JP2000268700A

JP2000268700A - 超電導限流ヒューズおよびこれを用いた過電流制御システム

Info

Publication number: JP2000268700A
Application number: JP11069282A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kubota; 宏久保田; Yuki Kudo; 藤由紀工; Mutsuki Yamazaki; 崎六月山; Hisashi Yoshino; 野久士芳
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-09-29
Anticipated expiration: 2019-03-15
Also published as: JP4131769B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電力配電系統おいて用いられた場合でも充分
な臨界電流密度により半波程度の極めて短い時間内に確
実に電路を開放する。【解決手段】電力供給源と電力需要側との間を超電導
部材により電気的に接続して定格以上の過電流によりこ
の超電導部材が溶断して電流を遮断するものにおいて、
前記超電導部材は、所定の厚さを有し、かつ、電気的な
絶縁性を有する絶縁基板３３上に設けられると共に、前
記過電流が流れることにより溶断される超電導薄膜３４
により構成されている。また、過電流が流れたときに切
断される超電導部材３と、この超電導部材３が切断され
たときに超電導部材の切断箇所を迂回して電流を供給す
るように前記電力供給線または超電導部材に接続された
転流用の導電性部材５，６を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電流供給路に流れ
る短絡電流等の過大な電流から電力需要側の機器等を保
護するために電流を限流する超電導ヒューズおよびこの
超電導限流ヒューズを用いた超電導制御システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電流供給路（電路）で短絡事故
や地絡事故等が発生し場合、電力ケーブルやこの電流供
給路に接続されている電力機器を保護するために、事故
電流を高速で限流または遮断する必要がある。このよう
な電力機器等の保護を目的として、過大な電流が流れた
場合に素子の一部が溶断して回路を開くヒューズが用い
られることが多い。しかしながら、通常のヒューズは溶
断部分に常電導体を用いているために、通常の通電時に
おいても常に発熱している。したがって、通常の通電電
流値はヒューズの溶断電流値よりもかなり小さく、例え
ば１０分の１程度にしておかなければ、通常通電時にヒ
ューズの温度が上昇をしてしまうことになる。

【０００３】換言すると、溶断電流の大きさは通常の通
電電流値よりもかなり大きく設定しなければならず、こ
の結果、事故電流は抑制されるものの、一部は非常に大
きな事故電流が流れてしまう。そこで、通常通電時は溶
断部分に電流を流さず、過電流が流れた場合のみ電流を
溶断部分に転流させることにより、通常通電電流値の数
倍程度でも電流供給路を遮断する方法も提案されている
（特公平７−７３０２４号公報参照）。

【０００４】しかしながら、この方法によれば過電流が
流れたことを検出する検出手段が必要となり、また電流
を転流させるための手段も必要となるなど装置構成が複
雑になるという問題点があった。そのため、ヒューズの
溶断部分を超電導体により構成して過電流が流れた場合
に超電導体がクエンチする現象を利用したヒューズが幾
つか提案されている（特開平８−２３６８２２号公報、
特開平８−８７９４８号公報）。この明細書において、
「クエンチ」とは超電導体が部分的に常電動状態に転移
することをいう。

【０００５】上記の先行技術文献に記載されている超電
導体を用いたヒューズによれば、通常通電時の発熱は殆
ど無視することができ、さらに超電導体の臨界電流値を
超える電流が流れると、超電導体は速やかに常電導状態
へと転移（クエンチ）するため多量のジュール熱が発生
し始め、超電導体は断線し回路は開極されることにな
る。つまり、超電導体を用いたヒューズにおいては、通
常通電電流と超電導体の臨界電流値を同程度の値に設定
することにより、通常通電電流の数倍の過電流が流れる
と、超電導体が断線し、回路が開極するようなヒューズ
を非常に簡単な構成により得ることが可能となる。

【０００６】このように、従来の超電導ヒューズは超電
導体を電路に直列に接続することにより構成されている
ので、電路に過電流が流れた場合に超電導体が溶断・破
壊されて電路が遮断される。したがって、通常の通電時
には超電導体のいわゆる交流損失以外の損失が発生せず
温度も殆ど上昇しない。また、通常の通電電流値と超電
導体の臨界電流値が近い場合には通常の通電電流より大
きい過電流が流れると超電導体には速やかに発熱が生
じ、過度の温度上昇や熱衝撃などにより超電導体が溶断
または破壊されて回路は開極される。

【０００７】このような超電導限流ヒューズを用いる電
力配電系統においては、短絡事故などにより過電流が流
れるのを交流の半波（１／４サイクル）程度の時間内で
阻止することが強く望まれている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超電導限流ヒューズを用いた過電流制御システムにおい
ては、短絡事故などにより過電流が流れた場合に、交流
の半波（１／４サイクル）程度の時間内で阻止すること
が強く望まれているにも拘わらず、この程度の時間内で
システムを開くことができなかったできなかった。この
ような短絡事故によりヒューズが即時に切断されるよう
にするためには、通常のヒューズによれば定格容量に対
してぎりぎりの容量にしておく必要があり、この場合に
は通常通電時にかなりの発熱を伴うことになる。この通
常通電時の発熱を防止するために断面積の大きなヒュー
ズを用いると、定格電流よりも遙かに大きな電流が流れ
なければヒューズは切断されないばかりでなく、半波程
度の時間内では到底切断されないという問題がある。

【０００９】このため、電力配電系統の電路に用いられ
る限流ヒューズを超電導体により構成すると、通常の通
電電流値が超電導体の臨界電流値以下であれば発熱はな
く、それ以上の電流が電力配電系統に流れると急激に大
きな抵抗が発生するため短時間で切断される。ただし、
限流ヒューズに用いられる超電導体が焼結体である場合
には、この超電導体の臨界電流密度は小さくなってお
り、この超電導体に大電流を流すために体積を大きくし
て構成すると、半波程度の時間内で限流ヒューズが溶断
されることはなく、上記問題は解決されないことにな
る。したがって、半波時間内でヒューズが溶断される程
度には臨界電流密度の大きい超電導体により限流ヒュー
ズを構成する必要がある。

【００１０】本発明は上述した種々の問題を解決するた
めになされたものであり、電力配電系統おいて用いられ
た場合でも充分な臨界電流密度により半波程度の極めて
短い時間内に確実に電路を開放することのできる超電導
限流ヒューズおよびこれを用いた過電流制御システムを
提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る超電導限流ヒューズは、電力供給源
と電力需要側との間を超電導部材により電気的に接続し
て定格以上の過電流によりこの超電導部材が溶断して電
流を遮断するものにおいて、前記超電導部材は、所定の
厚さを有し、かつ、電気的な絶縁性を有する絶縁基板上
に設けられると共に、前記過電流が流れることにより溶
断される超電導薄膜により構成されていることを特徴と
する。

【００１２】また、請求項２に係る超電導限流ヒューズ
は、請求項１に記載のものにおいて前記超電導薄膜が設
けられる前記絶縁基板が有する前記所定の厚さは、前記
過電流が流れたときに速やかに破壊される厚さであるこ
とを特徴としている。

【００１３】また、請求項３に係る超電導限流ヒューズ
は、請求項２に記載のものにおいて前記絶縁基板が有す
る前記所定の厚さは、好ましくは５ｍｍ以下であること
を特徴としている。

