故障限流系统的制作方法

专利名称：：故障限流系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及超导复合故障限流系统。
背景技术：
：故障限流器(faultcurrentlimiter)系统可以降低电网中町能由于雷击、倒下的树枝、交叉的传输线路等等导致的高电流浪涌(即故障电流)的大小。超导材料在原理上为理想的故障限流器，因为其材料电阻在温度低于临界温度(Tc)、磁场小于临界磁场并且承载的电流小于临界电流(Ic)时为零。在限流应用中，超导对小于Ic的电流具有零电阻，对于卨'于Ic的电流具有高电阻。材料电阻对应于电网中的过度电流而迅速增加，这样有效削弱r故障电流并且保护昂贵的传输和配电设备不受损坏。
发明内容本发明提供了一种故障限流系统，所述故障限流系统包括制冷系统、第一导线和第二导线、以及故障限流(FCL)元件，所述FCL元件热连接到所述制冷系统以保持在低温温度并且具有相对端子分别连接到所述第一导线和所述第二导线的端部。所述FCL元件优选的由在至少15K的温度下n值至少为15的超导材料制成。所述FCL元件优选的可以承载至少500A的电流。所述FCL元件优选的由超导材料制成，其包括多个超导粒子以及所述超导粒子邻近的金属，通过所述超导粒子将所述FCL元件驱动到超导态从而提供从所述第一导线至所述第二导线的超导路径。所述FCL元件可以定义曲折的超导路衿。所述FCL元件优选的具有形成于其内的多个交替狭缝以定义曲折的超导路径。以将曲折路径定义为三维的方式形成所述狭缝。所述FCL元件可以具有多个平板，各个平板具有形成于其内的多个交替狭缝。所述FCL系统可以进一步包括具有阻抗的分路，所述阻抗连接在所述第--导线和所述第二导线之间且并行于所述所述FCL元件。所述制冷系统可以包括低温外壳(所述第一导线和所述第二导线延伸到所述低温外壳内)、位于所述低温外壳内的低温流体、以及连接到所述低温外壳以将所述低温流体保持在低温温度的制冷模块，其中所述FCL元件位于所述低温流体内。所述FCL系统可以具有第一低温流体和第二低温流体，所述第一低温流体所处的温度低于所述第二低温流体，所述FCL元件位于所述第一低温流体中，所述第一导线和所述第二导线为混合导线，分别包含高温超导(HTS)部分和金属部分，HTS部分的下端位于所述第一低温流体中，并且所述HTS部分的上端和所述金属部分的下端位于所述第二低温流体中。本发明还提供了一种FCL元件。所述FCL元件可以由在至少15K的温度下n值至少为15的超导材料制成。所述FCL元件可以包括多个超导粒子和与所述超导粒子邻近的金属，通过所述超导粒子将所述FCL元件驱动至超导态从而提供其相对端子之间的超导路径。下面进一步参考附图以示例方式描述本发明，其中图1为显示n值的意义的电场一电流图示；图2为FCL模块的等效电路图3为FCL模块的阻抗一电流图示；图4为超导金属基质复合材料中n值一金属基质材料所占百分比体积的图5为超导金属基质复合材料中临界电流一金属基质材料所占百分比体积的图示；图6为显示第I类和第II类超导之间失超机制差异的FCL模块的归一化电阻一电流的图示；图7为根据本发明一个实施例的SMMC中由磁致电阻金属基质材料组成的FCL模块的侧视图8为显示SMMCFCL元件中的应力断裂如何通过加热而愈合的图示；图9A为显示使用FCL系统保护配电网络中的电力元件的电路图9B为图9A所示的FCL系统的FCL模块的侧视图10为MgB2/GaSMMCFCL元件装置的侧视截面图11为根据本发明第一实施例的FCL系统的侧视图，其中FCL模块位于FCL系统的低温区域内；图12为根据本发明第二实施例的FCL系统的侧视图，其中阻性限流分路位于FCL系统的低温区域外侧；图13为显示HTS和基于MgB2元件的临界电流要求的电场一电流图示，所述HTS和基于MgB2元件的临界电流要求用于保护HTS元件在故障期间不受损坏；图14为显示使用FCL系统保护10MW(10kV，lkA)配电网络中的电力元件的电路图15为显示使用阻性铜连接接头串联组装多个HTS陶瓷元件的方法的图16为显示将MgB2/Ga粉末形成为方形薄板的方法的侧视图；图17为MgB2/Ga平板在通过执行一系列交替切割而产生曲折的电流路径之后的侧视图18A和18B为显示通过组装一系列平板而组装大批MgB2/Ga曲折电流路径FCL元件的方法的侧视图和透视图19为在将各个平板熔为整体之后的组装曲折电流路径FCL元件的透视图20为根据本发明第三实施例的FCL系统的侧视截面图，其中图19所示的曲折电流路径FCL元件位于该FCL系统的低温区域内；以及图21为根据本发明第四实施例的使用曲折路径FCL元件和阻性限流分路的混合FCL系统的侧视截面图。具体实施方式FCL功能和参数限流系统具有的电阻系数是通过该系统的电流的函数。超导材料(例如线、棒、管等等)可以作为限流系统，因为超导的电阻是通过该材料的电流的强函数。图1显示了典型的超导的每厘米电压(Vc/cm)—电流的图示。当向承载电流的超导材料施加的电流低于临界电流时，超导材料显示的每厘米电压降为零。临界电流(Ic)是通过对临界电场(或者沿着样本测量的电压)假定一定值而确定的。通常使用lpV/cm的临界电场来确定HTS陶瓷和金属硼化物超导材料的临界电流。对于超过Ic的电流，超导两端的电场满足公知的指数定律表达式V=Vc(I/IC)n当电流大于Ic时，"n值"描述了超导内电压逐渐产生的方式，或者说等效的描述了金属如何从零电阻的超导态转换到阻性正常的金属态。对于通过超导材料的电流的给定增加速率，更高的n值表明金属将更快的转换到正常的等效金属态。有效的限流系统应当随着电流增加从零电阻超导态快速切换到高电阻正常态。换言之，有效的限流系统应当具有高n值(即11>5)。图2显示了典型FCL模块的等效电路图。该系统包括两条并行电流路径一条是超导路径，并且另一条是限流分路。超导路径的阻抗(Zhx)是电流的函数。通常的，Zfcl=Rfcl+coLfcl，其中R和L分别为超导元件的电阻和电感。对于非导体FCL元件，其对超导路径的阻抗的电抗贡献可以被忽略，并且超导路径的阻抗是阻性的且为通过元件的电流的函数。对于小于临界电流的电流，Zp^为零。对于超过系统的临界电流的电流，Zfcx接近Rr:l。限流分路并行于超导路径。该分路被设计为在故障条件下承载大部分电流，从而保护FCL元件不受损坏，并且通常由阻性和/或感性元件组成。通常的，Z分路=R分路+coL分路其中R^和L^分别为分路的电阻和电感。图3显示了图2所示FCL模块的作为电流函数的阻抗。在此示例中，假定对于小于临界电流(IC)的电流，ZFa为零，对于超过IC的电流，ZFCl远大于Z^。