JP2001525650A - 障害電流制限器 - Google Patents

障害電流制限器

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JP2001525650A
JP2001525650A JP2000523730A JP2000523730A JP2001525650A JP 2001525650 A JP2001525650 A JP 2001525650A JP 2000523730 A JP2000523730 A JP 2000523730A JP 2000523730 A JP2000523730 A JP 2000523730A JP 2001525650 A JP2001525650 A JP 2001525650A
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JP2000523730A
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ヤン、ブランゲフォルト
ウド、フロム
クリスチャン、サッセ
ソーステン、シュッテ
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エービービー エービー
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Abstract

(57)【要約】 電流搬送路を有する電力システムの障害電流制限器（４）であって、電流搬送路（３）に配設され、超伝導特性を有する超伝導体手段を備える超伝導装置（６）と、電界を閉じ込める超伝導体手段を取り囲む固体電気絶縁（９）と、障害電流制限器（４）の使用中に臨界温度よりも低い温度に超伝導体手段を冷却する冷却手段（１２）とを具備してなる障害電流制限器（４）。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電流搬送路を有する電力システムの障害電流制限器に関する。このタ
イプの障害電流制限器は、電流搬送路に配設され、超伝導特性を示す超伝導体手
段を有する超伝導装置と、上記超伝導体手段を取り囲む電気絶縁手段と、上記障
害電流制限器の使用中に上記超伝導体手段をその臨界温度まで冷却する冷却手段
とを具備してなる。本発明はまた、このような障害電流制限器が組み込まれた、
例えば４００〜８００ｋＶ以上の高電圧で動作可能な電力システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のタイプの超伝導障害電流制限器は既知であり、電力システムに異常が発
生すると超伝導状態から非超伝導状態に移行する超伝導体手段により動作する。
通常、抵抗器または誘導コイルが超伝導装置に並列に接続され、超伝導体手段が
非超伝導状態に切替わると電流が抵抗器またはコイルに転流される。上記タイプ
の障害電流制限器の電気絶縁手段は、高い電気絶縁破壊強度を有していなければ
ならない。しかし、紙／油またはポリプロピレン／紙／油から成る従来の絶縁手
段は、高電圧下で劣化する傾向がある。また、その構造に起因する部分放電の悪
影響を受けやすい。そのため、既知の超伝導障害電流制限器の長期に渡る信頼性
は、電気絶縁体によって決まる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、改良された電気絶縁システムを有する超伝導障害電流制限器を提供
することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの態様によると、上記タイプの障害電流制限器は、電気絶縁手段
が上記障害電流制限器の使用中に電界を中に閉じ込める固体材料を含むことを特
徴とする。
【０００５】 本発明の別の態様によると、上記タイプの障害電流制限器は、電気絶縁手段が
上記超伝導体手段と電気的に接触する半導電性材料の内側層と、その長さに沿っ
て制御電位の半導電性材料の外側層と、上記内側層と上記外側層との間の電気絶
縁材料の中間層とを具備することを特徴とする。
【０００６】 本明細書においては、「半導電性材料」という用語は、導電体よりも非常に低
い導電率を有するが、電気絶縁体のような低導電率は有していない材料を意味す
る。適切には、これに限定されるものではないが、半導電性材料は１〜１０５ Ωｃｍ、好ましくは１０〜５００Ωｃｍ、更に好ましくは１０〜１００Ωｃｍ、
通常２０Ωｃｍの抵抗率を有しているべきである。
