專利名稱：：Hts電力電纜的故障管理的制作方法HTS電力電纜的故障管理相關(guān)申請依據(jù)35U.S.C§119(e)(1),本申請要求2005年7月29日提交的在前美國臨時申請60/703,855的權(quán)益。本發(fā)明3:依據(jù)合同No.:DE-FC36-03G013032在美國政府的支持下進行的。政府對本發(fā)明可以有一定的權(quán)利。
背景技術(shù)：
：公共事業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的問題、或"故障"(如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障)可影響如何貫穿網(wǎng)絡(luò)來分配電力。特別地，故障常常從電源中消耗能量，從而留下較少的能量用于貫穿網(wǎng)絡(luò)的其它區(qū)域來分配以及用于從由故障引起的電壓"跌落，，中恢復(fù)。當(dāng)在公共事業(yè)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生故障時，遭遇瞬時電壓下降，其可導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)上的電壓崩潰或電壓不穩(wěn)。一般而言，這種故障作為在公共事業(yè)網(wǎng)絡(luò)上瞬時出現(xiàn)的極大的負載而出現(xiàn)。響應(yīng)于該負載的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)企圖向該負載(即故障)傳遞大量的電流。與網(wǎng)絡(luò)上的電路斷路器關(guān)聯(lián)的檢測器電路立即(在幾亳秒內(nèi))檢測過流情況。來自檢測器電路的激活信號被發(fā)送到啟動電路的斷開的保護繼電器。繼電器的機械特性一般需要3到6個周期(即多達100亳秒)來斷開。當(dāng)斷路器斷開時，故障被清除。使用高溫超導(dǎo)體(HTS)導(dǎo)線的電力電纜被開發(fā)以在保持相對小的占位面積的同時增加乂^共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中的電力容量。除了其它優(yōu)點之外，HTS電力電纜即使在密集的舊城區(qū)，也較容易安置。這種HTS電纜還允許較大量的電力被經(jīng)濟并且可靠地輸送到公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)的擁塞地區(qū)并精確地傳送到需要緩解擁塞的地方。HTS電力電纜在電纜芯中使用HTS導(dǎo)線來代替銅用于電的傳輸和分配。與傳統(tǒng)的線和電纜比較，HTS電纜的設(shè)計導(dǎo)致了顯著低的阻抗。HTS導(dǎo)線的使用使得與交流(AC)傳統(tǒng)電纜比較，在電流運載能力方面增加了3到5倍，并且高達通過直流(DC)傳統(tǒng)電纜的電力流動的10倍。對于故障電流，HTS電力電纜與傳統(tǒng)的非超導(dǎo)電纜表現(xiàn)不同。第一，低溫電介質(zhì)HTS電力電纜要求冷卻液在較大故障或多個貫穿性故障期間保持在過冷狀態(tài)。對于在高壓電纜芯和位于地電位的屏蔽物之間維持電介質(zhì)強度，這是必要的。在電介質(zhì)內(nèi)的任何氣泡形成將威脅到絕緣的介電性能。第二，在較大故障之后，電纜必須離線以便允許HTS導(dǎo)體有足夠的時間被冷卻回到工作溫度范圍。結(jié)果，傳統(tǒng)的電纜故障保護方案不適合用于HTS電力電纜。
