Limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto comprende:

un elemento limitador por superconductividad, el cual se encuentra en un estado superconductivo en el caso de que se produzca una corriente normal, y el cual se encuentra en un estado conductivo normal que tiene una resistencia predeterminada cuando circula una corriente de defecto superior a una corriente con un valor umbral predeterminado; una bobina de superconductividad conectada en serie al elemento limitador por superconductividad de manera que se enfrenten la una al otro de tal modo que se pueda minimizar una pérdida de corriente en consecuencia conforme las corrientes circulan en direcciones opuestas de tal modo que se anulen los campos magnéticos, y que tiene un valor umbral de corriente mayor que el valor de la corriente umbral del elemento limitador por superconductividad en una relación predeterminada; y una bobina en paralelo de conductor normal conectada en paralelo al elemento limitador por superconductividad y que tiene una resistencia predeterminada menor que la resistencia del elemento limitador por superconductividad cuando se produce una corriente de defecto, para impedir que el elemento limitador por superconductividad se sobrecaliente por división de una corriente que circula a través del elemento limitador por superconductividad y para apagar uniformemente el elemento limitador por superconductividad generando un campo magnético cuando se produce una corriente de defecto

Limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto y más en particular a un limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto capaz de reducir una pérdida de corriente de un elemento limitador por superconductividad debida a un campo magnético propio y a un campo magnético externo cuando se aplica una corriente normal al mismo, y capaz de apagar uniformemente el elemento por superconductividad cuando se aplica al mismo una corriente de defecto, tal como un cortocircuito.

Un limitador de corriente de defecto en un sistema de potencia eléctrica sirve para limitar los esfuerzos mecánicos, térmicos y eléctricos aplicados a un embarrado, un aislador, un disyuntor, etc., del sistema de potencia eléctrica cuando tiene lugar una corriente de defecto, tal como un cortocircuito, un defecto de puesta a tierra, y la incidencia de un rayo.

Un limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto utiliza el principio de que un superconductor es apagado por una corriente de defecto que exceda de una corriente umbral, es decir, un superconductor transita a un estado resistivo después de que pierde su característica de superconductividad.

Una corriente de defecto circula al limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto debido a un defecto del sistema de potencia, el limitador por superconductividad de corriente de defecto transita a una resistencia que tiene una alta impedancia con lo cual previene la corriente de defecto.

Generalmente, un superconductor que tiene una resistencia específica de "0" (cero) en un estado de superconductividad, transita a un estado de conductor normal en el que la resistencia específica no es "0" (cero) debido a la existencia de una corriente o un campo magnético y una característica de temperatura. El fenómeno por el que el superconductor pierde su superconductividad se denomina "apagado".

Los limitadores por superconductividad de corriente de defecto se clasifican principalmente en un tipo inductivo y un tipo resistivo. El limitador por superconductividad de corriente de defecto de tipo resistivo tiene una estructura más simple, un peso más ligero, y un costo de fabricación más barato cuando se compara con el de tipo inductivo puesto que un superconductor gestiona todas las operaciones, incluyendo una detección de corriente de defecto, una transición de estado a una resistencia, y una limitación de corriente.

Se explicará una construcción del limitador por superconductividad de corriente de defecto de tipo resistivo haciendo referencia a la Fig. 1.

El limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto convencional comprende un criostato 14 formado por un material no metálico y lleno de un refrigerante tal como nitrógeno líquido; un elemento limitador por superconductividad contenido en el refrigerante situado dentro del criostato 14, y mantenido en un estado de superconductividad; una bobina 16 de lámina e instalada fuera del criostato 14 de forma que rodea al criostato 14, y formada de cobre o aluminio, para aplicar un campo magnético uniforme en una dirección horizontal al elemento limitador 12 por superconductividad; unos conductores de corriente 13 y 15 para conectar el elemento limitador 12 por superconductividad y la bobina 16 de lámina en serie; y un varistor 17 conectado al circuito en serie entre el elemento limitador 12 por superconductividad y la bobina 16 en paralelo, para impedir que se genere una sobretensión en el circuito en serie de forma transitoria.

El limitador por superconductividad de corriente de defecto de tipo resistivo convencional se conecta a una línea de potencia de un sistema de potencia eléctrica.