【０００７】 電気絶縁手段は適切には、機械的に互いに密に接触した層、更に好ましくは例
えば押出し成型で共に結合された層を有する単一形状である。好ましくは上記層
は、少なくとも大気温度での弾力のあるまたは弾性特性を有するプラスチック材
料で形成される。これにより、所望の場合に、巻線を形成するケーブルを曲げた
り所望の形状に形成することが可能になる。場合によっては同じ熱特性を有し複
数の欠陥がほとんどなく製造されうる材料のみを上記層に使用することにより、
絶縁体内の熱および電気負荷が減少する。特に、絶縁中間層、半導電性内側層お
よび外側層の熱膨張係数は少なくともほぼ同一であるべきであり、これにより層
を加熱または冷却する際に異なる熱膨張に起因する欠陥が生じることはない。理
想的には、層は超伝導体手段周辺に共に押出し成型で形成する。
【０００８】 好都合なことに、電気絶縁中間層は、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密
度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などの固体熱可塑性材料
、架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）などの架橋材料、エチレンプロピレンゴム（Ｅ
ＰＲ）、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、シリコンゴムなどの
ゴム絶縁材を含む。半導電性内側層および外側層は、中間層と同様ではあるが、
カーボンブラック粒子または金属粒子といった、中に埋め込まれる導電粒子を有
する材料を含む。通常、ＥＰＲなどの特定の絶縁材料は、炭素粒子を全く含まな
い、または一部含む場合、同様の機械的特性を有している。
【０００９】 半導電性内側層および外側層のスクリーンは、絶縁中間層の内側および外側に
実質的に等電位面を形成するので、電界は内側層と外側層との間の中間層に閉じ
込められる。同心半導電性および絶縁層の場合、電界はほぼ放射状になり、中間
層内に閉じ込められる。特に、半導電性内側層は、取り囲む超伝導体手段に電気
的に接触し、またこれと同一の電位となるよう配設される。半導電性外側層は、
誘導電圧により生じる損失を防ぐスクリーンとして動作するよう設計されている
。外側層の誘導電圧は、外側層の抵抗を上昇させることにより減少する。抵抗は
外側層の厚さを減らすことにより上昇するが、厚さは所定の最小厚さよりも小さ
くすることはできない。また、より高い抵抗率を材料を層に対して選択すること
により、抵抗を上昇させることもできる。一方、半導電性外側層の抵抗率が高す
ぎる場合、制御された例えばアースなどの電位での隣接する２地点の中間の電位
が非常に高くなり、絶縁および半導電性層の腐食により絶縁体でコロナ放電が発
生する恐れがある。そのため、半導電性外側層は低抵抗性でかつ誘導電圧損失が
高いが、通常アースすなわちグラウンド電位などの制御電位に容易に接続される
導体と、抵抗が高く誘導電圧損失が低いが、その長さに沿って制御電位に接続す
る必要のある絶縁体との間の中間物になっている。従って、半導電性外側層の抵
抗率ρｓはρｍｉｎ＜ρｓ＜ρｍａｘの範囲内にあるべきであり、ここでρｍｉ ｎ は、渦電流損失により生じる許容電力損失と磁束によって誘導される電圧によ
り生じる抵抗損失とにより決定され、またρｍａｘはコロナまたはグロー放電を
発生させないための必要条件によって決定される。
【００１０】 超伝導装置は、例えば鉛の外側導電シールドまたは保護シースを有する伝送ケ
ーブルを含む。あるいは超伝導装置はコイルを含んでいてもよい。後者の場合に
おいて、半導電性外側層を接地、あるいはその長さに沿って離間された点でその
他の所定電位に接続する場合、外側金属シールドおよび保護シースで半導電性外
側層を覆う必要はない。このためケーブルの直径が小さくなり、所定寸法のコイ
ルに更に巻回することが可能となる。
【００１１】 好ましくは、障害電流制限器は超伝導装置と並列にインピーダンス部を有する
。制限器の使用中に電流搬送路で障害電流が生じた場合、超伝導体手段の抵抗は
非超伝導になると上昇し、また電流の流れは超伝導体手段からインピーダンス部
へと切替わる。インピーダンス部は、抵抗装置（この場合、限流器は抵抗障害電
流制限器である）または誘導コイル（この場合、限流器は誘導障害電流制限器で
ある）で構成してもよい。抵抗障害電流制限器の場合、通常の動作状態で、その