【００１４】また、請求項４に係る超電導限流ヒューズ
は、請求項１に記載のものにおいて前記絶縁基板と前記
超電導薄膜とは剛体により支持されており、少なくとも
その一部は前記剛体と機械的に非接触であることを特徴
としている。

【００１５】また、請求項５に係る超電導限流ヒューズ
は、請求項１に記載のものにおいて前記超電導薄膜は、
密閉された冷媒中に収納されることを特徴としている。

【００１６】さらに、請求項６に係る超電導限流ヒュー
ズは、電力需要側に電力供給源から必要な電力を供給す
る電力供給線に介挿され、前記電力供給源、電力供給線
および電力需要側を含む電力系統に所定値以上の過電流
が流れたときに切断される超電導部材と、この超電導部
材が切断されたときに超電導部材の切断箇所を迂回して
電流を供給するように前記電力供給線または超電導部材
に接続された転流用の導電性部材と、を備えることを特
徴としている。

【００１７】また、請求項７に係る超電導限流ヒューズ
は、請求項６に記載のものにおいて前記超電導部材は、
電気的絶縁性を有する絶縁基板上に積層された酸化物超
電導薄膜により形成されていることを特徴としている。

【００１８】また、請求項８に係る超電導限流ヒューズ
は、請求項１または請求項６に記載のものにおいて前記
超電導部材は、電路の表面が通常の通電温度では固体で
あって電気的絶縁性を有する材料により被覆されている
ことを特徴としている。

【００１９】また、請求項９に係る過電流制御システム
は、電力供給源と、電力需要側と、これら電極供給側と
電力需要側との間に設けられる電力供給線と、前記電力
供給源、電力供給線および電力需要側を含む電力系統に
所定値以上の過電流が流れたときに前記電力供給線を遮
断するように設けられた限流ヒューズと、を備えるもの
であって、前記限流ヒューズは定格以上の過電流により
この超電導部材が溶断して電流を遮断する超電導限流ヒ
ューズにより構成されると共に、前記超電導部材は所定
の厚さを有し、かつ、電気的な絶縁性を有する絶縁基板
上に設けられると共に、前記過電流が流れることにより
溶断される超電導薄膜により構成されていることを特徴
としている。

【００２０】また、請求項１０に係る過電流制御システ
ムは、電力供給源と、電力需要側と、これら電極供給側
と電力需要側との間に設けられる電力供給線と、前記電
力供給源、電力供給線および電力需要側を含む電力系統
に所定値以上の過電流が流れたときに前記電力供給線を
遮断するように設けられた限流ヒューズと、を備えるも
のであって、前記限流ヒューズは、前記電力供給線およ
び電力需要側を含む電力系統に所定値以上の過電流が流
れたときに切断される超電導部材と、この超電導部材が
切断されたときに超電導薄部材の切断箇所を迂回して電
流を供給するように前記電力供給線または超電導薄部材
に接続された転流用の導電性部材と、を備える超電導限
流ヒューズであることを特徴としている。

【００２１】以上の請求項１ないし請求項５の構成によ
れば、本発明の基本構成に係る超電導限流ヒューズは、
過電流が流れたときに前記超電導薄膜が直ちに溶断され
ると共に、これを支持する節煙基板も直ちに破壊される
ので、瞬時にして電力供給源と電力需要側との間の電力
供給路（電路）を開放することができる。これにより、
交流電流の１／４サイクルに相当する半波程度の時間内
で短絡事故に起因する過電流の流通を阻止することが可
能となる。

【００２２】また、請求項６ないし請求項８の構成によ
れば、超電導部材が切断されたときに超電導薄部材の切
断箇所を迂回して電流を供給するように前記電力供給線
または超電導薄部材に接続された転流用の導電性部材を
備えているため、電力供給線（電路）に過大電流が一時
的に流れて超電導部材が切断された場合であっても、事
故電流は超電導部材を迂回して例えば並列に接続されて
いる転流用の導電性部材に流れるので、超電導限流ヒュ
ーズが設けられた配電系統を流れる電力は時間的な遅れ
を経ずに直ちに転流されることになる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超電導限流ヒ
ューズの実施形態について添付図面を参照しながら詳細
に説明する。個別的な実施例を説明する前に、本発明の
基本的な構成を示す第１実施形態の超電導限流ヒューズ
について図１を用いて説明する。図１は第１実施形態に
係る超電導限流ヒューズの構成を示す断面図である。

【００２４】図１において、超電導限流ヒューズ３０
は、絶縁性支持基材３１上に電極３２，３２を設け、こ
の電極３２間に絶縁基板３３と超電導薄膜３４とを積層
させて載置し、超電導薄膜３４の縁部分に銀箔層３５を
介してインジウム片３６をあてがった後、このインジウ
ム片３６の外端側を締め付け部材３７のクランプにより
固定して構成されている。

【００２５】図１においては、厚さが５ｍｍ以下、好ま
しくは２ｍｍ以下のＳｒＴｉＯ₃ ，ＬａＡｌＯ₃ ，ＹＳ
Ｚ（Y stabilized Zilconia），Ａｌ₂ Ｏ₃ などの単結
晶あるいは多結晶基板３３上に直接あるいは基板と超電
導体薄膜３４との反応を防ぐバッファ層を介して成膜す
る。超電導薄膜３４の幅および厚さは電流容量によって
決まる。例えば、通常通電容量が１００Ａの時は臨界電
流密度Ｊｃが１×１０⁶ Ａ／ｃｍ² であれば１ｃｍ、厚
さ１μｍで良い。また、Ｊｃが低いと厚さを増やす必要
があるが通常２μｍ程度を超えて厚くしても臨界電流Ｉ
ｃはふえない。したがって、膜の幅を広くするｌｐｔｐ
が必要になるが、基板が効果になる上に動作時に破壊さ
れにくくなり好ましくない。、よって、臨界電流密度Ｊ
ｃは１×１０⁵Ａ／ｃｍ² 以上であることが望ましいこ
とになる。幅１ｃｍ長さ１０ｃｍの基板に１μｍのＹＢ
ＣＯを成膜した後、両端１ｃｍずつの箇所に銀箔（Ａ
ｇ）などの超電導体と接触抵抗が低い金属を１００ｎｍ
から５００ｎｍ成膜し１気圧酸素中、４００℃から５０
０℃で１時間アニールした。これにより更に接触抵抗を
低くすることができる。

【００２６】上記超電導部材は、図１に示すように、電
気絶縁性支持基材３１上に乗せてインジウム（Ｉｎ）な
どの導電性が高く展性に富んだ材料からなるワイヤー、
箔あるいは板などを用いて電極３２に接続する。このよ
うにした部材に臨界電流以上の電流が流れると常伝導に
転移し発熱する。その熱衝撃および周囲の液体窒素が沸
騰するときの体膨張により本発明の部材は基板が薄いた
め割れる。

