JP3892605B2 - Superconducting coil device for current limiting element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電路における過電流を抑制する限流器に使用できる限流素子用超電導コイル装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、特開平2−202320号公報に示された超電導コイル装置による限流器は、電流を制限以下に抑えるインダクタンスを有しかつ制限値以上の臨界電流値をもつ超電導限流コイルと、その制限値より小さく通常電流より大きい臨界電流値をもち並列に接続された第1の超電導コイルと第2の超電導コイルとが互いに無誘導に巻かれて成された超電導トリガコイルと、この超電導トリガコイルに直列に接続された復帰用スイッチとから構成されている。これらのコイルはソレノイド構成であり、クライオ容器内に設置され冷媒中に浸漬されて運転される。
【0003】
次に動作について説明する。通常は、通常電流より大きい臨界電流値を持ち抵抗零で無誘導に巻かれた超電導トリガコイルを、電流は電圧降下なしで流れる。事故で電路電流が過大になると超電導トリガコイルがクエンチし、抵抗値が増大する。このとき、超電導トリガコイルの抵抗値を超電導限流コイルのインピーダンスより大きくなるように設定しておけば、超電導トリガコイルに流れていた電流は超電導限流コイルに転流し、短絡電流は超電導限流コイルのインピーダンスによって決定される値に限流される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したソレノイドコイル構成では、コイル端部で線材に垂直磁界がかかるため、均一に常電導転移せずにコイルが劣化するなどの問題点があった。特に、垂直磁界に対し性能劣化の著しいという異方性をもつ酸化物超電導テープ導体等の線材を用いる場合には、安定に通電できず大きな交流損失が発生するなどの問題点があった。
【0005】
そこで、本発明の目的は、端部での垂直磁界がほとんど発生しない無誘導超電導コイルを構成することにより、安定に通電でき交流損失が小さく均一に常電導転移できる限流素子用超電導コイル装置を得ることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、超電導線材を巻回した無誘導コイルをクライオ容器内に収容し、大円の円周に沿ってその大円よりも半径が小さい小円が移動してできるトロイド状の領域に、前記大円の円周の方向に進みながら、前記大円の円周の周りを巻かれた第1の超電導線材と、前記第1の超電導線材に沿って巻かれた第2の超電導線材と、を有することを特徴とする。
【0009】
請求項1の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、超電導線材をトロイド状に配置して無誘導コイルとすることにより、コイルの磁界を均一に小さくして安定に通電し、交流損失を低減させると共に均一に常電導転移が可能となる。
【0012】
請求項2の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項1の発明において、前記第1および第2の超電導線材は同じ長さであることを特徴とする。
【0013】
請求項2の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、請求項1の発明の作用に加え、第1および第2の超電導線材は同じ長さなので、通常時のインピーダンスを低減できると共に偏流を防止できる。
【0014】
請求項7の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、超電導線材を巻回した無誘導コイルをクライオ容器内に収容し、大円の円周に沿ってその大円よりも半径が小さい小円が移動してできるトロイド状の領域に、前記大円の円周に沿った軸の周りに超電導線材が巻かれた複数のユニットコイルを有することを特徴とする。
【0015】
請求項7の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、超電導線材をトロイド状に配置して無誘導コイルとすることにより、コイルの磁界を均一に小さくして安定に通電し、交流損失を低減させると共に均一に常電導転移が可能となることに加え、同一で複数のユニットコイルを等間隔でおくことで巻線が容易に構成でき、ユニット化できるので、劣化がおきた場合に劣化した部分のみの取り替えが容易となる。
【0018】
請求項3および請求項8の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項1または請求項2もしくは請求項7の発明において、前記大円に垂直な方向の磁界を印加するための磁界印加コイルを具備することを特徴とする。
【0019】
請求項3および請求項8の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、請求項1または請求項2もしくは請求項7の発明の作用に加え、抵抗発生後に強制的に磁界をかけることで、抵抗転移を促進し線材の劣化を防止する。
【0020】
請求項9の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項7または請求項8の発明において、前記ユニットコイルが、一層おきに逆向きの電流を流してコイル中心に発生する磁界をゼロにするように構成している2層以上の偶数層のソレノイドコイルで構成していることを特徴とする。
【0021】
請求項9の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、請求項7または請求項8の発明の作用に加え、二層以上のソレノイドコイルの一層おきに逆向きに電流を流してコイル中心に発生する磁界をゼロにするので、巻き易く絶縁構成が容易に得られ通常のインピーダンスをより低減できる。
【0022】
請求項10の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項7または請求項8の発明において、前記ユニットコイルが、隣り合う複数の同心のコイルに交互に逆向きの電流が流れるように構成したパンケーキコイルを一段または複数段積層して構成されることを特徴とする。
【0023】
請求項10の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項7または請求項8の発明の作用に加え、パンケーキコイルを一段または複数段積層して形成されたユニットコイルの隣り合う複数の同心のコイルに交互に逆向きの電流を流す構成であるので、コイルを構成し易い。
【0024】
請求項11の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項7ないし請求項10のいずれかの発明において、前記同心のコイルが3個以上であることを特徴とする。
【0025】
請求項11の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、請求項7ないし請求項10のいずれかの発明の作用に加え、同心のコイルが3個以上であるので、よりインピーダンスを低減できる。
【0026】
請求項12の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項7ないし請求項11のいずれかの発明において、前記ユニットコイルが超電導線材を2条以上でかつ偶数条にバイファイラー巻きしたパンケーキコイルを一段または複数段積層してなることを特徴とする。
【0027】