發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的一般方面，一種對位于公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中的超導(dǎo)電纜提供保護的方法包括下列步驟。在超導(dǎo)電纜上檢測故障電流。在預(yù)定的時間段上根據(jù)故障電流和至少一個在前故障電流來確定在超導(dǎo)電纜中消耗的(或存儲的)累計總能量?；谒龅南牡?或存儲的)累計總能量，確定是否從公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中斷連超導(dǎo)電纜。本發(fā)明的這方面的實施例可包括下列特征中的一個或多個。檢測步驟包括確定超導(dǎo)電纜上的故障電流Ij的幅值和該故障電流的持續(xù)時間tdj。該方法還包括確定故障電流Ij是否超過預(yù)定的閾值電流水平，并且如果其成立，基于故障電流Ij的水平，從公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中斷連超導(dǎo)電纜一時間段。時間段基于超導(dǎo)電纜的幾何結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)的冷卻系統(tǒng)。例如，超導(dǎo)電纜的幾何結(jié)構(gòu)包括多個層，并且時間乾基于層j的橫截面面積Aj、層j的傳導(dǎo)率kj、層j的局部溫度Tj、在層j-l和層j之間的熱阻Rj，w、在層j和層j+l之間的熱阻Rj，j+P層j的密度Pj、層j的比熱Cj、以及冷卻劑流率^，其中層j的'局部溫度Tj是位置和時間的函數(shù)。該方法還包括當(dāng)Ij沒有超過預(yù)定的閾值電流水平時，確定在故障電流Ij和在前故障電流Ij-i之間所經(jīng)過的時間并且確定所經(jīng)過的時間是否超過預(yù)定的閾值時間段并且如果其成立，保持超導(dǎo)電纜在公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中的連接。確定累計的總能量值包括確定累計的總能量值是否小于表示能量的數(shù)量的臨界閾值，在該臨界閾值，如果在比預(yù)定的閾值時間段短的時間段內(nèi)發(fā)生較大的故障，電纜將被損壞。在本發(fā)明的另一方面，一種用于對位于公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中的超導(dǎo)電纜提供保護的系統(tǒng)包括傳感器，被配置成檢測在超導(dǎo)電纜上運載的故障電流；控制器，被配置成在預(yù)定的時間段上根據(jù)故障電流和至少一個在前故障電流來確定在超導(dǎo)電纜中消耗的累計的總能量；并且被配置成基于所述的消耗的累計的總能量來確定是否從公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中斷連超導(dǎo)電纜。本發(fā)明的這方面的實施例可包括下列特征中的一個或多個?？刂破鞔_定超導(dǎo)電纜上的故障電流Ij的幅值和該故障電流的持續(xù)時間tdj。控制器確定故障電流Ij是否超過預(yù)定的閾值電流水平，并且如果其成立，基于故障電流Ij的水平，從公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中斷連超導(dǎo)電纜一時間段。時間段基于超導(dǎo)電纜的幾何結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)的冷卻系統(tǒng)?？刂破鞔_定在故障電流Ij和在前故障電流Ij-i之間所經(jīng)過的時間并且確定所經(jīng)過的時間是否超過預(yù)定的閾值時間段，如果其成立，保持超導(dǎo)電纜在公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中的連接。除了其它優(yōu)點之外，上面所描述的方法和系統(tǒng)通過監(jiān)視電力網(wǎng)絡(luò)中電力電纜被連接到的部分中流動的電流，來提供超導(dǎo)電纜的過流保護。該方法和系統(tǒng)考慮了正在發(fā)生的故障以及在前發(fā)生的故障，甚至那些沒有達到需要立即中斷通過電纜的電流的水平(即激活電路斷路器)但是仍然引起了電纜中超導(dǎo)體的發(fā)熱的故障。通過這樣做，在發(fā)生故障時，由于在前的故障而引起的累計的發(fā)熱效應(yīng)被考慮。