用于超导电缆系统的具有嵌入式故障电流限制器的终端设备

摘要

一种用于超导电缆系统的终端设备，该终端设备连接常温状态下的架空电缆或储如断路器之类的电力装置和超导电缆，电力通过该超导电缆在低温下传输。终端设备具有：制冷剂槽，其与超导电缆的一端连接，并填充有制冷剂；真空绝热容器，其环绕制冷剂槽的外部；电线，其一端与超导电缆的端部连接，另一端通过穿过制冷剂槽和真空绝热容器与架空电缆或电力装置连接；以及超导故障电流限制器，其安装在电线的在所述制冷剂槽的内部中的中央部处，用于以限制故障电流。由于超导故障电流限制器被嵌入在终端设备中，该终端设备自身也可作为故障电流限制器。因此，当发生电力传输故障时，通过限制流入超导电缆中的故障电流，该终端设备可直接保护超导电缆免受故障电流的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于超导电缆系统的终端设备。更具体地，本发明涉及一种用于超导电缆系统的具有嵌入式故障电流限制器的终端设备，其中，超导故障电流限制器(SFCL)嵌入在所述终端设备中，使得所述终端设备自身也能够起到故障电流限制器的作用。

背景技术

用于超导电缆系统的终端设备是一种使超导电缆和正常传导电缆相互连接的设备，即，是一种用于连接超导电缆与常温状态下的架空电缆或储如断路器之类的电力装置的连接设备，电力通过所述超导电缆在低温下传输。

韩国专利No.10-0508710、韩国专利No.10-0590200、韩国专利No.10-0642583和韩国专利申请公开No.10-2007-0003879中公开了用于超导电缆系统的这种终端设备。

图1示出了在前述专利文献等中公开的用于超导电缆系统的相关技术的终端设备的示意图。如图1中所示，用于超导电缆系统的终端设备10包括：制冷剂槽30，在该制冷剂槽30的内部填充有储如液氮之类的制冷剂31，同时该制冷剂槽30与超导电缆20的端部连接；真空绝热容器40，该真空绝热容器40环绕制冷剂槽30的外部；绝缘体50，该绝缘体50由瓷管(绝缘材料)等制成，并布置在真空绝热容器40的常温侧；以及电线60，该电线60的一端通过导体连接部21与超导电缆20的端部连接，另一端通过穿过制冷剂槽30和真空绝热容器40延伸到绝缘体50的内部，以与架空传输电缆或电力装置连接。

在用于超导电缆系统的相关技术的终端设备10中，将储如铜或铝之类的常用金属用作电线60。然而，由于电阻恒定，而与储如铜或铝之类的常用金属中的电流无关，因此，当发生电力传输故障时，瞬时故障电流实际上通过电线60而流入超导电缆20中或外部电力装置中。因此，可能损坏超导电缆20或外部电力装置。

当发生故障时，由于故障电流，通过电线60的发热，极低温的制冷剂(液氮等)的温度升高。在该情况下，发热可通过增大电线60的截面积而限制到一定程度。然而，随着截面的增加，大量热(常温)从常温侧(图1中的绝缘体50的上部)进一步传导到低温侧(制冷剂侧)，因此，制冷剂的温度升高。

同时，由于因电力需求的提高而使电力系统变得复杂，因此由电力系统故障引起的故障电流逐渐增加，从而，需要大型的断路器。如果对应于断路器应用超导故障电流限制器(SFCL)，则SFCL可用于保护电力系统，例如，通过降低故障电流的振幅来降低断路器的容量等。

然而，由于相关技术的SFCL与用于超导电缆系统的终端设备分离地建立，因此，由于电力系统中发生电力传输故障而断开，并且当故障电流受限时产生过热。从而，内部制冷剂的温度过度升高，因此制冷剂可能汽化。例如，如果当使用SFCL时电力系统中发生电力传输故障，则通过以下顺序进行操作，即，产生电力传输故障、限制SFCL中的故障电流、操作断路器(电力限制)和再次操作断路器(再次连接电力)。因此，SFCL必需在断路器再次操作之前被恢复到正常状态。为此，必需要使用大型的冷却设备(制冷剂设备)，该冷却设备能够吸收通过限制故障电流而产生的大量热。另外，需要免于受因储如液氮之类的制冷剂的体积膨胀而造成的压力故障的影响。而且，由于相关技术的SFCL仅设置成保护电力系统，因此，在设计超导电缆系统时需要增加保护功能。

