JP2763508B2 - 高温超伝導電流制限器 - Google Patents
高温超伝導電流制限器Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
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- H02H9/023—Current limitation using superconducting elements
-
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N60/30—Devices switchable between superconducting and normal states
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高い臨界温度を有する材
料を使用する電流制限器に関する。
料を使用する電流制限器に関する。
【０００２】
【従来の技術】とくに液体水素の温度よりも高い臨界温
度を有する高温超伝導材の出現により、安価な電流制限
器の実現が可能になるとの希望が生まれた。
度を有する高温超伝導材の出現により、安価な電流制限
器の実現が可能になるとの希望が生まれた。
【０００３】ところが現在のところ、中実管のものを除
いてはそのような素材を実現することは技術的に不可能
である。
いてはそのような素材を実現することは技術的に不可能
である。
【０００４】誘導路を使用し、制限する電流が流れる巻
線が片側の分岐に取り付けられ、他方の分岐が、直流電
流が流れる超伝導素材のコイルに囲まれている磁気回路
を含む超伝導電流制限器については既に説明がある。通
常時は、磁気回路は超伝導管の電流によって飽和されて
いる。異常時には、巻線内の電流が大きくなるため磁気
回路の飽和が解除され、巻線内の誘導電圧により電流が
制限される。
線が片側の分岐に取り付けられ、他方の分岐が、直流電
流が流れる超伝導素材のコイルに囲まれている磁気回路
を含む超伝導電流制限器については既に説明がある。通
常時は、磁気回路は超伝導管の電流によって飽和されて
いる。異常時には、巻線内の電流が大きくなるため磁気
回路の飽和が解除され、巻線内の誘導電圧により電流が
制限される。
【０００５】低電力を超える電力の場合、磁気回路と一
次巻線との体積が禁止的にはたらくため、この方法は低
電力に限定されている。
次巻線との体積が禁止的にはたらくため、この方法は低
電力に限定されている。
【０００６】また、超伝導コイルが、直流電流は流れな
いが、閉型であるため変圧器の短絡二次コイルに類似し
ている、前記システムと同様のシステムも提案された。
これによると超伝導コイルは一次コイルの電流に比例し
た電流を発生し、この電流が磁気回路の遮蔽としてはた
らく。二次電流が臨界電流に達すると、超電導コイルは
抵抗状態に移行する。これにより遮蔽が排除され、一次
コイルに大きな値の電流制限インピーダンスが生じる。
この方法では、超伝導コイルを単数または複数の中実管
に単純化することにより、超伝導コイルの簡素化を図る
ことが可能である。しかしながら、前記の方法と同様、
磁気回路と必要な一次コイルの寸法により大きな不都合
が生じる。
いが、閉型であるため変圧器の短絡二次コイルに類似し
ている、前記システムと同様のシステムも提案された。
これによると超伝導コイルは一次コイルの電流に比例し
た電流を発生し、この電流が磁気回路の遮蔽としてはた
らく。二次電流が臨界電流に達すると、超電導コイルは
抵抗状態に移行する。これにより遮蔽が排除され、一次
コイルに大きな値の電流制限インピーダンスが生じる。
この方法では、超伝導コイルを単数または複数の中実管
に単純化することにより、超伝導コイルの簡素化を図る
ことが可能である。しかしながら、前記の方法と同様、
磁気回路と必要な一次コイルの寸法により大きな不都合
が生じる。
【０００７】例えば短絡電流により臨界密度を超えた時
にその抵抗が急激に増大する超伝導材料の一部分を、制
限すべき電流が横切る、いわゆる抵抗路を使用した電流
制限器についても周知である。
にその抵抗が急激に増大する超伝導材料の一部分を、制
限すべき電流が横切る、いわゆる抵抗路を使用した電流
制限器についても周知である。
【０００８】このような電流制限器は臨界温度の低い超
伝導材により可能である。
伝導材により可能である。
【０００９】臨界温度の高い超伝導材を用い、例えば、
高温超伝導材のより線に金属、例えば銀の外装を取り付
けた、抵抗路の使用も同様に考えられこの外装は長い線
の加工を可能にするために必要である。金属外装は電流
制限器の効果を損なうので、この解決方法は高出力時に
は不可能である。
高温超伝導材のより線に金属、例えば銀の外装を取り付
けた、抵抗路の使用も同様に考えられこの外装は長い線
の加工を可能にするために必要である。金属外装は電流
制限器の効果を損なうので、この解決方法は高出力時に
は不可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、抵抗