【００２７】次に、図２に示す第２実施形態に係る超電
導限流ヒューズを説明する。第１実施形態と同様にして
作成した超電導部材を図２に示すようにＹＢＣＯを成膜
した基板３３および薄膜３４の両端だけを電極３２によ
り支持し、液体窒素中に浸漬する。このように基板３３
および薄膜３４の中間を支えずに使用した場合、薄膜に
臨界電流以上の電流が流れ常電動に転移して発生した熱
により沸騰して気化した液体窒素の圧力で基板が割れ
る。以上説明したように基板ごと部材の一部がなくなる
ため電圧のかかっている間に十分な距離ができることお
よび液体窒素中であるためアーク放電が生じにくくな
り、半波時間程度の短時間でのヒューズの溶断が可能と
なる。

【００２８】図３に示す第３実施形態は、ＹＢＣＯ膜３
４上に設けた銀箔（Ａｇ）３５に直接あるいはＩｎの箔
などを介してボルト３８を接触させて電流を流す。この
場合は基板３３の両端を上下でしっかり固定しているた
め動作時に、より破壊しやすい。なお、ボルト３８は電
極ブロックよりも熱膨張率の小さい材料を用いると冷却
時の熱収縮により、さらに強く接触することになるの
で、より好ましい効果が得られる。

【００２９】その他の使用方法を以下に示す。なお、以
下の実施形態においては図１と同一符号を付すことによ
り同一構成要素を示すものとして、重複説明を省略す
る。図４に示す第４実施形態においては、部材を第３実
施形態とは裏表逆に取り付けることで電極ブロック３２
と超電導薄膜３４との接触面積を大きくすることができ
る。

【００３０】また、図５に示す第５実施形態において
は、セラミクス、硬質プラスチックなど剛性の高い絶縁
体３１を、基板３３および超電導薄膜３４よりなる部材
の下面に一定の距離をおいて対向させる。離間させる距
離は０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、１ｍｍ以上２
０ｍｍ以下であればさらに好ましい。この構成によれば
気化した窒素の圧力をより効果的に使うことができ破壊
力はより高くなる。

【００３１】図６に示す第６実施形態においては、一部
に凹部３９を設けた絶縁性支持材３１上に凹部３９をふ
さぐようにＹＢＣＯ薄膜３４の膜面を下にして基板３３
よりなる部材を取り付ける。ＹＢＣＯ薄膜３４の発熱に
より凹部３９内のの液体窒素が気化して導電性部材３３
を破壊する。

【００３２】次に、本発明に係る超電導限流ヒューズの
より実用的な実施形態として第７実施形態について説明
する。超電導ヒューズは、現在のところ常温では超電導
状態を維持することが難しいため、何らかの冷却機構を
設ける必要がある。したがって、図７に示される第７実
施形態においては、図１に示す第１実施形態に係る超電
導ヒューズ３０を気密可能な真空容器４０内に封入し、
絶縁基板３１上に載置する。

【００３３】真空容器４０内では、コールドヘッド４１
を介して容器の外部より冷凍機４２により冷却する。こ
のような構成とすることにより、液体窒素を補給する必
要がなくなる。コールドヘッド４１がクライオポンプの
役割を果たすので１０−６Ｔｏｒｒ以上の真空が保たれ
るためＹＢＣＯ薄膜の劣化がなく、また動作時に放電し
にくくなり、その結果、高速動作が可能になるというこ
の第７実施形態に特有の効果を奏する。

【００３４】図８に示す第８実施形態に係る超電導限流
ヒューズにおいては、真空容器４０を図示省略して、コ
ールドヘッド４１および超電導ヒューズ３０のみを示し
ている。すなわち、コールドヘッド４１上にＡｌＮ，Ｂ
Ｎなどの熱伝導率が大きな絶縁体３１を介して２つの電
極ブロック３２を２ｍｍ以上１００ｍｍ以下の距離だけ
離間させて対向配置している。このような所望の距離だ
け離間させて電極ブロック３２を対向させることによ
り、超電導薄膜の冷却を充分に行なうことができると共
に、アークの発生を防止することもできる。

【００３５】なお、上記第８実施形態においては、電極
ブロック３２の離間距離を２ｍｍ以上１００ｍｍ以下と
して説明したが、この数値には特に限定されず、超電導
薄膜３４を積層した絶縁基板３の長さの０．５倍以下と
しても良い。この場合、例えば絶縁基板３３の長さ好ま
しくは絶縁基板３３の長さが３００ｍｍ以上であるとき
には電極ブロック３２の離間距離は１５０ｍｍ以下とな
る。さらに好ましくは、絶縁基板３３の長さの０．２倍
以下の距離をおいて載置するようにしても良い。電極ブ
ロック３２の離間距離がこれらの範囲から外れた場合に
は、上述したように、狭いときはアークが飛ぶことにな
り、また、広いときには超電導薄膜３４の冷却が不充分
になる。

【００３６】図８に示すように構成することにより、超
電導薄膜３３の中間部分の温度が僅かに高くなるが、過
電流が流れた場合は必ずその温度の高い箇所が破壊され
るという特有の効果がある。また、図８に図示のものの
絶縁基板３３の両面に超電導薄膜３４を成膜することに
より、電流容量を２倍にすることができる。

【００３７】次に、図９に示す第９実施形態に係る超電
導限流ヒューズは、真空容器４０およびコールドヘッド
４１共に図示省略されているが、電極３２のブロックと
２つの導電性部材３３，３３とそれぞれの外側の面に積
層された超電導薄膜３４とによりヒューズの本体を構成
し、このままの状態で図示されないコールドヘッド上に
載置した場合を平面図により表している。勿論コールド
ヘッドとヒューズ本体との間には絶縁体が介挿されてい
る。このような図９に示す第９実施形態に係る超電導限
流ヒューズを適用することによっても電流容量を２倍に
することが可能となる。

【００３８】図１０に示す第１０実施形態においては、
超電導薄膜３４の膜面同士を向き合わせるように、２つ
の導電性部材３３のそれぞれ内側に設けるようにしてい
る。その他の構成は図９に示す第９実施形態と同様であ
る。このような構成の第１０実施形態に係る超電導ヒュ
ーズによっても、超電導薄膜３４と電極ブロック３２と
の接触面積が増え、動作的に超電導薄膜が蒸発しても基
板３３間に挟まれているため大きなアークが飛ばないと
いう特有の効果を奏する。

【００３９】また、図１１に示す第１１実施形態に係る
超電導ヒューズは、図９および図１０にそれぞれ示され
た第９および第１０実施形態の超電導ヒューズを組み合
わせた構成を有しており、導電性の基板３３の両面にそ
れぞれ超電導薄膜３４を成膜することにより電流容量
は、図１０に示される超電導ヒューズの２倍にすること
ができる。超電導限流ヒューズを大容量化するために
は、このようなユニットを複数コールドヘッド上に乗
せ、並列に接続すれば良い。

【００４０】次に、図１２ないし図１４を用いて、本発
明の第１２実施形態に係る超電導限流ヒューズについて
説明する。この第１２実施形態は、後述する過電流制御
システムに用いられることに鑑みて、超電導ヒューズの
構成をより実用化し易い構成として具体的な構成を提案
するものであり、第１例ないし第３例を例示した。

【００４１】図１２に示した第１２実施形態の第１例
は、超電導部材３４を介してビスマス（Ｂｉ）系の銀シ
ース超電導線６１が接続されている。液体窒素等の超電
導線６１の冷媒６２を部材３４の冷却に使用でき、これ
により短絡事故による過電流でケーブル全体がクエンチ
することがなくなった。