发明内容

(技术问题)

本文公开一种用于超导电缆系统的终端设备，其中，超导故障电流限制器(SFCL)自身嵌入在所述终端设备中，使得所述终端设备还能用作故障电流限制器，由此在电力系统中发生电力传输故障时，直接保护超导电缆；降低与超导电缆的一端连接的断路器的容量；即使当超导电缆的内部中发生接地或短路故障时，通过限制故障电流，也使电力系统的安全性最大；以及操作具有仅用于超导电缆的容量的冷却系统的SFCL，而不增添分离的冷却系统。

(技术方案)

在一个方面中，提供一种终端设备，该终端设备用于连接超导电缆与常温状态下的架空电缆或电力装置，电力通过该超导电缆在低温下传输，所述终端设备包括：制冷剂槽，该制冷剂槽与所述超导电缆的端部连接，并且该制冷剂槽在其内部填充有制冷剂；真空绝热容器，该真空绝热容器环绕所述制冷剂槽的外部；电线，该电线的一端与所述超导电缆的端部连接，另一端通过穿过所述制冷剂槽和所述真空绝热容器而与所述架空电缆或电力装置连接；以及超导故障电流限制器，该超导故障电流限制器安装在所述电线的在所述制冷剂槽的内部中的中央部处，用于限制故障电流。

所述超导故障电流限制器可包括：一对连接部，该对连接部均与所述电线连接；超导故障电流限制元件，所述一对连接部通过该超导故障电流限制元件彼此连接；以及用于减弱电场和磁场的屏蔽盖，该屏蔽盖环绕所述连接部和所述超导故障电流限制元件，该屏蔽盖在其内部填充有制冷剂。

所述屏蔽盖和所述制冷剂槽可连接，使得它们的制冷剂彼此连通。

(有益效果)

在本文所公开的用于超导电缆系统的终端设备中，超导故障电流限制器(SFCL)自身嵌入在终端设备中，使得该终端设备还可用作故障电流限制器，由此，当电力系统中发生电力传输故障时，通过限制流入超导电缆中的故障电流，可直接保护超导电缆。从而，容易设计超导电缆的保护电路，并且可以使超导电缆紧凑。

而且，该终端设备起故障电流限制器的作用，从而，可降低与超导电缆的一端连接的断路器的容量，并且即使当超导电缆的内部中发生接地或短路故障时，通过嵌入式SFCL也能够限制故障电流。从而，可使电力系统的安全性最大。

而且，可以设计具有仅用于超导电缆的容量的冷却系统的SFCL，而不增添分离的冷却系统。

附图说明

从下面结合附图对具体实施方式的说明，本文所公开的上述和其它目的、特征和优点将显而易见。

图1是用于超导电缆系统的相关现有技术的终端设备的示意图。

图2是根据一实施方式的用于超导电缆系统的终端设备的图。

图3是嵌入在图2的终端设备中的超导故障电流限制器的示意图。

具体实施方式

现在，下文将参照附图更加全面地描述示例性实施方式，附图中示出了示例性实施方式。

图2示出了根据一实施方式的用于超导电缆系统的终端设备。在图2中，与图1的部件相同的部件被标记相同的附图标记。如图2中所示，根据该实施方式的用于超导电缆系统的终端设备100中嵌设有超导故障电流限制器(SFCL)。

具体而言，根据该实施方式的用于超导电缆系统的终端设备100包括：制冷剂槽30，在该制冷剂槽30的内部填充有制冷剂31，同时该制冷剂槽30与超导电缆20的端部连接；真空绝热容器40，该真空绝热容器40环绕制冷剂槽30的外部；绝缘体50，该绝缘体50布置在真空绝热容器40的常温侧；电线60，该电线60的一端与超导电缆20的端部连接，另一端通过穿过制冷剂槽30和真空绝热容器40而延伸到绝缘体50的内部，以与架空传输电缆或电力装置连接；以及超导故障电流限制器70，该超导故障电流限制器70安装在导线60的位于制冷剂槽30的内部中的中央部处，以限制故障电流。

