JP2895616B2 - 定格電流可変型超電導限流器 - Google Patents

定格電流可変型超電導限流器

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JP2895616B2
JP2895616B2 JP2321852A JP32185290A JP2895616B2 JP 2895616 B2 JP2895616 B2 JP 2895616B2 JP 2321852 A JP2321852 A JP 2321852A JP 32185290 A JP32185290 A JP 32185290A JP 2895616 B2 JP2895616 B2 JP 2895616B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、電力送電及び配電系統において、地絡事故
時等に発生する短絡電流を抑制する目的で使用される、
定格電流可変型超電導限流器に関する。
(従来の技術) 従来、電力送電及び配電系統において、地絡事故等に
発生する短絡電流を防止するために限流器が使用されて
いる。この限流器において、この限流器を例えば近年開
発された酸化物超電導体にて限流素子を作り、この素子
を液体窒素などの冷媒中に浸漬すると、該超電導限流素
子の抵抗は零である。しかし、この超電導限流素子は、
用いた酸化物超電導体のもつ臨界電流密度(Jc)により
決まる臨界電流(Ic)以上の電流が流れるとクエンチを
起こし、常電導となって抵抗が増大する。超電導限流器
は、このような超電導状態と常電導状態における超電導
限流素子の電気抵抗の違いを利用し、回路に過度の電流
が流れることを防止する機器である。
第4図に、限流器70を組み込んだ配電システムの一例
を示す。ここで電源74の電圧V、限流器70と負荷76を除
いた回路抵抗をRとすると、限流器70がない場合に負荷
76が事故で短絡すると、この回路には、次式(a): I=V/R…(a) で示される短絡電流(I)が流れる。従って、この場
合、回路及び遮断器78等の容量としては、前記式(a)
で求められるI(A)が必要となる。一方、限流器70が
ある場合には、通常は回路抵抗は限流器70がない場合
(即ち、前記のR)と同じである。しかし、負荷76の短
絡時には限流器70がクエンチし、抵抗体(抵抗値Rs)と
なるため、短絡電流は次式(b): I′=V/(R+Rs)…(b) で示されるI′(A)と限流される(即ち、I>
I′)。このように、限流器70を用いることにより、回
路や遮断機78等の容量を小さくでき、製造コストを低減
できる。なお、第4図中、72は複数個が直列に接続され
た超電導限流素子群、80は液化窒素などの冷媒の液化機
である。
(発明が解決しようとする課題) 上記した従来の超電導限流器70は、常圧下、液体窒素
(77K at 1atm)等の冷媒により超電導限流素子72を冷
却している。しかし、常圧下において、超電導限流素子
72を浸漬する液体窒素は常に泡を出しながら気化してい
る。このように泡が生じた場合、超電導限流素子72の冷
却効果は大きく損なわれる。一方、この冷媒の気化に伴
う泡の発生を防止するために圧力を加えると、今度は冷
媒の温度が上昇し、やはり冷却が不十分となる。この冷
媒の温度上昇は、従来の液化機80では制御できない。こ
のため、従来の限流器70では超電導限流素子2の冷却が
十分とはいえず、更に冷媒温度が一定であるので定格電
流(超電導状態から常電導状態に転移する時の電流)を
低減できず、製造コストの低下が図れないという問題が
ある。
本発明は、上記問題点を解決し、冷媒からの泡の発生
を抑制すると共に、冷媒を冷却することにより、超電導
限流器の定格電流を変化させる定格電流可変型超電導限
流器を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 本発明の定格電流可変型超電導限流器は、超電導限流
素子を複数個、直列又は並列に接続してなる超電導素子
と、該超電導限流素子群を浸漬できる量の冷媒を含む密
閉容器からなる限流器本体部と、該密閉容器内の冷媒の
冷却手段と、該密閉容器内の圧力を増大させる加圧手段
とを備え、加圧操作と冷却操作を並行して行う構成であ
る。
(作用) 本発明においては、冷媒を充填した密閉容器内の圧力
を加圧手段により増大させることにより、冷媒が気化
し、泡が発生することを防止する。そして、圧力の上昇
による冷媒の温度上昇を、前記密閉容器に付設された冷
却手段により防止するとともに、一定範囲内で変化させ
る。
(実施例) 以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
第1図において、限流器本体部10は、密閉容器12とそ
の内部に充填された液体窒素などの冷媒14及び図示して
いない超電導限流素子(複数個が直列又は並列に接続さ
れている)とを備えたものである。この密閉容器12に
は、冷却手段としての冷凍機16が、先端部が冷媒14中に
挿入された吸入パイプ17と返送パイプ18とを介して連結
されている。冷凍機16には温度制御装置20が連結されて
いる。そして、密閉容器12には、加圧用ガスが充填され
た加圧手段としての加圧用ボンベ22が、送りパイプ24を
介して連結されている。この送りパイプ24の取り付け部
位は、冷媒14の貯留位置よりも上部位置、例えば密閉容
器12の天井部などに設定することが好ましい。この加圧
ガスとしては、冷媒14よりも沸点の低いもの、例えばヘ
リウムガスを用いることができる。なお、第1図中、26
は放圧弁である。
次に、本発明の定格電流可変型超電導限流器の作用に
ついて説明する。
まず、加圧操作について説明する。液体窒素14が下部
空間に貯留された密閉容器12の天井部から、送りパイプ
24により加圧ボンベ22内のヘリウムガス30を供給する。
