JP2607822B2 - 超電導限流器 - Google Patents
超電導限流器Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Description
値を超えることによって超電導状態から常電導状態へと
クエンチ(転移)する性質を利用した超電導限流器に関
するものである。
を限流する限流器を配置することが提案されている。限
流器は過電流が流れた場合に抵抗となってその過電流を
抑制し、遮断器及び変圧器にかかる負荷を所定レベル以
下に抑制する働きをする。限流器の方式としては種々の
技術が提案されているが、近年、限流器として例えば特
開平2−105402号公報に開示されるような超電導
体を用いて限流する限流器が提案されている。
である。まず、送電系統に直列に接続したコイルを超電
導体の外周に巻回し、超電導体内に鉄心を同心円状に配
置して超電導限流器を構成する。コイルは通電されると
自己インダクタンスによりインピーダンスが生ずる。し
かし、超電導体が超電導状態にある場合は磁束が遮断さ
れるためコイルによって発生する磁場は鉄心から完全に
シールド(マイスナー効果)し、理論上コイルの自己イ
ンダクタンスは消失する。即ち、インピーダンスが極め
て小さくなるため定常時の送電電流の損失は少い。
ルに過電流が流れると、超電導体の臨界磁場を超えてし
まうため、超電導体は超電導状態から常電導状態へとク
エンチ(転移)してしまう。すると通常の物質と同様に
磁束が超電導体に鎖交するため(磁束スイッチング効
果)改めてコイルに自己インダクタンスが発生して過電
流を限流することができるようにしたものである。
導体においては超電導体を超電導状態とするために冷却
状態を維持する必要がある。そのため超電導体を利用し
た超電導限流器では限流器全体を液体窒素等の冷却液に
浸漬して冷却している。しかし、従来では超電導体の外
周にコイルが巻回されていたため冷却効率が十分ではな
かった。即ち、この従来タイプにおいては超電導体は冷
却液に対してその内周面側のみで接触することとなり、
特に肉厚に形成された場合では冷却効率が十分ではなか
った。更に、特開平2−105402号公報に開示され
るように超電導体がコアたる鉄心とコイルとに挟まれた
ものにあっては、更に冷却液と超電導体との接触面積が
少なく、冷却効率もより低くなる。その上、鉄心に発生
するうず電流損及びコイルの抵抗分により発生するジュ
ール損に挟まれ、クエンチする電流が小さくなってしま
うという問題があった。
率の大きな超電導限流器を提供することである。
に本発明の発明者は、請求項1の発明においては電力系
統に直列に接続されるコイルの外周側に、同コイルに対
して超電導体を被覆状に配置した。また、請求項2の発
明においては送電系に直列に接続されるコイルの外周側
に、同コイルに対して超電導体を被覆状に配置し、少な
くとも超電導体を保冷手段にて保冷する構成とした。請
求項3の発明においては前記超電導体は筒状とし、前記
コイル全体に対して被覆状に配置するようにした。また
請求項4の発明においては前記超電導体をコイル状と
し、前記内側のコイルに対して被覆状に配置するような
構成とした。
おいては超電導体はコイルの外周側に被覆状に配置され
ているため冷却効果がコイルの内周側に配置された場合
に比べ大きくなるとともに、超電導体は内側からコイル
の抵抗分によって発生するジュール損にさられるのみ
で、外周は常に開放状態となっているのでクエンチする
電流を大きくすることができる。請求項2の発明におい
ては少なくとも超電導体が保冷手段により保冷されるに
あたって、超電導体はコイルの外周側に被覆状に配置さ
れているため冷却効果がコイルの内周側に配置された場
合に比べ大きくなるとともに、超電導体は内側からコイ
ルの抵抗分によって発生するジュール損にさられるのみ
で、外周は常に冷却液に接触しているのでクエンチする
電流を大きくすることができる。また、請求項3の発明
においては筒状の超電導体により完全にコイルが包囲さ
れるため漏れ電流が少なくなる。また請求項4の発明に
おいてはコイル状としたことにより超電導体の隙間にも
冷却液が浸入するので、一層冷却効率が良くなる。
器10について、図1〜図3に基づいて詳細に説明す
る。
された中実軟鉄製の小判状の支持体2と、同支持体2の
上下寄りに配設された一対の円柱部3とより構成されて
いる。円柱部3は直径は38mm、長さ60mmの中密
軟鉄製とされ、図示しないネジにて支持体2に固着され
