PL178325B1

PL178325B1 - Ogranicznik prądu

Info

Publication number: PL178325B1
Application number: PL95314580A
Authority: PL
Inventors: Thomas Baumann; Willi Paul; Jakob Rhyner
Original assignee: Abb Research Ltd
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 2000-04-28
Also published as: CN1107986C; JPH09510581A; DE4434819C5; DE4434819C1; AU3469095A; NO962152D0; EP0731986B1; WO1996010269A1; RU2126568C1; NO962152L; DE59501554D1; EP0731986A1; AU681543B2; ATE163802T1; BR9506401A; PL314580A1; US5828291A; JP4162710B2; CN1138389A

Abstract

1. Ogranicznik pradu, majacy co najmniej jeden nadprzewodnik o danej grubosci i co najmniej jeden nie wykazujacy wlasciwosci nadprzewodnictwa rezy- stor bocznikujacy polaczony równolegle z nadprze- wodnikiem, przy czym nadprzewodnik tworzy poprzez pierwsza powierzchnie glówna rozlegly styk z powierzchnia glówna rezystora bocznikujacego i tworzy z nim zlozony przewód, a pierwsza powie- rzchnia glówna i druga powierzchnia glówna izola- tora sa w rozleglym styku ze zlozonym przewodem skladajacym sie z nadprzewodnika i rezystora boczni- kujacego, znamienny tym, ze kazdy zlozony przewód ma postac paska o szerokosci (b) i zlozone przewody umieszczone na obu powierzchniach glównych (1a, 1b) izolatora (1) sa polaczone elektrycznie ze soba tak, ze prad (I) plynie w bezposrednio przeciwleglych wzgledem siebie paskach zlozonych przewodów równolegle w przeciwnych kierunkach, przy czym szerokosc (b) paska jest wieksza od 3,5 x grubosc (dSL nadprzewodnika (3, 3'). FIG.2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest ogranicznik prądu o konstrukcji z nadprzewodnikiem.

Znana, jest z opisu patentowego japońskiego nr 2-183915A konstrukcja z podłożem mającym nadprzewodzącą warstwę tlenkową i warstwę metalu szlachetnego umieszczoną na obu powierzchniach podłoża wykonanego z metalu.

Znany j est z opisu patentowego US Anr4 961 066 ogranicznik prądu do szybkiego ograniczania prądu przy zwarciach, o konstrukcji prętowej, rurowej i płaskiej, z których każda składa się z nośnika izolacyjnego, na którego powierzchnię jest naniesiona cienka warstwa nadprzewodząca,

178 325 na której powierzchnię jest naniesiona warstwa rezystancyjna normalnego przewodnika. Te dwie ostatnie warstwy mogą powtarzać się na przemian. W tym przypadku rezystancja nie nadprzewodzącego rezystorajest mniejsza od rezystancji nadprzewodnika w stanie normalnego przewodzenia. Występują tu duże straty energetyczne przy pracy z prądem przemiennym, jak również stosunkowo długie przewodniki.

Znany jest z opisu patentowego USA nr 4 994 932 nadprzewodzący ogranicznik prądu, którego przewody ograniczające prąd są zamontowane na powierzchniach elementów zespołu, w równoległych liniach, przy czym prąd płynie w przeciwnych kierunkach w sąsiednich liniach.

W ograniczniku według wynalazku każdy złożony przewód ma postać paska o szerokości b i złożone przewody umieszczone na obu powierzchniach głównych izolatora sąpołączone elektrycznie ze sobą tak, że prąd płynie w bezpośrednio przeciwległych względem siebie paskach złożonych przewodów równolegle w przeciwnych kierunkach, przy czym szerokość paska jest większa od 3,5 x grubość nadprzewodnika.

Korzystnym jest, że stosunek odstępu międzyprzewodowego pomiędzy nadprzewodnikami w bezpośrednio przeciwległych względem siebie paskach złożonych przewodów do szerokości paska nadprzewodników jest mniejszy od 0,5.

Korzystnym jest, że każdy złożony przewód ma postać meandra.