抵抗が超伝導体手段よりも高くなり、また異常状態で、その抵抗が超伝導体手段
よりも小さくなるよう抵抗装置の寸法が決定される。誘導障害電流制限器の場合
、誘導コイルの等価オーム抵抗（周波数ｘインダクタンス）は通常の動作状態で
超伝導体手段よりも高くなり、また異常状態では低くなる。
【００１２】 冷却手段は、例えば液体窒素などの低温流体が流れ、中に超伝導装置が収容さ
れる絶縁容器手段例えばクリオスタットで構成してもよい。誘導障害電流制限器
により、誘導コイルは電気絶縁手段と同様の固体電気絶縁体を有していてもよく
、この場合誘導コイルも絶縁容器手段内に収容される。あるいは、冷却手段が超
伝導体手段の一部を含んでいてもよい。例えば、超伝導体手段は、低温冷却流体
が流れ、その上に細長の超伝導手段が取り付けられる支持管を含んでいてもよい
。
【００１３】 超伝導体手段は低温半導電性材料を具備してもよいが、好ましくは内側管に螺
旋状に巻回される高温超伝導（ＨＴＳ）ワイヤやテープなど、例えば細長のＨＴ
Ｓ手段といった高温超伝導材料を備えている。好都合なことに、ＨＴＳワイヤや
テープは、銀シースＢＳＣＣＯ−２２１２やＢＳＣＣＯ−２２２３（数字は［Ｂ
ｉ， Ｐｂ］２ Ｓｒ２ Ｃａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ分子内の各要素の原子番号を表
す）を含み、以後このようなＨＴＳワイヤまたはテープを「ＢＳＣＣＯワイヤま
たはテープ」と称する。ＢＳＣＣＯテープは、パウダーインチューブ（ＰＩＴ）
ドロー、転動、焼成、転動処理により銀または酸化銀マトリクスに酸化物超電導
材料の微細フィラメントを入れることにより生成される。あるいは、表面被覆処
理でもテープを形成することができる。何れの場合も、酸化物は最終処理段階で
溶融および再凝固される。ＴｉＢａＣａＣｕＯ（ＴＢＣＣＯ−１２２３）および
ＹＢａＣｕＯ（ＹＢＣＯ−１２３）などの他のＨＴＳテープは、様々な表面被覆
または表面堆積手法で生成される。理想的には、ＨＴＳワイヤまたはテープは、
６５Ｋ、好ましくは７７Ｋ以上からの動作温度でｊｃ〜１０５Ａｃｍ−２を超え
る電流密度を有しているべきである。マトリクスのＨＴＳ材料の充填率は、テス
ラ範囲内の印加場で工学電流密度ｊｅは、１０４ Ａｃｍ−２以上でｊｃが大幅
に低下しないよう高くする必要がある。螺旋状に巻回したＨＴＳワイヤまたはテ
ープは、内側支持管を流れる冷却流体、好ましくは液化窒素によりＨＴＳ材料の
臨界温度Ｔｃを下回る温度に冷却される。あるいは、冷却手段は上記の絶縁容器
手段を含んでいてもよい。
【００１４】 本発明の別の態様によると、回路遮断器と本発明の上記他の態様の障害電流制
限器が直列に接続された電流搬送路を有する電力システムが提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、高電圧源２、電流搬送路３、電流搬送路３内に直列に配列された超伝
導抵抗障害電流制限器４、回路遮断器５を含む電力システム１の一部を示してい
る。障害電流制限器４は、超伝導装置６、超伝導装置６に並列に配列された抵抗
器７を含んでいる。超伝導装置６は、例えば液化窒素などの低温流体で冷却され
るクリオスタットなどの熱絶縁容器部１２（図１の破線を参照）に収容される。
【００１６】 超伝導装置６は、銅または高抵抗金属または合金などの金属を内側に有する細
長い内側超伝導手段１０と、支持管２１と、管２１に螺旋状に巻回され、半導電
性プラスチック材料の層に埋め込まれた例えばＢＳＣＣＳワイヤ等のＨＴＳワイ
ヤ２２とで構成されるケーブル（図３参照）から巻回されるコイルを備えている
。電気絶縁体９は、小さな放射状の間隔２４を空けて、層２３の外側に配置され
る。この電気絶縁体９は実質的に空隙が無く、内側半導電性層２５、外側半導電
性層２６、これらの半導電性層に挟まれた絶縁層２７を含んでいる。層２５〜２
７は好ましくは、その境界面で互いに強固に接続される熱可塑性材料を含んでい
る。都合のよいことに、これらの熱可塑性材料は同じ熱膨張係数（α）を有して
おり、好ましくは内側超伝導手段３の周辺に共に押出し成型される。好ましくは
層２５〜２７は共に押出し成型され、電気絶縁体の境界面でキャビティや孔が生
じる危険を最小に抑えるようモノリシック構造を成す。絶縁体およびその境界面
にこのような孔やキャビティが存在すると、高電界強度で電気絶縁体においてコ
ロナ放電が生じるので好ましくない。
【００１７】 外側半導電性層２６は、その長さに沿って離れた領域で例えばアースすなわち