【００４２】図１３に示す第１２実施形態の第２例は第
１例のものに対して仕切り６３を設け、冷媒６２をしき
り６３の両側で別々に対流させるようにしたものであ
る。シースに包まれたビスマス系の超電導体６１の中心
側の中空により供給された冷媒６２は超電導体６１の外
周側へと循環している。このような構成によっても、超
電導部材３４とビスマス系超電導体６１との冷却を１つ
の冷却機構により行なうことができる。

【００４３】図１４に示す第１２実施形態の第３例は、
超電導ヒューズを幾つかの部材６４に分割してこれをク
ランプ部材６５によりクランプして長尺な電力供給路を
一体的に形成している。図中斜線を付した絶縁部材６６
により所定の箇所が絶縁されており、矢印に示されるよ
うな経路により冷媒が循環されている。符号６７は銀シ
ースを有する超電導線である。

【００４４】以上のような構成により第１２実施形態に
係る第１例ないし第３例の超電導ヒューズにより超電導
部材３４の冷却とビスマス系超電導線との冷却を液体窒
素により行なうことができる。このような構成により超
電導ヒューズおよびこれを用いた過電流制御システムの
実施化を一層容易にすることができ、上述した実施形態
に適用することによって一層効果的なものとなる。

【００４５】なお、本発明に係る超電導限流ヒューズに
おいては、短絡事故により過電流が流れて超電導部材が
溶断・破壊されて電路が遮断された後、事故が回復した
か否かを瞬時に確認し、再閉路することが必要である
が、このような課題を達成するためには、本出願人は以
下のような構成を有する過電流制御システムにより電力
の供給を行なうことを提案する。

【００４６】すなわち、このような過電流制御システム
は、電力供給源と電力需要側との間に介挿されて定格電
流以上の過電流が流れるのを阻止するものにおいて、前
記定格電流以上の過電流が流れるのを阻止する超電導限
流ヒューズが複数セット設けられると共に、電力需要側
の機器における短絡の有無を検知する検知機構からの信
号に基づいて、前記複数セットの超電導限流ヒューズが
切替可能に設けられていることを特徴としている。

【００４７】このような基本的な構成を有する過電流制
御システムの具体的な実施形態について、以下に説明す
る。まず、図１５は第１３実施形態に係る過電流制御シ
ステムの回路構成を示す回路図である。図１５におい
て、過電流制御システム５０は電源５１と負荷５８の間
に開閉器５２，５３を介して２組の超電導ヒューズ５４
および５５が接続されている。また、負荷５８と並列に
開閉器５６を介して電源５１よりも電圧の低い小型の電
源５７が接続されている。

【００４８】通常は、開閉器５２のみがＯＮとなってお
り、負荷５８が短絡すると過電流が流れようとする。こ
の過電流が流れると、１／４サイクル以内の時間で超電
導部ヒューズ５４は切断される。その後、開閉器５２は
ＯＦＦになるが、この開閉器５２をＯＦＦとした信号に
基づいて、開閉器５６が負荷５８の回路を閉路する。こ
のとき、図示されない電流計などの測定装置を用いて負
荷のインピーダンスを測定し、負荷５８の短絡が回復し
ている場合には開閉器５６をＯＦＦにして開閉器５３を
ＯＮにする。

【００４９】このようにして、回路全体としては再閉路
して、その間に切断された超電導ヒューズ５４を交換す
ることができる。以上のように構成することにより、こ
の第１７実施形態に係る過電流制御システムによれば、
回路を高速で再閉路することが可能になり、停電時間を
短くすることができる。

【００５０】次に、図１６を参照しながら第１４実施形
態に係る過電流制御システムについて説明する。図１６
において、第１４実施形態に係る過電流制御システム５
０の超電導ヒューズ５４，５５のそれぞれには、抵抗値
Ｒ１およびＲ２をそれぞれ有する抵抗５９および６０が
それぞれ並列に接続されている。通常は、開閉器５２が
閉路しているので超電導部材５４にだけ電流が流れてお
り、過電流が流れると抵抗５９（Ｒ１）に電流が分流す
る前に超電導ヒューズ５４の超電導部材が切断される。
その後、直ちに開閉器５２がＯＦＦになるが、再度ＯＮ
し抵抗に流れる電流を図示しない電流計で測定し定格以
内である場合には、開閉器５２をＯＦＦし開閉器５３を
ＯＮにする。この場合、抵抗５９（Ｒ１）と外部負荷５
８との間には以下のような関係が成り立つことが望まし
い。

【００５１】0．５Ｒ≦Ｒ１≦５Ｒこれより、抵抗値が
小さいと開閉器の容量内に収まらない可能性が生じ、こ
れよりも抵抗値が大きいと短絡が回復したか否かの判断
がしにくくなるので好ましくない。

【００５２】次に、図１７に示す第１５実施形態に係る
過電流制御システムについて説明する。図１７におい
て、通常は開閉器５２がＯＮとなり、開閉器５３がＯＦ
Ｆとなっている。負荷（図１７には図示せず）側の事故
により超電導ヒューズ５４の超電導部材が切断された
後、開閉器５２は一旦ＯＦＦになるが、再度ＯＮとなっ
て抵抗５９（Ｒ１）を介して電流を流す。このとき、電
流値が定格以内であればＯＮになるが、定格以上の場合
にはその電流による電磁力の反発でＯＮにならないよう
な開閉器５３を接続しておくと良い。これにより事故が
復帰していれば超電導ヒューズ５５を介して電流を供給
することができ、その間に超電導ヒューズ５４を交換す
ることができる。超電導ヒューズ５４が交換された後
に、外部信号により開閉器５３をＯＦＦにする。

【００５３】最後に、本発明に係る超電導限流ヒューズ
を用いた過電流制御装置の第１６ないし第２１実施形態
を図１８ないし図２３を用いて説明する。これら第１６
ないし第２１実施形態に係る過電流制御システムは、何
れも電力供給源としての発電装置７１と、超電導限流ヒ
ューズ７２と、負荷７３と、を少なくとも有する構成と
なっている。

【００５４】本発明に係る超電導限流ヒューズ７２は、
自己発電装置７１からなる配電システムに用いると連結
機器の事故で過電流が流れようとした場合に、自己発電
装置７１を守ることができる。すなわち、通常では定格
を大きく上まわる過電流が急激に流れた場合、発電装置
７１の負荷７３が急激に変動することにより発電装置７
１が破壊されてしまうことがあるからである。図１８に
示す第１６実施形態のように、発電装置７１から本発明
に係る超電導ヒューズ７２を介して複数の配電系統（負
荷）７３に分岐している場合には、定格を大きく上まわ
る電流が流れることは無い。

【００５５】また、図１９に示す第１７実施形態のよう
に、各配電系統（負荷）７３に各々本発明による超電導
ヒューズ７２を挿入しておくと、事故が発生した特定の
負荷７３の系統だけを遮断することができ、システム全
体を停止させることがなくなって、より好ましい結果が
得られる。また各超電導ヒューズ７２の通電容量はそれ
ぞれ小さくて済むことになる。