Korzystnym jest, że co najmniej jedna powierzchnia główna izolatora jest w rozległym styku, poprzez powierzchnię główną rezystora bocznikującego, ze złożonym przewodem składającym się z nadprzewodnika i rezystora bocznikującego.

Korzystnymjest, że nadprzewodnikjest w rozległym styku, poprzez jednąz dwóch powierzchni głównych, z powierzchnią główną dodatkowego izolatora.

Korzystnymjest, że co najmniej jedna powierzchnia główna izolatorajest w rozległym styku ze złożonym przewodem, poprzez przewodzącą elektrycznie i izolującą chemicznie warstwę buforową.

Korzystnym jest, że rezystancja elektryczna rezystora bocznikującego jest nie większa niż rezystancja elektryczna połączonego z nim nadprzewodnika w stanie bez nadprzewodnictwa i minimalna długość 1 przewodu z nadprzewodnika spełnia zależność: 1>b · (d_SL/ps_L + d_NL/pN_L) · 1,414 -UN/(n - In), przy czym dsLjest grubością nadprzewodnika, d_M jest grubością rezystora bocznikującego, pSLrezystancją właściwą nadprzewodnika i fNjest rezystancją właściwą rezystora bocznikującego, In jest prądem znamionowym, n jest stosunkiem maksymalnego prądu dopuszczalnego do In, ©jest napięciem znamionowym źródła napięcia i b jest szerokością paska złożonego przewodu.

Zaletąwynalazkujest zapewnienie ogranicznika prądu zdalnego do rezystancyjnego ograniczania zarówno prądu stałego, jak i prądu przemiennego. Wynalazek umożliwia ograniczanie prądu przeciążeniowego w przypadku zwarcia do zadanej wielokrotności prądu znamionowego. Ogranicznik prądu jest prosty i zwarty. Część nadprzewodząca ogranicznika prądu ma konstrukcję modułową to znaczy nadprzewodnik jest podzielony na moduły, które w razie potrzeby mogą być oddzielnie wyjęte i wymienione. Wynalazek umożliwia znaczne zmniejszenie strat przy zastosowaniu prądu przemiennego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia konstrukcję modułową ograniczników prądu umieszczonych w cewce wytwarzającej pole magnetyczne, w przekroju poprzecznym, fig. 2 - ogranicznik prądu z fig. 1, w przekroju poprzecznym, fig. 3 - nadprzewodnik ogranicznika prądu z fig. 2, ze ścieżkąprzewodzącąz meandrami, w przekroju poprzecznym, fig. 4 - wykresy strat przy zastosowaniu prądu przemiennego dla ogranicznika prądu i fig. 5 do 8 - ograniczniki prądu z różnymi kolejnościami warstw.

Figura 1 przedstawia cztery ograniczniki prądu czyli moduły 5 ograniczników prądu, które są umieszczone równolegle względem siebie w kriostacie 7 wypełnionym ciekłym azotem, są połączone ze sobą elektrycznie i są dołączone do przewodu prądowego 6. Podczas pracy przez przewód prądowy 6 płynie prąd I, który w przypadku przetężenia, na przykład w -wyniku zwarcia, jest ograniczany przez moduły 5 ograniczników prądowych do trzy- do pięciokrotnej wartości

178 325 zadanego prądu znamionowego I_R płynącego przez przewód elektryczny 6. Kriostat 7 znajduje się wewnątrz cewki 8 wytwarzającej pole magnetyczne.

Figura 2 przedstawia strukturę warstwowąmodułu 5 ogranicznika prądu z fig 1. Na pierwszą powierzchnię główną 1a i na drugąpowierzchnię główną 1 b, przeciwległądo pierwszej powierzchni głównej la, płytki ceramicznej czyli izolatora 1 o grubości d_b jest naniesiona cienka warstwa buforowa 2 srebra, której grubość jest zawarta w zakresie od 1 pm do 5 pm. Jako materiały na izolator 1 stosuje się izolatory wykonywane w postaci płaskiej, mające dostateczną stabilność cieplną i podlegające, w zakresie temperatur od temperatury pokojowej do 77 K, długotrwałym zmianom cieplnym, porównywalnym ze zmianami nadprzewodnika 3, 3'. Korzystne jest stosowanie wzmocnionych włóknem szklanym płytek z żywicy lanej lub płytek ceramicznych MgO. Naniesienie ich na warstwę buforową2 odbywa się w najprostszym przypadku przy pomocy kleju. Zastosowanie tego etapu jest wymagane w przypadku płytek nadprzewodnikowych 3, 3', które zostały odlane w formie srebrnej, usuwanej po odlaniu, lecz nie jest wymagane przy zastosowaniu podłoży lanych ze stopu na bazie niklu lub z ceramiki, które po wytworzeniu nadprzewodnika 3,3' nie muszą być usuwane i mogąbyć wykorzystane do stabilizacji mechanicznej tego nadprzewodnika.

