PDF《基于 MgB》

2 的小体积电阻型 S F C L 进一步工程设计提供 了理论依据.

1 工作原理 超导材料需要在一定的外部环境下才呈现超导 状态.外部环境主要为温度、 磁场和流通电流3个 影响因素, 对应的边界条件称为临界温度、 临界磁场 和临界电流.电阻型S F C L就是利用在超导材料中 流通的电流超过临界电流而触发形成较大的电阻, 并产生大量的焦耳热来提高超导体的温度, 使输出 电阻进一步增大. 在正常运行时, 电网上流通的电流较小, 而当发 生短路故障时, 电网电流迅速增大十几倍甚至几十 倍.选择一定的超导材料串接在电网中, 当电网正 常运行时流通的最大电流小于超导材料的临界电 流, 超导体仍然呈现超导状态, 不产生任何阻值, 因 而不影响电网的正常运行;

而在电网发生短路故障 ―

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1 ― 第38卷第14期2014年7月25日Vol.38No.14July2 5,

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1 4 后, 短路电流大于超导材料的临界电流, 超导体立刻 呈现失超状态, 并产生较大的阻值, 进而限制了电网 短路故障形成的短路电流.

2 工序制作 基于 M g B

2 的小体积S F C L是利用 M g B

2 超导 材料通过改变整体的制造工序而制作.限流器的制 作工艺如图1所示. 图1 小体积S F C L限流元件制作流程 F i g .

1 M a n u f a c t u r i n gp r o c e s so f t h ec u r r e n t l i m i t i n g e l e m e n tw i t hs m a l l s i z e f o rS F C L 首先将合适成分比例的硼粉和镁粉按一定的原 子比例进行混合研磨, 将混合粉末填充至铁套管中 密封, 经过旋锻拉拔等方式减小直径即可获得线材. 然后在获得的线材上利用玻璃纤维编制绝缘后, 按 照一定的绕向绕制在铜骨架上, 经过高温退火处理 后, 线材变成了 M g B

2 超导线材, 再利用环氧树脂胶 黏剂将其固化, 最终形成了小体积的 M g B

2 限流元 件, 制备出的限流元件和线材横截面如附录A图A1所示. 制成的电 阻型SFCL限流元件具有较小的体积, 具体参数为: 内径

1 4 mm, 外径

2 7.

1 2 mm, 高61.

8 4 mm, 匝数为190, 层数为5;

总线材长度为88

0 0mm;

骨架 材料热导率为18

2 3 W / ( m?K) ( 4. 2K) ;

临界电流为1

5 5A( 5K, 0T) ;

电阻1.

6 3Ω (

3 0 0K) .与文献[

1 2] 相比, 限流元件体 积大大降 低.线材表面包覆的由玻璃纤维和环氧树脂胶黏剂 组成的绝缘层厚度为0.

2 5mm, 主要用于层间绝缘. 限流器骨架由铜质材料制作而成, 有较好的散热性. 绕制时, 采用双股绕法, 可以消除线圈的电感效应给 系统带来的额外感抗( 见附录 A 图A2).通过双线 绕法所制作的电阻型 S F C L 两端电感极小, 在几微 亨数量级, 基本可以忽略.由图2 ( b ) 可知, M g B

2 超 导线材内径为0.

5 4 mm, 外层为 铁包覆层, 直径为 0.

9 0mm, 可用于为 M g B

2 和外界提供隔离层, 并具 有超导材料的失超保护功能, 避免了超导材料形成 局部热点, 造成热损.

3 实验和仿真 3.

1 实验系统 为了对所制作的小体积电阻型S F C L试验样机 的限流性能进行测试, 设计如附录 B 图B1所示的 试验电路进行试验研究.电网电压为

2 2 0V 交流 电.大电流发生器高压侧通过空气开关、 变阻器与 电网 相连, 其低压侧连接电阻箱、 负载和电阻型SFCL.在S F C L两端并联一个负荷开关, 短路故障 通过闭合接触器 KM 实现, 接触器 KM 的通断通过 固态开关控制, 控制信号由短路试验系统发出.此外, 短路试验系统还通过各传感器采集系统中的电 流、 电压、 温度等信号. 最终测试样机如附录C图C1所示. 3.