を使用する方法を利用し、長さがメートルのオーダの棒
または管の形状の高温超伝導材料を利用した制限装置を
提供することである。
を使用する方法を利用し、長さがメートルのオーダの棒
または管の形状の高温超伝導材料を利用した制限装置を
提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガラスと超伝
導酸化物とから成る複合型高温超伝導棒材または管を含
み、ガラスの重量比が１０〜４０％であり、ρを通常
（非超伝導）時における素材の固有抵抗とし、ｊc を臨
界電流密度とし、ρ×（５ｊc ）2 を、臨界密度を棒ま
たは管の全長にわたり１０-4Ｖ／ｍの電界を発生する密
度と定め、臨界密度の５倍の電流密度のとき制限が発生
するとしたときの、遷移段階中に棒または管内に散逸さ
れる単位容量出力とするとき、 ρ ＞１０-4Ω・ｍ ｊc ＞１０+5Ａ／ｍ2 ρ×（５ｊc ）2 ＜１０11Ｗ／ｍ3 の不等式を満足するような棒材または管が選択されるこ
とを特徴とする超伝導電流制限器を実現することであ
る。
導酸化物とから成る複合型高温超伝導棒材または管を含
み、ガラスの重量比が１０〜４０％であり、ρを通常
（非超伝導）時における素材の固有抵抗とし、ｊc を臨
界電流密度とし、ρ×（５ｊc ）2 を、臨界密度を棒ま
たは管の全長にわたり１０-4Ｖ／ｍの電界を発生する密
度と定め、臨界密度の５倍の電流密度のとき制限が発生
するとしたときの、遷移段階中に棒または管内に散逸さ
れる単位容量出力とするとき、 ρ ＞１０-4Ω・ｍ ｊc ＞１０+5Ａ／ｍ2 ρ×（５ｊc ）2 ＜１０11Ｗ／ｍ3 の不等式を満足するような棒材または管が選択されるこ
とを特徴とする超伝導電流制限器を実現することであ
る。
【００１２】超伝導酸化物は、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ
3 Ｏy 型としｙを１０前後とすることが好ましい。
3 Ｏy 型としｙを１０前後とすることが好ましい。
【００１３】特別な実施例においては、本制限器は円筒
形の絶縁外装を含み、棒または管は、部分的に液体ガス
が充填された外装内に軸方向に配置される。
形の絶縁外装を含み、棒または管は、部分的に液体ガス
が充填された外装内に軸方向に配置される。
【００１４】本発明は、添付の図面を参照しながら本発
明の実施例の説明を読むことにより明らかになろう。
明の実施例の説明を読むことにより明らかになろう。
【００１５】
【実施例】現行の技術において、高臨界温度超伝導制限
器を製造するために、中程度であるとされている超伝導
特性をもつ素材を使用しなければならないと想像したの
は、発明者の一功績である。
器を製造するために、中程度であるとされている超伝導
特性をもつ素材を使用しなければならないと想像したの
は、発明者の一功績である。
【００１６】そのような超伝導材は、１９９１年１月４
日に出願されたフランス特許出願第９１０００７２号に
記載されている。
日に出願されたフランス特許出願第９１０００７２号に
記載されている。
【００１７】この素材は、ガラスとＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2
Ｃｕ3 Ｏy （ｙは１０前後）などの高臨界温度超伝導酸
化物とで構成され、ガラスはそのガラス質遷移温度が７
５０Ｋ未満であり、ガラスの重量比が１０〜４０％であ
り、前記酸化物がほぼ同じ配向をもつ結晶としてガラス
内に存在することを特徴とする。
Ｃｕ3 Ｏy （ｙは１０前後）などの高臨界温度超伝導酸
化物とで構成され、ガラスはそのガラス質遷移温度が７
５０Ｋ未満であり、ガラスの重量比が１０〜４０％であ
り、前記酸化物がほぼ同じ配向をもつ結晶としてガラス
内に存在することを特徴とする。
【００１８】この素材は、 −電界の基準値１０-4Ｖ／ｍに対する臨界電流密度ｊc
が１０+5〜１０+6Ａ／ｍ2 と低い値であること、 −通常時の固有抵抗が他の超伝導体の固有抵抗よりもは
るかに高いこと、 −電流密度の臨界値において観察される電流密度の変化
にともなう電界の曲線の変化が小さいこと、という理由
により、中程度の超伝導特性をもつ。
が１０+5〜１０+6Ａ／ｍ2 と低い値であること、 −通常時の固有抵抗が他の超伝導体の固有抵抗よりもは
るかに高いこと、 −電流密度の臨界値において観察される電流密度の変化
にともなう電界の曲線の変化が小さいこと、という理由
により、中程度の超伝導特性をもつ。
【００１９】しかしながらそのような材質によっても、
後記例によって証明するように、制限器を実現すること
が可能である。
後記例によって証明するように、制限器を実現すること
が可能である。
【００２０】本例は、公称電圧Ｖn ＝６３ｋＶ、公称電
流Ｉn ＝１．２５ｋＡ、すなわち電力が４５ＭＶＡの電
路の場合の故障電流を制限するための制限器の例であ
る。
流Ｉn ＝１．２５ｋＡ、すなわち電力が４５ＭＶＡの電
路の場合の故障電流を制限するための制限器の例であ