Na obu warstwach buforowych 2, pozostając w rozległym styku z nimi, sąnaniesione płytkowe nadprzewodniki wysokotemperaturowe bądź nadprzewodniki 3, 3', mające prostokątny przekrój poprzeczny i konfigurację meandra wązgodnąz fig. 3, o grubości d_SL. W tym przypadku pierwsza powierzchnia główna 3a każdego nadprzewodnika 3, 3' ma ze względu na stabilizację elektryczną dobrze przewodzący elektrycznie styk z daną warstwą buforową2. Te dwa nadprzewodniki 3, 3' mają międzywarstwowy czyli międzyprzewodowy odstęp Δ.

Druga powierzchnia główna 3b każdego nadprzewodnika 3,3' ma ze względu na stabilizację elektryczną i cieplną rozległy, dobrze przewodzący elektrycznie styk z pierwszą powierzchnią główną 4a rezystora nie wykonanego z nadprzewodnika czyli normalnego przewodnika 4,4' o grubości d_NL> który mii drugą po wierzchnię główną ^41^, przeciwległą do pierwszej powierzchni głównej 4a. Metalami stosowanymi na normalne przewodniki 4,4' sązwłaszcza takie, które maj ą rezystywność w temperaturze pokojowej większząod 10 ΡΩ cm i w temperaturze -200°C sąjeszcze plastyczne. Zalecane są zwłaszcza: cyna, cynk, bizmut i ich stopy, jak również metale niemagnetyczne na bazie stali lub niklu. Normalne przewodniki 4, 4' można nanosić na nadprzewodnik 3, 3' metodami elektrolitycznymi, natryskiwania płomieniowego, natryskiwania plazmowego, naklejania przy pomocy kleju przewodzącego, lutowania lub spiekania proszku metalu natryskiwanego na zimno. Grubość warstwy normalnego przewodnika 4,4'jest taka, że rezystancja elektryczna tej warstwy jest prawie równa rezystancji warstwy sąsiedniego nadprzewodnika 3, 3' w stanie nienadprzewodzenia, na przykład 50 pm, przy grubości ds_L nadprzewodnika 3, 3' równej 1 mm. Rezystywność właściwa styku pomiędzy driigąpowierzchniągłówną3b nadprzewodników 3, 3' i pierwszą powierzchnią główną 4a normalnego przewodnika 4,4'jest mniejsza od 1 mQ cm², korzystnie nie większa niż 10 |P3cm².

Figura 3 przedstawia nadprzewodnik 3 w przekroju poprzecznym względem fig. 2. Przy zastosowaniu wycięć czyli przerw meandrowych 9 w prostokątnej, korzystnie kwadratowej płytce, otrzymuje się przewód w kształcie taśmy. W końcu na ten przewodnik nanosi się srebrne styki 10,11. Sąsiednie przerwy meandrowe maj ąpoprzeczny odstęp b odpowiadaj ący szerokości ścieżki meandra. Najprostszym sposobem utworzenia meandrów jest naprzemienne nacinanie frezem, piłą, laserem lub strumieniem wody, co może być realizowane przed naniesieniem normalnego przewodnika 4, 4' lub też przed naniesieniem stabilizatora mechanicznego, to znaczy izolatora 1.