グラウンド電位などの制御電位に接続されており、隣接する接地点の特定の間隔
は層２６の抵抗率によって異なる。
【００１８】 半導電性層２６は静電気シールドおよび接地された外側層として機能し、これ
により超伝導ケーブルの電界は半導電性層２５および２６間の固体絶縁体内に保
持される。層２６の誘導電圧により生じる損失は、層２６の抵抗を上げることに
より減少する。しかし、層２６は例えば０．８ ｍｍ以上の少なくとも所定の最
小厚さを有していなければならないため、その抵抗は比較的高い抵抗率を有する
層の材料を選択することによってのみ上げることができる。しかしながら、抵抗
率はあまり高く上げることはできない。抵抗率が高すぎると、２つの隣接する接
地点の中間にある層２６の電圧が高くなりすぎ、コロナ放電発生の危険性を伴っ
てしまう。
【００１９】 放射状の間隔２４は、電気絶縁体９と内側超伝導手段１０（金属管２１を含む
）との間の熱膨張係数の差を補正する伸縮隙間を形成している。間隔２４は空間
でよく、あるいは超伝導体と絶縁性システムとの間の相対移動を吸収する発泡高
圧縮性材料を含んでいてもよい。発泡材料を使用する場合、これは層２３および
２５を電気的に接触させる半導電性であってもよい。また、層２３および２５の
間に必要な電気的接触を確保するために金属ワイヤを配設してもよい。
【００２０】 一例として、固体絶縁層２７を架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）を有していても
よい。しかしながら、その他に固体絶縁層を、他の架橋材料、低密度ポリエチレ
ン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、
ポリブチレン（ＰＢ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、エチレン（エチル）ア
クリレートコポリマー、またはエチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）、エチレンプ
ロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、シリコンゴムなどのゴム絶縁体を含んで
いることもできる。層２３および内側層２５および外側層２６の半導電性材料は
、例えば固体絶縁層２７と同じ材料のベースポリマー、ベースポリマーに埋め込
んだカーボンブラック粒子または金属粒子などの高導電粒子を含んでいる。これ
らの半導電性層の体積抵抗率、通常は２０Ω・ｃｍは、ベースポリマーに加えら
れるカーボンブラックの種類と比率を変えることにより、必要に応じて調整でき
る。以下は、異なる種類と量のカーボンブラックを使用してどのように体積抵抗
率が変化するかを示す例である。
【００２１】
【表１】 超伝導装置６は、コイルの代わりに伝送ケーブル（図示せず）を含んでいても
よい。装置が伝送ケーブルの場合、外側導電シールドおよび例えば鉛などの保護
シースを半導電性材料の外側層２６の周辺に適切に設ける。
【００２２】 電力システム１の動作が休止している場合、容器部１２内で液体窒素により臨
界温度よりも低い温度に冷却されたＨＴＳワイヤ２２は超伝導状態にあり、また
実質的に損失の無い状態で電流がワイヤに流れる。超伝導状態のＨＴＳワイヤに
よって実質的にゼロの抵抗路が形成されるので、電流は抵抗器７に流れることは
ない。電流搬送路３で障害電流が発生した場合、ＨＴＳワイヤの臨界電流濃度Ｊ ｃ は変化し、ワイヤは非導電状態になり、抵抗器７の非常に小さな相対抵抗に比
べて大きな抵抗を有する直列抵抗器となる。障害電流が発生すると、回路遮断器
５が開く。
【００２３】 図２は、別の電力システム４０を示している。図１および２においては、同一
の参照符号を用いて、同一または同様の部分を示す。２つのシステムの主な違い
は、システム４０において超伝導誘導障害電流制限器４１が設けられていること
である。障害電流制限器４１は、場合によってはコア（図示せず）を含んでも含
まなくとも良い（システム１の抵抗器７の代わりとなる）誘導コイル４２に並列
に配列された超伝導装置６を有している。コイル４２は、超伝導装置６の電気絶
縁体９と同様の電気絶縁システムに囲まれる従来の（すなわち非超伝導）内側導
体手段を有するケーブルから巻回される。熱絶縁容器部は、（破線１２で示す）
超伝導装置６のみ、または（破線４４で示す）超伝導装置６およびコイル４２の
両者を含んでいても良い。