例如，具有通常不會使電路斷路器跳閘的電流幅值和持續(xù)時間的故障可產(chǎn)生足夠的熱，從而結(jié)合來自其它最iOL生的故障的發(fā)熱而損壞超導(dǎo)電纜。在下面描述和附圖中闡述了本發(fā)明的一個或多個實施例的細節(jié)。根據(jù)說明書、附圖以及權(quán)利要求，本發(fā)明的其它特征、目的以及優(yōu)點將會清楚。圖1為示出用于向HTS電纜提供過流保護的故障管理系統(tǒng)的示意圖。圖2為HTS電纜的等距視圖。圖3為示出故障管理系統(tǒng)的工作的流程圖。圖4A和4B分別為示出針對第一故障事件系列的作為時間的函數(shù)的電流和作為時間的函數(shù)的HTS溫度的圖。圖5A和5B分別為示出針對第二故障事件系列的作為時間的函數(shù)的電流和作為時間的函數(shù)的HTS溫度的圖。在各個附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件。具體實施方式參考圖1，示出了連接在公共事業(yè)電力網(wǎng)格10的一部分內(nèi)的高溫超導(dǎo)體(HTS)電纜100。HTS電纜100在這里具有幾百米的長度并且提供了相對高的電流和低電阻的電路徑，同時占有運載相同量的電流的傳統(tǒng)銅電纜所需要的空間的一小部分。如將在下面更詳細地討論的，在HTS電纜100中使用的HTS導(dǎo)線具有能夠運載具有相似尺寸的銅導(dǎo)線的150倍的電流的設(shè)計和結(jié)構(gòu)。用相對少量的HTS導(dǎo)線而不是大量的銅擰成AC電纜的芯，通過同等尺寸的線可運載三倍到五倍多的電力。參考圖2，HTS電纜100包括銅股芯102,銅股芯102按徑向順序由第一高溫超導(dǎo)體層104、第二高溫超導(dǎo)體層105、高壓絕緣層106、高溫超導(dǎo)體屏蔽層108、外部的銅屏蔽層109、保護層110、冷卻劑包層lll、內(nèi)部低溫保持壁112、真空室113、外部低溫保持壁114以及外部電纜護套115環(huán)繞。在操作中，從外部的冷卻劑源(未示出)提供制冷劑(例如液態(tài)氮)以在冷卻劑包層111的內(nèi)部并沿著其長度方向循環(huán)。這種類型的HTS電力電纜可從Nexans，ParisFrance得到。如SumitomoElectricIndustries,Ltd.,Osaka,Japan、Southwire合資公司，GACarrollton以及nktcables,AsnaesDenmark的其它公司也生產(chǎn)HTS電力電纜。再次參考圖1,HTS電纜100被連接在傳輸網(wǎng)格段120中，傳輸網(wǎng)格段120運載約138kV水平的電壓并從網(wǎng)格段122延伸到運載約69kV的較低水平電壓的網(wǎng)格段124P降壓變壓器126將電壓從138kV傳輸線電壓降到較低的69kV傳輸線電壓。在這個特定的應(yīng)用中，傳輸網(wǎng)格段124饋給多個負載128以及變電站129。一對電路斷路器130、132被連接在HTS電纜100的各端以允許HTS電纜從公共事業(yè)電力網(wǎng)中快速斷連。故障管理系統(tǒng)200通過保證將HTS電纜100保持在電纜可能受到損壞的溫度之下，來向HTS電纜100提供過流保護。故障管理系統(tǒng)200通過監(jiān)視在HTS電纜100被連接到的公共事業(yè)網(wǎng)格段中流過的電流，來提供這種過流保護。特別地，故障管理系統(tǒng)200從在HTS電纜100的一端的一對電流互感器134感測電流。故障管理系統(tǒng)包括存儲器210、執(zhí)行計算機可讀指令的處理器214以及將存儲器連接到處理器的總線216，其中存儲器210包括存儲用于控制電路斷路器130、132的計算*14呈序212的至少一部分。故障管理系統(tǒng)還包括標(biāo)準(zhǔn)的GPS時鐘以確定故障持續(xù)時間以及故障之間的時間。具體地，GPS時鐘在建立故障持續(xù)時間和故障之間的時間時為處理器214提供時間戳。