Nadprzewodniki 3, 3' w kształcie meandrów są rozmieszczone w modułach 5 ograniczników prądu, po obu stronach izolatora 1, tak że prąd I płynie w przeciwnych kierunkach w znajdujących się naprzeciwko siebie ścieżkach meandrów i następuje wzajemna kompensacja składowych pola własnego, prostopadłych do płaszczyzny paska. Dzięki temu osiąga się to, że moduły 5 ograniczników prądu mają małą indukcyjność i wykazują małe straty.

178 325

Figura 4 przedstawia krzywe 12 i 13 strat dla prądu przemiennego, dla różnych wartości stosunku szerokości b ścieżki meandra do grubości d_SL nadprzewodnika 3, 3', przy czym straty dla prądu przemiennego przedstawiono dla przypadku przepływu prądu w przewodzie powrotnym. W tym przypadku na osi odciętych naniesiono odstęp Δ między przewodnikami w mm, a na osi rzędnych stosunek strat mocy elektrycznej P dla prądu przemiennego do długości 1 nadprzewodnika 3,3' w mW/m. Z krzywej 12 strat dla prądu przemiennego widać, że przy b/ds_L=2 straty dla prądu przemiennego przy wzroście odstępu Δ między przewodnikami zmniejszają się, natomiast przy b/2dsL= 15 przy wzroście odstępu Δ między przewodnikami wzrastają zgodnie z krzywą 13 strat dla prądu przemiennego. Układ powrotny prądu w module 5 ogranicznika prądowego przy zmniejszeniu się odstępu Δ między przewodnikami powoduje tylko wtedy zmniejszenie strat, gdy ścieżka meandra nadprzewodnika 3, 3' jest dostatecznie płaska, to znaczy, gdy stosunek b/dsLjest dostatecznie duży, aż do wartości krytycznej równej 3,5. W przypadku pasków o b < 3,5 -dsL, przy prądzie powrotnym moc P strat dla prądu przemiennego zwiększa się zamiast zmniejszać się.

Figury 5-8 przedstawiają w uproszczeniu różne kolejności rozmieszczenia warstw, stosowane zamiast struktury warstwowej z fig. 2. Pokazano normalny przewodnik NL oznaczający normalne przewodniki 4, 4', 14, 15 i nadprzewodnik SL oznaczający nadprzewodniki 3, 3'.

Figura 5 przedstawia, że przewodnik złożony lub układ warstwowy składający się z normalnego przewodnika 4, 4' i nadprzewodnika 3, 3' może być zrealizowany jako połączenie płaskie z izolatorem 1 bądź warstwą buforową 2 tak, że normalny przewodnik 4,4' znajduje się w każdym przypadku od strony izolatora.

Figura 6 przedstawia, że przewodnik złożony, składający się z normalnego przewodnika 4,4' i nadprzewodnika 3,3' może być zrealizowany jako połączenie płaskie z izolatorem 1 bądź warstwą buforową 2 tak, że izolator 1 pozostaje w płaskim styku jednej z jego powierzchni głównych z nadprzewodnikiem 3, zgodnie z układem z fig. 2, a drugiej powierzchni głównej z normalnym przewodnikiem 4', zgodnie z układem z fig. 5. Jest także możliwe stosowanie dodatkowego izolatora 1', który za pośrednictwem warstwy buforowej 2 jest połączony płasko z nadprzewodnikiem 3'.

Figura 7 przedstawia strukturę warstwową z fig. 5, w której powierzchnie zewnętrzne nadprzewodników 3, 3' pozostająw rozległym, dobrym styku elektrycznym z dodatkowymi, normalnymi przewodnikami 14 i 15.

Figura 8 przedstawia moduł 5 ogranicznika prądu, w którym po jednej stronie izolatora 1 znajduje się struktura warstwowa z fig. 7, a po drugiej stronie struktura warstwowa z fig. 2.

W modułach 5 ograniczników prądu z fig. 1, nadprzewodniki 3,3' sąwłączone rezystancyj nie do obwodu elektrycznego. Poniżej pewnej krytycznej wartości natężenia prądu j_c, nadprzewodnik 3,3' znaj duj e się w stanie nadprzewodnictwa i nie wykazuj e w związku z tym praktycznie żadnej rezystancji elektrycznej. Po przekroczeniu krytycznego natężenia prądu, na przykład wskutek zwarcia, nadprzewodnik 3, 3' podlega przejściu w stan normalnego przewodzenia. Powstała w wyniku tego rezystancja ogranicza prąd do wartości wielokrotnie mniejszej od prądu zwarciowego.

