20世紀(jì)偉大的科學(xué)成就之一就是發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象和制成了高溫超導(dǎo)材料。在該領(lǐng)域工作的科學(xué)家們?cè)鴥啥葮s獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。

　　超導(dǎo)是指某些物質(zhì)在溫度下降到某一溫度Tc以下時(shí)，電阻變?yōu)榱愕默F(xiàn)象。Tc稱為該物質(zhì)的轉(zhuǎn)變溫度或臨界溫度。具有超導(dǎo)功能的材料，當(dāng)其溫度T>Tc時(shí)，處于正常態(tài)，電阻不為零且服從一般的電阻規(guī)律；當(dāng)T

　　處于超導(dǎo)態(tài)的物體具有兩個(gè)特性：電阻完全為零；完全抗磁性，即超導(dǎo)體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。上述特性可穩(wěn)定保持和重復(fù)。這三點(diǎn)是國(guó)際上公認(rèn)的檢驗(yàn)物體是否超導(dǎo)的準(zhǔn)則。

　　當(dāng)超導(dǎo)體內(nèi)通過的電流超過某一數(shù)值Ic時(shí)，超導(dǎo)體會(huì)由超導(dǎo)態(tài)變?yōu)檎B(tài)，Ic則稱為臨界電流。當(dāng)外磁場(chǎng)強(qiáng)度超過某一數(shù)值Hc時(shí)，超導(dǎo)現(xiàn)象也會(huì)消失，Hc稱為臨界磁場(chǎng)。因此，要使物體處于超導(dǎo)狀態(tài)，必須使其溫度、外磁場(chǎng)強(qiáng)度、通過的電流分別在Tc、Hc、Ic以下，任何一個(gè)條件不具備，物體就會(huì)從超導(dǎo)態(tài)變?yōu)檎B(tài)。這一特性中的Ic成為用超導(dǎo)材料制造限流器的極好條件。

　　自從1911年荷蘭物理學(xué)家昂尼斯發(fā)現(xiàn)汞在低溫下的超導(dǎo)現(xiàn)象以來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的低溫超導(dǎo)材料已達(dá)8000多種。但由于Tc過低，實(shí)用價(jià)值不大。直到1986年，美國(guó)的柏諾茲和繆勒制造出高溫超導(dǎo)材料（中國(guó)的趙忠賢等在1987年也制造出臨界溫度為100K的高溫超導(dǎo)化合物），才使超導(dǎo)體有了實(shí)用的可能。高、低溫超導(dǎo)材料臨界溫度的分界是77K（–196℃），低于該溫度的超導(dǎo)體用液氦（He）冷卻，高于該溫度的超導(dǎo)體用液氮（N）冷卻。液氦每升3美元、液氮每升6美分，價(jià)格相差50倍！高溫超導(dǎo)材料的出現(xiàn)，使制造超導(dǎo)限流器的設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí)。

　　超導(dǎo)限流器（英文縮寫SFCL）是利用超導(dǎo)材料的超導(dǎo)態(tài)––正常態(tài)（S–N）轉(zhuǎn)變特性及一些輔助部件，在線路出現(xiàn)故障時(shí)產(chǎn)生一個(gè)適當(dāng)?shù)淖杩箒韺?shí)現(xiàn)限流。當(dāng)故障線路被斷開或故障消失后，限流器自動(dòng)復(fù)位。限流器可在高電位運(yùn)行，正常運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)為零阻抗或極小阻抗，幾乎無損耗地通過額定電流；故障時(shí)可在幾毫秒內(nèi)作出反應(yīng)，根據(jù)需要把短路電流限制在額定電流的兩倍左右。觸發(fā)、復(fù)位均自動(dòng)，限流效果顯著，實(shí)現(xiàn)了取樣、檢測(cè)、觸發(fā)、限流、復(fù)位一體化。

　　根據(jù)限流方式，限流器可分為電阻（R）型、電抗（L）型和R+jwL型。

　　電阻型限流器的原理最簡(jiǎn)單。線路正常運(yùn)行時(shí)，流過限流器的交流電流最大值小于臨界電流Ic。出現(xiàn)短路故障時(shí)，短路電流超過Ic，限流器失超，在線路中表現(xiàn)為一個(gè)電阻，起到限流作用。電抗型限流器主要是利用超導(dǎo)體的S–N轉(zhuǎn)變改變各個(gè)線圈電流的分布，以實(shí)現(xiàn)限流功能。正常運(yùn)行時(shí)，限流線圈的磁通被與其耦合的其它線圈的磁通所抵消，表現(xiàn)為低阻抗。發(fā)生故障時(shí)，超導(dǎo)部件失超，從而改變各線圈電流的分布情況，使限流線圈呈現(xiàn)一個(gè)較大阻抗，以實(shí)現(xiàn)限流。R型、L型限流器結(jié)合在一起，可組成R+jwL型限流器。據(jù)日本電氣學(xué)會(huì)1999年介紹：高電阻R型限流器效果最好，不僅限制故障電流，還提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　1.動(dòng)作速度快，反應(yīng)時(shí)間小于20ms（在一個(gè)電力周波內(nèi)）；

　　2.可在電力系統(tǒng)故障時(shí)自動(dòng)觸發(fā)；能將短路電流減少一半以上；

　　3.故障線路被斷路器開斷后，能快速自動(dòng)復(fù)位并在幾秒之內(nèi)多次動(dòng)作，以配合重合閘；

　　4.正常運(yùn)行時(shí)，功耗應(yīng)接近于零，最大不能高于輸送功率的0.25%；

　　5.可靠性應(yīng)高于與其同時(shí)運(yùn)行的斷路器。

　　缺點(diǎn)：

　　1.正常運(yùn)行時(shí)功耗大；

　　2.動(dòng)作反應(yīng)慢；

　　3.對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性有一定影響。

　　目前，電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大，互聯(lián)程度日益增強(qiáng)，短路電流也隨之增大，現(xiàn)有繼電保護(hù)措施面臨瓶頸，常規(guī)限流器影響電能質(zhì)量，超導(dǎo)限流器向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化顯得非常迫切。從應(yīng)用范圍來看，超導(dǎo)限流器可安裝于發(fā)電廠、輸電網(wǎng)、變電站等場(chǎng)所。