使"过渡区域"最小化的FCL模块具有更快的切换特性。"过渡区域"的特征在于FCL元件中的超导性的迅速损失。这种向等效正常金属态的快速转换被称为"失超"。通常的，失超的持续时间以及在失超期间FCL元件中消耗的功率可以通过如下方式最小化-提高FCL元件的n值；-提高FCL元件的正常态电阻RFQj。高温超导(HTS)陶瓷材料可以以棒、薄膜、圈(coil)、管、线等形式被用作FCL元件。这种材料具有某些特性使其在该应用中具有吸引力。这些特性包括-髙超导临界温度(Tc)，允许FCL系统在77K附近的温度工作。-高正常态电阻，在100K下为100!incm的数量级。-高热容，允许材料吸收在失超期间产生的大量热量而不会显著增加温度。HTS陶瓷还具有的某些物理特性使HTS陶瓷在FCL系统中的使用并不尽如人意。特别是HTS材料为易碎陶瓷。在失超期间必定产生的热和机械应力可能在材料中引起微裂缝。这些微裂缝大大阻碍了FCL元件中超电流的流动，并且使得系统工作性能下降。-在77&下0.01\^/(011K)数量级的低导热率。这些材料的低导热率使其在失超期间容易形成"热点"，因为热量不能通过材料迅速流失。"热点"处的热失控可能导致FCL元件的灾难性失效。HTS材料为第II类超导。这样，在高电流条件下磁通量穿过材料，产生具有正常核心的旋涡。这些旋涡的移动在失超期间在材料中产生阻性加热。这样导致FCL切换期间很大的热负荷。二硼化镁(MgB2)在低温下显示出超导特性。类似于HTS陶瓷材料，MgB2可以以棒、薄膜、圈、管、线等形式被用为FCL元件。二硼化镁具有某些特性使其在该应用中具有吸引力。这些特性包括-相对较高的超导临界温度(Tc),允许FCL系统在低于40K的温度下工作。-大于HTS材料大约10倍的导热率。二硼化镁还具有某些物理特性，使其在FCL系统中使用并不尽如人意。特别是-在401:下相对较低的正常态电阻，其数量级为2^cm。这意味着相对于HTS陶瓷必须使用更大长度的材料以保持FCL元件中较高的RF"。-低热容。这意味着材料温度会随着失超期间的热输入而显著增加。-]^882与HTS材料类似为易碎陶瓷并且因此容易由于热和机械应力而破裂。然而，公知的，MgB2中流通的超电流不会像HTS陶瓷一样由于裂缝和颗粒边界而显著下降。-\1862与HTS材料类似为第II类超导，并且失超期间旋涡的移动会在材料中产生阻性加热。HTS和二硼化镁在FCL系统中作为有源FCL元件使用时均具有某些优点和缺点。在FCL系统中使用的特别有用的超导材料应当具有如下特性1)材料应当具有高n值(例如>10)。优选的，n值应当针对特定应用而被定制并且通过适当选择材料而被修改。2)失超机制，其产生很小的阻性加热。3)高电阻系数正常态，从而故障电流可以主要由FCL模块中的分路所承载。4)高导热率，防止在失超期间产生的任何"热点"的热失控。5)对于热和机械应力的高抵抗力。材料应当不容易破裂或者老化。辦斗禾口脂抓超导金属基质复合材料(SMMC)元件是通过将超导粉末与金属(粉末或者液体)混合并且使用公知技术例如冷却或者热等静压等方法将合成混合物形成为体(bulk)元件(条、棒、板、圈等等)而制造的。美国专利No.6，586，370中描述了SMMC的细节，该专利作为参考而结合于此。超导粒子与金属之间的紧密接触使得复合材料在低于超导粒子的超导临界温度的温度下具有体超导特性。如果金属在低于超导临界温度的温度下具有较大的电子-声子相互作用和较大的电子平均自由程时，复合材料的超导特性被加强。通过在SMMC中使用易延展的并且可锻的金属，复合材料的机械性能相对于易碎超导材料的机械性能可以改善。相对于HTS陶瓷元件和二硼化镁元件而言，在FCL系统中使用SMMC元件提供了很多优点。特别是(l)SMMC的"n值"设计图4显示了在具有1至50微米直径范围的超导粒子的SMMC材料中观测到的通常行为。这些复合材料的n值是复合材料中金属体积百分比的强函数，并且倾向于金属体积在1030%之间时具有最大值。给定SMMC的峰值ii值依赖于超导粒子的粒子尺寸分布以及金属的电子-声子相互作用和电子平均自由程。类似的，观测到如下依赖关系，即SMMC的临界电流的变化是复合材料中金属体积百分比的函数。这显示于图5中。通常的，给定复合材料的n值和临界电流倾向于在相同的金属体积百分比附近达到峰值。特定超导应用需要超导元件中某一最小的n值。使用SMMC允许设计具有适合于系统的n值的超导材料。例如，FCL系统需要高n值以实现快速切换特性。因此，可以使用金属体积百分比a^在15%至40%之间的SMMC来制造FCL系统。然而，超导电机可能需要较低的n值以在不同的负载条件下实现系统稳定性。例如，可以通过提高SMMC中金属体积百分比而实现所述较低的n值。(2)SMMC失超机制第I类和第II类超导在施加的磁场中显示出迥异的行为。GinzburgLandau(GL)理论是超导性的半唯象描述，充分的描述了超导的磁场特性。在GL理论中，k^、l^，其中、是London穿透深度，并且《是超导库珀对的相干长度。第I类和第II类行为的特征在于<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>第I类<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>第II类超导中London穿透深度与超导相干长度的比值大小极大影响了材料在所施加磁场中的特性。例如，如果第I类超导在零磁场中被冷却到低于Tc，则材料中具有零表面电流。当外部磁场被施加至样本时，在材料中感应出超导表面电流，其完全屏蔽施加的磁场。对于小于临界磁场Hc的磁场强度，超导内的磁场在距离k上衰减。在更高的磁场强度下，感应电流超过材料的临界电流，并且发生突然转换，使得材料进入正常金属态。该转换在第I类超导的Hc下发生。在第II类超导中，在施加的低强度磁场中材料的行为与第I类的行为类似，并且表面电流有效屏蔽施加的磁场。然而随着磁场强度提高，磁通线开始穿入超导的体内。发生磁通穿入的磁场强度为Ha，其为第一临界磁场。如上所述，施加的磁场小于Hd时，材料行为与第I类超导非常相似。然而随着施加的磁场强度超过Ha，材料保持在超导态，并且允许磁通量旋涡穿过材料。随着磁场强度增加，材料中磁通量旋涡密度也增加。这些旋涡的特征在于被环形超电流环绕的正常金属芯。这些旋涡的移动被称为"磁通流"并且在超导材料中产生有限电阻。随着磁场强度增加，磁旋涡密度增加到一定程度，其中没有其他旋涡可以穿透该材料。在第二临界磁场Hc2下，第n类超导转换回到正常金属态。