Przy dobieraniu wymiarów nadprzewodnika 3,3' ważna jest jego stabilizacja elektryczna, cieplna i mechaniczna, moc strat dla prądu przemiennego podczas eksploatacji oraz połączenia między modułami 5 ograniczników prądu.

Stabilizację elektrycznąi cieplnąosiąga się przy zastosowaniu co najmniej jednego normalnego przewodnika 4,4', 14,15 jako przewodu równoległego, który musi pozostawać miejscowo w dobrym styku elektrycznym i cieplnym z nadprzewodnikiem 3, 3'. Ten rezystor bocznikujący 4,4', 14,15 może w razie potrzeby przejąć miejscowo część prądu nadprzewodnika 3,3', zabezpieczając go w ten sposób przed zbyt silnym nagrzaniem i uszkodzeniem. Dla skutecznego odciążenia nadprzewodnika 3, 3', rezystor bocznikujący 4, 4', 14, 15 ma rezystancję nie większą niż rezystancja normalna nadprzewodnika 3, 3'. Zatem grubość d_NL rezystora bocznikującego 4,4', 14,15 jest d^^sL-PN/fisL, gdzie i p^oznaezaaąrezystywności rezystora bocznikującego 4, 4', 14, 15 i nadprzewodnika 3, 3'. Ponieważ rezystor bocznikujący 4, 4', 14, 15

178 325 przejmuje możliwie dużo ciepła, to dąży się do zwiększenia masy cieplnej, a zatem również dużej rezystywności P)/.

W stanie roboczym nadprzewodnik 3,3' musi być w stanie przenosić prąd znamionowy I_N, co pozwala wyznaczyć dolną granicę jego przekroju poprzecznego F według wzoruF > 1,414-I)/jc

W stanie ograniczania prąd I powinien narastać co najwyżej do n-krotnej wartości prądu znamionowego I_N, przy czym w praktyce stosuje się wartości między 3 a 5. To wymaganie daje w wyniku minimalną długość 1 nadprzewodnika 3, 3' według wzoru:

> b· (dsi/psL + cW/Pl) · 1,414 · (U)(ln- In) przy czym U) oznacza napięcie znamionowe nie przedstawionego źródła prądu i b - szerokość paska przewodnika złożonego zrezystora bocznikującego 4,4', 14,15 i nadprzewodnika 3,3'.

Moc P strat dla prądu przemiennego w nadprzewodniku 3,3', w którym płynie prąd, zależy silnie od miejscowego pola magnetycznego, czyli pola własnego i ewentualnych pól zewnętrznych. W przypadku ukształtowanych paskowo nadprzewodników 3,3', jak stosowane na fig. 1, w odniesieniu do mocy P strat dla prądu przemiennego oddziałująprzede wszystkim składowe pola prostopadłe do płaszczyzny paska. Zatem geometria przewodnika musi być dobrana tak, aby pole w nadprzewodniku 3,3' było skierowane w zasadzie równolegle do płaszczyzny paska. W pojedynczym, cienkim pasku z przepływającym prądem, pole magnetyczne w przewodniku powstaje w większej części prostopadle do płaszczyzny paska, przy czym moc P strat dla prądu przemiennego przy j ego stosowaniu byłaby nie do zaakceptowania. Skuteczne zmniej szenie prostopadłych składowych pola można uzyskać przy pomocy geometrii przewodników złożonych z par prostopadłych do płaszczyzny paska każdego z blisko sąsiadujących segmentów przewodzących, z przeciwrównoległymi prądami I. Dla każdej pary takich przewodników pole magnetyczne w przewodniku jest w większej części równoległe do płaszczyzny paska, co w wyniku znacznie zmniejsza moc P strat dla prądu przemiennego. Moc P strat dla prądu przemiennego, przypadająca na jednostkę długości 1 przewodnika, jest dana jako:

P/1 = 4 (jc · [-AlX_ez) (F + J A(x) df] przy czym A(x) oznacza potencjał wektorowy przy prądzie maksymalnym, x_ez, tak zwany środek elektryczny paska nadprzewodzącego, w którym pole elektryczne zawsze = 0, a F - powierzchnię przekroju paska. Całka rozciąga się na całąpowierzchnię przekroju F paska. Ze wzoru wynika, że zasada przeciwprądu jest skuteczna, jeżeli odstęp Δ między nadprzewodnikami 3, 3', mierzony prostopadle do płaszczyzny paska, jest znacznie mniejszy niż szerokość b ścieżki meandrowej. Dla A»b nadprzewodniki 3,3' zachowują się jak dwa pojedyncze przewody o dużej mocy P strat dla prądu przemiennego. Dla b = 2 mm i ds/ = 0,5 mm można osiągnąć przy przeciwprądzie zmniejszenie mocy P strat dla prądu przemiennego ze współczynnikiem 2. Realizacja tej zasady przeciwprądu może się odbywać z zastosowaniem pasków o strukturze meandrowej lub spiralnej z fig. 3. Przy tym korzystne jest, jeżeli odstęp Δ między nadprzewodnikami 3,3' dobiera się jako <10 mm.

Przykład 1

Parametry dla struktury warstwowej z fig. 2 są następujące: moc znamionowa P) = 20 kW, napięcie znamionowe U) = 200 V, prąd znamionowy I)= 100 A, prąd maksymalny I_max = 300 A, krytyczna gęstość prądu j_c = 1 kA/cm², szerokość b przewodników =1,4 cm, szerokość przerw meandrowych 9=1 mm, długość 1 przewodu na jeden moduł 5 = 426 cm, całkowita długość przewodu=8,8 m, liczba modułów 5 = 7 i moc strat dla prądu przemiennego przy 77 kQ = 0,62 W.

Wykonany modułowo, wysokotemperaturowy nadprzewodnik 3,3' na bazie Bi:Sr:Ca:Cu= 2:2:1:2 naniesiono w postaci warstwy o grubości ds/ wynoszącej 1 mm obustronnie na płytkę ceramiczną 1 o powierzchni 10 cm · l0,4 cm i grubości d₁ wynoszącej 1 mm. Między płytką ceramiczną 1 a nadprzewodnikiem 3, 3' znajdowała się warstwa srebra 2 o grubości około 2 jum. Srebro działa równocześnie jako stabilizator elektryczny, rezystor bocznikujący, jak również izolator chemiczny pomiędzy nadprzewodnikiem 3,3' a podłożem ceramicznym 1. Na drugą stronę nadprzewodnika 3,3' naniesiono warstwę ołowiu 4,4', o grubości d)/ wynoszącej 10 pm, służącą również do stabilizacji elektrycznej.

178 325 fig. 3. Dwie ścieżki· przewodzące z nadprzewodników 3,3' po obu stronach płytki ceramicznej 1 są dołączone elektrycznie do siebie tak, że prąd I w bezpośrednio przeciwnych częściach pasków płynie przeciwrównolegle. Dzięki temu osiąga się efekt przeciwprądu zmniejszający moc P strat dla prądu przemiennego.

Przykład 2

Po otoczeniu modułów 5 ograniczników prądu według przykładu 1 cewką 8 wytwarzającą pole magnetyczne, jak to przedstawiono na fig. 1, urządzenie według wynalazku można wykorzystać również w charakterze aktywnego elementu przełączającego. Przy włączeniu pola magnetycznego zmniejsza się krytyczne natężenie prąduj_c w nadprzewodniku 3,3', tak że nadprzewodnik 3, 3' przechodzi w stan rezystancyjny. Powoduje to zmniejszenie prądu I do części ułamkowej prądu znamionowego I_N. W wyniku ukształtowania powierzchni nadprzewodnika 3,3', to zmniejszenie krytycznej wartości natężenia prądu j_c jest najsilniejsze, gdy przykładane pole magnetyczne jest prostopadłe do płaszczyzny paska nadprzewodnika, jak na fig. 1.