【００２４】 システム４０の動作において、異常状態の時は、全てのエネルギーが超伝導装
置６で使用されるので、後者の熱質量は大きくなければならない。ＨＴＳワイヤ
２を流れる電流は、誘導コイル４２に転流される。コイル４２の寸法は、後者が
超伝導状態の時に等価オーム抵抗（周波数ｘインダクタンス）がＨＴＳワイヤ２
よりも大きくなり、また後者が非超伝導状態で異常が生じた時にＨＴＳワイヤ２
よりも小さくなるように決定される。
【００２５】 本発明による障害電流制限器の電気絶縁手段は非常に高い電圧と、このような
電圧で生じる電気負荷および熱負荷に対処することが可能である。一例として、
本発明による障害電流制限器は、数百ｋＶＡから１０００ＭＶＡ以上の定格電力
、および３−４ｋＶから４００〜８００ｋＶの非常に高い送電電圧の範囲の定格
電圧に対応して設計されている。高い動作電圧では、部分放電またはＰＤが既知
の絶縁システムの深刻な問題となる。絶縁体にキャビティや孔が存在する場合、
内側コロナ放電が生じることがあり、これにより絶縁材料は徐々に劣化し、絶縁
体が破壊されてしまう。超伝導体手段を取り囲む電気絶縁体の電気負荷は、絶縁
体の内側層を内側超伝導体手段とほぼ同一の電位にし、また絶縁体の外側層を例
えばアースなどの制御電位にすることで減少する。従って、内側および外側層間
の絶縁材料の中間層における電界は、中間層の厚さに渡ってほぼ均一に分配され
る。また、同様の熱特性を有し、ほとんど欠陥のない材料を絶縁材料の層に使用
することにより、特定の動作電圧でＰＤの可能性は減少する。そのため、障害電
流制限器は、通常８００ｋＶ以下またはこれ以上の非常に高い動作電圧に耐えら
れるよう設計することが可能である。
【００２６】 電気絶縁手段が所定位置で押出し成型されることが好ましいが、膜またはシー
ト状の材料の堅固に巻回された重畳層から電気絶縁システムを形成することも可
能である。このように、半導電性層および電気絶縁層の両者を形成することがで
きる。絶縁システムは、内側および外側半導電性層を有するカーボンブラックや
金属粒子などの導電性粒子が埋め込まれた例えばＰＰ、ＰＥＴ、ＬＤＰＥ、ＨＤ
ＰＥのポリマー薄膜から成る部分、および上記半導電性層または上記部分の間に
挟まれた絶縁層または絶縁部分を有する全合成膜で形成することが可能である。
【００２７】 重畳については、充分に薄い膜はいわゆるパッシェン（Ｐａｓｃｈｅｎ）の最
小値よりも小さな突合せ（ｂｕｔｔ）隙間を有するので、液体含浸は不要となる
。乾燥した巻回多層薄膜絶縁体も優れた熱特性を有しており、導電体としての超
伝導管に結合させることができ、また液体窒素などの冷却剤は管に送り込まれる
。
【００２８】 電気絶縁システムの別の例は従来のセルロース系ケーブルに類似しており、薄
いセルロース系または合成紙または不織材料が導体に巻回されるラップである。
この場合、絶縁層の何れかの側の半導電性層は、導電粒子が埋め込まれたセルロ
ース紙または絶縁材料の繊維から生成される不織材料で形成することができる。
絶縁層は同一の基礎材料で形成することができ、あるいは他の材料を使用するこ
ともできる。
【００２９】 絶縁システムの別の例では、膜および繊維性の絶縁材料を積層または重畳層と
して結合させる。この絶縁システムの例は市販されているいわゆる紙ポリプロピ
レン積層ＰＰＬＰであるが、その他の膜や繊維性部分を複数組み合わせることも
可能である。これらのシステムにおいては、鉱油や液体窒素などの様々な含浸を
行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明による障害電流制限器の一実施例を取り入れた電力システムを
示す回路図である。
【図２】 図２は、本発明による障害電流制限器の別の実施例を取り入れた電力システム
を示す回路図である。
【図３】 図３は、本発明による障害電流制限器の超伝導装置の一部を示す概略断面図で
ある。
【符号の説明】
１ 電力システム ２ 高電圧源 ３ 電流搬送路 ４ 障害電流制限器 ５ 回路遮断器 ６ 超伝導装置 ７ 抵抗器 １２ 熱絶縁容器部
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１月２８日（２０００．１．２８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 クリスチャン、サッセ スエーデン国ベステロス、ドロットニング ガタン、４ビー (72)発明者 ソーステン、シュッテ スエーデン国ベステロス、バンガタン、５ ビー Ｆターム(参考） 5G013 AA04 BA01 CA02 5G321 AA01 AA05 AA06 BA99 CA18 CA32 CA48 CB01