在FCL元件中，元件的响应时间是超导磁场行为的强函数。在电流承载应用中，电流自身在样本中产生磁场，从而在体超导中感应表面电流。这对于在失超期间材料中开始出现正常金属电阻的方式具有极大影响。图6显示了作为电流函数的第I类和第II类超导的电阻(图6改编自IntroductiontoSuperconductivity,M.Tinkham)。在第I类行为中，材料的电阻在直到Ic之前均为零，在Ic时电阻突然增加并且接近材料的正常金属态电阻Rw。在第II类超导中，随着磁通线开始穿过材料并且流动，在IC1时开始出现有限电阻。磁通流电阻的出现在FCL元件中产生了附加的i2R并且贡献了系统的热散耗。很明显，对于FCL系统的快速切换特性，需要第I类行为。超导的第I类和第II类特性通常是材料的内在特性。第I类材料往往是基本的超导，具有较低的临界场和温度。第I类材料可以通过向材料添加掺杂或者其他电子散射中心而被制成第n类材料。第n类材料具有高临界磁场和更高的临界温度，从工程角度来说最为实用。不幸的是，不可能在第n类超导中设计出第i类行为同时保持高临界电流和高磁场特性。HTS陶瓷超导和二硼化镁均是第II类超导。这样，它们容易在FCL元件的失超期间受到阻性磁磁通流加热而损坏。可以通过混合第I类和第II类超导来制造SMMC元件。包括SMMC的超导粒子通常为第n类超导，因为它们具有更髙的临界温度和临界磁场。SMMC的导体金属成分通常为易延展的金属材料，在足够低温度下具有第I类行为。目前已知这些复合材料中的超电流受到第I类金属的特性限制(M丄Holcomb,"Supercurrentsinmagnesiumdiboride/metalcompositewire",PhysicaC423(2005)103-118)。然而SMMC的高临界温度是由第II类材料的高临界温度决定的。因此，通过使用高Tc第II类超导和第I类超导的混合,可以制造同时具有高临界温度和在失超期间具有高切换速度的FCL元件。例如，在SMMC中可以使用作为第II类材料的二硼化镁粒子以及作为第I类材料的镓金属来制造FCL元件。其他备选的具有较大电子-声子相互作用和较长电子平均自由程的第I类材料包括Bi、Pb、Nb、In、Sn、Hg以及这些材料的有些合金。根据所需特性，还可以专门使用第II类材料制造SMMCFCL元件。例如，在SMMC中可以使用作为高Tc第II类材料的二硼化镁粒子以及作为易延展第II类金属材料的BiPb合金金属来制造FCL元件。其他备选的具有较大电子-声子相互作用和较长电子平均自由程的第II类材料包括Bi、Pb、Nb、In、Sn以及Hg的合金。对于在SMMC中使用的备选金属材料的评估是基于与超导粒子的化学相容性、正常金属态下的材料电阻系数、正常态中的电子平均自由程长度、电子-声子相互作用、材料的承载密度、材料成木以及其它因素。通常的，将第II类超导粉末与第I类金属组合可以使得FCL组件在系统的失超状态期间具有更加改善的切换性能。(3)SMMC的高阻性正常态特性在图2所示FCL模块中，电流随着故障电流的大小而被引导通过并行电路的不同分支。当电流小于Ic时，几乎所有电流通过超导FCL元件。当电流超过Ic时，电流被重新导向通过FCL模块的分路路径。当FCL元件经历失超进入等效正常金属态时出现这种电流重导向。为了出现这种电流重导向，FCL元件的正常金属态阻抗必须远远大于分路的限流阻抗。这样，大部分故障电流会通过分路并且不会由于I2R加热而损坏FCL元件。温度高于Tc时，HTS陶瓷材料在正常金属态中具有较高电阻。通常的，温度在超过100K时，这些材料的电阻率超过100MHcm。作为比较的是，在此温度下金属电阻率的数量级通常为0.01至l.OnHcm。二硼化镁具有的内部电阻系数比HTS陶瓷低得多。在40K下MgB2的正常态金属电阻系数的典型值为0.3MHcm的数量级。因此，需要使用更长(或者更小截面积)的二硼化镁以实现与使用HTS陶瓷材料制造的FCL元件相同的正常态电阻。按照定义，具有理想几何形状(即条、棒、板等等)的导体元件的电阻R由下式给定R=(p〃A)其中p是材料电阻系数，/是元件长度，并且A是元件的截面积。提高导体元件的电阻的传统方法是将其制造为更长(提高/)并且将其制造为更薄(减小A)。如果导体元件为超导，则截面积A确定了元件的最大临界电流，并且/和A确定了在失超时元件的正常金属态电阻。通常的，设计FCL元件时，通过调节A直到达到所需Ic，并且将长度提高至实现适当RN的长度。由于二硼化镁具有p比HTS陶瓷低得多，因此需要在FCL元件中制造更长的材料以使其具有的正常态电阻与全HTS陶瓷FCL元件相同，假定HTS陶瓷和二硼化镁具有可比的临界电流密度。可替换地，可以通过将超导粒子与高阻性金属结合而制造具有高正常金属态电阻的SMMCFCL元件。通常的，这可以通过将超导粒子与金属合金而不是纯元素金属结合而实现。然而，由于使用合金作为SMMC中的金属基质会降低金属中的电子平均自由程，因此必须保持平衡。这样降低后的电子平均自由程可能减小SMMC的临界电流密度。一种特别新颖的FCL元件设计利用如下事实，即某些材料在被施加磁场时其电阻显著增大。这种现象被称为磁致电阻。用于制造磁致电阻FCL元件的特定SMMC包括混合了导体金属的超导粒子，所述导体金属具有高度的磁致电阻性。图7显示了在SMMC中利用导体金属基质的磁致电阻性的FCL元件20的示意图。在此情况下，FCL元件20位于螺线管22的芯内，螺线管22是FCL元件20的并行分路路径。电流小于Ic时，所有电流流过超导FCL元件20。随着电流大小超过Ic，电流开始流过螺线管22并且产生磁场。通过增加的电流，已经经历失超的FCL元件20浸在高磁场中，这样由于基质金属的高磁致电阻而进一步增加FCL元件20的正常金属态电阻。在某些情况下，螺线管22相对于FCL元件20的方位可以进一步增加FCL元件20的电阻。备选金属包括磁致电阻导体材料和具有高Hall系数的金属材料。并且，这些材料还必须具有最低限度特性(例如大的电子-声子耦合和长的电子平均自由程)以作为超导金属基质复合材料的导体金属成分。铋金属具有大的电子-声子耦合、长的电子(空穴)平均自由程以及强的磁致电阻特性，是基于二硼化镁的SMMC材料中的基质金属的非常好的选择。(4)SMMC的高导热性在FCL元件的失超期间，随着系统将故障电流重导向至平行阻性分路，元件中存在一定量的I2R耗散功率。该功率导致对FCL元件的较大热输入，这可能导致FCL元件的温度显著上升。FCL元件的后续冷却依赖于SMMC材料的导热系数K。低导热性导致在失超期间累积过度热量，这样可能导致在FCL元件中形成"热点"。