【００５６】さらに、システムでの使用電力に時間的変
動があり、それに伴う過不足を系統の商用電力７４と接
続し受電あるいは売電することで対応している場合、図
２０に示す第１８実施形態のように、発電装置７１と系
統の商用電力７４を本発明による超電導ヒューズ７２を
介して接続しておくと、商用電力７４側で事故が起こっ
た場合にも自己発電装置７１を守ることができるので好
ましい。

【００５７】また、図２１に示す第１９実施形態のよう
に、システム内の負荷７３と商用電力７４の間にも超電
導ヒューズ７５を挿入しておくと、負荷７３側で事故が
起こった場合に商用電力７４側に影響を及ばさなくて済
み、事故発電装置７１にたいしても商用電力７４に対し
ても好ましい効果がある。。

【００５８】また、図２２および図２３にそれぞれ示す
第２０および第２１実施形態のような接続方法でも同様
の効果が期待できる。図２２に示す第２０実施形態に係
る過電流制御システムは、商用電力７４と発電装置７１
との間には超電導ヒューズ７５が介挿されており、商用
電力７４と負荷７３とのそれぞれの間には超電導ヒュー
ズ７２がそれぞれ設けられている。また、図２３に示す
第２１実施形態に係る過電流制御システムは、図１９に
示す第１７実施形態のシステムに対して超電導ユー図７
５を介して商用電力７４が接続されたような構成を有し
ている。

【００５９】特に、図２３に示す第２１実施形態のよう
に接続した場合には、各超電導ヒューズ７２および７５
の容量も小さくて済み、負荷７３側、商用電力７４側の
何れにおいて事故が発生しても、他へ負荷７３や発で装
置７１，商用電力７４射与える影響が少なくなる。な
お、図２３に示す第２１実施形態を例にとると、通電容
量には以下の関係が成り立つことが望ましい。

【００６０】負荷１：Ｉ１負荷２：Ｉ２負荷３：Ｉ３負荷ｎ：Ｉｎシステム−商用電力間：Ｉ最大負荷：Ｉｍａｘとすると、Ｉｍａｘ≦Ｉ≦Ｉ１＋Ｉ２＋１３＋…＋Ｉｎとなる。

【００６１】なお、上述した第１ないし第２１実施形態
の超電導限流ヒューズおよびこれを用いた過電流制御シ
ステムにおいては、超電導体が過電流により発熱を始め
てから破壊されるまでの時間は、一般に極めて小さくこ
のプロセスにより電路は瞬時に開極される。このため、
超電導体の断線部分には回路電圧のみならず大きなサー
ジ電圧が重畳されることになる。また、一般に過電流に
より超電導体の断線は局所的に発生するために断線部分
の電界強度は著しく大きな値となり、超電導体断線に伴
いこの部分に大規模なアークが発生することになる。ひ
とたび大規模なアークが発生すると、この部分での電圧
降下はほとんど期待されず、電流が零となる迄大きな事
故電流が流れ続けてしまうことになる。

【００６２】つまり、上述の実施形態に係る超電導限流
ヒューズは、従来構成の超電導限流ヒューズと同様に、
ヒューズの動作開始電流値を小さく設定することができ
るとはいえ、１度は大きな事故電流が流れてしまう虞が
ある。したがって、超電導体を用いたヒューズが高速で
電流を限流または遮断し、過大な事故電流を１度でも流
さないようにするためには、超電導体が破壊された場合
でも過大な電圧が発生せず、大規模なアーク放電を防ぐ
ための機能が付与されていることが望ましい。以下に説
明する実施形態は、このようなアーク放電を防止する機
能を付加した超電導限流ヒューズに関するものである。

【００６３】図２４において、超電導限流ヒューズ１
は、図示されない電力供給線に接続されている端子２
と、これら端子２の対向する部分に並列に接続された超
電導部材３および転流用導電性部材４と、超電導部材３
および導電性部材４の対向する側面を接続する橋絡用の
導電性部材５と、を備え、橋絡用の導電性部材５は、複
数の電気的絶縁線６により各々がブリッジと呼ばれる複
数部分、図２４および図２５では５つのブリッジ５ａな
いし５ｅに電気的に分離されている。超電導部材３およ
び導電性部材４，５は、図２４の平面図に示されるよう
に第２２実施形態においては薄膜状に形成されており、
通常の通電電流７は図２４の点線により示される経路を
流れている。

【００６４】超電導体の一部分が破壊された場合に大き
なサージ電圧を発生させないためには事故電流を急激に
は零としないことが必要であり、このため、第２２実施
形態に係る超電導限流ヒューズにおいては、図２４に示
されるように、超電導部材１と導電性部材２により構成
され、これらが導電性のブリッジ５ａないし５ｅにより
並列に接続されていることが必要である。このように構
成されたヒューズが超電導体の転移温度以下に冷却され
ており、端子２より電流を流した場合、通常の通電電流
７は図２４の点線により示したように超電導体３を通し
て流れるためにほとんど発熱しない。

【００６５】一方、過大な電流が電路を流れることによ
り超電導部材３の一部の領域８が局所的に常伝導状態に
転移（クエンチ）すると、ジュール熱が発生し始めて、
これによりこの領域８の超電導体が溶断または破壊され
たときには、過大電流は直ちに導電性部材４および５側
に転流するようにヒューズを構成する。具体的には、図
２５に示すように、超電導部材３の溶断部分である領域
８を迂回するブリッジ５ｂと５ｄとを介して迂回電流路
９が図２５の点線で示すように形成されることになる。

【００６６】ただし、事故電流が導電性材料に転流した
ことにより急激に抑制されるように導電性材料の抵抗を
設定するとやはり過大な電圧が発生する。したがって、
転流により電流を抑制しても、抑制の度合いを大きくし
過ぎないように設定しなければならない。このとき発生
する電圧の許容範囲は電源電圧が一つの目安となる。電
力機器内部や機器のアースに対する耐電圧などは一般に
この機器に電力を供給する電源の電圧を大きく超えるも
のではないために、仮にヒューズ内部でアークが発生し
なくてもそれ以外の場所で機器の耐電圧を超えてしまう
可能性があるからである。

【００６７】一方、超電導体と導線性材料がそれぞれの
両端のみで接続されている場合には超電導体が一個所で
も断線すると転流電流は導電性材料の端から端まで流れ
ることになる。したがって上に記した条件を科すと導電
性材料の全抵抗は過電流が流れたときでも電源電圧程度
の電圧しか発生させることができない。これは逆に言え
ばこのヒューズでは過電流を抑制できないことを意味す
る。以上のことより分かるように超電導体と導電性材料
は少なくとも３ケ所以上で接続されるかまたは超電導体
の表面が後述する実施形態のように面接触により導電性
材料と電気的に接続されている必要がある。

【００６８】このような構成においては超電導体のどこ
か一個所が断線した場合、図２５に示すように、過電流
が導電性材料の一部の領域８を迂回して流れるように転
流する。上述のように、この領域８だけでは抵抗を発生
しないが、さらに過電流が流れ続けることにより、他の
領域でも超電導体が断線しはじめる。これらの領域の導
電性材料の抵抗分を足し上げることにより最終的には過
電流を限流するのに充分な抵抗が発生するのである。以
上のように超電導体のクエンチ現象を利用した限流ヒュ
ーズの場合、複数個所で超電導体が断線することが重要
であるが超電導体として薄膜超電導体を用いた場合には
基板との熱膨張係数の違いなどのためにバルク材を用い
た場合に比べて比較的短時間で複数個所を断線させるこ
とが容易であり、ヒューズに用いる超電導体としてはよ
り優れているといえる。