Proszek nadprzewodnika o składzie Bi_a Sn_b Ca_c Cu_d Oe, gdzie a, b, d = 1,8 - 2,2, c = 0,8 -1,2, e = 7,5 - 8,5, wprowadza się do płaskiej formy w stanie suchym lub w postaci zawiesiny w cieczy. W korzystnym wykonaniu z tym proszkiem nadprzewodnika miesza się proszek srebra lub proszek Bi₂0>3 w zakresie stężeń od 0,5% do 5%, co wpływa korzystnie na stapianie się i zwartość stopu. Na formę do stapiania nadaje się materiał, który podczas stapiania proszku nie reaguje z proszkiem i zachowuje trwały kształt w temperaturze około 900°C. Stosowano formy z blachy srebrnej, ze stopów niklu z warstwą ochronną srebra oraz płytki ceramiczne z tlenku magnezu i stabilizowanego tlenku cyrkonu. F ormy metalowe mogąbyć łatwo wykonane, na przykład przez głębokie tłoczenie lub zaginanie, z obrzeżem o wysokości około 10 mm. Jako warstwę buforową2 lub klej zastosowano srebro przewodzące. Poziom wypełnienia dobierano tak, że przy osiągnięciu przez stapianie 100% zwartości proszku, otrzymywano grubość d_SL wynoszącą0,3 mm do 3 mm. Korzystne jest, gdy dla otrzymania dużej gęstości i jednorodności prądu stosuje się możliwie dużątak zwanągęstość podstawowąproszku, którą otrzymuje się przy jednoosiowym ściśnięciu luźnego napełnienia proszkowego. Wystarcza do tego nacisk około 10 MPa.

Płytki nadprzewodnikowe 1, które zostały wykonane w formach srebrnych bądź ceramicznych, zaopatruje się w metalizację 4, 4', 14, 15, która służy do stabilizacji elektrycznej. W tym celu srebro należy usunąć z płytki 1 nadprzewodnika, co realizuje się przed metalizacją bądź po nadaniu stabilności mechanicznej.

Przy stosowaniu form stopowych z posrebrzanego stopu na bazie niklu, oddzielną stabilizację elektryczną. można pominąć, jeżeli rezystancja kombinacji srebro - stop na bazie niklu odpowiada już rezystancji nadprzewodnika 3, 3'.

Przykład 3

Z blachy srebrnej o grubości 100 pm wykonano przez ręczne złożenie kwadratowe formy stopowe o wymiarach 100 mm · 100 mm, z obrzeżami o wysokości 6 mm. Każda z tych form stopowych została wypełniona zawiesiną szlamową 60 g proszku Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O₈+ w etanolu, przy czym 0 <δ<0,3. Po wstępnym wysuszeniu dla usunięcia cieczy, to napełnienie proszkowe zostało zagęszczone przez jednoosiowe prasowanie przy nacisku około 2 GPa. Próbki zostały następnie poddane obróbce cieplnej w atmosferze tlenu, przy czym obróbka polegała na wykonaniu etapu stapiania w temperaturze 900°C w czasie od 20 godzin do 80 godzin. W wyniku otrzymano jednorodne, zwarte płytki nadprzewodnika 3,3' o grubości około 1 mm, z których srebro można było z łatwościązłuszczyć. Na te płytki nadprzewodnika 3,3' naniesiono przez natryskiwanie płomieniowe warstwę cyny o grubości 50 pn, służącądo stabilizacji elektrycznej. Płytki nadprzewodnika 3, 3' naklejono następnie na płytę aluminiową i przekształcono w meandry przez wycinanie strumieniem wody, w wyniku czego powstały przewody o przekroju 14 mm · 1 mm i długości około 70 cm. Po usunięciu płyty aluminiowej obie płytki nadprzewodnika 3,3' zostały ustawione tak względem siebie, że ich ścieżki na przedniej i tylnej stronie płytki ceramicznej 1 przebiegały równolegle, a końce ze srebrnymi stykami 10,11 były umieszczone na przemianjeden na drugim.