这些"热点"在材料中产生很高的热和机械应力，可能导致形成破裂，并最终导致FCL元件的灾难性失效。参考表I，HTS材料在77K下具有相对较低的导热性。由于该特性以及前述的磁通流电阻，这些材料容易在FCL元件的失超期间形成局部"热点"。二硼化镁的导热性大约比HTS材料大一个数量级，因此可以从FCL元件迅速将热量导走。不幸的是，如同表I所示，二硼化镁的比热容Cp大约比HTS陶瓷低30倍，因此输入到二硼化镁FCL元件的热量相比HTS陶瓷导致元件温度远远更大的提髙。理想地，FCL元件应当具有髙导热性(以在失超期间导走热量)和高热容(以将在失超期间由不可避免的热输入产生的温度上升最小化)。表I:<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>如同表I所示，SMMC材料的热容量和导热系数是超导粒子和导体金属基质的材料特性的函数。例如，具有30%镓金属体积百分比的MgB2/GaSMMC具有比纯二硼化镁大五倍的热容，以及几乎比HTS陶瓷大100倍的导热系数。这些特性可以通过改变SMMC中导体金属的体积百分比和类型而调节。(5)抗破裂的SMMC元件HTS陶瓷和二硼化镁超导材料均是陶瓷。这样，它们容易由于在FCL元件失超期间经历的热和机械应力而导致破裂。这些材料的微裂缝和破裂导致元件的超电流传输性能下降，并且可能导致系统的灾难性失效。SMMCFCL元件是易碎超导粒子和可延展基质金属的组合，其比陶瓷更加抵抗裂缝传播。由于裂缝不能通过软金属基质材料有效传播，因此该SMMC基本上是一种机械强度较好并且抗破裂的材料。该特性在FCL应用中特别有利，其中FCL元件必须经受住很大的机械和热应力。SMMCFCL元件结构的另一个优点来自于使用相对较低熔点的金属基质材料。作为一个示例，考虑如图8示意显示的MgB2/GaFCL元件24。在若干次失超之后FCL元件24可能产生微小裂缝26。这些裂缝如果不被处理，则可能导致下一次失超期间FCL元件24的失效。由于镓金属在大约3(TC下熔化，可以仅仅通过将SMMC加热至超过金属基质熔点的温度而"愈合"FCL元件24中的微裂缝。然后这种退火处理工艺将FCL元件恢复至其最初状态。这种低温度"愈合"特性是SMMC材料特有的。HTS陶瓷必须在富氧气氛中在高于80(TC的温度下被加热以恢复材料特性。二硼化镁在超过600°C的温度下可以迅速重新形变，但是很容易从晶体结构中丢失Mg金属，因此必须在富含镁的气氛中被加热。可以通过在高于30'C并且远低于600'C的温度下加热SMMC而大大减少MgB2/GaSMMC中的微裂缝，在60(TC下二硼化镁开始丢失大量镁。可以预期，通过其他金属基质材料制造的SMMC也具有类似行为。通常的，SMMC材料被用于FCL应用中时，提供了相对于HTS陶瓷和二硼化镁超导材料的明显优点。概括的说，使用SMMC技术可以允许(1)设计FCL元件的n值并能够设计n值超过10的材料，通常在15K时n值至少为15。(2)通过将材料的磁通流电阻最小化而降低元件的I2R加热的失超过程。(3)高阻性正常态，大大降低了流过"失掛'的FCL元件的故障电流。(4)使用磁致电阻金属基质材料和螺线管形式的并行分路路径以在故障期间大大提高FCL元件的电阻。(5)设计材料的导热性和热容，以允许控制FCL元件的热特性。(6)鲁棒的抗裂缝的复合材料，能够承受反复失超周期而极少或者不会降低其电流承载特性。(7)具有以下功能的FCL元件在远低于SMMC中超导粒子的退火或者烙化温度的温度下"愈合"微裂缝的。FCL保护应用的示例图9A和犯显示了具有单相FCL保护应用的电路30。电路30包括AC电源32、FCL模块34、以及串联的变压器36的驱动侧。电路30进一步包括与变压器36的负载侧串联的负载38。FCL模块34保护变压器36不受AC电源32中可能发生的故障电流的损坏。FCL模块进一步包括容器42和容器42中的液态H244。MgB2/GaFCL元件40位于液态H244内，保持在低于MgB2的Tc(约40K)的温度。优选的，FCL元件40被冷却到20K至30K之间的温度。该范围内的便利的低温温度为液态氢(20K)和液态氖(27K)。FCL模块34进一步具有由线圏46提供的阻抗，线圈46并行于FCL元件40。并行于FCL元件40的线圈46并不一定需要冷却到低温，实际上可以位于低温真空瓶(dewar)之外。在电网正常工作的条件下，FCL模块34的阻抗为零，并且功率通过变压器36传送给负载38。在故障期间，FCL模块34的阻抗迅速增加。这样降低了故障电流的大小并且保护了变压器36和负载38。在故障过去之后，FCL模块34的阻抗返回零并且所有电流通过FCL模块34的超导分支。MgB2,GaFCL棒图10显示了根据本发明一个实施例的MgB2/GaSMMCFCL棒50。镓体积占20%的SMMCFCL棒50可以使用如下方法制造(1)在惰性气体(80ml小瓶)中在具有五个直径为10mm的WC球和一个直径为20mm的WC球的行星式球磨机中，结合12.7克的MgB2超导粉末粒子和11.6克的液态或者固态镓金属。(2)在500RPM下将复合粉末52研磨共两个小时。在研磨工艺期间如果存在大量冷焊则可以使用过程控制剂。使用过程控制剂是机械合金领域所公知的。(3)在45(TC下将研磨后的粉末在惰性气体中加热15个小时，以改善材料的超导部分。时间和温度的其他组合也可以改善材料的超导部分。(4)如图IO所示，使用推杆(ramrod)方法将复合粉末52压紧为G10管54，在其相对两端附加铜电流导线56。使用该方法实现的粉末压紧密度可以超过卯％。在此示例中，第一铜电流导线56被缠绕到绝缘G10管54的一端，并且小量的镓金属被添加到该端。然后管部件被填充MgB2/Ga复合粉末52。填充是通过以下过程完成的添加小量的粉末到管中，然后通过插入推杆至管中而压縮粉末，并且以液压或者手动扳压机来挤压整个部件。在G10管54被填充了复合粉末52之后，添加附加的液态镓液滴在压縮后SMMC粉末的顶部并且最终的铜电流导线56被拧在适当的位置。该示例描述了具有绝缘G10管54的MgB2/GaFCL棒50。可替换设计可以使用导体金属管替代G10管54。在图2中的等效电路图中描述了具有导电金属管的MgB2/GaFCL棒。此处，阻性分路是导体金属管，其包含了被压縮的SMMC粉末。具有混合HTS电流导线的基于MeB^的SMMCFCL图11显示了具有混合HTS电流导线的基于MgB2的SMMCFCL系统60的示意图。该混合设计利用HTS陶瓷材料的非常低的导热系数以大幅降低低温下的制冷负载。FCL系统60包括制冷系统64和电路66。