存儲的程序包括計算機可讀指令，該計算機可讀指令基于在互感器134處檢測的信號和標(biāo)準(zhǔn)的GPS時鐘來向電路斷路器130、132提供控制信號以從傳輸線120中斷連HTS電纜。參考圖3，將結(jié)合具有如圖2所示的結(jié)構(gòu)的HTS電纜100來描述故障管理系統(tǒng)200的操作。在這個例子中，假設(shè)HTS電纜沒有受到大于預(yù)定的容許貫穿性故障界限，超出該界限，HTS層105的溫度升高就會高于容許溫度裕度，HTS電纜100被設(shè)計成承受具有200ms(12個周期)的持續(xù)時間的、高達69kA的故障電流的故障電流。應(yīng)該理解，本發(fā)明一般應(yīng)用于HTS電力電纜并且用在這個例子中的具體的參lbl針對這個特定的電纜設(shè)計和特定的傳輸網(wǎng)格配置。針對給定的電纜設(shè)計和網(wǎng)格，實現(xiàn)本發(fā)明所需的*將由本領(lǐng)域技術(shù)人員容易地確定。在操作中，故障管理系統(tǒng)200包括能量寄存器220用于存儲預(yù)期將由HTS電纜(步驟302)在其，弱的地方(一般在電纜的末端，這里冷卻液具有最高的溫度)所消耗的單位長度的總能量值。故障管理系統(tǒng)在由GPS時鐘信號提供的時間窗內(nèi)，連續(xù)地監(jiān)視電流互感器134處的電流水平。如果這個窗中的電流超過了正常的工作電流，則當(dāng)電流超過正常水平時以及當(dāng)電流返回正常水平時，發(fā)布時間戳。這就允許故障管理系統(tǒng)確定特定故障的總時間(步驟304)。在這個實施例中，大于69kA的故障電流將引起超導(dǎo)層105的溫度超過冷卻液的飽和溫度，從而有可能由于在高壓絕緣層106內(nèi)形成氣泡而引起電纜的永久損壞。然而，即使電流水平小于69kA但是在針對特定的電纜/網(wǎng)格的預(yù)定的閾值電流水平(在這個例子中，為20kA)之上，如果由電纜運載的電流的水平和^L障的持續(xù)時間大到足以顯著升高其溫度，而對于該電纜沒有足夠的時間以冷卻到它能承受69kA水平的故障電流的水平，HTS電纜100可能易受損壞。因此，故障管理系統(tǒng)200確定所監(jiān)視的電流是否小于20kA(步驟306)。如果其大于20kA，故障管理系統(tǒng)200不考慮后續(xù)故障，參考電纜離線時間表224來建立HTS電纜冷卻所需要的時間段。然后通過向斷路器發(fā)送信號以命令它們斷開，來使電纜離線已確定的時間段。對于這個特定的例子，HTS電纜使用如下的電纜離線時間表的查詢表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>電纜離線時間表的近似時間值從電纜能量平衡等式中生成,(1)其中Aj為層j的纟黃截面面積、kj為層j的傳導(dǎo)率、Tj為作為位置和時間的函數(shù)的層j的局部溫度、Rjw為層j-l和層j之間的熱阻、Rj，j+1為層j和層j+l之間的熱阻、ft為層j的密度、Cj為層j的比熱。由于故障而在HTS電纜100內(nèi)存儲的能量必須在該電纜可被重新通電之前被去除。冷卻HTS電纜100回到正常的工作模式的持續(xù)時間取決于幾個因素。這些因素包括可用的冷卻能力、冷卻液流速以及在故障期間在電纜中消耗的總能量。存儲在電纜內(nèi)的能量越多，冷卻電纜所需的時間將會越長。為了計算冷卻的持續(xù)時間，瞬時熱^=莫型是必要的。上面所示的各個故障的持續(xù)時間的計算結(jié)果可被電纜操作者使用以確定對于給定的故障電流，電纜必須離線多長時間。如果所監(jiān)視的電流小于20kA，電纜可能不必立即離線。因此，故障管理系統(tǒng)200然后確定與前一故障之間的時間是否小于預(yù)定的時間閾值，在這里預(yù)定的時間閾值為20分鐘(步驟308)。如果故障之間的時間大于20分鐘，那么存儲在能量寄存器中的單位長度的能量值4皮重置為零值，就如同由于冷卻返回效應(yīng)(coolbackdowneffect)在前的故障已經(jīng)不存在。如果故障之間的時間小于20分鐘，故障管理系統(tǒng)假設(shè)HTS電纜100繼續(xù)具有所存儲的單位長度的能量的某一水平。