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電流搬送路を有する電力システムの障害電流制限器であって、電流搬送路に配
    設され、超伝導特性を示す超伝導体手段を有する超伝導装置と、前記超伝導体手
    段を取り囲む電気絶縁手段と、前記障害電流制限器の使用中に前記超伝導体手段
    をその臨界温度よりも低い温度に冷却する冷却手段とを備え、前記電気絶縁手段
    が、前記障害電流制限器の使用中に電界を中に閉じ込める固体材料を含むことを
    特徴とする障害電流制限器。
  2. 【請求項２】 前記電気絶縁手段は、前記超伝導体手段と電気的に接触する半導電性材料の内
    側層と、その長さに沿う制御電位の半導電性材料の外側層と、前記内側層と前記
    外側層との間の電気絶縁材の中間層とを備えるほぼ単一の構造であることを特徴
    とする請求項１に記載の障害電流制限器。
  3. 【請求項３】 電流搬送路を有する電力システムの障害電流制限器であって、電流搬送路に配
    設され、超伝導特性を示す超伝導体手段を有する超伝導装置と、前記超伝導体手
    段を取り囲む電気絶縁手段と、前記障害電流制限器の使用中に前記超伝導体手段
    をその臨界温度より低い温度まで冷却する冷却手段とを備えて成り、前記電気絶
    縁手段は前記超伝導体手段と電気的に接触する半導電性材料の内側層と、その長
    さに沿って制御電位の半導電性材料の外側層と、前記内側層と前記外側層との間
    の電気絶縁材の中間層とを具備することを特徴とする障害電流制限器。
  4. 【請求項４】 前記半導電性外側層が１〜１０５Ωｃｍの抵抗率を有することを特徴とする請
    求項２または３に記載の障害電流制限器。
  5. 【請求項５】 前記半導電性外側層が１０〜５００Ωｃｍ、好ましくは１０〜１００Ωｃｍの
    抵抗率を有することを特徴とする請求項２または３に記載の障害電流制限器。
  6. 【請求項６】 前記半導電性外側層の軸方向の単位長さ当たりの抵抗が５〜５０，０００Ωｍ −１ であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１つに記載の障害電流制
    限器。
  7. 【請求項７】 前記半導電性外側層の軸方向の単位長さ当たりの抵抗が、５００〜２５，００
    ０Ωｍ−１、好ましくは２，５００〜５，０００Ωｍ−１であることを特徴とす
    る請求項２乃至５のいずれか１つに記載の障害電流制限器。
  8. 【請求項８】 前記制御電位がグラウンド電位またはこれに近いことを特徴とする請求項２乃
    至７のいずれか１つに記載の障害電流制限器。
  9. 【請求項９】 前記中間層が前記内側層および前記外側層のそれぞれと機械的に密に接触して
    いることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１つに記載の障害電流制限器。
  10. 【請求項１０】 前記中間層が前記内側層および前記外側層のそれぞれに接合していることを特
    徴とする請求項２乃至８のいずれか１つに記載の障害電流制限器。
  11. 【請求項１１】 前記中間層と前記半導電性外側層との間の接着強度が、前記中間層の材料の固
    有強度の大きさと同一であることを特徴とする請求項１０に記載の障害電流制限
    器。
  12. 【請求項１２】 前記層が押出し成型により共に接合していることを特徴とする請求項１０また
    は１１に記載の障害電流制限器。
  13. 【請求項１３】 前記半導電性材料の内側層および外側層並びに絶縁中間層が、多層押出し成型
    により超伝導体手段上に一緒に貼り付けられていることを特徴とする請求項１２
    に記載の障害電流制限器。
  14. 【請求項１４】 前記内側層は、第１導電粒子が分散された第１プラスチック材料を有し、前記
    外側層は、第２導電粒子が分散された第２プラスチック材料を有し、且つ前記中
    間層は、第３プラスチック材料を有することを特徴とする請求項２乃至１３のい
    ずれか１つに記載の障害電流制限器。
  15. 【請求項１５】 前記第１、第２および第３プラスチック材料のそれぞれが、エチレンブチルア