制冷系统64包括分别具有下部和上部区域68和70的低温容器67形式的外壳，下部区域68中的处于大约20K的氢蒸汽72(或者可替换地，在高于4,2K的任何温度下的氦蒸汽、或者20K的氢液体、或者高于27K的氖蒸汽，或者27K下的氖液体)，上部区域70中的在66K和77K之间的液态氮74，以及用于将氢蒸汽72和液态氮74保持在其各自温度的制冷模块75。电路66包括依次串联的电源线76、端子78、电流部分80、HTS部分82、基于MgB2的SMMCFCL模块84、HTS超导部分86、电流部分88、端子卯、以及电源线92。端子78和卯位于低温容器67之外。电流部分80和88延伸到低温容器67的顶部中。各个电流部分80或者88与各个HTS部分82或者86之间的接口位于液态氮74内。HTS超导部分82和86的下端与基于MgB2的SMMCFCL模块84—起位于氢蒸汽72内。在此设计中，电流通过混合高电流导线流入和流出模块84的FCL系统60，所述混合高电流导线包括电流部分80的铜部分和HTS超导部分82的HTS陶瓷部分。电流部分80的铜部分可以被液体或者蒸汽冷却，并且对其截面积进行最优化以使得对在大约77K冷却的制冷级的热泄漏最小化。在77K级，铜电流部分80通过低阻接头连接到体陶瓷HTS部分82。HTS部分82可以为条、管、柱、板等形式。HTS部分82被设计为具有很低的导热性，从而优选的不应存在任何金属分路将铜部分80连接到FCL系统60的低温下部区域68。HTS部分82终止于FCL系统60的低温下部区域68中，其中它通过低阻接头连接到基于MgB2的SMMCFCL模块84。优选的，HTS部分82和基于MgB2的SMMCFCL模块84之间的接触是完全超导接触。FCL模块84包括如上所述并如图2所示的并行于限流分路电阻的基于MgB2的SMMC元件。在通过FCL模块84之后，电流通过HTS部分86、铜电流部分88，并且流出系统60。电流小于FCL模块的临界电流时，电流通过铜电流部分80和88、以及完全超导HTS部分82和86、以及完全超导的基于MgB2的SMMCFCL元件(见图2)。在故障电流条件中，电流通过铜电流部分80和88，然后通过HTS部分82和86。然后大部分故障电流通过限流分路(见图2)。该分路添加附加阻抗至电网并且减小故障电流。在此示例中，故障电流通过HTS部分82和86。因此，设计HTS部分82和86从而使得特定系统中可能的故障电流不会超过HTS部分82和86的临界电流非常重要。如果故障电流超过HTS元件的Ic，则如前所述可能导致FCL系统60的灾难性失效。表II<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>表II显示了制冷热负载和运行低温制冷器所需的功率，从而优化由导线承载的每1000安培电流的铜和HTS电流导线。此处，极低导热性的HTS/HTS陶瓷电流导线时，大部分热负载来自于从室温(300K)至大约77K下承载电流的铜导线的高导热性。表II中还显示了对20K下的所需热负载和制冷功率的估计。这些值适合于基于MgB2的SMMCFCL系统的工作，因为系统的低温容器保持在大约20K至30K。假定在77K下对制冷器供电的平均制冷器功耗为500W/kA,则将全HTSFCL系统冷却到约77K将需要通过系统的电流大小大约为500W/kA。可替换地，通过使用混合铜/HTS陶瓷导线从室温承载电流至在20K下工作的基于MgB2的FCL元件，仅需要大约520W/kA以对制冷器供电。因此，相对于工作在77K下的全HTS陶瓷系统，使用基于MgB2的SMMCFCL元件的功耗仅增加了4%。基于MeB^的SMMCFCL的可替换设计图12显示了具有混合HTS电流导线的基于MgB2的SMMCFCL系统100的可替换设计的示意图。类似于先前描述的FCL系统60，FCL系统100利用非常低导热性的HTS陶瓷材料以大幅降低低温下的制冷负载。并且，该FCL系统100的并行限流分路电阻位于低温系统之外。这种结构防止在故障条件期间的故障电流损坏HTS电流导线。在此设计中，电流通过混合高电流导线102和104流入FCL系统100，所述混合高电流导线102和104包括铜电流部分106和HTS陶瓷部分110。没有电流通过跨接铜电流部分106的限流分路113，因为限流分路113的阻抗远大于混合铜/HTS陶瓷导线102和104以及基于MgB2的SMMCFCL元件114结合的阻抗。电流导线102或者104的铜部分106可以被液体或者蒸汽冷却，并且对其截面积进行优化以将对在大约77K冷却的制冷级112的热泄漏最小化。在77K级，铜电流部分106通过低阻接头连接到HTS陶瓷部分IIO。HTS陶瓷部分110可以具有条、管、柱、板等形式。HTS陶瓷部分IIO被设计为具有很低的导热性，从而优选的不应存在任何将铜部分106连接到系统的低温区域的金属分路。HTS陶瓷部分110终止于FCL系统100的低温级116中，其中它通过低阻接头连接到基于MgB2的SMMCFCL元件114。优选的，HTS陶瓷部分110和基于MgB2的SMMCFCL元件114之间的接触是完全超导接触。因此，对于低于临界电流的电流大小，系统100由铜/HTS陶瓷接触之下的完全超导元件组成。在通过FCL元件114之后，电流通过第二HTS电流导线110和混合电流导线104的第二优化铜电流部分106，并且流出系统IOO。电流小于FCL模块的临界电流时，电流通过铜电流部分106，以及完全超导HTS陶瓷部分110，以及完全超导的基于MgB2的SMMCFCL元件114。在故障条件开始时，电流通过铜电流部分106，然后通过HTS陶瓷部分110，然后通过基于MgB2的SMMCFCL元件114。随着电流大小超过基于MgB2的SMMCFCL元件114的临界电流，该元件114的电阻大大增加，并且大部分故障电流通过限流分路113。该分路113添加附加阻抗至电网并且减弱故障电流的大小。在此示例中，大部分故障电流并不通过HTS陶瓷部分110，并且HTS陶瓷部分110在故障期间保持在超导态。为了保护HTS陶瓷部分110不受高电流浪涌导致的可能失超的损坏，基于MgB2的SMMCFCL元件114的临界电流必须小于HTS陶瓷部分110的临界电流。该情况如图13所示。通过将基于MgB2的SMMCFCL元件114设计为具有远远更小的Ic，元件114保护了易受损的HTS陶瓷部分110以及下游的装置硬件不受破坏性的故障电流损坏。本质上，基于MgB2的SMMCFCL元件114恢复到正常态电阻并且在电流上升至可能损坏HTS陶瓷部分110的大小之前将破坏性电流重导向通过阻性限流分路113。