这里，超导电缆20的端部和电线60可通过导体连接部21而彼此连接。电线60分成两部分，即，与超导电缆20连接的部分和延伸到绝缘体50的内部的部分。该两部分通过连接部61彼此连接，同时形成直角。SFCL70安装在电线60的延伸到绝缘体50的内部的部分处。

填充在制冷槽30的内部中的制冷剂31可以是液氮，但并不必局限于此。

图3是嵌入在终端设备100中的SFCL70的示意图。如图3中所示，SFCL70包括：两个连接部分71a和71b，该两个连接部分71a和71b均与电线60连接；超导故障电流限制元件72，该超导故障电流限制元件72将两个连接部分71a和71b彼此连接；以及用于降低电场和磁场的屏蔽盖74，在该屏蔽盖74的内部填充有制冷剂73，制冷剂73同时环绕连接部分71a和71b和超导故障电流限制元件72。

如上所述，SFCL70安装在制冷剂槽30中。因此，如果SFCL70和制冷剂槽30的内部连接成彼此连通，则可使用相同的制冷剂作为填充在SFCL70中的制冷剂73和填充在制冷剂槽30中的制冷剂31。从而，用于超导电缆20的冷却系统实际上可被用作SFCL70冷却系统。尽管未在图3中具体示出，但制冷剂槽30与屏蔽盖70之间的制冷剂的连通例如可通过在屏蔽盖74的上部和下部分别形成的孔或通路(未示出)来实现。

例如，在电力系统中，通常几千安的电流流入电力电缆中，但在发生接地或短路故障时，在短时间内几十千安的电流流到电力电缆中。此时，由储如铜或铝之类的常用金属制成的电线具有恒定的电阻，而与电流无关。因此，在其中仅储如铜或铝之类的金属用作电线60的相关现有技术的终端设备10中，在发生电力传输故障时，瞬时故障电流流入超导电缆20中或外部电力装置中。

然而，当将根据本实施方式的SFCL70施加到终端设备100的电线60时，根据电流-电压特征，SFCL70的电阻通常变为“0(Ω)”，从而在无电力损失的情况下进行电力传输。当发生电力传输故障时，SFCL70的电阻变为R＞＞0的状态，以限制故障电流，由此保护超导电缆20。该状态被称作超导故障电流限制元件72的断开状态，并且电阻在该断开状态下增大到比该金属的电阻大几十倍。从而，在故障恢复之后，SFCL70的超导故障电流限制元件72恢复超导状态，并和通常一样传输电力。

如相关现有技术中所述，当SFCL与终端设备分离地形成时，其必需在操作断路器之后而再次操作断路器之前恢复到正常状态。因此，需要使用大型冷却设备，该冷却设备能够吸收通过限制故障电流而产生的大量热。然而，如本实施方式中所述，当SFCL70嵌入在终端设备100中时，终端设备100的冷却系统实际上可被用作SFCL70。因而，在正常状态下，不必增大冷却系统的容量。在发生电力传输故障时，从超导故障电流限制元件72产生的大量热分布到几百米至几千米长度的整个超导电缆20上，从而超导电缆20的温度不会过度升高。如相关技术中所述，当SFCL与终端设备分离地形成时，除了超导电缆和其冷却系统(冷却容量近似为几千瓦)外，SFCL和其冷却系统(典型的冷却容量近似为1千瓦)也分离地设置。然而，在该实施方式中，可以操作仅具有超导电缆的冷却系统的容量的SFCL。

由于相关现有技术的SFCL用于保护电力系统，因此，在设计超导电缆系统时，必需建立用于保护超导电缆的附加装置。然而，在所述实施方式中，嵌入在终端设备100中的SFCL70替代附加的装置。因此，当在电力系统中发生电力传输故障时，流入超导电缆20中的故障电流受SFCL70的限制，因此，直接保护超导电缆20。从而，容易设计超导电缆系统，并且可以使超导电力系统紧凑。

尽管为了示意的目的已公开了本文所公开的优选实施方式，但本领域技术人员将理解，在不背离所附的权利要求书中公开的范围和精神的情况下，可进行各种修改、增添和替代。

工业实用性

本发明可被应用至使用超导电缆系统的电力传输系统。