    クリレートコポリマーゴム、エチレンープロピレンージエンモノマーゴム（ＥＰ
    ＤＭ）、エチレンープロピレンコポリマーゴム（ＥＰＲ）、ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ
    、ＰＰ、ＸＬＰＥ、ＥＰＲ、シリコーンゴムなどからなることを特徴とする請求
    項１４に記載の障害電流制限器。
  16. 【請求項１６】 前記第１、第２および第３プラスチック材料が、少なくともほぼ同一の熱膨張
    係数を有することを特徴とする請求項１４または１５に記載の障害電流制限器。
  17. 【請求項１７】 前記第１、第２および第３プラスチック材料が同一材料であることを特徴とす
    る請求項１４、１５または１６に記載の障害電流制限器。
  18. 【請求項１８】 前記超伝導装置が伝送ケーブルを含むことを特徴とする請求項１乃至１７のい
    ずれか１つに記載の障害電流制限器。
  19. 【請求項１９】 前記伝送ケーブルが外側導電保護シースを有することを特徴とする請求項１８
    に記載の障害電流制限器。
  20. 【請求項２０】 前記超伝動装置がコイルを含むことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか
    １つに記載の障害電流制限器。
  21. 【請求項２１】 前記障害電流制限器が前記超伝導装置に並行なインピーダンス部を含むことを
    特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１つに記載の障害電流制限器。
  22. 【請求項２２】 前記インピーダンス部が抵抗装置を含むことを特徴とする請求項２１に記載の
    障害電流制限器。
  23. 【請求項２３】 前記抵抗装置の抵抗が、通常の動作条件下では前記超伝導体手段の抵抗よりも
    大きいが、また異常条件下では前記超伝導体手段の抵抗よりも小さいことを特徴
    とする請求項２２に記載の障害電流制限器。
  24. 【請求項２４】 前記インピーダンス部が誘導コイルを含むことを特徴とする請求項２１に記載
    の障害電流制限器。
  25. 【請求項２５】 前記誘導コイルの等価オーム抵抗が、通常の動作条件下では前記超伝導体手段
    の等価オーム抵抗よりも大きいが、また異常条件下では前記超伝導体手段の等価
    オーム抵抗よりも小さいことを特徴とする請求項２４に記載の障害電流制限器。
  26. 【請求項２６】 前記冷却手段が例えばクリオスタットなどの絶縁容器手段を含み、これにより
    低温流体が前記絶縁容器手段を通り、また超伝導装置がその内側に収容されるこ
    とを特徴とする請求項１乃至２５のいずれか１つに記載の障害電流制限器。
  27. 【請求項２７】 前記誘導コイルが固体電気絶縁体を有し、且つ前記誘導コイルが前記絶縁容器
    手段に含まれることを特徴とする請求項２４または２５に従属する時の請求項２
    ６に記載の障害電流制限器。
  28. 【請求項２８】 前記超伝導体手段が高温超伝導（ＨＴＳ）材料を備えていることを特徴とする
    請求項１乃至２７のいずれか１つに記載の障害電流制限器。
  29. 【請求項２９】 前記ＨＴＳ材料が、例えば内側管に螺旋状に巻回されたワイヤやテープなどの
    細長手段を備えていることを特徴とする請求項２８に記載の障害電流制限器。
  30. 【請求項３０】 前記細長手段が、銀シースＢＳＣＣＯテープを備えていることを特徴とする請
    求項２９に記載の障害電流制限器。
  31. 【請求項３１】 前記電気絶縁手段が、適切には１０ｋＶ以上、特に３６ｋＶ以上、好ましくは
    ７２．５ｋＶから４００ｋＶ〜８００ｋＶ以上のような非常に高い送電電圧まで
    の高電圧用に設計されていることを特徴とする請求項１乃至３０のいずれか１つ
    に記載の障害電流制限器。
  32. 【請求項３２】 前記電気絶縁手段が、０．５ＭＶＡ以上、好ましくは３０ＭＶＡ以上で１００
    ０ＭＶＡまでの電力範囲用に設計されていることを特徴とする請求項１乃至３１
    のいずれか１つに記載の障害電流制限器。
  33. 【請求項３３】 回路遮断器と前記請求項のいずれか１つに記載の障害電流制限器とが直列に接
    続されていることを特徴とする電流搬送路を有する電力システム。
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