因此，设计HTS陶瓷部分110使得在特定系统中可能的故障电流不会超过HTS陶瓷部分110的临界电流非常重要。图12所示系统100与图11所示系统60在所有其他方面均相同。通常地，FCL系统的优选实施例具有如下特性1)优选的，系统利用混合铜/HTS陶瓷电流导线以将在低于77K的温度下的制冷热负载最小化。2)优选的，系统利用由在超过15K的温度下具有超过15的n值的超导复合材料组成的超导限流元件。3)优选的，超导限流元件包括基于二硼化镁的超导金属基质复合材料。4)优选的，超导限流元件包括导热性超过HTS材料的复合材料以防止在故障条件期间形成"热点"。5)优选的，超导限流元件由热容超过二硼化镁的复合材料组成，从而防止在故障条件期间的热失控。6)优选的，超导限流元件由正常态电阻系数超过二硼化镁的复合材料组成，从而有效将故障电流重导向至阻性限流分路。7)优选的，超导限流元件与HTS陶瓷电流导线串联，所述HTS陶瓷电流导线具有的临界电流至少为超导限流元件的临界电流的两倍(使用木领域公知的ljiV/cm电场标准而确定)。8)优选的，系统利用并行于超导限流元件的限流阻性分路。该分路在故障期间承载大部分的电流。9)限流阻性分路可以具有圈、棒、线或者其他几何形状的形式。10)限流阻性分路可以位于制冷剂内，或者安装在低温环境之外。混合限流系统为了有效降低配备了FCL的配电系统中在故障条件期间的电流浪涌，故障期间FCL的阻抗必须足够大于配电系统的固有阻抗。图14显示了单相位10kV、lkA配电系统120，其中源电阻Rs和源电感Ls分别为0,2Q和lmH。电网Xc在60Hz下的阻抗可以表示为Xc西{(0.20)2+27c60(O,OOlmH)W仏s-在故障条件中，例如其中电源短接至接地，故障电流会浪涌至10Wp-p7071VrmsIfault=(7071Vrms)/0,43ft~16,000AmpsFCL系统在故障条件期间添加阻抗至电网，从而大大降低故障电流浪涌的大小。例如，假定FCL系统对超过lkA的电流具有0.5Q的阻性阻抗，则配电系统中故障电流的近似大小可以表示为I肌t-=(7071V鹏)/{(0.2G+0卿+[27i60(O.OOlm,。.sIfault=(7071V咖s)/0'8fl~8,900Amps,在此示例中插入阻性阻抗将故障电流的大小降低了将近50%。如果FCL系统对于超过lkA的电流具有5Q的阻性阻抗，则故障电流被限制于大约1300A。如前所述，为了提高FCL元件的正常态金属电阻，需要增加材料的长度并且减小截面积。MgB2/Ga(体积占30%)SMMC材料的电阻系数在40KF大约为20^。在低于临界温度的给定温度下(以及在低于临界磁场的磁场下)SMMC的临界电流密度决定了制造FCL元件所使用的超导复合材料的物理截面积。例如，如果FCL元件在超导态中必须承载1000A的电流，并且超导复合材料的临界电流密度为10000A/cm则导体的截面积必须大于O.lcm2。然后该截面积与FCL元件的长度一起决定了FCL元件在正常态中的电阻。例如，一米长度的截面积为O.lcm2的MgB2/Ga(体积占30%)棒在40K下具有的正常态电阻。10米长度的这种棒在40K下具有的正常态电阻。优选的，针对配电网络应用的有效FCL元件具有的电阻超过配电网络的源电阻。通常地，这意味着必须使用很长长度的超导材料以制造有效的FCL元件。利用HTS陶瓷或者MgB2作为超导材料的复合管中粉末式超导线对于在FCL元件使用非常具有吸引力，因为可以制造很长的长度。这种很长长度的导体在正常金属态中具有高电阻，但是可能碰到与在该应用中使用导线相关的其他问题。使用基于导线的FCL元件的显著缺陷是元件通常是通过将导线缠绕成线圈而形成的。该线圈对系统阻抗增添了感性成分。尽管总的来说这是有利的，因为电感在故障条件期间增加了FCL元件的阻抗，但是增加的电感也会增加系统的时间常数(即FCL系统对故障条件响应更慢了)。并且，管中粉末式导线几何结构在交流电流条件下具有很大的损耗。这些损耗来自于在复合导线的正常金属外皮中产生的涡流。导体长度越长，则这种交流电流产生的功耗越大。复合超导线路中的这种AC损耗现象是本领域中公知的，并且在此应用中可能大大增加在FCL元件的工作温度下的制冷热负载。体HTS陶瓷棒或者管对于FCL元件中的应用也非常具有吸引力。然而为了实现这些材料的较长长度，需要串联组装多个管，从而增加了FCL元件的正常态金属电阻。图15显示了必须如何组装-v系列HTS陶瓷管130以提高整体FCL元件132的电阻。在各个HTS陶瓷管130之间，具有至铜电流导线134的低阻接触。铜电流导线134提供HTS陶瓷管130之间的低阻接触而不是超导接触。因此，在连接HTS陶瓷管130的大量铜电流导线134中存在很大的fR损耗。这样也增加了FCL元件132的工作温度下的很大的制冷热负载。优选地，FCL元件包括设置在完全非感性几何形状(为了保持快速的响应时间)中的长度很长的超导材料(高电阻正常态)，该材料不容易收到较大AC损耗的影响(即没有金属外皮包围超导材料)并且主要由在系统工作温度下的完全超导元件组成(为了将fR发热最小化)。下面是一种FCL元件的设计，这种FCL元件包括长度很长的超导材料，该超导材料不被金属外皮包围并且在任何接口均不与非超导接触相组装。该FCL元件是通过一系列的很薄的SMMC方板组装的。在此示例中，MgB2/Ga(体积占30%)SMMC粉末被用于制造该方板。图16显示了将MgB2/GaSMMC粉末150形成为紧致的薄板152的方法。MgB2/GaSMMC粉末150被置于成形铸模154中，然后在机械冲压156中被压縮为薄方板158。使用液压、机械或者均衡(冷或者热)冲压将粉末形成为紧致部件是本领域中公知的。在去除铸模154的基础上，则将薄方板158切割为缝隙或者狭缝160的交替图案，从而产生压縮SMMC粉末的曲折路径161。通过以这种方式SMMC薄板，大大增加了超导复合材料的有效路径长度。较长长度的FCL元件是通过一系列具有曲折电流路径的平板、板间接触层以及分隔曲折的电流路径的绝缘层而组装的。图18A和18B中显示了该工艺，其中使用玻璃板162以绝缘相邻板152A和152B的曲折电流路径。由板152A和152B以及玻璃板162形成的层可以在冲压机(热或者冷)中组装并且使用本领域中公知的技术例如热压、超声波焊接等而融合在一起。堆叠大量这些层的工艺产生了超导复合材料的很长的路径长度，因此，产生了较大的正常态金属电阻。这种大电阻是在没有使用低阻铜接触或者包围超导材料的金属外皮的超导材料中实现的。