請求項12の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、請求項7ないし請求項11のいずれかの発明の作用に加え、超電導線材を2条以上でかつ偶数条にバイファイラー巻きしたパンケーキコイルを一段または複数段積層してユニットコイルを構成しているので、線材にねじれる力をかけることがなく、通常のインピーダンスを非常に低減できる。
【0030】
請求項13の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項9の発明において、前記ソレノイドコイルが、熱膨張率が超電導線材のそれ以下である絶縁物の巻枠で構成されていて、その巻枠に超電導線材巾以上の角型溝が彫られており、その溝にそって超電導線材を巻き回してなることを特徴とする。
【0031】
請求項13の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、請求項9の発明の作用に加え、超電導線の動きを抑え、超電導線同士の接触による絶縁破壊による性能劣化から線材を保護できる。
【0032】
請求項4および請求項14の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、超電導線材を巻回した無誘導コイルをクライオ容器内に収容し、超電導線材をトロイド状に配置したことを特徴とする発明において、前記超電導線材と補強材を同時に巻回して構成されることを特徴とする。
【0033】
請求項4および請求項14の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、超電導線材をトロイド状に配置して無誘導コイルとすることにより、コイルの磁界を均一に小さくして安定に通電し、交流損失を低減させると共に均一に常電導転移が可能となることに加え、超電導線材と補強材を同時に巻き回すので、電磁力による性能劣化から線材を保護できる。
【0034】
請求項5および請求項15の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項1ないし請求項3のいずれかまたは請求項7ないし請求項14のいずれかの発明において、前記超電導線材と絶縁材を同時に巻回して構成されることを特徴とする。
【0035】
請求項5および請求項15の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、超電導線材をトロイド状に配置して無誘導コイルとすることにより、コイルの磁界を均一に小さくして安定に通電し、交流損失を低減させると共に均一に常電導転移が可能となること、および、請求項1ないし請求項3のいずれかまたは請求項7ないし請求項14のいずれかの発明の作用に加え、絶縁破壊による性能劣化から線材を保護できると共に、補強材を同時に巻き回すので絶縁破壊による性能劣化から線材を保護できる。
【0038】
請求項6および請求項16の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項4または請求項14の発明において、前記補強材が波状加工されたテープで構成されることを特徴とする。
【0039】
請求項6および請求項16の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、請求項4または請求項14の発明の作用に加え、補強材が波状加工されたテープであるので、電磁力保持、冷却効果、絶縁対策を一度に得られる。
【0044】
請求項17の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項7ないし請求項16のいずれかの発明において、前記ユニットコイルが、絶縁物でできた板にレコードの溝状の溝を形成し、その溝に超電導線材を入れて構成することを特徴とする。
【0045】
請求項17の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、請求項7ないし請求項16のいずれかの発明の作用に加え、ユニットコイルは絶縁物でできた円板のディスク型の溝に超電導線材を入れて構成するので、電磁力保持、冷却効果、絶縁効果を一度に得られる。
【0046】
請求項18の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項7ないし請求項16のいずれかの発明において、前記ユニットコイルが、絶縁物でできた板にレコードの溝状の溝を形成し、その溝に超電導線材より幅の広い絶縁物製のスペーサを入れ、そのスペーサの上に超電導線材を載せて巻くことを特徴とする。
【0047】
請求項18の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項7ないし請求項16のいずれかの発明の作用に加え、絶縁物でできた円板のディスク型の溝に超電導線材より幅の広い絶縁物製のスペーサを入れ、そのスペーサの上に超電導線材を載せて巻くので、線材にねじりをかけて劣化させることなく、電磁力保持、冷却効果、絶縁効果を得られる。
【0048】
請求項19の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項7ないし請求項18のいずれかの発明において、ユニットコイル周囲に共通接続部材を配置し、共通接続部材に各パンケーキコイルからの端子を電気的に接続することを特徴とする。
【0049】
請求項19の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、請求項7ないし請求項18のいずれかの発明の作用に加え、ユニットコイル周囲に共通接続部材を配置し、共通接続部材に各パンケーキコイルからの端子を電気的に接続するので、構成を簡単にできる。
【0050】
請求項20の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項7ないし請求項18のいずれかの発明において、無誘導コイル周囲に環状の二本の共通接続部材を配置し、共通接続部材に各ユニットコイルからの端子を電気的に接続することを特徴とする。
【0051】
請求項20の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、請求項7ないし請求項18のいずれかの発明の作用に加え、無誘導コイル周囲に環状の二本の共通接続部材を配置し、共通接続部材に各ユニットコイルからの端子を電気的に接続するので、構成を簡単にできる。
【0052】
請求項21の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項17または請求項18の発明において、前記共通接続部材を酸化物超電導体で構成したことを特徴とする。
【0053】
請求項21の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、請求項17または請求項18の発明の作用に加え、共通接続部材を酸化物超電導体で構成したので、接続部で発生する損失を低減できる。
【0054】
請求項22の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項17または請求項18の発明において、前記複数のユニットコイルを各々独立のクライオ容器に納めることを特徴とする。
【0055】
請求項22の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置では、請求項17または請求項18の発明の作用に加え、複数のユニットコイルを各々独立のクライオ容器に納めるので、構成を簡単にしメンテナンスを容易にできる。
【0056】
請求項23の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項7ないし請求項22のいずれかの発明において、三相の複数のユニットコイルを同じ順でトロイド状に配置することを特徴とする。