【００６９】また、超電導体表面に例えばシース等の固
体絶縁を施しておくことにより、超電導体が伝導冷却さ
れていたり冷媒の中に直接浸けられていたりして超電導
体の表面が真空中または気体中に晒されている場合と比
べて、よりアークの発生を防ぐことができる。

【００７０】次に、上述した第２２実施形態に係る超電
導限流ヒューズのより詳細な構成を有する第２３実施形
態に係る超電導限流ヒューズについて図２６ないし図３
０を参照しながら説明する。図２６は第２３実施形態に
係る超電導限流ヒューズを示す平面図、図２７および図
２８は図２６におけるＩ−Ｉ線、II−II線でそれぞれ切
断した断面図である。図２９および図３０は第２実施形
態に係る超電導ヒューズの作用・効果を説明するための
特性図である。

【００７１】図２６ないし図２８において、超電導ヒュ
ーズ１０は、多結晶ＹＳＺ基板（YStabilized Zilconi
a）により形成さえた基板１１と、この基板１１上に形
成されたニッケル等の薄膜１２と、ラジウム・酸化アル
ミニウム（ＬａＡｌＯ₃ ）等の単結晶基板１３と、この
単結晶基板１３上に積層形成された超電導部材としての
超電導薄膜１４と、これら全体の表面に形成された転流
用の導電性部材としてのインジウム（Ｉｎ）線１５と、
ヒューズ１０の両端に設けられた端子１６と、を備えて
いる。

【００７２】この超電導ヒューズとしては、幅１０ｍ
ｍ、長さ１２０ｍｍのＬａＡｌＯ３単結晶基板１３上に
レーザー蒸着法等により形成した超電導（ＹＢＣＯ）薄
膜１４は、厚さが約１μｍであり液体窒素中での臨界電
流値は１５０Ａであった。また過電流分流用の導電性部
材としては、長さ１２０ｍｍ、幅５０ｍｍの多結晶ＹＳ
Ｚ基板１１上にスパッタ法により形成した厚さ１００ｍ
ｍのＮｉ薄膜１２を使用した。この膜厚は後述するよう
に、長さ２ｃｍあたりの抵抗が１Ωとなるように決定さ
れた値である。次に、Ｎｉ薄膜１２およびＹＢＣＯ薄膜
１４が形成された面を上にして、ＬａＡｌＯ₃ 基板１１
を置き、約２ｃｍ間隔でＩｎ線１５を押し付けることに
よりＹＢＣＯ薄膜１４とＮｉ薄膜１２とを電気的に接続
した。また両端の１ｃｍ程の領域は電流端子１６として
用いている。

【００７３】図２６ないし図２８より分かるように、こ
の構造の超電導ヒューズ１０はＹＢＣＯ薄膜１４が過電
流により局所的に断線した場合、ＹＢＣＯ薄膜１４を挟
むように設けられているＩｎ線１５を通って長さ約２ｃ
ｍの領域のＮｉ薄膜１２に過電流が流れる。一方、ここ
で使用しているＹＢＣＯ薄膜１４と同じ方法で作成し、
同じ臨界電流値を持つＹＢＣＯ薄膜は約４００Ａの過電
流が流れると局所的にクエンチして断線した。したがっ
て、この長さ２ｃｍのＮｉ薄膜１２への転流により回路
電圧程度の電圧しか発生させないためには最大回路電圧
をＶとしたときに長さ２ｃｍのＮｉ薄膜１２の抵抗は最
大でもＶ／４００Ω程度にしなければならない。

【００７４】この第２３実施形態に係る超電導ヒューズ
１０の場合、最大電圧１０００Ｖの交流電源と１Ωの回
路抵抗を用いることにより５０Ｈｚの電圧を半サイクル
印加する実験をおこなった。したがって第２実施形態に
おいて作成したＮｉ薄膜１２の抵抗は２ｃｍ当たり約１
Ωとなるように設定している。このようにして構成した
超電導ヒューズを液体窒素中で冷却し５０Ｈｚ、１５０
Ａピークの連続通電を１時間行なったが、超電導ヒュー
ズ１０の温度上昇は観測されなかった。一方、過電流を
通電した場合の電流波形を図２９に示す。超電導体は電
流が約４００Ａで局所的に断線し始め、その後アーク放
電を発生することなしに電流を限流することに成功して
いる。

【００７５】実験終了後にヒューズを観測したところ、
ＹＢＣＯ薄膜１４はＩｎ線１５により挟まれた領域すべ
てで断線していた。一方、同様の超電導特性を持つＹＢ
ＣＯ薄膜を用い、Ｎｉ薄膜１２と電気的に接続する構成
以外は同じ方法で作成したヒューズを用いて過電流を通
電した場合の電流波形を図３０に示す。これより分かる
ように過電流が４００Ａ程度になると一度電流は抑制さ
れるがすぐに電流は増大し、ヒューズを用いない場合と
ほぼ同程度の電流が流れ続けた。ヒューズが動作した際
に大きなアーク放電が発生しており過電流はこのアーク
を介して流れ続けたものと考えられる。

【００７６】以上の第２３実施形態に係る超電導ヒュー
ズ１０においては、ＹＢＣＯ薄膜１４と導電性材料とし
てのニッケル薄膜１２とは、Ｉｎ線１５を用いて電気的
に接続された構成となっていたが、迂回させるための導
電線の橋絡部分の構成はこのインジウム線１５に限定さ
れない。例えば、図３１および図３２に示す第２４実施
形態に係る超電導ヒューズ１０Ａにおいては、ＹＢＣＯ
薄膜１４の下側の表面に銀ペースト１７を塗布し、この
面をＮｉ薄膜１２に密着させ熱処理することにより電気
的に接続させている。ただし、この第２４実施形態の場
合、超電導（ＹＢＣＯ）薄膜１４を作成した面をＮｉ薄
膜１２側にしているので、電流端子１６を作成するため
には、図３１の平面図に示すように、Ｎｉ薄膜１２を作
成するためのＹＳＺ基板１１が１０ｃｍとなり、ＹＢＣ
Ｏ薄膜１４よりも短くしている。図３２は、図３１に示
された超電導限流ヒューズをIII−III線で切断した断面
図である。電流端子１６はＮｉ薄膜１２よりはみ出した
ＹＢＣＯ薄膜１４の両端とＮｉ薄膜１２の両端１ｃｍの
領域に銀を厚さ２０μｍでペースト状に蒸着して形成し
た。このようにして作成した第３実施形態に係る超電導
ヒューズ１０Ａも、第２実施形態と同じ電源を用いて試
験をした結果、図２９および図３０に示された第２３実
施形態のヒューズ１０の特性とほぼ類似の電流波形を示
し、またアークも発生しなかった。