178 325

Srebrne styki 10,11 są naklejone za pomocą kleju z żywicy epoksydowej z wypełniaczem srebrowym i przy ich zastosowaniu jest możliwe szeregowe, niskoomowe połączenie końców. Rezystywność stykowa spoiny klejowej z żywicy epoksydowej z wypełniaczem srebrowym wynosi 0,05 (Qcm². Przy prądzie I wynoszącym 1 kA, moduł 5 ogranicznika prądu ma rezystancję 5 Ω.

Korzystne jest, gdy stosunek odstępu Δ przewodników do szerokości b ścieżki meandrowej modułu 5 ogranicznika prądu jest <0,5, a korzystnie <0,1.

178 325

3α

3b

4b

FIG. 4

FIG. 7

FIG.5

FIG.6

FIG. 8

178 325

FIG. 1

FIG.2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Ogranicznik prądu, mający co najmniej jeden nadprzewodnik o danej grubości i co najmniej jeden nie wykazujący właściwości nadprzewodnictwa rezystor bocznikujący połączony równolegle z nadprzewodnikiem, przy czym nadprzewodnik tworzy poprzez pierwszą powierzchnię główną rozległy styk z powierzchnią główną rezystora bocznikującego i tworzy z nim złożony przewód, a pierwsza powierzchnia główna i druga powierzchnia główna izolatora są w rozległym styku ze złożonym przewodem składającym się z nadprzewodnika i rezystora bocznikującego, znamienny tym, że każdy złożony przewód ma postać paska o szerokości (b) i złożone przewody umieszczone na obu powierzchniach głównych (1a, 1b) izolatora (1) sąpołączone elektrycznie ze sobą tak, że prąd (I) płynie w bezpośrednio przeciwległych względem siebie paskach złożonych przewodów równolegle w przeciwnych kierunkach, przy czym szerokość (b) paska jest większa od 3,5 x grubość (d_SL) nadprzewodnika (3, 3').
2. Ogranicznik według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek międzyprzewodowego odstępu (A) pomiędzy nadprzewodnikami (3, 3') w bezpośrednio przeciwległych względem siebie paskach złożonych przewodów do szerokości (b) paska nadprzewodników (3, 3') jest mniejszy od 0,5.
3. Ogranicznik według zastrz. 2, znamienny tym, że każdy złożony przewód ma postać meandra. .
4. Ogranicznik według zastrz. 2, znamienny tym, że co najmniej jedna powierzchnia główna (1a, Ib) izolatora (1, 1) jest w rozległym styku, poprzez powierzchnię główną(4b) rezystora bocznikującego (4, 4', 14, 15), ze złożonym przewodem składającym się z nadprzewodnika (3, 3') i rezystora bocznikującego (4, 4', 14,15).
5. Ogranicznik według zastrz. 2, znamienny tym, że nadprzewodnik (3') jest w rozległym styku, poprzez jedną z dwóch powierzchni głównych, z powierzchnią główną dodatkowego izolatora (1).
6. Ogranicznik według zastrz. 2, znamienny tym, że co najmniej jedna powierzchnia główna (1a, 1b) izolatora (1,1') jest w rozległym styku ze złożonym przewodem, poprzez przewodzącą elektrycznie i izolującą chemicznie warstwę buforową (2).
7. Ogranicznik według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, znamienny tym, że rezystancja elektryczna rezystora bocznikującego (4,4', 14,15)jest nie większa niż rezystancja elektryczna połączonego z nim nadprzewodnika (3, 3') w stanie bez nadprzewodnictwa i minimalna długość 1 przewodu z nadprzewodnika (3, 3') spełnia zależność: 1>b · (dsL/pSL + /PNl) · 1,414 · U_N/(n -I_N), przy czym dsLjest grubością nadprzewodnika (3,3'), d_N1jest grubością rezystora bocznikującego (4, 4', 14, 15), Psl rezystancją właściwą nadprzewodnika (3, 3') i jest rezystancją właściwą rezystora bocznikującego (4, 4', 14,15), ^jest prądem znamionowym, n jest stosunkiem maksymalnego prądu dopuszczalnego do In, Un jest napięciem znamionowym źródła napięcia i b jest szerokością paska złożonego przewodu.