【0057】
請求項23の発明に係わる限流素子用超電導コイル装置は、請求項7ないし請求項22のいずれかの発明の作用に加え、三相の複数のユニットコイルを同じ順でトロイド状に配置するので、装置としてコンパクトにできる。
【0058】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係わる限流素子用超電導コイル装置におけるコイル構成の説明図である。
【0059】
図1に示すようにコイル1はトロイド状に形成されている。図2は、図1のトロイド状コイルのコイル方向での断面図である。4本の超電導線材が設けられており、各々の超電導線は2枚の同じ長さの超電導線材である超電導テープ2a、2bを重ねて形成されている。そして、絶縁材3および補強材4を介してそれぞれの超電導線は結合されている。
【0060】
図3は、超電導線テープ2の一例として、3mm幅、0.3mm厚のAgシースの(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Oy(Bi2223)酸化物超電導テープの臨界電流密度Jcの磁界依存性を示した特性図である。Bi2223酸化物超電導テープでは、テープ面に垂直方向に磁界をかけた場合の臨界電流密度Jcの劣化が著しい。そこで、この方向に磁界がかからないように超電導テープを配置すればさらに効果が望まれる。
【0061】
すなわち、この第1の実施の形態では、図3の特性を持つBi2223酸化物超電導テープ2a、2bを2枚重ねたものを超電導線材とし、図1のように、その超電導テープ面に垂直に磁界がかからないように配置している。これにより無誘導コイルを得るようにしている。
【0062】
図2に示すように、4本の超電導線材は正の方向に電気を流す線材の長さと、負の方向に電気を流す線材の長さとが等しくなるように配置する。各線材に200Mpa以上の引張り強度をもつ波状の補強材4を同時に巻き回して電磁力により線材が引張られ性能が劣化することに対し保護を行う。
【0063】
補強材4には比誘電率が液体窒素の値に近いものを用いる。補強材4と線材との間には、絶縁紙、FRP板、カプトンテープなどの絶縁材3を同時に巻き回して絶縁をとる。線材がホルムアール等の絶縁材3で被覆されている場合、または補強材4が絶縁材3で構成されているか被覆されている場合には、この絶縁材3は不要である。ここで、絶縁材3とは室温での体積抵抗率が107Ω・m以上のものをさす。
【0064】
この第1の実施の形態により、限流素子用として6.6kV級の限流素子用超電導コイル装置を製作したところ、通常は負荷率80%まで交流50Hzで安定に通電でき、損失は120Wと小さく、事故時には均一に抵抗転移した。また、素子は劣化することなく良好な限流器としての性能が得られた。
【0065】
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。図4は本発明の第2の実施の形態に係わる限流素子用超電導コイル装置の説明図である。
【0066】
図4に示すように、2種類のユニットコイル5a、5bを用意し、これらを交互に一定の間隔を保って等間隔に配置し、共通接続部材6a、6bで接続して構成される。2種類のユニットコイル5a、5bについては後述する。電流は電極7aから入りユニットコイル5aを通り、共通接続部材6aを経由してユニットコイル5bを通り、共通接続部材6bを経由して隣のユニットコイル5aを通るという経緯を繰り返し、電極7bから出ていく。
【0067】
図5はユニットコイル5の説明図であり、図5(a)はユニットコイル5の特性概念の説明図、図5(b)はユニットコイル5の巻き方の説明図、図5(c)はユニットコイル5の超電導線材の説明図である。
【0068】
図5(a)に示すように、ユニットコイル5は3つの構成コイル8a、8b、8cからなるパンケーキコイルを積層して構成している。すなわち、複数の超電導線材が同心に螺旋状に巻かれ、各線材に通電される電流の向きが交互に逆向きになるように形成される。各構成コイル8a、8b、8cを通過する磁束の和が零となるようにターン数および面積を決定する。これにより、無誘導コイルを形成するようにしている。
【0069】
たとえば、3つのコイルが構成コイル8a、構成コイル8b、構成コイル8cの順に配置され、構成コイル8a、8cは正方向に電流が流れ、構成コイル8bには逆向きの電流を流すとして、各構成コイル8a、8b、8cの断面積をSa、Sb、Sc、ターン数をNa、Nb、Ncとした場合、以下の式が成立するように、各断面積Sおよびターン数Nを決定する。
【0070】
Na・Sa+Nc・Sc=Nb・Sb
ここで、最小構成コイル8aの内直径は、超電導線材の曲げひずみによるIc劣化が曲げがない場合と比較して10%以内に抑えられるような値以上の径に設定する。
【0071】
図6にその一例として、超電導線材がAg/Bi2223テープである場合のIcと曲げ歪みとの関係を示す。この図6によるとAg/Bi2223テープを使用する場合、Ic劣化10%以内を満たすには、曲げ歪みは0.25%未満である必要がある。
【0072】
次に、ユニットコイル5の具体的な巻き方について図5(b)を参照して説明する。ユニットコイル5には2種類あり、一つは図5(b)に示すように、構成コイル8aとコイル8cが右巻きで、構成コイル8bが左巻である場合である。これら構成コイル8a、8b、8cを、断面がコ字型接続部材9を用いて直列接続する。このようにして形成されたシングルパンケーキコイルがユニットコイル5aである。
【0073】
一方、もう一つは、構成コイル8aと構成コイル8cが左巻きで、構成コイル8bが右巻である場合である。これら構成コイル8a、8b、8cを、断面がコ字型接続部材9を用いて直列接続する。このようにして形成されたシングルパンケーキコイルがユニットコイル5bである。
【0074】
そして、ユニットコイル5a、5bをそれぞれ6個ずつ用意し、共通接続部材6a、6bにより電気的に接続する。つまり、これら2種類のユニットコイル5a、5bを図4に示すように交互に配置し、ユニットコイル5aとユニットコイル5bは共通接続部材6a、6bで順次電気的に接続し、一周させることで直列接続を得る。
【0075】
また、構成コイル8a、8b、8cを製作する際は、図5(c)に示すように超電導テープ2と絶縁材3と波状の補強材4とを共に巻き回す。ここで、超電導線テープ2または波状の補強材4が絶縁物により被覆されている場合、または波状の補強材4が絶縁物で構成されている場合には絶縁材3は不要となる。このようにして、3つの構成コイル8a、8b、8cからなるパンケーキコイルを積層してユニットコイルとしている。
【0076】
この第2の実施の形態では、性能に異方性のあるBi2Sr2Ca1Cu2Oy(Bi2212)のAgシーステープ(3.8mm幅、0.25mm厚)を 3枚重ねたものを超電導線材とし、より性能劣化するテープ面に垂直な磁界がかからないように線材を配置している。
【0077】
また、共通接続部材6やコ字型接続部材9は銅または銅合金製のものを用いるが、さらに低損失が要求される場合は、臨界温度が77K以上の超電導体のバルクを用い、線材との接続部材にAgメッキまたは半田メッキしてもよい。
【0078】
この第2の実施の形態により、限流素子用として6.6kV級の限流素子用超電導コイル装置を製作したところ、通常は負荷率85%まで交流50Hzで安定に通電でき、損失は100Wと小さく、事故時には均一に抵抗転移した。また、素子は劣化することなく良好な限流器としての性能が得られた。
【0079】
次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。図7は本発明の第3の実施の形態に係わる限流素子用超電導コイル装置の説明図であり、図7(a)は斜視図、図7(b)は平面図である。
【0080】
