INSTALACIÓN SUPRACONDUCTORA RESISTIVA DE LIMITACIÓN DE LA CORRIENTE CON BOBINADO BIFILAR DE CONDUCTORES DE CINTA HTS Y ESPACIADOR DE ESPIRAS.

Instalación supraconductora de limitación de la corriente de tipo resistivo con al menos un bobinado bifilar (11) de al menos un conductor HTS (12) en forma de cinta,

en la que entre espiras (Wi, Wi-1) adyacentes del bobinado está dispuesto al menos un distanciador (13, 13') aislante de electricidad, que es transparente para un refrigerante al menos en zonas parciales, caracterizada porque el distanciador (13, 13') presenta una cinta de soporte en forma de banda de material aislante de electricidad, que está provista sobre al menos uno de sus lados planos (15a, 15b) con elementos distanciadores (16i) de material aislante de electricidad, que están distanciados entre sí en dirección de dilatación de la cinta de soporte (15) y están constituidos de un material con alta conductividad térmica

5 [0001] La invención se refiere a una instalación supraconductora de limitación de la corriente de tipo resistivo con al menos un bobinado bifilar de al menos un conductor HTS en forma de cinta, en la que entre espiras adyacentes del bobinado está dispuesto al menos un distanciador aislante de electricidad, que es transparente para un refrigerante al menos en zonas parciales. Una instalación de limitación de la corriente resistiva de este tipo se deduce a partir del documento DE 10 2004 048 646 A1. [0002] Desde que se conocen compuestos de óxido de metal supraconductores con altas temperaturas críticas Tc de más de 77 K, que se designan, por lo tanto, también como materiales supraconductores de alta Tc y que permiten especialmente una refrigeración con nitrógeno líquido (LN2), se intenta concebir con conductores HTS correspondientes también instalaciones supraconductoras de limitación de a corriente. Una instalación limitadora de la corriente de este tipo se deduce a partir del documento DE-A1 mencionado anteriormente. Está constituida con al menos un conductor HTS en forma de cinta, que presenta una cinta de soporte texturizada metálica, especialmente una llamada cinta RABiTS de una aleación de Ni (ver “Applied Superconductivity”, Vol. 4, Nº 10-11, 1996, páginas 403 a 427). Sobre esta cinta de soporte está depositado un sistema de capas de materiales tampón oxídicos, como por ejemplo CeO2 o Y2O3, y del material HTS, especialmente de YBa2CU3Ox (llamado “YBCO”).Esta estructura no está revestida todavía por una capa de cubierta fina conductora normal, para suprimir los llamados puntos calientes (Hot-Spots) (ver también el documento DE 198 36 860 A1), siendo tomadas adicionalmente todavía medidas para la prevención de descargas eléctricas entre la capa de cubierta y la cinta metálica de sustrato. Un tipo de conductor correspondiente se designa también como conductor revestido (Coated Conductor). A partir de un conductor de cinta HTS de este tipo, en la instalación de limitación de la corriente conocida, se arrolla una bobina bifilar en forma de espiral con buena accesibilidad para el refrigerante LN2. A tal fin, con el conductor de cinta HTS se arrolla al mismo tiempo todavía un distanciador en forma de cinta de un material aislante, que garantiza al mismo tiempo un aislamiento mutuo suficiente de espiras de bobinas adyacentes.