【００７７】次に、図３３を用いて、本発明の第２５実
施形態に係る超電導限流ヒューズについて説明する。第
２５実施形態の超電導限流ヒューズの構成は、図２６な
いし図２８に示す第２３実施形態に係る超電導限流ヒュ
ーズの構成と略同一である。第２３実施形態の場合、導
電性薄膜としてのニッケル薄膜１２の抵抗を２ｃｍあた
り１０００／４００Ωすなわち２．５Ωに高めても過電
流分流の際のサージ電圧はあまり大きくないと推定され
る。

【００７８】そこで、第２３実施形態の超電導限流ヒュ
ーズと導電性薄膜の抵抗が２ｃｍあたり２．５Ωである
こと以外には同じ構造をしたヒューズを作成して実験を
行なったところ、ＹＢＣＯ薄膜１４の表面にアーク放電
が発生した。その際の電流は、図３０に示す電流波形と
同様の波形を示した。これは過電流が流れた際に超電導
体が破壊され始める領域が狭く、サージ電圧が発生しな
くても系統の電圧程度の電圧印加でも電界集中が大きく
なり、アークが発生したためと考えられる。

【００７９】すなわち、過電流を転流することにより過
大なサージ電圧の発生を防ぐことにより限流ヒューズの
特性は大幅に向上するがその表面の絶縁特性を向上する
ことによりさらに特性の改善が図れることが分かる。一
方、酸化物超電導体の冷却には一般に液体窒素が用いら
れているが、この実験の場合も同様であるが、電界集中
が発生した場合には固体絶縁の方が耐電圧が高いことが
知られている。したがって、導電性材料によりサージ電
圧を防止すると共に、超電導体表面を絶縁性の固体によ
りコーティングすることにより、さらにアークの発生を
抑制することができる。

【００８０】そこで、第２５実施形態においては、図示
説明は控えるが、導電性薄膜の抵抗が２ｃｍあたり２．
５Ωであること以外は、第２３実施形態のヒューズと同
様の構造の超電導限流ヒューズを作成し、さらにＹＢＣ
Ｏ薄膜表面を絶縁ワニスによりコーティングしたヒュー
ズを作成した。さらに、この上にグリースを厚さ５ｍｍ
程度塗布した。このグリースは、液体窒素温度では固化
している。このようにして作成したヒューズを第２３実
施形態の場合と同じ電源により実験を行った際の特性を
図３３に示す。図３３より理解できるように、動作時に
アークは発生せず過電流は充分に限流されることを確認
した。この特性は限流開始電流値は第２実施形態の超電
導ヒューズと同じであるが、動作後の通過電流はほぼ半
分となっており電流抑制効果が大きく改善されているこ
とが分かる。

【００８１】次に、第２６実施形態に係る超電導限流ヒ
ューズについて、図３４ないし図３６を参照しながら詳
細に説明する。この第２６実施形態に係る超電導ヒュー
ズ２０は全体の形状としては図３６に示すように円筒形
状を有しており、芯となる超電導円柱２３の外周に所定
の距離ずつ離隔させて銀線２４を巻回させ、円柱２３の
外周側を導電性部材としての半円筒２１を２つ合わせて
包囲する構成となっている。半円筒２１の前記銀線２４
に対応する箇所には層状にニッケル薄膜２２が介挿され
ている。

【００８２】この第２６実施形態においては、図３５に
示すように、液体窒素中の臨界電流値が５００Ａ（アン
ペア）の実効値を有し、かつ、直径０．３ｃｍ、長さ１
５ｃｍの円筒形状を有するビスマス系のバルク材より構
成された超電導体２３を用いている。また、図３４に示
すように、転流用導電性部材としては、図３５に示され
た円筒状の超電導体２３を中に入れることのできる寸法
である外径５ｃｍ、内径直径０．４ｃｍ、長さ１３ｃｍ
のセラミック材料よりなる円筒体を縦に２分し、内側に
転流用の金属線が入る溝が形成された導電性半円筒部材
２１を用い、その表面にスパッタ法により介挿されたＮ
ｉ薄膜２２が挟み込まれている。

【００８３】本第２６実施形態のヒューズ２０は、Ｎｉ
薄膜を作成した部材を２つ用いて超電導体を包み込むよ
うに構成した。この際セラミック材利用の表面にあるＮ
ｉ薄膜と中心にある超電導体とを電気的に接続するため
に、まず、図３５に示すように約２ｃｍ間隔で銀線２４
を超電導体の周りに設け、さらに熱処理によって接触抵
抗を低減したものを半円筒状のセラミック性の部材２つ
で挟み込みさらに余った銀線をＮｉ薄膜を作製したセラ
ミック性材料の表面に巻き付け、再度熱処理により電気
的に接続した。このヒューズの外観は図３６に示すよう
になっている。ただし、実際に作成されたヒューズ２０
は、その両端２ｃｍの領域にも銀により電流端子２５が
形成されている。

【００８４】転流用Ｎｉ薄膜２２の直径が超電導体と比
べて非常に大きいのは転流時の温度上昇で金属薄膜自身
が損傷しないように面積当たりの熱負荷を低減する目的
で全体の面積を増加させたためである。この第２６実施
形態に係る超電導限流ヒューズ２０を最大電圧１０００
Ｖ、回路抵抗が０．２Ωの回路に装着して試験を行なっ
たところ、過電流が１．５ｋとなったときに超電導体は
断線したがその後アークを発生することもなく電流を抑
制することに成功した。

【００８５】なお、この超電導体２３と同様の超電導体
は約１．５ｋＡで断線することが分かっているので、長
さ２ｃｍあたりのＮｉ薄膜２２の抵抗は１０００／１５
００Ωより小さくしておくことが重要であり、実際に作
成したヒューズの場合には約０．５Ωとしている。この
ように設定しておくことにより、超電導体２３が多くの
箇所で破損した場合には３Ω程度の抵抗が発生すること
が期待されるのに対して、実際の実験において発生した
抵抗は２．８Ωであり、ほぼ予想どおりの抵抗が発生し
た。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超電導限
流ヒューズによれば電力系統に過電流が流れても絶縁基
板に設けられた超電導薄膜が瞬時に溶断され、絶縁基板
も同時に破壊されるので、過電流により超電導体が断線
した際に交流の半波（１／４サイクル）時間程度の時間
で電路を直ちに遮断することができる。また、瞬間的に
電路が開かれるために大きなサージ電圧や局所的な電界
集中が発生せず、その結果アークを生じさせることなく
過電流を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の超電導限流ヒューズを
示す断面図。