図7では、説明を簡単にするため4個のユニットコイル5が設けられた場合を示している。各ユニットコイル5の電流の入の部分の共通接続部材6sを環状共通接続部材10sに電気的に接続し、電流の出の部分の共通接続部材6eを環状共通接続部材10eに電気的に接続する。これにより、ユニットコイル5は並列接続される。
【0081】
また、電流は電極7sから入り環状共通接続部材10sを通って各ユニットコイル5に共通接続部材6sから入り、共通接続部材6eおよび環状共通接続部材10eを通って電極7eから出ていく。環状共通接続部材10s、10eは「印加電圧/冷媒の耐圧」分だけ空間的に距離を離す。
【0082】
共通接続部材6、環状共通接続部材10、電極7は、銅か銅合金製で形成される。そして、線材と接続する部分では電気的接続長を10cm以上とるが、さらに低損失が要求される場合は、臨界温度が77K以上の超電導体のバルクを用い、線材または接続端子との接続する部分にはAgメッキ又は半田メッキしてもよい。
【0083】
ユニットコイル5はシングルパンケーキコイルを多層(例えば16層)重ねて直列接続して構成される。図8に、ユニットコイル5内のシングルパンケーキコイルの構成図を示す。図8(a)は、補強材4に超電導テープ2を搭載して形成された超電導線がバイファイラー巻きされたものを示しており、図8(b)は図8(a)のA部の詳細図、図8(c)は図8(b)のa方向から見た部分側面図である。
【0084】
図8(a)に示すように、超電導テープ2と補強材4との位置が反転するように中心部で巻き回しを行う。このときの巻き径Dは、超電導テープ2のIcの劣化が曲げを加えない場合と比較し10%以内に収まる曲げ歪以下に抑えるように決定する。このように接続する場合、最内層のコイル径はIcの劣化が曲げを加えない場合と比較し10%以内におさまる曲げ歪以下に抑えられる径の二倍が必要となる。
【0085】
また、図8(b)に示すように、超電導線は、2枚の超電導テープ2a、2bと補強材4とで形成され、バイファイラー巻きされた2枚の超電導線間の距離Lは、「かかりうる電圧/冷媒の耐圧」で決まる距離以上に離す。また、超電導線の超電導テープ2は、図8(c)に示すように、補強材4より幅の狭いものが用いられている。ここで、補強材4の表面には必要に応じて絶縁材3が設けられる。
【0086】
図9に、超電導線の巻き方を示す。ここで形成される超電導線は、10mm幅、0.1mm厚のYBa2Cu3Oy(Y123)/YSZ/ハステロイ基板テープを2枚(2条)重ねたものを超電導線材とし、これら2枚を絶縁被覆した補強材と共に性能劣化の激しいテープ面に垂直な磁界がかからないようにバイフフイラー巻きする。このように、ユニットコイル5は超電導線材を2条以上でかつ偶数条にバイファイラー巻きしたパンケーキコイルを一段または複数段積層して形成される。
【0087】
平面円板状の絶縁材であるFRP製板11に、予めレコード状の溝12を形成しておき、このFRP製板11の中心部を固定具13aで回転自在に固定しておく。一方、超電導テープ2a、2bを巻き付けた2組の超電導テープ用リール14a、14bを用意し、その中心部を固定具13b、13cで回転自在に固定すると共に、補強材4を巻き付けた2組の補強材用リール15を固定具13dで固定する。補強材用リール15は、ホルムアールで絶縁被覆した非磁性体のSUS316製であり、補強材は、超電導線テープ2a、2bより幅の広いものとして形成されるので、その補強材用リール15は、超電導線テープ2a、2bより幅の広いものが用意される。この補強材4はスペーサとしての役目もする。
【0088】
そして、2組の各々の補強材の端部をFRP製板11のレコード状溝12に填め込み、補強材端部固定具16でFRP製板11に固定する。超電導テープ2a、2bは予め必要長の半分で引き出して各々の2個ずつの超電導テープ用リール14a、14bに巻かれており、引き出した部分を、SUS316製の補強材4の中心上に載せて巻き始める。
【0089】
レコード状溝にSUS316製の補強材4を填め込みながら、その上に超電導テープ2を乗せて巻き回していく。巻き線の終了後は超電導テープ2、補強材4ともに線の端部を巻き戻らぬよう固定し、平板からFRP製板11ごと外し、その上にFRP製板11と鏡像の関係にレコード状溝12をきったFRP製板をかぶせてレコード状溝12にSUS316製補強材21の片端を填め込みパンケーキコイルを完成させる。
【0090】
図10に一層目と二層目との接続の様子を示す。図10に示すように、一つめのシングルパンケーキコイルの外側の超電導テープ2aと隣のシングルパンケーキコイルの内側の超電導テープ2bとを共通接続部材6bに電気的に接続することで直列接続する。このようにして、隣り合ったシングルパンケーキコイルを接続していく。
【0091】
図10の矢印は電流の流れる方向を示しており、電流は共通接続部材6aから一つめのシングルパンケーキコイルの内側のテープ2a’から入り、超電導テープ2a、共通接続部材6b、超電導テープ2b、超電導テープ2b’、共通接続部材6aと出て行く。一つのユニットコイル5には240A電流が流せる。そこで、例えば3kArms通電するためには、8個のユニットコイル5を直径2mの円の周りに配置して並列接続しトロイダルコイルを構成することになる。
【0092】
このように、ユニットコイル5は、隣り合う複数の同心のコイルに、交互に逆向きの電流が流れるように構成したパンケーキコイルを一段または複数段積層して構成される。また、一層おきに逆向きの電流を流してコイル中心に発生する磁界をゼロにするようにユニットコイル5を構成してもよい。
【0093】
この第3の実施の形態により、限流素子用として 66kV級の限流素子用超電導コイル装置を製作したところ、通常は負荷率90%まで交流50Hzで安定に通電でき、損失は10wと小さく、事故時には均一に抵抗転移した。また、素子は劣化することなく良好な限流器としての性能が得られた。
【0094】
次に、本発明の第4の実施の形態を説明する。図11は本発明の第4の実施の形態に係わる限流素子用超電導コイル装置の説明図であり、図11(a)は概略斜視図、図11(b)はその概略側面図、図11(c)はユニットコイル5の説明図、図11(d)は溝付き巻枠の説明図である。
【0095】
図11(a)に示すように、ユニットコイル5は上部で環状共通接続部材10eに接続され、下部で環状共通接続部材10sに接続されている。すなわち、図11(b)の概略側面図に示すように、各々のユニットコイル5の超電導テープの端部は、ユニットコイル5の上部において、電極7eを介し環状共通接続部材10eに接続され、ユニットコイル5の下部において、電極7sを介し環状共通接続部材10sに接続されている。
【0096】
図11(c)に示すように、ユニットコイル5は各々独立してクライオ容器17内に入れられ、ユニットコイル5は二層のソレノイドコイルをインダクタンスがほぼ0となるように接続して構成されている。すなわち、図11(d)に示す溝付き巻枠の内側に右巻きコイルの一層目18aが正方向で接続され、溝付き巻枠の外側に二層目18bが負方向に電流を流すように接続されている。これにより、無誘導コイルを形成している。超電導テープ2は、図11(d)に示すように、溝付き巻枠の角型でスパイラルにきった溝19に巻き込んでいる。
【0097】
ここで、電極7e、7sおよび環状共通接続部材10e、10sは、ジュール損を低減するため臨界温度が77.3K以上である酸化物超電導体にAgまたは半田をメッキしたものを用いてもよい。
【0098】
また、使用した超電導テープ2は、図12に示すように、1μmの酸化物Y1Ba2Cu3O7‐δ20が1μmのYSZ板21を介して幅10mm、0.1mm厚の網目状基板のハステロイ板22の上に蒸着された網目形状をしている。また、ソレノイドコイルはコイルのシータ方向の熱膨張係数が1.6×10‐6[1/K]であるダイニーマFRPを用いた。