故障管理系統(tǒng)200使用算法來確定該所存儲的能量的水平(步驟310):其中Ej為所存儲的單位長度的能量(J/m)Ej-i為所存儲的來自在前故障的單位長度的能量(J/m)Ij為故障電流的幅值Fs為電流共享因子(A*sec*m/J)td,j為故障的持續(xù)時間(秒)注意到上述等式包括取決于多個因素的電流共享因子Fs。通itxt各種故障狀況進行建模并找到在某一HTS層消耗的能量與給定的故障電流和故障持續(xù)時間之間的相關(guān)性來生成電流共享因子表。如上所述，HTS電纜IOO包括幾層。在故障狀況期間，將基于電纜配置在超導(dǎo)體層104、105、108、前面的112和銅屏蔽114之間來分配電流。由于電纜的幾何結(jié)構(gòu)和設(shè)計，超導(dǎo)體層105的溫度將高于超導(dǎo)體層104的溫度，因此由任何氣泡的形成而引起的損壞將最有可能在該層附近。因此，超導(dǎo)體層105用作臨界層以保證HTS電纜100被保護免受損壞。對于圖2中示出的特定的HTS電纜100，將故障電流水平與電流共享因子關(guān)聯(lián)的電流共享因子表如下<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>一旦使用上面示出的算法計算出所存儲的單位長度的能量Ej，就將其與預(yù)定的單位長度的能量閾值相比較，在這里預(yù)定的單位長度的能量閾值為74J/m。如果在這個例子中單位長度的能量閾值小于74J/m，HTS電纜100在傳輸段120中保持連接。如果其大于74J/m,在重新連接之前從傳輸段120中斷連HTS電纜100持續(xù)20分鐘。20分鐘的持續(xù)時間是從電纜100中去除存儲的能量的最低要求并且其基于制冷系統(tǒng)設(shè)計。為了更好理解故障管理系統(tǒng)200的操作，參考圖4A-4B和圖5A-5B。使用第一故障保護例子，圖4A示出作為時間的函數(shù)的三個連續(xù)的故障電流事件的故障電流水平，而圖4B示出作為時間的函數(shù)的在HTS電纜100內(nèi)的超導(dǎo)體層105的對應(yīng)的溫度。在time=0，HTS電纜100運載近似300A的電流水平(圖4A)并且電纜的最高溫度近似74K(圖4B)。一秒鐘后(t=lsec)，發(fā)生持續(xù)5秒鐘的3kA的故障電流。如圖4B所示，在5秒鐘期間，HTS電纜的溫度穩(wěn)定地升到約74.6K。當(dāng)故障在1=6秒清除時，電流水平立即降到300A的正常工作電流。然而，當(dāng)在t=6.5秒發(fā)生三個故障中的笫二個時，電纜的溫度僅僅輕微下降。如圖4A所示，笫二故障為5kA的故障并持續(xù)0.4秒，并且如圖4B所示，HTS電纜100的溫度相對快速地增加到約75.2K。在〖=7秒，發(fā)生最后的故障電流事件，4kA故障在返回正常電流狀況之前持續(xù)1秒鐘。再次如圖4B所示，電纜的溫度再次升到約75.5K,其仍然低于預(yù)定的76K的離線閾值。HTS電纜的溫度通過下列等式與能量相關(guān)^O^^r,其中E為消耗到HTS層105的單位長度的能量、Tinit為初始溫度、Tf為HTS層105的最終溫度、p為HTS導(dǎo)線密度、A為HTS導(dǎo)線橫截面積。因此，在該第一例子中，故障電流事件的特定組合不足以引起故障管理系統(tǒng)200從傳輸線120中移除HTS電纜100。這意味著即使就在4kA的故障之后存在較大的69kA的故障，電纜也不會被損壞?，F(xiàn)在參考圖5A和5B，在第二故障保護例子中，在time=0，HTS電纜100運載近似300A的電流水平(圖5A)并且電纜的溫度近似74K(圖5B)。一秒鐘后(t=lsec)，發(fā)生持續(xù)0.4秒鐘的6kA的故障。如圖5B所示，在5秒鐘期間，HTS電纜的溫度快速地升到約75.2K。當(dāng)故障在t=1.5秒清除時，電流水平立即降到300A的正常工作電流。然而，當(dāng)在1=2秒發(fā)生三個故障中的第二個時，電纜的溫度下降很小。