El documento WO99/33122 publica una instalación supraconductora de limitación de la corriente de tipo resistivo, que presenta una cinta de conductor supraconductora. La cinta de conductor supraconductora se configura como devanado de disco bifilar, de manera que entre capas de cinta adyacentes del devanado se encuentra cintas aislantes para el aislamiento eléctrico. Tales cintas aislantes pueden presentar, por ejemplo, una estructura ondulada o nervada. [0004] El documento EP 0 444 792 A2 publica una bobina supraconductora formada a partir de un supraconductor de capa fina (conductor revestido). El supraconductor de capa fina se puede configurar en una llamada bobina Pancake. Las espiras adyacentes pueden estar distanciadas en este caso unas de las otras por medio de elementos distanciadores del tipo de nervadura, que están distanciados efectivamente entre sí en la dirección de dilatación de una cinta de soporte. [0005] Para la rentabilidad de las instalaciones de limitación de la corriente correspondientes son decisivos la cantidad necesaria de material de conductor de cinta HTS y los costes específicos. La cantidad de material se determina, por su parte, a través de los parámetros “corriente crítica por anchura del (Ic/w)” y “caída admisible de la tensión por longitud de la cinta (U/L)”. Ambos parámetros deben ser lo más grandes posible. Mientras que la magnitud Ic/w se determina únicamente a través de las propiedades y el procedimiento de fabricación de la capa supraconductora, la magnitud U/L depende de las propiedades de las partes nosupraconductoras de la estructura de la capa, es decir, especialmente de la cinta de sustrato y de la capa de cubierta. Con un tiempo de desconexión y una temperatura final predeterminados del devanado limitador de corriente durante la fase de limitación, (U/L)2 se determina a través del producto de la “resistencia superficial” (la llamada “Sheet resistance) y la capacidad térmica relacionada con la superficie, sumando todas las capas de la estructura del conductor. Por ejemplo, para un conductor de cinta RABiTS con cinta de sustrato de aleación de Ni, cuya masa térmica se forma esencialmente por la cinta de sustrato, con un tiempo de desconexión de 50 ms y 300 K de temperatura final, resulta la magnitud U/L = 0,4 V/cm. Sin embargo, en otro tipo conocido de instalación de limitación de la corriente, en la que una cinta de conductores HTS está configurada sobre una placa de sustrato dilatada de zafiro y una capa de cubierta de Au, U/L está en el intervalo de 9 a 10 V/cm. La causa de este valor claramente más elevado de un “conductor de placa de zafiro” de este tipo es el sustrato, que proporciona una capacidad térmica grande, pero al mismo tiempo, como aislante, no genera prácticamente calor de Joule. [0006] El cometido de la presente invención es configurar la instalación de limitación de la corriente con las características mencionadas al principio con la intención de que presente, frente a las instalaciones de limitación de la corriente conocidas del mismo tipo, utilizando conductores de cinta HTS (conductores revestidos), una disipación mejorada del calor y una tensión admisible mayor por longitud de conductor. [0007] Este cometido se soluciona con las medidas indicadas en la reivindicación 1. De acuerdo con ello, la instalación de limitación de la corriente con las características mencionadas al principio debe estar configurada de tal forma que su distanciador presenta una cinta de soporte en forma de banda de material aislante de electricidad, que está provista sobre al menos uno de sus lados planos con elementos distanciadores de material aislante de electricidad, que están distanciadores entre sí en la dirección de la dilatación de la cinta de soporte y están constituidos por un material con alta conductividad térmica. Por una conductividad térmica alta se entiende en este contexto un valor λ de al menos 10 W/m·K. [0008] Las ventajas unidas con esta configuración de la instalación de limitación de la corriente se pueden ver especialmente en que su distanciador, además de una función de aislamiento eléctrico, actúa también, por decirlo así, como un “sumidero de calor”. Este sumidero de calor se puede realizar en este caso de tal forma que, con calores específicos habituales de sustancias aislante, la magnitud U/L se eleva claramente (es decir, al menos en un factor 2) frente a un conductor de cinta “brillante” (sin distanciador). Esto se puede conseguir especialmente también a través de un espesor suficiente (en la dirección de la distancia entre las espiras) de especialmente mayor de 0,5 mm. El sumidero de calor no limita en este caso de manera ventajosa la fabricación de bobinados correspondientes a partir del conductor de cinta HTS, puesto que a tal fin puede estar configurado suficientemente flexible. Además, su conductividad térmica se puede ajustar tan grande que el calor de Joule generado en los componentes metálicos del conductor de cinta HTS puede bajar durante el tiempo de limitación de los limitadores de corriente en una medida suficientemente baja, es decir, que existe una constante de difusión térmica, y de esta manera se acondiciona una alta capacidad térmica por área de conductor. Además, también la resistencia de paso térmica entre el conductor de cinta HTS metálico y el sumidero de calor aislante de electricidad se puede mantener suficientemente pequeña. Por último, el sumidero de calor solamente prolonga el tiempo de refrigeración después de una fase de limitación en una medida reducida. En efecto, puesto que el tiempo de refrigeración se determina esencialmente a través de la relación entre la energía almacenada y la superficie disponible para una disipación de calor, a través de la configuración del distanciador se puede incrementar la superficie límite disponible para una refrigeración para el refrigerante de manera similar a una capacidad térmica elevada. [0009] Las configuraciones ventajosas de la instalación supraconductora de limitación de la corriente de acuerdo con la invención se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1. En este caso, la forma de realización de acuerdo con esta reivindicación se puede combinar con las características de una de las reivindicaciones dependientes o con preferencia también con las características...