【0099】
第4の実施の形態により、限流素子用として 66kV級の限流素子用超電導コイル装置を製作したところ、通常は負荷率95%まで交流50Hzで安定に通電でき、損失は30Wと小さく、事故時には均一に抵抗転移した。また、素子は劣化することなく良好な限流器としての性能が得られた。
【0100】
次に、本発明の第5の実施の形態を説明する。図13は本発明の第5の実施の形態に係わる限流素子用超電導コイル装置の説明図であり、図13(a)は概略斜視図、図13(b)は磁界印加コイルの説明図である。
【0101】
ここで、限流素子用超電導コイル装置のユニットコイル5は、第3の実施の形態に説明したものと同じものであるが、ここでは、製作方法としてパンケーキコイルは事前に巻いたものをFRP製板のレコード状溝に入れる方法で製作したものを用いている。
【0102】
このユニットコイル5を、図13(a)に示すように交流三相のU相、V相、W相交互に配置し、図13(b)に示すように各相ごとに環状共通接続部材10u、10v、10wを介して接続する。そして、この三相全部が一つのトロイダルコイルとなっている無誘導の限流素子用超電導コイル装置に、図13(b)に示す向きに磁界がかかるように、磁界印加コイル23を配置する。
【0103】
ここでかける磁界は、超電導テープのIcが磁界をかけないときと比較し 50%以下になるように設定すればよい。たとえば、Bi2223超電導テープを使用した場合には、図3よりB:0.3T以上が必要となる。限流素子用超電導コイル装置の部分での空間の磁界の均一度は5%以内が望ましい。
【0104】
この第5の実施の形態により限流素子用として66kV級の限流素子用超電導コイル装置を製作したところ、通常は負荷率91%まで交流50Hzで安定に通電でき、損失は10Wと小さく、事故時には均一にすばやく抵抗転移した。また、素子は劣化することなく良好な限流器としての性能が得られた。
【0105】
次に、本発明の第6の実施の形態を説明する。第6の実施の形態では、第2の実施の形態で用いる超電導テープ2として、図14に示すような超電導テープを用いるようにしたものである。すなわち、第2の実施の形態と同じように、3個の逆向きの構成コイルでできたパンケーキコイルを用い、使用する超電導テープ2として図14に示すものを用いる。
【0106】
図14に示すように、1μmの酸化物Y1Ba2Cu3O7‐δ20が1μmのYSZ板21を介して幅10mm、0.1mm厚で裏側に0.2mmの突起のあるハステロイ板22の上に蒸着された形状をしている。この裏面に凹凸のある超電導テープ2と絶縁板と補強材とを第2の実施の形態のように巻き回す。波状補強材は使用しない。
【0107】
この第6の実施の形態により、限流素子用として66kV級の限流素子用超電導コイル装置を製作したところ、通常は負荷率91%まで交流50Hzで安定に通電でき、損失は10Wと小さく、事故時には均一にすばやく抵抗転移した。また、素子は劣化することなく良好な限流器としての性能が得られた。
【0108】
次に、本発明の第7の実施の形態を説明する。図15は本発明の第7の実施の形態の説明図であり、図15(a)は円筒形絶縁物を間隔をおいて接着した絶縁物製線の説明図、図15(b)は図15(a)の絶縁物と超電導テープとを巻いたバイファイラー巻きコイルの説明図である。
【0109】
ユニットコイル5は第3の実施の形態と同じように、バイファイラー巻きをしたパンケーキコイルとする。図15(a)に示すように、絶縁板として、例えば釣り糸のような絶縁物製の1mm径の絶縁物製線24に1cmごとに厚み1mm、1cm径のGFRPのような絶縁物製円筒25を機械的に接着したものを使用する。絶縁物製線24はポリエチレンでもよい。また絶縁物製円筒25は球でもよいし、素材は窒化アルミでもよい。
【0110】
この絶縁板と超電導テープと補強材とを、図15(b)に示すように第3の実施の形態のように巻き回す。波状補強材は使用しない。
【0111】
この第7の実施の形態により限流素子用として66kV級の限流素子用超電導コイル装置を製作したところ、通常は負荷率96%まで交流60Hzで安定に通電でき、損失は9Wと小さく、事故時には均一にすばやく抵抗転移した。また、素子は劣化することなく良好な限流器としての性能が得られた。
【0112】
ここで、隣り合う超電導線材間に冷却手段を設けることも可能である。これにより、発熱を冷却できると共に、絶縁距離を考慮して冷却溝の幅を決定すれば絶縁もかねられる。
【0113】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によればトロイド状に無誘導の超電導コイルを構成するので、安定で交流損失が小さく,均一に常電導転移する限流素子用超電導コイル装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係わる限流素子用超電導コイル装置のコイル構成の説明図。
【図2】本発明の第1の実施の形態におけるコイルの断面図。
【図3】本発明の第1の実施の形態における超電導テープの臨界電流密度の磁界依存性を示した特性図。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係わる限流素子用超電導コイル装置のコイル構成の説明図。
【図5】本発明の第2の実施の形態におけるユニットコイルの説明図であり、図5(a)はユニットコイルの特性概念の説明図、図5(b)はユニットコイルの巻き方の説明図、図5(c)はユニットコイルの超電導線材の説明図。
【図6】本発明の第2の実施の形態におけるユニットコイルの最小構成コイルの内径を求める場合のAg/Bi2223テープのIcと曲げ歪みとの関係を示す特性図。
【図7】本発明の第3の実施の形態に係わる限流素子用超電導コイル装置の説明図であり、図7(a)は斜視図、図7(b)は平面図。
【図8】本発明の第3の実施の形態におけるユニットコイルの説明図。
【図9】本発明の第3の実施の形態におけるユニットコイルの巻き方の説明図。
【図10】本発明の第3の実施の形態におけるユニットコイルの間の巻き方の説明図。
【図11】本発明の第4の実施の形態に係わる限流素子用超電導コイル装置の説明図であり、図11(a)は概略斜視図、図11(b)はその概略側面図、図11(c)はユニットコイル5の説明図、図11(d)は溝付き巻枠の説明図。
【図12】本発明の第4の実施の形態における超電導テープの説明図。
【図13】本発明の第5の実施の形態に係わる限流素子用超電導コイル装置の説明図であり、図13(a)は概略斜視図、図13(b)は磁界印加コイルの説明図。
【図14】本発明の第6の実施の形態における超電導テープの説明図。
【図15】本発明の第7の実施の形態の説明図であり、図15(a)は円筒形絶縁物を間隔をおいて接着した絶縁物製線の説明図、図15(b)は図15(a)の絶縁物と超電導テープとを巻いたバイファイラー巻きコイルの説明図。
【符号の説明】
1 コイル
2 超電導テープ
3 絶縁物
4 補強材
5 ユニットコイル
6 共通接続部材
7 電極
8 構成コイル
9 コ字型接続部材
10 環状共通接続部材
11 FRP製板
12 レコード状溝
13 固定具
14 超電導テープ用リール
15 補強材用リール
16 補強材端部固定具
17 クライオ容器
24 絶縁物製線
25 絶縁物製円筒[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a superconducting coil device for a current limiting element that can be used in a current limiting device that suppresses overcurrent in an AC circuit.
