剛性磁盤和光盤。光盤的范例包括緊致盤-只讀存儲(chǔ)器(⑶-ROM)、緊致盤-讀/寫(⑶-R/W)和DVD。由一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀程序代碼段或邏輯定義的程序指令序列或一個(gè)或多個(gè)相互有關(guān)的模塊的邏輯組件指導(dǎo)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)控制方面的執(zhí)行。
盡管上文描述了各種實(shí)施例，但這些僅僅是范例。此外，可以使用適于存儲(chǔ)和/或執(zhí)行程序代碼的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)處理器，通過系統(tǒng)總線直接或間接耦合到存儲(chǔ)元件。存儲(chǔ)元件包括，例如在實(shí)際執(zhí)行程序代碼期間采用的局部存儲(chǔ)器、大容量存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器，提供至少一些程序代碼的暫時(shí)存儲(chǔ)，以便減少執(zhí)行期間必須從大容量存儲(chǔ)器檢索代碼的次數(shù)?？梢灾苯踊蛲ㄟ^居間的I/O控制器將輸入/輸出或I/O裝置(包括，但不限于鍵盤、顯示器、定點(diǎn)裝置、DASD、磁帶、⑶、DVD、拇指驅(qū)動(dòng)器和其他存儲(chǔ)介質(zhì)等)耦合到系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)適配器也可以耦合到系統(tǒng)以使數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠變?yōu)橥ㄟ^居間的私有或公共網(wǎng)絡(luò)耦合到其他數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或遠(yuǎn)程打印機(jī)或存儲(chǔ)裝置。調(diào)制調(diào)解器、電纜調(diào)制解調(diào)器和以太網(wǎng)卡僅僅是一些現(xiàn)有類型的網(wǎng)絡(luò)適配器?？梢栽谲浖?、固件、硬件或其一些組合中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)控制方面的能力?？梢蕴峁┲辽僖环N機(jī)器可讀的程序存儲(chǔ)裝置，包含可以由機(jī)器執(zhí)行的至少一個(gè)指令程序以執(zhí)行本發(fā)明的能力。
這里描繪的流程圖僅僅是一個(gè)范例。這里所述的這幅圖或步驟(或操作)可以有很多變化而不脫離本發(fā)明的精神。例如，可以按照不同次序執(zhí)行某些步驟，或者可以增加、刪除或修改步驟。所有這些變化都被視為所請(qǐng)求的發(fā)明一部分。盡管這里已經(jīng)詳細(xì)示出并描述了實(shí)施例，但對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域中技術(shù)人員而言，顯然，可以做出各種修改、增加、替換等而不脫離本發(fā)明的精神，因此這些被認(rèn)為處于以下權(quán)利要求中定義的本發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)故障電流限制器，包括 超導(dǎo)元件，所述超導(dǎo)元件被配置成至少部分以電阻或電感方式限制通過其中的故障電流；以及 