ている。上側の円柱部3にはコイル4が巻回されてお
り、コイル4両端は本来は送電系統に接続されるもので
ある。コイル4は直径0.3mmのエナメル線を1層巻
き120ターンとしたものである。
されている。超電導筒体5はビスマス系の高温超電導体
を筒状に形成したものであり、超電導筒体5は内径40
mmφ,外径50mmφ,長さ50mmとされている。
この値より計算すると、超電導筒体5の内周面積は約6
280mm2 となり外周面積は約7850mm2 とな
る。超電導筒体5は特に外方より支持されることなく、
コイル4の外周側より円柱部3に遊嵌されている。
ス系の高温超電導体としてはBi−Sr−Ca−Cu−
O系を使用した。Bi:Sr:Ca:Cu=2:2:
1:2となるようにBi2 O3 ,CuO,SrCO3 の
各粉末を調合した。本実施例におけるビスマス系の高温
超電導体の臨界電流密度(Jc)=1000A/c
m2,臨界磁場(Bc)=50ガウスであった。
冷却槽6に浸漬されている。実施例ではビスマス系の高
温超電導体を使用するため保冷手段たる冷却液は液体窒
素を用いた。
り詳しい原理を加えて説明する。コイル4に対して外周
より被覆状に配置された筒状の超電導筒体5は超電導状
態において抵抗値0Ωのコイル4と同様の作用を有す
る。即ち、超電導筒体5にはコイル4により発生する磁
束により誘導起電力が発生する。すると超電導筒体5内
部にはコイル4とは逆方向の電流の流れができるため、
コイル4により発生する磁束は超電導筒体5により発生
する磁束と相殺される。従って、超電導状態にある超電
導筒体5では、コイル4のインダクタンスは極めて抑制
されることとなり、超電導限流器10は定常電流がコイ
ルに流れている間は送電電流は限流されることはない。
が流れると、超電導体に流れる誘導起電力に伴う電流量
も一挙に増大し、超電導体の臨界電流値を超える。する
と、超電導筒体5は超電導状態から常電導状態にクエン
チする。そして、コイルに改めて自己インダクタンスが
発生して過電流を限流するようになる。
電導限流器10は次のような効果を奏する。すなわち、
コイル4の外周側に超電導筒体5を配置したとしても、
超電導筒体5の超電導状態においてはコイル4のインダ
クタンスは消失する。一方、事故時には超電導体が常電
導体にクエンチし、コイル4のインダクタンスが生じ、
短絡電流を限流するという超電導限流器10の限流機能
は保持される。更に、コイル4の外周側に超電導筒体5
を配置したため液体窒素に対して超電導筒体5はその外
周面で接触する。外周面は上記計算によれば内周面より
1600mm2(内周面に対して約25.5パーセント
増)も接触面積が大きくなる。また熱源としてはコイル
4が超電導体の内部にあるのみで外周は常に冷却液に接
触している。従って、冷却効率が上昇するとともにクエ
ンチする電流を大きくすることができる。
回するタイプでは超電導体の交換をする場合コイルが邪
魔であったが、本実施例ではネジを緩めて支持体2より
円柱部3を外せば簡単に超電導筒体5を取り替えること
ができる。また、直接コイル4を超電導体5に巻回しな
いため超電導筒体5に対する機械的ストレスが少なくな
る。
データについて図3に示すグラフに基づいて説明する。
本グラフは超電導限流器10を1つの回路として見た場
合の電流−コイル特性(I−L特性)を示すものであ
る。縦軸に回路全体のインダクタンスを取り、横軸に電
流値を取った。A〜Gはそれぞれ測定した値である。
流に達することが確認された。この値は臨界磁場及び臨
界温度により変動するものである。尚、一般にコイル巻
き数に対してクエンチする電流値は反比例し、インダク
タンスはコイル巻き数の2乗に正比例する。
が、本発明は次のような態様に変更して実施することも
可能である。 1)超電導筒体5の外周にフランジ部を形成すること。
例えば筒体5両端部等である。
削してコイル状とし、コイル4の外方より被覆状に配置
すること。このように構成すればコイル4周辺に発生し
た液体窒素由来の窒素ガスをスムーズに排出することが
できる。
と。液体ヘリウムはより低温であるためNbTi系超電
導体等を使用することできる。また、他の冷却剤を用い
ることも自由である。また、逆に現状のビスマス系の高
温超電導体を上回る高温超電導体に応用した場合、必ず
しも冷却液中に浸漬せずともよい。
自由である。厚くなるほど内周面と外周面の面積差が生
じ発明の効果は大である。また、コイル4自体を超電導
体で構成することも可能である。