[0002]
[Prior art]
For example, a current limiting device using a superconducting coil device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-202320 has a superconducting current limiting coil having an inductance that suppresses current below a limit and has a critical current value equal to or higher than the limit value, and its limit A superconducting trigger coil in which a first superconducting coil and a second superconducting coil connected in parallel with a critical current value smaller than the normal current and larger than the normal current are wound in a non-inductive manner, and the superconducting trigger coil It is composed of a return switch connected in series. These coils have a solenoid configuration and are installed in a cryocontainer and immersed in a refrigerant for operation.
[0003]
Next, the operation will be described. Normally, the current flows through a superconducting trigger coil having a critical current value larger than a normal current and wound non-inductively with zero resistance without a voltage drop. When the circuit current becomes excessive due to an accident, the superconducting trigger coil is quenched and the resistance value increases. At this time, if the resistance value of the superconducting trigger coil is set to be larger than the impedance of the superconducting current limiting coil, the current flowing in the superconducting trigger coil is commutated to the superconducting current limiting coil, and the short circuit current is superconducting current limiting. The current is limited to a value determined by the coil impedance.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described solenoid coil configuration, a vertical magnetic field is applied to the wire at the end of the coil, so that there is a problem in that the coil deteriorates without uniformly conducting a normal conduction transition. In particular, in the case of using a wire such as an oxide superconducting tape conductor having anisotropy in which performance deterioration is significant with respect to a vertical magnetic field, there is a problem in that a large AC loss occurs due to inability to energize stably.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a superconducting coil device for a current-limiting element that can be stably energized and has a small AC loss and a uniform normal conduction by configuring a non-inductive superconducting coil that hardly generates a vertical magnetic field at the end. Is to get.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Claim1The superconducting coil device for current limiting element according to the invention ofA non-inductive coil wound with a superconducting wire is housed in a cryocontainer, and a toroidal region formed by moving a small circle having a radius smaller than the great circle along the circumference of the great circle, A first superconducting wire wound around the circumference of the great circle and a second superconducting wire wound along the first superconducting wire while proceeding in a circumferential direction.It is characterized by that.
[0009]
In the superconducting coil device for the current limiting element according to the first aspect of the present invention, the superconducting wire is arranged in a toroid shape to form a non-inductive coil. Reduction and uniform normal conduction transitionThe
[0012]
The superconducting coil device for a current limiting element according to the invention of
[0013]
In the superconducting coil device for a current limiting element according to the invention of
[0014]
Claim7The superconducting coil device for current limiting element according to the invention ofA non-inductive coil wound with a superconducting wire is housed in a cryocontainer, and a toroidal region formed by moving a small circle having a radius smaller than the great circle along the circumference of the great circle, Having a plurality of unit coils wound with superconducting wire around an axis along the circumferenceIt is characterized by that.
[0015]
Claim7In the superconducting coil device for current limiting element according to the invention ofBy arranging the superconducting wire in a toroidal shape to form a non-inductive coil, the coil magnetic field can be reduced uniformly and stably energized, AC loss can be reduced and the normal conducting transition can be made uniform.In addition, by arranging a plurality of identical unit coils at equal intervals, the winding can be easily configured and unitized, so that only the deteriorated part can be easily replaced when the deterioration occurs.
[0018]
Claim3 and claim 8A superconducting coil device for a current limiting element according to the invention of
[0019]
Claim3 and claim 8In the superconducting coil device for current limiting element according to the invention of
[0020]
Claim9A superconducting coil device for a current limiting element according to the invention of claim7 or claim 8According to the invention, the unit coil is composed of two or more even-numbered solenoid coils configured to flow a reverse current every other layer so that the magnetic field generated at the coil center is zero. It is characterized by.
[0021]
Claim9In the superconducting coil device for current limiting element according to the invention of
[0022]
Claim10A superconducting coil device for a current limiting element according to the invention of claim7 or claim 8In the invention, the unit coil is formed by stacking one or a plurality of pancake coils configured such that a reverse current flows alternately through a plurality of adjacent concentric coils.
[0023]
Claim10A superconducting coil device for a current limiting element according to the invention of claim7 or claim 8In addition to the operation of the present invention, the configuration is such that a reverse current flows alternately to a plurality of adjacent concentric coils of unit coils formed by laminating one or more pancake coils. .
[0024]
Claim11A superconducting coil device for a current limiting element according to the invention of claimAny one of claims 7 to 10In the invention, the number of concentric coils is three or more.
[0025]
Claim 11In the superconducting coil device for current limiting element according to the invention of
[0026]
Claim 12A superconducting coil device for a current limiting element according to the invention of claimAny one of claims 7 to 11In the invention, the unit coil is formed by laminating one or more stages of pancake coils in which two or more superconducting wires are wound and bifilar wound in an even number.
[0027]
Claim 12In the superconducting coil device for current limiting element according to the invention of
[0030]
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a superconducting coil device for a current limiting element.9In the invention, the solenoid coil is formed of an insulator winding frame having a thermal expansion coefficient lower than that of the superconducting wire, and the rectangular groove having a width equal to or larger than the width of the superconducting wire is formed in the winding frame.Is carvedIt is characterized in that a superconducting wire is wound along the groove.
[0031]
In the superconducting coil device for a current limiting element according to the invention of claim 13,9In addition to the operation of the invention, the movement of the superconducting wires can be suppressed, and the wire can be protected from performance deterioration due to dielectric breakdown due to contact between the superconducting wires.
[0032]
Claim4 and claimsThe superconducting coil device for a current limiting element according to the invention of No. 14A non-inductive coil wound with a superconducting wire is housed in a cryocontainer, and the superconducting wire is arranged in a toroid shape.In the invention, the superconducting wire and the reinforcing material are wound at the same time.
[0033]
Claim4 and claim 14In the superconducting coil device for current limiting element according to the invention ofBy arranging the superconducting wire in a toroidal shape to form a non-inductive coil, the coil magnetic field can be reduced uniformly and stably energized, AC loss can be reduced and normal conduction transition can be achieved uniformly.In addition, since the superconducting wire and the reinforcing material are wound at the same time, the wire can be protected from performance deterioration due to electromagnetic force.
[0034]
Claim5 and claimsA superconducting coil device for a current limiting element according to the invention of claim 15Any one of
[0035]
Claim5 and claimsIn the superconducting coil device for current limiting element according to the invention of 15,By arranging the superconducting wire in a toroid shape to form a non-inductive coil, the magnetic field of the coil can be uniformly reduced and stably energized, alternating current loss can be reduced and normal conduction transition can be performed uniformly, andClaim 1Or any one of claims 3OrClaim 7 toClaim 14EitherIn addition to the function of the invention, the wire can be protected from performance deterioration due to dielectric breakdown, and the reinforcing material is wound at the same time, so that the wire can be protected from performance deterioration due to dielectric breakdown.