與所述超導(dǎo)元件并聯(lián)電耦合的至少一個(gè)可變阻抗旁路，所述至少一個(gè)可變阻抗旁路被配置成在所述超導(dǎo)元件的超導(dǎo)狀態(tài)期間呈現(xiàn)第一阻抗，在所述超導(dǎo)元件從正常電阻狀態(tài)恢復(fù)變換到所述超導(dǎo)狀態(tài)期間呈現(xiàn)第二阻抗，所述超導(dǎo)元件響應(yīng)于故障電流從所述超導(dǎo)狀態(tài)變換到所述正常電阻狀態(tài)，響應(yīng)于這種變換，所述至少一個(gè)可變阻抗旁路從所述第一阻抗變換到所述第二阻抗，所述至少一個(gè)可變阻抗旁路的所述第二阻抗是比所述第一阻抗更低的阻抗，所述至少一個(gè)可變阻抗旁路從所述第一阻抗變換到所述第二阻抗有助于電流在所述超導(dǎo)元件從正常電阻狀態(tài)恢復(fù)變換到所述超導(dǎo)狀態(tài)期間流經(jīng)所述至少一個(gè)可變阻抗旁路，由此有助于所述超導(dǎo)元件在負(fù)載下恢復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)故障電流限制器，其中所述至少一個(gè)可變阻抗旁路響應(yīng)于所述超導(dǎo)元件至少部分從受限故障電流恢復(fù)而隨后從所述第二阻抗變換到所述第一阻抗，所述至少部分恢復(fù)包括在所述超導(dǎo)元件從正常電阻狀態(tài)變換回到超導(dǎo)狀態(tài)期間達(dá)到流經(jīng)所述超導(dǎo)元件的閾值電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)故障電流限制器，其中所述至少一個(gè)可變阻抗旁路包括至少一個(gè)被配置成至少部分圍繞至少一個(gè)鐵芯的可變阻抗旁路，并且其中所述至少一個(gè)可變阻抗旁路線圈和所述至少一個(gè)鐵芯共軸對(duì)準(zhǔn)并且能夠相對(duì)于彼此運(yùn)動(dòng)，從而有助于改變通過所述至少一個(gè)可變阻抗旁路線圈的阻抗，所述超導(dǎo)故障電流限制器還包括控制器，用于控制所述至少一個(gè)鐵芯相對(duì)于所述至少一個(gè)可變阻抗旁路線圈的位置，從而有助于所述至少一個(gè)可變阻抗旁路的阻抗在所述第一阻抗和所述第二阻抗之間變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超導(dǎo)故障電流限制器，其中所述至少一個(gè)可變阻抗旁路包括多個(gè)被配置成至少部分圍繞多個(gè)鐵芯的可變阻抗旁路線圈，每個(gè)可變阻抗旁路線圈被配置成至少部分圍繞所述多個(gè)鐵芯中的相應(yīng)鐵芯，并且其中所述控制器控制每個(gè)鐵芯相對(duì)于其相應(yīng)的可變阻抗旁路線圈的位置，從而有助于所述至少一個(gè)可變阻抗旁路的阻抗在所述第一阻抗和所述第二阻抗之間變換。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)故障電流限制器，其中所述至少一個(gè)可變阻抗旁路包括至少一個(gè)可變阻抗旁路線圈，所述可變阻抗旁路線圈至少部分圍繞至少一個(gè)可飽和鐵芯，其中隨著所述至少一個(gè)可飽和鐵芯的飽和，通過所述至少一個(gè)可變阻抗旁路線圈的阻抗從所述第一阻抗變換到所述第二阻抗。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超導(dǎo)故障電流限制器，其中每個(gè)可變阻抗旁路線圈至少部分圍繞多個(gè)可飽和鐵芯。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超導(dǎo)故障電流限制器，還包括與所述超導(dǎo)元件和所述至少一個(gè)可變阻抗旁路并聯(lián)電耦合的固定阻抗，所述固定阻抗確保與所述超導(dǎo)元件并聯(lián)的最低阻抗。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超導(dǎo)故障電流限制器，還包括與所述超導(dǎo)元件并聯(lián)電耦合的多個(gè)串聯(lián)連接可變阻抗旁路，所述多個(gè)串聯(lián)連接可變阻抗旁路中的每個(gè)可變阻抗旁路包括至少部分圍繞相應(yīng)可飽和鐵芯的可變阻抗旁路線圈。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超導(dǎo)故障電流限制器，其中所述多個(gè)串聯(lián)連接可變阻抗旁路中的每個(gè)可變阻抗旁路還包括與所述可變阻抗旁路線圈并聯(lián)的相應(yīng)固定阻抗，其中所述多個(gè)串聯(lián)連接可變阻抗旁路中的至少兩個(gè)可飽和鐵芯包括不同的飽和特性。