如圖5A所示，第二故障是4kA故障并持續(xù)2秒，并且如圖4B所示，HTS電纜100的溫度相對穩(wěn)定地增加到約75.8K。在t=4.5秒，發(fā)生最后的故障電流事件，其中3kA故障在返回正常電流條件之前持續(xù)5秒鐘。注意到HTS電纜100的溫度在第三故障電流事件的時候，保持相對高。如圖5B所示，在約1=5.5秒，可以看到電纜的溫度超過了76K的離線溫度。因此，與圖4A和4B中示出的例子不同，故障管理系統(tǒng)200向電路斷路器130、132發(fā)送控制信號以從傳輸線120中斷連HTS電纜100。如果電纜保持在線，就在3kA的故障之后的較大的69kA的故障可能會引起電纜100的損壞。已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個實施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可進行各種修改。例如，重要的是理解上面所述的對于過流保護的水平的值取決于HTS電纜的特定設(shè)計和結(jié)構(gòu)，以及電纜在公共事業(yè)電力網(wǎng)中如何被使用以及在何處使用。因此，基于HTS電纜的設(shè)計以及其在公共電力網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，來確定在電纜離線表中示出的電流和近似冷卻時段的值以及用于電流共享因子表的值。權(quán)利要求1.一種對位于公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中的超導(dǎo)電纜提供保護的方法，所述方法包括檢測所述超導(dǎo)電纜上的故障電流；在預(yù)定的時間段上根據(jù)所述故障電流和至少一個在前的故障電流，確定在所述超導(dǎo)電纜中消耗的累計總能量；以及基于所述消耗的累計總能量，確定是否從所述公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中斷連所述超導(dǎo)電纜。2.權(quán)利要求1的方法，其中所述檢測步驟包括確定所述超導(dǎo)電纜上的所述故障電流Ij的幅值和所述故障電流的持續(xù)時間tdj。3.權(quán)利要求2的方法，還包括確定所述故障電流Ij是否超過預(yù)定的閾值電流水平，并且如果其成立，基于所述故障電流Ij的水平，從所述公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中斷連所述超導(dǎo)電纜一時間段。4.權(quán)利要求2的方法，還包括確定在所述故障電流Ij和在前故障電流Ij—i之間所經(jīng)過的時間，并確定所述經(jīng)過的時間是否超過預(yù)定的閾值時間段，并且如果其成立，保持所i^導(dǎo)電纜在所述公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中的連接。5.權(quán)利要求1的方法，其中確定是否斷連所述超導(dǎo)電纜包括確定所述累計總能量值是否小于表示能量的數(shù)量的臨界閾值，在所述臨界閾值，如果在比所述預(yù)定的閾值時間段短的時間段內(nèi)發(fā)生較大的故障，所述電纜將被損壞。6.權(quán)利要求3的方法，其中所述時間乾基于所i^導(dǎo)電纜的幾何結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)的冷卻系統(tǒng)。7.權(quán)利要求6的方法，其中所述超導(dǎo)電纜的幾何結(jié)構(gòu)包括多層，并且所述時間段基于層j的橫截面面積Aj、層j的傳導(dǎo)率kj、層j的局部溫度Tj、層j-l和層j之間的熱阻Rj，w、層j和層j+l之間的熱阻Rj，j+1、層j的密度ft以及層j的比熱bp其中層j的局部溫度Tj是所i電纜內(nèi)的位置和時間的函數(shù)。8.權(quán)利要求l的方法，其中所述電纜包括高溫超導(dǎo)材料。9.權(quán)利要求8的方法，其中所述電纜包括銅芯和多個被電絕緣分離的HTS層。