[0038]
Claim6 and claim 16A superconducting coil device for a current limiting element according to the invention of claim4Alternatively, in the invention of claim 14, the reinforcing material is constituted by a wave-processed tape.
[0039]
Claim6 and claim 16In the superconducting coil device for current limiting element according to the invention of
[0044]
Claim17The superconducting coil device for current limiting element according to the invention ofAny one of claims 7 to 16In the invention, the unit coil is formed by forming a groove-like groove of a record on a plate made of an insulating material, and placing a superconducting wire in the groove.
[0045]
Claim17In the superconducting coil device for current limiting element according to the invention ofAny one of claims 7 to 16In addition to the operation of the present invention, the unit coil is constructed by inserting a superconducting wire in a disk-shaped groove of a disc made of an insulating material, so that electromagnetic force retention, cooling effect, and insulating effect can be obtained at a time.
[0046]
Claim18The superconducting coil device for current limiting element according to the invention ofAny one of claims 7 to 16In the invention, the unit coil forms a groove-like groove of a record on a plate made of an insulator, and a spacer made of an insulator wider than the superconducting wire is put in the groove, and the superconducting wire is placed on the spacer. It is characterized by winding.
[0047]
Claim18The superconducting coil device for current limiting element according to the invention ofAny one of claims 7 to 16In addition to the action of the invention, an insulating spacer wider than the superconducting wire is placed in a disk-shaped groove of a disk made of an insulating material, and the superconducting wire is placed on the spacer and wound. Electromagnetic force retention, cooling effect, and insulating effect can be obtained without deteriorating.
[0048]
Claim19The superconducting coil device for current limiting element according to the invention ofAny one of claims 7 to 18The invention is characterized in that a common connection member is disposed around the unit coil, and terminals from each pancake coil are electrically connected to the common connection member.
[0049]
Claim19In the superconducting coil device for current limiting element according to the invention ofAny one of claims 7 to 18In addition to the operation of the present invention, the common connection member is disposed around the unit coil, and the terminals from each pancake coil are electrically connected to the common connection member.
[0050]
Claim 20The superconducting coil device for current limiting element according to the invention ofAny one of claims 7 to 18The invention is characterized in that two annular common connection members are arranged around the non-inductive coil, and terminals from each unit coil are electrically connected to the common connection member.
[0051]
Claim 20In the superconducting coil device for current limiting element according to the invention ofAny one of claims 7 to 18In addition to the operation of the present invention, two annular common connection members are arranged around the non-inductive coil, and terminals from each unit coil are electrically connected to the common connection member, so that the configuration can be simplified.
[0052]
Claim 21A superconducting coil device for a current limiting element according to the invention of claim17Or claims18In the invention, the common connection member is made of an oxide superconductor.
[0053]
Claim 21In the superconducting coil device for current limiting element according to the invention of
[0054]
Claim 22The superconducting coil device for current limiting element according to the
[0055]
Claim 22In the superconducting coil device for current limiting element according to the
[0056]
Claim 23The superconducting coil device for current limiting element according to the invention of23. Any one of claims 7 to 22.The invention is characterized in that a plurality of three-phase unit coils are arranged in a toroidal shape in the same order.
[0057]
Claim 23The superconducting coil device for current limiting element according to the invention of23. Any one of claims 7 to 22.In addition to the operation of the present invention, a plurality of three-phase unit coils are arranged in a toroid shape in the same order, so that the apparatus can be made compact.
[0058]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is an explanatory diagram of a coil configuration in a superconducting coil device for a current limiting element according to the first embodiment of the present invention.
[0059]
As shown in FIG. 1, the
[0060]
FIG. 3 shows an example of a
[0061]
That is, in the first embodiment, a superconducting wire is obtained by superposing two Bi2223
[0062]
As shown in FIG. 2, the four superconducting wires are arranged so that the length of the wire that flows electricity in the positive direction is equal to the length of the wire that flows electricity in the negative direction. The wire-like reinforcing
[0063]
The reinforcing
[0064]
According to the first embodiment, a 6.6 kV class superconducting coil device for a current limiting element is manufactured for a current limiting element. Normally, a current can be stably supplied at an
[0065]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram of a superconducting coil device for a current limiting element according to the second embodiment of the present invention.
[0066]
As shown in FIG. 4, two types of unit coils 5a and 5b are prepared, arranged alternately at regular intervals and at equal intervals, and connected by
[0067]
FIG. 5 is an explanatory diagram of the
[0068]
As shown in FIG. 5 (a), the
[0069]
For example, it is assumed that three coils are arranged in the order of the
[0070]
Na.Sa + Nc.Sc = Nb.Sb
Here, the inner diameter of the
[0071]
As an example, FIG. 6 shows the relationship between Ic and bending strain when the superconducting wire is Ag / Bi2223 tape. According to FIG. 6, when using the Ag / Bi2223 tape, the bending strain needs to be less than 0.25% in order to satisfy Ic degradation within 10%.
[0072]
Next, a specific method of winding the
[0073]
On the other hand, the other is a case where the
[0074]
Then, six
[0075]
Further, when the
[0076]
In the second embodiment, Bi having anisotropy in performance2Sr2Ca1Cu2OyThree sheets of (Bi2212) Ag sheathed tape (3.8 mm wide, 0.25 mm thick) are superconducting wires, and the wires are arranged so that a magnetic field perpendicular to the tape surface where the performance deteriorates is not applied.
[0077]
The common connection member 6 and the
[0078]
According to the second embodiment, a 6.6 kV class superconducting coil device for a current limiting element is manufactured for a current limiting element. Normally, a current can be stably supplied at an
[0079]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is an explanatory view of a superconducting coil device for a current limiting element according to a third embodiment of the present invention, FIG. 7 (a) is a perspective view, and FIG. 7 (b) is a plan view.