【図２】本発明の第２実施形態の超電導限流ヒューズを
示す断面図。

【図３】本発明の第３実施形態の超電導限流ヒューズを
示す断面図。

【図４】本発明の第４実施形態の超電導限流ヒューズを
示す断面図。

【図５】本発明の第５実施形態の超電導限流ヒューズを
示す断面図。

【図６】本発明の第６実施形態の超電導限流ヒューズを
示す斜視図。

【図７】本発明の第７実施形態の超電導限流ヒューズを
示す断面図。

【図８】本発明の第８実施形態の超電導限流ヒューズを
示す断面図。

【図９】本発明の第９実施形態の超電導限流ヒューズを
示す断面図。

【図１０】本発明の第１０実施形態の超電導限流ヒュー
ズを示す断面図。

【図１１】本発明の第１１実施形態の超電導限流ヒュー
ズを示す断面図。

【図１２】本発明の第１２実施形態の超電導限流ヒュー
ズの第１例を示す断面図。

【図１３】本発明の第１２実施形態の超電導限流ヒュー
ズの第２例を示す断面図。

【図１４】本発明の第１２実施形態の超電導限流ヒュー
ズの第３例を示す断面図。

【図１５】本発明の第１３実施形態の過電流制御システ
ムを示す回路図。

【図１６】本発明の第１４実施形態の過電流制御システ
ムを示す回路図。

【図１７】本発明の第１５実施形態の過電流制御システ
ムを示す回路図。

【図１８】本発明の第１６実施形態の過電流制御システ
ムを示すブロック図。

【図１９】本発明の第１７実施形態の過電流制御システ
ムを示すブロック図。

【図２０】本発明の第１８実施形態の過電流制御システ
ムを示すブロック図。

【図２１】本発明の第１９実施形態の過電流制御システ
ムを示すブロック図。

【図２２】本発明の第２０実施形態の過電流制御システ
ムを示すブロック図。

【図２３】本発明の第２１実施形態の過電流制御システ
ムを示すブロック図。

【図２４】本発明の第２２実施形態に係る超電導限流ヒ
ューズを示す平面図。

【図２５】図２４に示す第２２実施形態において過電流
が流れた際の転流を示す平面図。

【図２６】本発明の第２３実施形態に係る超電導限流ヒ
ューズを示す平面図。

【図２７】図２６に示された超電導ヒューズをＩ−Ｉ線
により切断した断面図。

【図２８】図２６に示された超電導ヒューズをII−II線
により切断した断面図。

【図２９】本発明の第２３実施形態の超電導限流ヒュー
ズの電流特性を示す波形図。

【図３０】第２３実施形態との比較のために作成した転
流部分を有しないヒューズの電流特性を示す波形図。

【図３１】本発明の第２４実施形態の超電導限流ヒュー
ズを示す平面図。

【図３２】図３１に示された超電導ヒューズをIII−III
線により切断した断面図。

【図３３】本発明の第２５実施形態の限流ヒューズの特
性を示す電流特性を示す波形図。

【図３４】第２６実施形態に係る超電導ヒューズのセラ
ミック基板を示す斜視図。

【図３５】第２６実施形態に用いられる超電導体を示す
斜視図。

【図３６】第２６実施形態の超電導限流ヒューズを組立
てた状態を示す斜視図。

【符号の説明】

１超電導限流ヒューズ３超電導部材（超電導薄膜）４導電性部材５転流用導電性部材（ブリッジ）７通常通電路８溶断領域９溶断時通電路１０超電導限流ヒューズ１１多結晶化合物基板１２導電性部材（ニッケル薄膜）１３単結晶基板１４超電導部材（薄膜）１５転流用導電性部材（インジウム線）１６端子１７銀ペースト２０超電導限流ヒューズ２１半円筒導電性部材２２ニッケル薄膜２３超電導部材（円柱）２４銀線２５銀電流端子３０超電導限流ヒューズ３２電極３３絶縁基板３４超電導薄膜３５銀ペースト３６インジウム線４０真空容器４１コールドヘッド４２冷却装置５０過電流制御システム５１電直供給源５２，５３開閉器５４，５５超電導限流ヒューズ５８電力需要側（負荷）６１超電導線７１電力供給源（発電装置）７２超電導限流ヒューズ７３電力需要側（負荷）７４電力供給源（商用電力）７５超電導限流ヒューズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山崎六月神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者芳野久士神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 5G004 AA01 AB02 BA03 CA06 DA02 5G502 AA01 AA05 BB01 BB13 BD02 GG10 KK01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力供給源と電力需要側との間を超電導部
材により電気的に接続して定格以上の過電流によりこの
超電導部材が溶断して電流を遮断する超電導限流ヒュー
ズにおいて、前記超電導部材は、所定の厚さを有し、か
つ、電気的な絶縁性を有する絶縁基板上に設けられると
共に、前記過電流が流れることにより溶断される超電導
薄膜により構成されていることを特徴とする超電導限流
ヒューズ。
【請求項２】前記超電導薄膜が設けられる前記絶縁基板
が有する前記所定の厚さは、前記過電流が流れたときに
速やかに破壊される厚さであることを特徴とする請求項
１に記載の超電導限流ヒューズ。
【請求項３】前記絶縁基板が有する前記所定の厚さは、
好ましくは５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２
に記載の超電導限流ヒューズ。
【請求項４】前記絶縁基板と前記超電導薄膜とは剛体に
より支持されており、少なくともその一部は前記剛体と
機械的に非接触であることを特徴とする請求項１に記載
の超電導限流ヒューズ。
【請求項５】前記超電導薄膜は、密閉された冷媒中に収
納されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導
限流ヒューズ。
【請求項６】電力需要側に電力供給源から必要な電力を
供給する電力供給線に介挿され、前記電力供給源、電力
供給線および電力需要側を含む電力系統に所定値以上の
過電流が流れたときに切断される超電導部材と、この超
電導部材が切断されたときに超電導部材の切断箇所を迂
回して電流を供給するように前記電力供給線または超電
導部材に接続された転流用の導電性部材と、を備えるこ
とを特徴とする超電導限流ヒューズ。
【請求項７】前記超電導部材は、電気的絶縁性を有する
絶縁基板上に積層された酸化物超電導薄膜により形成さ
れていることを特徴とする請求項６に記載の超電導限流
ヒューズ。
【請求項８】前記超電導部材は、電路の表面が通常の通
電温度では固体であって電気的絶縁性を有する材料によ
り被覆されていることを特徴とする請求項１および６の
何れかに記載の超電導限流ヒューズ。
【請求項９】電力供給源と、電力需要側と、これら電力
供給側と電力需要側との間に設けられる電力供給線と、
前記電力供給源、電力供給線および電力需要側を含む電
力系統に所定値以上の過電流が流れたときに前記電力供
給線を遮断するように設けられた限流ヒューズと、を備
える過電流制御システムであって、前記限流ヒューズは定格以上の過電流によりこの超電導
部材が溶断して電流を遮断する超電導限流ヒューズによ
り構成されると共に、前記超電導部材は所定の厚さを有
し、かつ、電気的な絶縁性を有する絶縁基板上に設けら
れると共に、前記過電流が流れることにより溶断される
超電導薄膜により構成されていることを特徴とする過電
流制御システム。
【請求項１０】電力供給源と、電力需要側と、これら電
力供給側と電力需要側との間に設けられる電力供給線
と、前記電力供給源、電力供給線および電力需要側を含
む電力系統に所定値以上の過電流が流れたときに前記電
力供給線を遮断するように設けられた限流ヒューズと、
を備える過電流制御システムであって、前記限流ヒューズは、前記電力供給線および電力需要側
を含む電力系統に所定値以上の過電流が流れたときに切
断される超電導部材と、この超電導部材が切断されたと
きに超電導薄部材の切断箇所を迂回して電流を供給する
ように前記電力供給線または超電導薄部材に接続された
転流用の導電性部材と、を備える超電導限流ヒューズで
あることを特徴とする超電導限流ヒューズを用いた過電
流制御システム。