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超導(dǎo)故障電流限制器，還包括飽和控制器，用于主動(dòng)控制至少部分由所述至少一個(gè)可變阻抗旁路線圈圍繞的所述至少一個(gè)可飽和鐵芯的飽和，從而有助于所述至少一個(gè)可變阻抗旁路從所述第一阻抗變換到所述第二阻抗。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的超導(dǎo)故障電流限制器，其中所述飽和控制器包括DC飽和控制器、AC飽和控制器或頻率飽和控制器中的一個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的超導(dǎo)故障電流限制器，其中所述飽和控制器包括永磁體或飽和線圈中的一個(gè)，所述永磁體被設(shè)置成選擇性地磁耦合到所述至少一個(gè)可飽和鐵芯，以控制所述至少一個(gè)可飽和鐵芯的飽和，所述飽和線圈被設(shè)置成在電流流經(jīng)其中時(shí)磁耦合到所述至少一個(gè)可飽和鐵芯，以控制所述至少一個(gè)可飽和鐵芯的飽和，由此有助于所述至少一個(gè)可變阻抗旁路從所述第一阻抗變換到所述第二阻抗。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超導(dǎo)故障電流限制器，其中所述飽和控制器包括所述飽和線圈，所述飽和線圈至少部分圍繞所述至少一個(gè)可飽和鐵芯。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超導(dǎo)故障電流限制器，其中所述飽和控制器包括所述飽和線圈，所述飽和線圈被設(shè)置成與所述至少一個(gè)可飽和鐵芯相鄰但并不圍繞所述至少一個(gè)可飽和鐵芯。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的超導(dǎo)故障電流限制器，其中所述飽和線圈圍繞所述至少一個(gè)至少部分圍繞所述至少一個(gè)可飽和鐵芯的可變阻抗旁路線圈，或者至少部分通過所述至少一個(gè)可飽和鐵芯。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)故障電流限制器，還包括多個(gè)超導(dǎo)元件，所述多個(gè)超導(dǎo)元件串聯(lián)連接并且被配置成以電阻或電感方式限制故障電流，其中每個(gè)超導(dǎo)元件包括多個(gè)并聯(lián)耦合的超導(dǎo)體段。
17.一種超導(dǎo)故障電流限制器，包括 多個(gè)串聯(lián)電連接的電流限制模塊，每個(gè)電流限制模塊包括至少一個(gè)超導(dǎo)元件，每個(gè)超導(dǎo)元件包括至少一個(gè)超導(dǎo)體段，所述超導(dǎo)體段被配置成通過從超導(dǎo)狀態(tài)變換到正常電阻狀態(tài)而至少部分限制流過其的故障電流；以及 多個(gè)可變阻抗旁路，每個(gè)可變阻抗旁路與所述多個(gè)電流限制模塊中的相應(yīng)電流限制模塊相關(guān)聯(lián)，每個(gè)可變阻抗旁路被配置成在故障電流期間呈現(xiàn)第一阻抗，在相關(guān)聯(lián)的電流限制模塊的所述至少一個(gè)超導(dǎo)元件的所述至少一個(gè)超導(dǎo)體段從正常電阻狀態(tài)恢復(fù)變換到超導(dǎo)狀態(tài)期間呈現(xiàn)第二阻抗，其中所述多個(gè)電流限制模塊的超導(dǎo)體段一起通過從所述超導(dǎo)狀態(tài)變換到正常電阻狀態(tài)使故障電流失超，并且作為其響應(yīng)，所述多個(gè)可變阻抗旁路從所述第一阻抗變換到所述第二阻抗，所述第二阻抗是比所述第一阻抗低的旁路阻抗，有助于在所述相應(yīng)電流限制模塊的至少一個(gè)超導(dǎo)元件從正常電阻狀態(tài)恢復(fù)變換到超導(dǎo)狀態(tài)期間電流通過其流動(dòng)，由此有助于所述至少一個(gè)超導(dǎo)元件在負(fù)載下恢復(fù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的超導(dǎo)故障電流限制器，其中每個(gè)超導(dǎo)元件包括并聯(lián)電連接的多個(gè)超導(dǎo)體段。