10.—種用于對位于公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中的超導(dǎo)電纜提供保護的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括傳感器，被配置成檢測在所i^導(dǎo)電纜上運載的故障電流；控制器，被配置成在預(yù)定的時間段上根據(jù)所述故障電流和至少一個在前的故障電流，確定在所^導(dǎo)電纜中消耗的累計總能量；以及基于所述消耗的累計總能量，確定是否從所述公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中斷連所^導(dǎo)電纜。11.權(quán)利要求IO的系統(tǒng)，其中所述控制器確定所^導(dǎo)電纜上的所述故障電流Ij的幅值和所述故障電流的持續(xù)時間tdj。12.權(quán)利要求ll的系統(tǒng)，其中所述控制器確定所述故障電流Ij是否超過預(yù)定的闊值電流水平，并且如果其成立，基于所述故障電流Ij的水平，從所述公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中斷連所^導(dǎo)電纜一時間段。13.權(quán)利要求ll的系統(tǒng)，其中所述控制器確定在所述故障電流Ij和在前故障電流Ij-i之間所經(jīng)過的時間，并確定所述經(jīng)過的時間是否超過預(yù)定的閾值時間段，并且如果其成立，保持所述超導(dǎo)電纜在所述公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中的連接。14.權(quán)利要求IO的系統(tǒng)，其中所述控制器通過確定所述累計總能量值是否小于表示能量的數(shù)量的臨界閾值，確定是否斷連所述超導(dǎo)電纜，在所述臨界閾值，如果在比所述預(yù)定的閾值時間段短的時間段內(nèi)發(fā)生較大的故障，所述電纜將被損壞。15.權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述時間段基于所述超導(dǎo)電纜的幾何結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)的冷卻系統(tǒng)。16.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述超導(dǎo)電纜的幾何結(jié)構(gòu)包括多層，并且所述時間段基于層j的橫截面面積Aj、層j的傳導(dǎo)率kj、層j的局部溫度Tj、層j-l和層j之間的熱阻Rj，w、層j和層j+l之間的熱阻Rj，j+i、層j的密度以Mj的比熱C;，其中層j的局部溫度Tj是所述t纜內(nèi)的位置和時間的函數(shù)。17.權(quán)利要求IO的系統(tǒng)，其中所述超導(dǎo)電纜包括高溫超導(dǎo)材料。18.權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中所i^導(dǎo)電纜包括銅芯和多個被電絕緣分離的HTS層。全文摘要一種用于對位于公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中的超導(dǎo)電纜提供保護的方法和系統(tǒng)，包括檢測超導(dǎo)電纜上的故障電流；在預(yù)定的時間段上根據(jù)故障電流和至少一個在前的故障電流，確定在超導(dǎo)電纜中消耗的累計總能量；以及基于該消耗的累計總能量，確定是否從公共事業(yè)電力網(wǎng)絡(luò)中斷連超導(dǎo)電纜。文檔編號H02H7/00GK101233660SQ200680027495公開日2008年7月30日申請日期2006年6月21日優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日發(fā)明者弗蘭克·施密特,杰袁,詹姆斯·F·馬圭爾,阿諾·阿萊斯申請人:美國超導(dǎo)體公司;尼克桑斯公司