このヘリウムガス30は液体窒素14よりも軽いので密閉容
器12の上部空間に滞留し、液体窒素14を押圧する。図中
の破線は、液体窒素14と供給したヘリウムガス30との位
置関係を示すために便宜的に記入したものである。この
ヘリウムガス30の供給量が増加されるにつれ、液体窒素
14はより一層大きな力で上から押圧されるので、気化に
よる泡の発生が抑制される。一方、上記加圧操作と並行
する冷却操作は、密閉容器12内の液体窒素14を吸入パイ
プ17から冷凍器16に吸入し、そこで冷却した後、返送パ
イプ18により密閉容器12内に返送することにより行う。
この場合の冷却温度は温度調節装置20により調節する。
第3図に示すように、このような加圧操作と冷却操作
を並行させることにより、密閉容器12内の液体窒素14を
液体状態に保持したまま、即ち、気化による泡の発生を
防止した状態のままで、三重点(63.156K at 0.1237at
m)から沸点(77.395K at 1atm)を経て、臨界点(126.
1K at 33.49atm)までの範囲(第3図中の斜線の範囲)
で、その温度を変化させることができる。
本発明の定格電流可変型超電導限流器を第4図で示す
ような配電システムに組み込んだ場合、第1表に示すよ
うに定格電流を変化させることができる。なお、圧力は
大気圧〜20kg/cm2の間に設定した。
第2図に、本発明の定格電流可変型超電導限流器の変
形態様を示す。
第2図において限流器本体部40は、冷媒42と図示して
いない超電導限流素子群を備えた内側密閉容器44と、内
側密閉容器44を包囲する外側密閉容器46とからなるもの
である。内側密閉容器44には、冷媒供給源48が送りパイ
プ50を介して連結されている。送りパイプ50の途中には
放圧弁52が設けられている。一方、外側密閉容器46の内
部には、液体窒素などの冷媒54が満たされており、更
に、吸入パイプ56と返送パイプ58とを介し、冷却手段で
ある冷凍機60が連結されている。62は温度調節装置、64
は外側密閉容器46の放圧弁である。
次に、第2図に示す限流器の冷却システムの作用を説
明する。
加圧操作は次のとおりである。冷媒供給源48から送り
パイプ50を介し、内側密閉容器44内部に液体窒素42を供
給する。この時、液体窒素42の供給量を適宜調節し、そ
の圧力を設定することにはより泡の発生が抑制される。
一方、冷却操作は次のとおりである。外側密閉容器46内
部に満たされている液体窒素54を吸入パイプ56と返送パ
イプ58とを用いて冷凍器60に循環させることにより、一
定範囲で所望温度に冷却する。超電導限流素子群を冷却
する内側密閉容器44内の冷媒42の温度は、冷却された外
側密閉容器46内の冷媒54の温度変化に応じて変化する。
(発明の効果) 本発明の定格電流可変型超電導限流器は、超電導限流
素子を複数個、直列又は並列に接続してなる超電導素子
と、該超電導限流素子群を浸漬できる量の冷媒を含む密
閉容器からなる限流器本体部と、該密閉容器内の冷媒の
冷却手段と、該密閉容器内の圧力を増大させる加圧手段
とを備え、加圧操作と冷却操作を並行して行う構成であ
る。
このような構成であるため、本発明の定格電流可変型
超電導限流器においては、超電導限流素子群を浸漬する
冷媒の気化による泡の発生を抑制し、安定した冷却効果
を維持できる。更に、加圧による冷媒の温度上昇を冷凍
機の併用により解決すると共に、冷媒温度を一定範囲内
で所望温度に設定することにより、定格電流を低減させ
ることができる。また、限流器本体部を二重構造とする
ことにより、超電導限流素子群を浸漬する内側密閉容器
内の冷媒が移動せず、また冷媒の移動がある場合に比べ
て泡も発生し難くくなるため、一層冷却効果が高まる。
更に、外側密閉容器を耐圧構造にする必要もなく、冷凍
機に高圧が加わることもない。
本発明の定格電流可変型超電導限流器を回路に組み込
むことにより、回路全体の製造コストを低減することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の定格電流可変型超電導限流器の概略
図、第2図は本発明の定格電流可変型超電導限流器の変
形態様の概略図、第3図は加圧操作と冷却操作を並行さ
せた場合における窒素の状態変化図、第4図は限流器を
組み込んだ配電システムの概略図である。 10……限流器本体部、12……密閉容器、14……冷媒、16
……冷凍機、17……吸収パイプ、18……返送パイプ、20
……温度調節装置、22……加圧用ボンベ、24……送りパ
イプ、26……放圧弁、40……限流器本体部、42……冷
媒、44……内側密閉容器、46……外側密閉容器、48……
冷媒供給源、50……送りパイプ、52……放圧弁、54……
冷媒、56……吸入パイプ、58……返送パイプ、60……冷
凍機、62……温度調節機、64……放圧弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02H 3/08 - 3/253 H02H 9/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超電導限流素子を複数個、直列又は並列に
    接続してなる超電導素子と、該超電導限流素子群を浸漬
    できる量の冷媒を含む密閉容器からなる限流器本体部
    と、該密閉容器内の冷媒の冷却手段と、該密閉容器内の
    圧力を増大させる加圧手段とを備え、加圧操作と冷却操
    作を並行して行うことを特徴とする定格電流可変型超電
    導限流器。
JP2321852A 1990-11-26 1990-11-26 定格電流可変型超電導限流器 Expired - Lifetime JP2895616B2 (ja)

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