[0080]
FIG. 7 shows a case where four
[0081]
The current enters from the
[0082]
The common connection member 6, the annular
[0083]
The
[0084]
As shown in FIG. 8A, winding is performed at the center so that the positions of the
[0085]
Further, as shown in FIG. 8B, the superconducting wire is formed by two
[0086]
FIG. 9 shows how the superconducting wire is wound. The superconducting wire formed here is 10 mm wide and 0.1 mm thick YBa.2Cu3Oy(Y123) / YSZ / Hastelloy substrate tape is used as a superconducting wire with two layers (two strips), and a bifilar winding is applied so that a magnetic field perpendicular to the tape surface where the performance is severely deteriorated is not applied together with a reinforcing material with these two insulation coatings. To do. In this way, the
[0087]
A record-like groove 12 is formed in advance on an FRP plate 11 which is a flat disk-shaped insulating material, and the center portion of the FRP plate 11 is rotatably fixed by a fixture 13a. On the other hand, two sets of superconducting tape reels 14a and 14b wound with
[0088]
Then, the ends of each of the two sets of reinforcing members are fitted into the record-like grooves 12 of the FRP plate 11 and fixed to the FRP plate 11 with the reinforcing member end fixture 16. The
[0089]
While inserting the reinforcing
[0090]
FIG. 10 shows the connection between the first layer and the second layer. As shown in FIG. 10, the
[0091]
The arrows in FIG. 10 indicate the direction of current flow. The current enters from the
[0092]
As described above, the
[0093]
According to the third embodiment, when a 66 kV class superconducting coil device for a current limiting element is manufactured for a current limiting element, normally, it can be stably energized at an
[0094]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is an explanatory view of a superconducting coil device for a current limiting element according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 11 (a) is a schematic perspective view, FIG. 11 (b) is a schematic side view thereof, FIG. (C) is explanatory drawing of the
[0095]
As shown in FIG. 11A, the
[0096]
As shown in FIG. 11 (c), each
[0097]
Here, the
[0098]
The
[0099]
According to the fourth embodiment, a 66 kV class superconducting coil device for a current limiting element was manufactured for the current limiting element. Normally, it can be stably energized at 50 Hz AC up to a load factor of 95%, and the loss is as small as 30 W. Sometimes the resistance transition was uniform. In addition, the device had good performance as a current limiting device without deterioration.
[0100]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is an explanatory view of a superconducting coil device for a current limiting element according to a fifth embodiment of the present invention, FIG. 13 (a) is a schematic perspective view, and FIG. 13 (b) is an explanatory view of a magnetic field application coil. is there.
[0101]
Here, the
[0102]
As shown in FIG. 13A, the unit coils 5 are alternately arranged in an AC three-phase U-phase, V-phase, and W-phase, and as shown in FIG. 13B, an annular common connecting
[0103]
The magnetic field applied here may be set so that Ic of the superconducting tape is 50% or less compared to when the magnetic field is not applied. For example, when Bi2223 superconducting tape is used, B: 0.3T or more is required from FIG. The uniformity of the magnetic field in the space in the superconducting coil device for the current limiting element is preferably within 5%.
[0104]
According to the fifth embodiment, a 66 kV class superconducting coil device for a current limiting element was manufactured for a current limiting element. Normally, a current can be stably supplied up to a load factor of 91% at an alternating current of 50 Hz.10It was small with W, and the resistance transferred uniformly and quickly at the time of the accident. In addition, the device had good performance as a current limiting device without deterioration.
[0105]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In the sixth embodiment, a superconducting tape as shown in FIG. 14 is used as the
[0106]
As shown in FIG. 14, 1 μm oxide Y1Ba2Cu3O7-δNo. 20 is deposited on a
[0107]
According to the sixth embodiment, a 66 kV class superconducting coil device for a current limiting device was manufactured for the current limiting device. Normally, a current can be stably supplied at an
[0108]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is an explanatory view of a seventh embodiment of the present invention, FIG. 15 (a) is an explanatory view of an insulator wire made by bonding cylindrical insulators at intervals, and FIG. 15 (b) is a drawing. It is explanatory drawing of the bifilar winding coil which wound the insulator and superconducting tape of 15 (a).
[0109]
The
[0110]
The insulating plate, the superconducting tape, and the reinforcing material are wound as in the third embodiment as shown in FIG. Do not use corrugated reinforcement.
[0111]
According to the seventh embodiment, a 66 kV class superconducting coil device for a current limiting element was manufactured as a current limiting element. Normally, a current can be stably supplied at an AC 60 Hz up to a load factor of 96%, and the loss is as small as 9 W. Sometimes the resistance transition was uniform and quick. In addition, the device had good performance as a current limiting device without deterioration.
[0112]
Here, it is also possible to provide a cooling means between adjacent superconducting wires. As a result, heat generation can be cooled, and insulation can be achieved if the width of the cooling groove is determined in consideration of the insulation distance.
[0113]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since a non-inductive superconducting coil is formed in a toroid shape, a superconducting coil device for a current-limiting element that is stable, has low AC loss, and uniformly conducts normal conduction can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a coil configuration of a superconducting coil device for a current limiting element according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a coil according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the magnetic field dependence of the critical current density of the superconducting tape in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a coil configuration of a superconducting coil device for a current limiting element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a unit coil according to a second embodiment of the present invention, FIG. 5 (a) is an explanatory diagram of a characteristic concept of the unit coil, and FIG. 5 (b) is an explanatory diagram of how to wind the unit coil. FIG. 5C is an explanatory diagram of the superconducting wire of the unit coil.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between Ic of the Ag / Bi2223 tape and bending strain when obtaining the inner diameter of the minimum component coil of the unit coil in the second embodiment of the present invention.
FIGS. 7A and 7B are explanatory views of a current-limiting element superconducting coil device according to a third embodiment of the present invention, in which FIG. 7A is a perspective view and FIG. 7B is a plan view.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a unit coil according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram of how to wind a unit coil according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram of how to wind between unit coils in the third embodiment of the present invention.
FIGS. 11A and 11B are explanatory views of a superconducting coil device for a current limiting element according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 11A is a schematic perspective view, FIG. 11B is a schematic side view thereof, FIG. 11 (c) is an explanatory view of the
FIG. 12 is an explanatory diagram of a superconducting tape according to a fourth embodiment of the present invention.
FIGS. 13A and 13B are explanatory views of a superconducting coil device for a current limiting element according to a fifth embodiment of the present invention, FIG. 13A is a schematic perspective view, and FIG. 13B is an explanatory view of a magnetic field application coil; .
FIG. 14 is an explanatory diagram of a superconducting tape according to a sixth embodiment of the present invention.
15A and 15B are explanatory diagrams of a seventh embodiment of the present invention, in which FIG. 15A is an explanatory diagram of an insulator wire in which cylindrical insulators are bonded at intervals, and FIG. Explanatory drawing of the bifilar winding coil which wound the insulator and superconducting tape of Fig.15 (a).
[Explanation of symbols]
1 coil
2 Superconducting tape
3 Insulator
4 Reinforcing material
5 unit coil
6 Common connection members
7 electrodes
8 Coil
9 U-shaped connecting member
10 Ring common connecting member
11 FRP board
12 Record groove
13 Fixing tool
14 Reel for superconducting tape
15 Reinforcing material reel
16 Stiffener end fixture
17 Cryo container
24 Insulator wire
25 Insulator cylinder
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