材を挿入するようにしてもよい。そうすれば、ジュール
損によるコイル4のジュール熱がより伝わりにくくな
る。 6)コイル4と超電導筒体5との間隔はぴったりと密着
状態とすることも、本実施例のように隙間を有するよう
にしても良い。理論的には密着するほどコイル4には漏
れ磁束がなくなり定常送電時の電流の損失が減ることと
なる。
く、リング状の薄板を積層して構成してもよい。 8)コアは中実軟鉄製であったが、薄板を積層して構成
するようにしてもよい。また軟鉄製とはフェライト、ア
モルファス合金製をも含む概念である。
i:Sr:Ca:Cu=2:2:1:2以外の配合で実
施してもよい。また、ビスマス系以外の例えばイットリ
ウム系の超電導体を使用することも可能である。
で変更して実施することは自由である。
ルの外周側に超電導体を配置したためコイルの内周側に
配置する場合と比較して、超電導体の冷却効率が向上す
る。
斜視図である。
のグラフである。
視図である。
導限流器。
Claims (4)
- 【請求項1】 電力系統に直列に接続されるコイルの外
周側に、同コイルに対して超電導体を被覆状に配置した
ことを特徴とする超電導限流器。 - 【請求項2】 電力系統に直列に接続されるコイルの外
周側に、同コイルに対して超電導体を被覆状に配置し、
少なくとも超電導体を保冷手段にて保冷したことを特徴
とする超電導限流器。 - 【請求項3】 前記超電導体は筒状とされ、前記コイル
全体に対して被覆状に配置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器。 - 【請求項4】 前記超電導体はコイル状とされ、前記内
側のコイルに対して被覆状に配置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器。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5109585A JP2607822B2 (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | 超電導限流器 |
DE69401722T DE69401722T2 (de) | 1993-03-26 | 1994-03-25 | Supraleitende Anordnung zur Fehlerstrombegrenzung |
EP94302178A EP0620570B1 (en) | 1993-03-26 | 1994-03-25 | Superconducting fault current limiter |
US08/218,809 US5546261A (en) | 1993-03-26 | 1994-03-28 | Superconducting fault current limiter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5109585A JP2607822B2 (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | 超電導限流器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06325957A JPH06325957A (ja) | 1994-11-25 |
JP2607822B2 true JP2607822B2 (ja) | 1997-05-07 |
Family
ID=14514000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5109585A Expired - Lifetime JP2607822B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-05-11 | 超電導限流器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2607822B2 (ja) |
-
1993
- 1993-05-11 JP JP5109585A patent/JP2607822B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06325957A (ja) | 1994-11-25 |
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