1. Instalación supraconductora de limitación de la corriente de tipo resistivo con al menos un bobinado bifilar (11) de al menos un conductor HTS (12) en forma de cinta, en la que entre espiras (Wi, Wi-1) adyacentes del bobinado está dispuesto al menos un distanciador (13, 13') aislante de electricidad, que es transparente para un refrigerante al menos en zonas parciales, caracterizada porque el distanciador (13, 13') presenta una cinta de soporte en forma de banda de material aislante de electricidad, que está provista sobre al menos uno de sus lados planos (15a, 15b) con elementos distanciadores (16i) de material aislante de electricidad, que están

10 distanciados entre sí en dirección de dilatación de la cinta de soporte (15) y están constituidos de un material con alta conductividad térmica. 2. Instalación de limitación de la corriente de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por elementos distanciadores (16i) con una conductividad térmica a 20 ºC entre 10 y 200 W/mK.

15 3. Instalación de limitación de la corriente de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque los elementos distanciadores (16i) están configurados en forma de nervadura.

4. Instalación de limitación de la corriente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los elementos distanciadores (16i) 20 están formados de un material cerámico. 5. Instalación de limitación de la corriente de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque como material cerámico está previsto Al2O3 o AIN. 6. Instalación de limitación de la corriente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los elementos distanciadores (16i) 25 están fijados sobre la cinta de soporte (15).

7. Instalación de limitación de la corriente de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque los elementos distanciadores (16i) están encolados con la cinta de soporte (15).

8. Instalación de limitación de la corriente de acuerdo con una de las 30 reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la cinta de soporte (15) está constituida de un material de plástico.

9. Instalación de limitación de la corriente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los elementos distanciadores (16i) y la cinta de soporte (15) forman un componente común prefabricado.

35 10. Instalación de limitación de la corriente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los elementos distanciadores (16i) están distanciados en la dirección longitudinal a una distancia (a) entre 1 mm y 5 mm.

11. Instalación de limitación de la corriente de acuerdo con una de las 5 reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los elementos distanciadores presentan en la dirección longitudinal un espesor (d) entre 1 mm y 5 mm.

12. Instalación de limitación de la corriente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la cinta de soporte (15) y/o los elementos distanciadores (16i) presentan una anchura, que corresponde al menos

10 aproximadamente a la del conductor de cinta HTS (12). 13. Instalación de limitación de la corriente de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque la cinta de soporte (15) y/o los elementos distanciadores (16i) presentan una anchura que corresponde al menos aproximadamente al doble de la anchura del conductor de cinta (12).

15 14. Instalación de limitación de la corriente de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los elementos distanciadores (16i) están conectados mecánicamente con la parte adyacente respectiva del conductor de cinta HTS (12).

15. Instalación de limitación de la corriente de acuerdo con la reivindicación 20 14, caracterizada porque los elementos distanciadores (16i) están encolados o

soldados con la parte respectiva del conductor de cinta HTS. Siguen dos páginas de dibujos.