因此，根据该工艺的FCL元件不会经受串联的HTSFCL棒中的fR损耗、或者基于导线的FCL元件中的AC损耗。图19中显示了体的曲折路径FCL元件166。图19中的箭头168显示了电流在通过各层时的交替路径。电流在三维路径中曲折前进，也就是说，电流曲折经过各个单独的板(例如152H)并且在经过曲折板(例如152A)至曲折板(例如152B)时通过接触层来回曲折前进。由于来自相邻路径和板(例如152A和152B)的电流以相反方向流动，该元件中的内部磁场大大抵消，从而降低了在高电流条件期间FCL元件166中的压力、涡流损耗、以及FCL元件166的电感。曲折路径FCL元件166的临界电流和正常态电阻可以很容易针对特定规范的FCL系统而设计。FCL元件166的临界电流是由超导材料的临界电流密度和曲折路径的截面积而确定的。FCL元件166的正常态电阻是由曲折电流路径的总路径长度而确定的。通过增加体FCL元件166中的曲折电流板152的数量，可以很容易增大该电阻。图19所示的完整FCL元件160可以在绝缘层中配备不同部件，例如散热片，其在故障条件期间帮助元件冷却。其他曲折电流路径例如螺旋形或者环形路径都是可能的，并且在特定应用中可能是优选的。使用曲折电流FCL元件的混合限流系统图20显示了基于MgB2的SMMCFCL系统170的示意图，该基于MgB2的SMMCFCL系统170具有曲折电流路径FCL元件166和混合HTS电流导线172和174。该新颖的混合设计利用曲折电流路径FCL元件166的高正常态电阻以有效降低故障电流的大小，以及HTS陶瓷材料的非常低的导热性以大大降低低温下的制冷负载。在此示例中，没有并行的限流阻性分路，并且故障电流始终通过曲折路径FCL元件166。在此设计中，电流通过混合高电流导线172和174流入FCL系统170，所述导线由铜部分176、HTS陶瓷部分178、以及基于MgB2的SMMC部分180组成。电流导线172的铜部分176可以被液体或者蒸汽冷却，并且对其截面积进行优化以将对在大约77K冷却的制冷级的热泄漏最小化。在77K级，铜电流部分176通过低阻接头连接到体HTS陶瓷部分178。HTS陶瓷部分178可以具有条、管、柱、板等形式。HTS陶瓷部分178被设计为具有很低的导热性，从而优选的不应存在任何将铜部分176连接到系统的低温区域的金属分路。HTS陶瓷部分178终止于FCL系统170的低温部分中，其中它连接到基于MgB2的SMMC部分180。优选的，HTS陶瓷部分178和基于MgB2的SMMC部分180之间的接触是完全超导接触。基于MgB2的SMMC部分180终止于FCL系统170的低温部分中，其中它连接到曲折路径基于MgB2的SMMCFCL元件166。在通过FCL元件166之后，电流然后通过第二基于MgB2的SMMC电流部分182、第二HTS陶瓷部分178、第二优化铜电流部分176，并且流出系统170。电流对于小于FCL元件166的临界电流的情况，电流通过铜部分176，以及完全超导HTS陶瓷部分178，以及基于MgB2的SMMC部分180和182，以及完全超导的曲折路径基于MgB2的SMMCFCL元件166。在故障电流条件中，电流通过铜部分176，然后通过HTS陶瓷部分178，然后通过基于MgB2的SMMC部分180和182，然后通过曲折路径基于MgB2的SMMCFCL元件166。在这些高电流条件下，曲折路径基于MgB2的SMMCFCL元件166添加附加阻抗至电网并且降低故障电流的大小。在此示例中，故障电流通过HTS陶瓷部分178。因此，设计HTS陶瓷部分178使得在特定系统中可能的故障电流不会超过HTS或者基于MgB2的SMMC部分178、180或者182的临界电流非常重要。如果故障电流超过HTS或者基于MgB2的SMMC电流导线的Ic，则如前所述可能导致FCL系统170的灾难性失效。并且，故障电流通过曲折路径基于MgB2的SMMCFCL元件166，该元件在故障期间处于阻性态，因此W能在故障持续期间产牛大量I2R发热。图20所示的系统170与图11所示系统60在其他所有方面均相同。图20所示设计通过在HTS陶瓷和基于MgB2的SMMC材料之间建立完全超导接触而消除了或者大大降低了FCL系统的低温区域中的fR功耗。示例在40K下具有10Q正常态电阻的曲折路径FCL在此示例中，使用基于MgB2的SMMC粉末以制造在40K下具有10Q正常态电阻并且在27K具有500A临界电流的曲折路径FCL元件(液态氮的温度)。体MgB2/Ga(体积占30%)SMMC的电阻系数在40K下大约为20^。MgB2/Ga(体积占30%)SMMC在27K下自身场中其临界电流密度大约为8000A/cm2。为了实现在27K下大约500A的Ic:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage32</formula>。假定曲折板的厚度为0.2cm:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage32</formula>。使用本领域公知的粉末压縮技术制造20cmx20cm、2mm厚的MgB2/GaSMMC方板。如图17所示，按照交替图案切割1mm宽的狭缝以产生曲折条，曲折条宽度大约为3mm。这些狭缝从板的边缘延伸大约18cm,保留大约2cm不切割。因此，曲折条加上狭缝的总宽度人约为4mm，并旦通过单个20cmx20cm板可以制造50个曲折条。假定曲折路径长度为18cm，则每个板具有50个条，各个曲折板的电阻为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage32</formula>。各个曲折板具有大约的正常态电阻，大约35个板的堆叠使得曲折路径FCL元件的正常态电阻等于大约10Q。使用曲折电流FCL元件的混合限流系统的可替换设计图21显示了基于MgB2的SMMCFCL系统200的可替换设计的示意图，其中具有曲折电流路径FCL元件166、混合HTS电流导线172和174、以及基于MgB2的SMMC部分180和182。类似于图20所示实施例，图21所示实施例利用曲折电流路径FCL元件166的高正常态电阻以有效降低故障电流的大小，并且利用HTS陶瓷材料的非常低的导热性以大大降低低温下的制冷负载。并且，并行的限流分路电阻202位于低温系统之外或者并行于FCL元件166。这种几何结构防止在故障条件期间故障电流可能损坏HTS和基于MgB2的SMMC电流导线。在此设计中，电流通过混合高电流导线172和174流入FCL系统200，所述各个导线由铜部分176、HTS陶瓷部分178、以及基于MgB2的SMMC部分180组成。