る。
【００２１】本発明の目的は、長さがメートルのオーダ
の棒または管の形状の制限装置であって故障電流発生
時、電流密度が臨界密度の５倍に達すると仮定したと
き、遷移段階中に、たとえば１０11Ｗ／ｍ3 未満の妥当
な散逸単位容量出力を有するものを提供することであ
る。
の棒または管の形状の制限装置であって故障電流発生
時、電流密度が臨界密度の５倍に達すると仮定したと
き、遷移段階中に、たとえば１０11Ｗ／ｍ3 未満の妥当
な散逸単位容量出力を有するものを提供することであ
る。
【００２２】本発明によれば、 −通常状態における超伝導体の固有抵抗ρが１０-4典型
的には１０-3Ω．ｍよりも高く、 −臨界電流密度ｊｃが５．１０5 Ａ／ｍ2 以上であり、 −遷移段階中に棒または管内に散逸される単位容量出力
Ｐが１０11Ｗ／ｍ3 未満であり、たとえばρ＝５×１０
-3Ω．ｍでｊc ＝１０6 Ａ／ｍ2 のときＶn ＝ρ×ｊn
×ｌとなるような、素材を選択する。
的には１０-3Ω．ｍよりも高く、 −臨界電流密度ｊｃが５．１０5 Ａ／ｍ2 以上であり、 −遷移段階中に棒または管内に散逸される単位容量出力
Ｐが１０11Ｗ／ｍ3 未満であり、たとえばρ＝５×１０
-3Ω．ｍでｊc ＝１０6 Ａ／ｍ2 のときＶn ＝ρ×ｊn
×ｌとなるような、素材を選択する。
【００２３】ここでｌは棒の長さであり、Ｖn は公称電
圧すなわち３６０００Ｖであり、ρは制限状態における
固有抵抗であり、ｊn は通常時の電流密度すなわちｊn
＝５．ｊc ＝５．１０6 である。
圧すなわち３６０００Ｖであり、ρは制限状態における
固有抵抗であり、ｊn は通常時の電流密度すなわちｊn
＝５．ｊc ＝５．１０6 である。
【００２４】したがって ｌ＝３６０００／１０-3×５×１０6 ＝７．２ｍ よって超伝導棒の断面積ｓはＩn ／ｊc に等しく、１２
５０／１０6 ＝０．００１２５ｍ2 ＝１２．５ｃｍ2 と
なる。
５０／１０6 ＝０．００１２５ｍ2 ＝１２．５ｃｍ2 と
なる。
【００２５】棒の体積ｖは、７．２ｍ×０．００１２５
ｍ2 ＝０．００９ｍ3 、すなわち９リットルである。
ｍ2 ＝０．００９ｍ3 、すなわち９リットルである。
【００２６】作動時の抵抗損ρf はほぼ、ρf ＝Ｅ×ｊ
×ｖ＝１０-4×１０6 ×９×１０-3＝９ワットであり、
この値は、遷移出力４５ＭＶＡにとって全く許容できる
数値である。
×ｖ＝１０-4×１０6 ×９×１０-3＝９ワットであり、
この値は、遷移出力４５ＭＶＡにとって全く許容できる
数値である。
【００２７】遷移段階中に棒内に散逸される出力密度Ｐ
は Ｐ＝ρ×（５ｊc ）２＝１０-3×（５×１０6 ）2 ＝
２．５×１０10Ｗ／ｍ3 図１は本発明による超伝導制限器の実施例を示す図であ
る。
は Ｐ＝ρ×（５ｊc ）２＝１０-3×（５×１０6 ）2 ＝
２．５×１０10Ｗ／ｍ3 図１は本発明による超伝導制限器の実施例を示す図であ
る。
【００２８】制限器は、たとえばリブ３を具備したエラ
ストマ層２で覆われたポリウレタンフォーム１から成
る、熱的にも電気的にも絶縁な材質の円筒形の容器を含
む。剛性はセラミック製の内側層４によって得られる。
ストマ層２で覆われたポリウレタンフォーム１から成
る、熱的にも電気的にも絶縁な材質の円筒形の容器を含
む。剛性はセラミック製の内側層４によって得られる。
【００２９】高臨界温度超伝導材の棒５は容器の軸内に
配設され、保護線内に直列に配置された銅製の２つのア
ーム６と７によって維持されている。
配設され、保護線内に直列に配置された銅製の２つのア
ーム６と７によって維持されている。
【００３０】アーム６と７の目貫部分の防水性は、たと
えばガラスボールを入れ込んだエポキシ樹脂製の継手８
と９によって確保されており、これによりひび割れが防
止される。
えばガラスボールを入れ込んだエポキシ樹脂製の継手８
と９によって確保されており、これによりひび割れが防
止される。
【００３１】コロナ防止トーラス１１、１２により、目
貫部分付近への電位の分配が確保される。
貫部分付近への電位の分配が確保される。
【００３２】棒は、外装の上部への管路１４により移動
が行われる液体窒素浴１３により冷却される。
が行われる液体窒素浴１３により冷却される。
【００３３】前記のように、棒の材質は、ガラスと酸化
物とで構成される超伝導酸化物を主体とする複合物であ
り、ガラスの重量比は１０〜４０％である。
物とで構成される超伝導酸化物を主体とする複合物であ
り、ガラスの重量比は１０〜４０％である。
【００３４】このガラスは、ＰｂＯ、Ｂ2 Ｏ3 、Ｂｉ2
Ｏ3 、ＣａＯ、ＳｉＯ2 、超伝導体の組成式に対応する
ガラス化酸化物のうちから選択された酸化物を含むガラ
スであることが好ましい。
Ｏ3 、ＣａＯ、ＳｉＯ2 、超伝導体の組成式に対応する
ガラス化酸化物のうちから選択された酸化物を含むガラ
スであることが好ましい。
【００３５】前記超伝導酸化物は、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2