Cuando circula una corriente de defecto al limitador por superconductividad de corriente de defecto de tipo resistivo, se aplica un campo magnético uniforme y potente en una dirección horizontal al elemento 12 limitador por superconductividad por la bobina 16 de lámina. A continuación, el elemento limitador 12 por superconductividad se pone en un estado que excede una densidad de corriente umbral y una densidad de campo magnético umbral, y así transita a un estado conductivo normal que presenta una resistencia. Por tanto, se limita la corriente de defecto.

En el limitador por superconductividad de corriente de defecto de tipo resistivo, la bobina 16 de lámina aplica un potente campo magnético al elemento limitador 12 en el caso de una gran corriente de defecto, con lo cual se apaga el elemento limitador 12 por superconductividad de manera uniforme y rápida. Sin embargo, aun cuando circula una corriente normal menor que una corriente nominal a través del limitador por superconductividad de corriente de defecto de tipo resistivo, la bobina 16 de lámina aplica un campo magnético al elemento limitador 12 por superconductividad y el elemento limitador 12 por superconductividad genera un campo magnético propio, el cual causa que el elemento limitador 12 por superconductividad experimente una gran pérdida de corriente. Por tanto, a fin de aumentar una cantidad de corriente que circula al elemento limitador 12 por superconductividad compensando la pérdida de corriente, se tiene que aumentar el número de los elementos limitadores 12 por superconductividad, lo cual hace que se tenga que aumentar el tamaño y el número de las bobinas 16 de lámina. Los problemas se hacen graves cuando la tensión del sistema de potencia eléctrica es más elevada.

Puesto que la pérdida de corriente se representa por una emisión de calor, a fin de mantener una temperatura de 65-77ºK (Kelvin) que es una temperatura para mantener el elemento limitador por superconductividad en un estado superconductor, se requiere un dispositivo de enfriamiento tal como un criostato mayor.

Puesto que circula siempre una corriente a la bobina 16 de lámina, es necesario un medio de blindaje térmico del criostato 14 en cuanto a la emisión de calor de la bobina 16 de lámina calentada.

En el limitador por superconductividad convencional de corriente de defecto, se aplica un campo magnético generado por la bobina 16 de lámina al elemento limitador 12 por superconductividad en una dirección horizontal, con lo cual se causa un apagado uniforme y simultáneo del elemento limitador por superconductividad. El método anteriormente mencionado se aplica a un elemento limitador por superconductividad basado en BISCCO para así obtener el mismo efecto. Sin embargo, cuando se aplica el método anteriormente mencionado a un elemento limitador por superconductividad basado en YBCO, el campo magnético que se necesita para aplicar un campo magnético horizontal tiene que ser decenas de veces mayor que el campo magnético que se necesita para aplicar un campo magnético, vertical. A fin de que la bobina 16 de lámina genere un gran campo magnético, se tiene que aumentar el tamaño y el número de las bobinas de lámina. Como resultado, el limitador por superconductividad de corriente de defecto tiene un tamaño mayor y por tanto una dificultad para obtener un espacio en el que se pueda instalar el mismo, y aumenta el costo de fabricación del mismo.

Breve descripción de la invención

Un objeto de la presente invención, por tanto, es proporcionar un limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto capaz de reducir una pérdida de corriente de un elemento limitador por superconductividad debida a un campo magnético propio y a un campo magnético externo en el caso de que se produzca una corriente normal, y capaz de apagar uniformemente el elemento limitador por superconductividad en el caso de que se produzca una corriente de defecto y por tanto mejorar una tolerancia frente a una tensión elevada por parte del elemento limitador por superconductividad.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto capaz de reducir su tamaño total mejorando la tolerancia de un elemento limitador por superconductividad frente a una tensión elevada, minimizando de esta manera el número de los elementos limitadores por superconductividad, y capaz de reducir su costo de fabricación.

Para lograr estas y otras ventajas y de acuerdo con la finalidad de la presente invención, tal como se realiza y describe aquí con amplitud, se proporciona un limitador resistivo por superconductividad...