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的超導(dǎo)故障電流限制器，其中每個(gè)電流限制模塊包括至少一個(gè)串聯(lián)電連接的超導(dǎo)元件，每個(gè)超導(dǎo)元件包括多個(gè)并聯(lián)電連接的超導(dǎo)體段。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的超導(dǎo)故障電流限制器，其中每個(gè)可變阻抗旁路響應(yīng)于所述相關(guān)聯(lián)的電流限制模塊之內(nèi)的所述至少一個(gè)超導(dǎo)元件的至少一個(gè)超導(dǎo)體段至少部分從所述故障電流恢復(fù)而從所述第二阻抗變換到所述第一阻抗，所述至少部分恢復(fù)包括在所述至少一個(gè)超導(dǎo)體段從其正常電阻狀態(tài)變換到負(fù)載下的超導(dǎo)狀態(tài)期間達(dá)到通過所述至少一個(gè)超導(dǎo)體段的閾值電流。
21.一種制造超導(dǎo)故障電流限制器的方法，包括 并聯(lián)電連接超導(dǎo)元件和至少一個(gè)可變阻抗旁路，所述超導(dǎo)元件被配置成通過從超導(dǎo)狀態(tài)變換到正常電阻狀態(tài)而至少部分以電阻或電感方式限制通過其的故障電流，制造所述至少一個(gè)可變阻抗旁路以在故障電流期間呈現(xiàn)第一阻抗，在所述超導(dǎo)元件從正常電阻狀態(tài)恢復(fù)變換回超導(dǎo)狀態(tài)期間呈現(xiàn)第二阻抗；并且 其中所述至少一個(gè)可變阻抗旁路的所述第二阻抗是比所述第一阻抗更低的阻抗，所述至少一個(gè)可變阻抗旁路從所述第一阻抗變換到所述第二阻抗有助于在限制故障電流之后所述超導(dǎo)元件從正常電阻狀態(tài)變換回超導(dǎo)狀態(tài)期間電流流經(jīng)所述至少一個(gè)可變阻抗旁路，由此有助于所述超導(dǎo)元件在負(fù)載下恢復(fù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述至少一個(gè)可變阻抗旁路被制造成接下來響應(yīng)于所述超導(dǎo)元件至少部分從所述故障電流恢復(fù)而從所述第二阻抗變換回所述第一阻抗，所述至少部分恢復(fù)包括在所述超導(dǎo)元件從其正常電阻狀態(tài)變換到負(fù)載下的超導(dǎo)狀態(tài)期間達(dá)到流經(jīng)所述超導(dǎo)元件的閾值電流。
全文摘要
提供了一種超導(dǎo)故障電流限制器，包括配置成以電阻或電感方式限制故障電流的超導(dǎo)元件，以及與超導(dǎo)元件并聯(lián)電耦合的一個(gè)或多個(gè)可變阻抗旁路?？勺冏杩古月繁慌渲贸稍诔瑢?dǎo)元件的超導(dǎo)狀態(tài)期間呈現(xiàn)第一阻抗，在超導(dǎo)元件的正常電阻狀態(tài)期間呈現(xiàn)第二阻抗。超導(dǎo)元件響應(yīng)于故障電流從超導(dǎo)狀態(tài)變換到正常電阻狀態(tài)，響應(yīng)于這種過程，可變阻抗旁路從第一阻抗變換到第二阻抗?？勺冏杩古月返牡诙杩故潜鹊谝蛔杩垢偷淖杩?，有助于超導(dǎo)元件從正常電阻狀態(tài)恢復(fù)變換到超導(dǎo)狀態(tài)期間電流流經(jīng)可變阻抗旁路，于是，有助于超導(dǎo)元件在負(fù)載下恢復(fù)。
文檔編號(hào)H02H9/02GK102934309SQ201180015189
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者J·C·H·拉姆比斯, X·熊 申請(qǐng)人:超功率有限公司