Ｃｕ3 Ｏy 型としｙを１０前後とするのが好ましい。
Ｃｕ3 Ｏy 型としｙを１０前後とするのが好ましい。
【００３６】変形例においては、前記特許において言及
したあらゆる組成を使用することができる。
したあらゆる組成を使用することができる。
【図１】本発明により実現された高温超伝導制限器の軸
断面図である。
断面図である。
１ ポリウレタンフォーム ２ エラストマ層 ３ リブ ４ 内側層 ５ 超電導材の棒 ６，７ アーム
フロントページの続き (72)発明者 テイエリー・ベルハージエ フランス国、91160・ソール・レ・シヤ ルトル、アレ・ジヨルジユ・ブラセン ス、22 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01F 6/00 ZAA H01F 6/02 ZAA H01L 39/00 ZAA H01L 39/16 ZAA
Claims (2)
- 【請求項１】 ガラスと超伝導酸化物とから成る複合型
高温超伝導棒材または管を含み、ガラスの重量比が１０
〜４０％であり、 ρを通常（非超伝導）時における素材の固有抵抗とし、 ｊc を臨界電流密度とし、 ρ×（５ｊc ）2 を、臨界密度を棒または管の全長にわ
たり１０-4Ｖ／ｍの電界を発生する密度と定め、臨界密
度の５倍の電流密度のとき制限が行われると仮定したと
きの遷移段階中に棒または管内に散逸される単位容量出
力とするとき、 ρ ＞１０-4Ω．ｍ ｊc ＞１０+5Ａ／ｍ2 ρ×（５ｊc ）2 ＜１０11Ｗ／ｍ3 の不等式を満足するような棒材または管が選択されるこ
とを特徴とする、超伝導電流制限器。 - 【請求項２】 超伝導酸化物がＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ
3 Ｏy 型でありｙが１０前後であることを特徴とする、
請求項１に記載の超伝導電流制限器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9406887A FR2720875B1 (fr) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | Limiteur de courant supraconducteur à haute température. |
| FR9406887 | 1994-06-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07335425A JPH07335425A (ja) | 1995-12-22 |
| JP2763508B2 true JP2763508B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=9463908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7138223A Expired - Lifetime JP2763508B2 (ja) | 1994-06-06 | 1995-06-05 | 高温超伝導電流制限器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5521149A (ja) |
| EP (1) | EP0687021A1 (ja) |
| JP (1) | JP2763508B2 (ja) |
| CA (1) | CA2151010C (ja) |
| FR (1) | FR2720875B1 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2671341A1 (fr) * | 1991-01-04 | 1992-07-10 | Alsthom Cge Alcatel | Composite a base d'oxyde supraconducteur a haute temperature critique et procede de mise en óoeuvre. |
| DE4119984A1 (de) * | 1991-06-18 | 1992-12-24 | Hoechst Ag | Resistiver strombegrenzer |
| DE4119983A1 (de) * | 1991-06-18 | 1992-12-24 | Hoechst Ag | Resistiver strombegrenzer und verfahren zu seiner herstellung |
-
1994
- 1994-06-06 FR FR9406887A patent/FR2720875B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-05-26 US US08/451,395 patent/US5521149A/en not_active Expired - Fee Related
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