没有电流通过跨接铜部分176的阻性分路202，因为阻性分路202的阻抗远远大于混合铜/HTS陶瓷/基于MgB2的SMMC部分172和174以及曲折路径基于MgB2的SMMCFCL元件166组合起来的阻抗。电流导线172的铜部分176可以被液体或者蒸汽冷却，并且其截面积被优化以将对在大约77K冷却的制冷级的热泄漏最小化。在77K级，铜电流部分176通过低阻接头连接到体HTS陶瓷部分178。KTTS陶瓷部分178可以具有条、管、柱、板等形式。HTS陶瓷部分178被设计为具有很低的导热性，从而优选的不应存在任何将铜部分176连接到系统的低温区域的金属分路。HTS陶瓷部分178终止于FCL系统200的低温部分中，其中它连接到基于MgB2的SMMC电流部分180。优选的，HTS陶瓷电流导线178和基于MgB2的SMMC部分180之间的接触是完全超导接触。基于MgB2的SMMC部分180终止于FCL系统200的低温部分中，其中它连接到曲折路径基于MgB2的SMMCFCL元件166。在通过FCL元件166之后，电流然后通过基于MgB2的SMMC电流导线182、混合电流导线174的HTS电流导线178、混合电流导线174的铜电流部分176，并且流出系统200。电流小于FCL模块元件166的临界电流时，电流通过铜部分176，以及完全超导的HTS陶瓷和基于MgB2的SMMC部分178、180和182，以及完全超导的曲折路径基于MgB2的SMMCFCL元件166。在故障电流事件开始时，电流通过铜部分176，然后通过HTS陶瓷部分178，然后通过基于MgB2的SMMC部分180和182，然后通过曲折路径基于MgB2的SMMCFCL元件166。随着电流大小超过曲折路径基于MgB2的SMMCFCL元件166的临界电流，该元件166的电阻大大增加，并且大部分故障电流被重导向通过限流分路202。分路202增加附加阻抗至电网并且降低故障电流的大小。在此示例中，大部分故障电流不会通过陶瓷部分178和基于MgB2的SMMC部分180和182。优选的，陶瓷部分i78和基于MgB2的SMMC部分180和182在故障期间均保持超导态。为了保护陶瓷部分178和基于MgB2的SMMC部分180和182不受由于髙电流浪涌导致的可能失超的损坏，曲折路径基于MgB2的SMMCFCL元件166的临界电流必须小于陶瓷部分178和基于MgB2的SMMC部分180和182的临界电流。通过将曲折路径基于MgB2的SMMCFCL元件166设计为具有远远更小的Ic，元件166从本质上保护易受损的HTS陶瓷部分178、基于MgB2的SMMC部分180和182、以及下游的装置硬件不受故障电流损坏。本质上，曲折路径基于MgB2的SMMCFCL元件166在故障期间恢复至高正常态电阻，并且在电流上升至可能损坏系统200的其他电流承载元件的级别之前将破坏性的电流重导向通过阻性限流分路202。因此，设计HTS陶瓷部分178以及基于MgB2的SMMC部分180和182使得特定系统中可能的故障电流不会超过HTS陶瓷部分178以及基于MgB2的SMMC部分180或者182的临界电流非常重要。图21所示系统200与图20所示系统170在其他所有方面均相同。尽管描述并且在附图中显示了某些示例实施例，应当理解，这些实施例仅是示例性的，并且并不限制本发明，本发明并不限于在此描述和显示的特定构造和设置，因为本领域技术人员可以对其作出各种修改。权利要求1.一种故障限流系统，包括制冷系统；第一导线和第二导线；以及故障限流元件，所述故障限流元件热连接到所述制冷系统以被保持在低温温度并且具有相对端子分别连接到所述第一导线和所述第二导线的端部，所述故障限流元件由在至少15K的温度下n值至少为15的超导材料制成。2.根据权利要求1所述的故障限流系统，其中所述超导材料包括多个超导粒子以及与所述超导粒子邻近的金属，通过所述超3粒子将所述故障限流元件驱动到超导态从而提供从所述第一导线至所述第二导线的超导路径。3.根据权利要求2所述的故障限流系统，其中所述超导粒子由第II类超导材料制成并且所述金属由第I类超导材料制成。4.根据权利要求3所述的故障限流系统，其中所述超导粒子为镁并且所述金属为镓。5.根据权利要求1所述的故障限流系统，其中所述故障限流元件定义曲折的超导路径。6.根据权利要求5所述的故障限流系统，其中所述故障限流元件具有形成在其内的多个交替狭缝以定义曲折的超导路径。7.根据权利要求6所述的故障限流系统，其中以将曲折路径定义为三维的方式形成所述狭缝。8.根据权利要求7所述的故障限流系统，其中所述故障限流元件具有多个平板，各个平板具有形成于其内的多个交替狭缝。9.根据权利要求1所述的故障限流系统，其进一步包括具有阻抗的分路，所述阻抗连接在所述第一导线和所述第二导线之间且并行于所述故障限流元件。10.根据权利要求1所述的故障限流系统，其中所述制冷系统包括低温外壳，所述第一导线和所述第二导线延伸到所述低温外壳内；位丁-所述低温外壳内的低温流体；以及连接到所述低温外壳以将所述低温流体保持在低温温度的制冷模块，所述故障限流元件位于所述低温流体内。11.根据权利要求1所述的故障限流系统，其中包括第一低温流体和第二低温流体，所述第一低温流体处于比所述第二低温流体更低的温度下，所述故障限流元件位于所述第一低温流体中，所述第一导线和所述第二导线为混合导线并分别包含高温超导部分和金属部分，所述高温超导部分的"F端位于所述第一低温流体中，并且所述高温超导部分的上端和所述金属部分的下端位于所述第二低温流体中。12.—种故障限流系统，包括制冷系统；第一导线和第二导线；以及故障限流元件，所述故障限流元件热连接到所述制冷系统以被保持在低温温度并且具有相对端子分别连接到所述第一导线和所述第二导线的端部，所述故障限流元件包括多个超导粒子以及与所述超导粒子邻近的金属，通过所述超导粒子将所述故障限流元件驱动到超导态从而提供从所述第一导线至所述第二导线的超导路径。13.—种故障限流元件，所述故障限流元件由在至少15K的温度下n值至少为15的超导材料制成。14.一种故障限流元件，包括多个超导粒子和与所述超导粒子邻近的金属，通过所述超导粒子将所述故障限流元件驱动至超导态从而提供其相对端子之间的超导路径。全文摘要描述了一种故障限流系统。故障限流元件由在15K的温度下n值至少为15的超导金属基质材料制成。文档编号H02H7/00GK101189777SQ200580036875公开日2008年5月28日申请日期2005年10月26日优先权日2004年10月26日发明者M·J·霍尔库姆申请人:诺弗技术有限公司