1. Un limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto, que comprende:

un elemento limitador por superconductividad, el cual se encuentra en un estado superconductivo en el caso de una circulación normal de corriente, y el cual se encuentra en un estado conductivo normal que tiene una resistencia predeterminada cuando circula una corriente de defecto superior a un valor umbral de corriente predeterminado;

una bobina en serie de superconductividad conectada en serie al elemento limitador por superconductividad de manera que se enfrenten el uno a la otra de tal modo que se pueda minimizar una pérdida de corriente en consecuencia puesto que las corrientes circulan en direcciones opuestas de tal modo que se anulan los campos magnéticos, y tiene un valor "n" mayor que un valor "n" del elemento limitador por superconductividad en una relación predeterminada de manera que sea apagado previamente al elemento limitador por superconductividad cuando se produce una corriente de defecto;

una primera bobina en paralelo de conductor normal conectada en paralelo al elemento limitador por superconductividad y que tiene una resistencia predeterminada menor que la resistencia del elemento limitador por superconductividad cuando se produce una corriente de defecto, para impedir que el elemento limitador por superconductividad se sobrecaliente por división de una corriente que circula al elemento limitador por superconductividad y para apagar uniformemente el elemento limitador por superconductividad generando un campo magnético cuando se produce una corriente de defecto; y

una segunda bobina en paralelo de conductor normal conectada en paralelo a la bobina en serie de superconductividad y que tiene una resistencia predeterminada menor que la resistencia de la bobina en serie de superconductividad cuando se produce una corriente de defecto, para impedir que la bobina en serie de superconductividad se sobrecaliente por división de una corriente que circula a la bobina en serie de superconductividad y para apagar uniformemente el elemento limitador por hbox{superconductividad generando un campo magnético cuando se produce una corriente de defecto.}

2. El limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto de la reivindicación 1, en el que el elemento limitador por superconductividad es un superconductor que tiene una forma de bobina helicoidal.

3. El limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto de la reivindicación 1, en el que la bobina en serie de superconductividad conectada en serie al elemento limitador de corriente por superconductividad para minimizar la pérdida de corriente por anulación de los campos magnéticos en el caso de que se produzca una corriente normal es un superconductor que tiene una forma de bobina helicoidal, y está instalada de forma que rodea al elemento limitador por superconductividad y tiene el mismo número de espiras que el elemento limitador por superconductividad.

4. El limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto de la reivindicación 1, en el que la bobina en serie de superconductividad y el elemento limitador por superconductividad son respectivamente una bobina de superconductividad formada por enrollamiento de un superconductor en base a BISCCO o en base a YBCO en forma de cinta de espesor delgado y superficie de gran anchura.

5. El limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto de la reivindicación 1, en el que la bobina en serie de superconductividad y el elemento limitador por superconductividad están dispuestos de tal manera que las superficies anchas de los mismos se pueden enfrentar la una a la otra.

6. El limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto de la reivindicación 1, en el que la bobina en serie de superconductividad y el elemento limitador por superconductividad tiene valores de corriente umbral similares entre sí con una diferencia inferior al 3%.

7. El limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto de la reivindicación 1, en el que el valor "n" de la bobina en serie de superconductividad es mayor que el valor "n" del elemento limitador por superconductividad en 1,5~4,0 veces.

8. El limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto de la reivindicación 1, en el que la primera bobina en paralelo de conductor normal y la segunda bobina en paralelo de conductor normal tienen la misma dirección de corriente que uno de la bobina en serie de superconductividad y el elemento limitador por superconductividad.

9. El limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto de la reivindicación 1, en el que la primera bobina en paralelo de conductor normal y la segunda bobina en paralelo de conductor normal son bobinas en forma de solenoide, y están colocadas entre el elemento limitador por superconductividad y la bobina en serie de superconductividad y fuera del elemento limitador por superconductividad.

10. El limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto de la reivindicación 1, en el que la bobina en serie de superconductividad y el elemento limitador por superconductividad están formados por uno de una masa superconductora BI2212, un hilo superconductor BI2223, y un superconductor revestido de YBCO, respectivamente.

11. El limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto de la reivindicación 1, que comprende además una capa aislante eléctrica dispuesta entre el elemento limitador por superconductividad y la primera bobina en paralelo de conductor normal, entre la primera bobina en paralelo de conductor normal y la bobina en serie de superconductividad, y entre la segunda bobina en paralelo de conductor normal y la bobina en serie de superconductividad.

12. El limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto de la reivindicación 11, en el que la capa aislante está formada por una resina epoxi o un plástico reforzado con fibra de vidrio.

13. El limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto de la reivindicación 1, en el que la primera bobina en paralelo de conductor normal y la segunda bobina en paralelo de conductor normal están formadas de uno de los materiales siguientes: cobre, bronce, CuNi, y aleación de Ni.

14. El limitador resistivo por superconductividad de corriente de defecto de la reivindicación 1, en el que se conecta una pluralidad de limitadores resistivos por superconductividad de corriente de defecto en serie entre sí a fin de aumentar una tolerancia frente a una tensión elevada.