JP4295189B2 - 超伝導抵抗型限流器 - Google Patents
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Description
本発明は、超伝導限流器(Superconducting Fault Current Limiter)に関するもので、詳しくは、超伝導抵抗型限流器に関するものである。
一般に、電力の発電、送電及び需要家に対する配電などのための発電所、送電線、変電所及び配電線などの設備を総称する電力系統において、限流器(Fault Current Limiter；FCL)は、電力系統に短絡及び地絡などの事故による事故電流(fault current)が発生するとき、バスバー(Bus-bar)、碍子(insulator)、及び遮断器などに加えられる機械的ストレス、熱的ストレス及び電気的ストレスを制限する役割をする装置である。事故電流値の持続的な増加、及び事故電流に影響を受けない電力機器の開発の難しさにより、事故電流を制御し得る限流器に対する要求が急増している。しかしながら、実際に電力系統に適用可能な限流器の開発は、技術的困難さ、及び商業化の難点により遅れてきた。
高温超伝導体(High Temperature Superconductor；HTS)の開発により、新しい素子の非線形的電圧-電流特性を適用した限流器の開発可能性が大きくなり、１９８７年からは液体窒素(Liquid Nitrogen；LN２)を冷媒として使用する高温超伝導限流器が本格的に開発されるようになった。
超伝導体は高い非線形的抵抗特性を有するため、限流素子としての応用可能性を有しているにも拘わらず、液体ヘリウム(Liquid Helium；LHe)を冷媒として使用する超伝導限流器は、高価な冷却費用により研究が遅々として進んでいなかったが、最近、液体窒素を冷媒として使用可能な超伝導体の開発により、超伝導性質を応用した多様な超伝導限流器が登場している。
このような超伝導限流器は、超伝導体が超伝導状態(Superconducting State)から常伝導状態(Normalconducting State)に相転移するクエンチ(Quench)特性を利用する。即ち、超伝導限流器は、電力系統で事故が発生すると短時間内に抵抗が増加される超伝導体がヒューズの役割をすることで事故電流を制限する。そして、事故電流値が低くなると、超伝導限流器の超伝導体は、再び常伝導状態から超伝導状態に転移する。このような特性を有する超伝導限流器は、抵抗型(Resistive Type)、誘導型(Inductive Type)、及び混合型(Hybrid Type)などの多様な形態に分類される。
このように多様な形態の超伝導限流器中、開発可能性及び商用化において最も有利な形態は、超伝導抵抗型限流器である。
このような超伝導抵抗型限流器は、構造が簡単で、誘導型に比べて重さ及び費用面で有利であるという特徴があるが、超伝導抵抗型限流器が限流作用をするとき、超伝導限流素子の一部分に熱が発生するという熱点(Hot Spot)の問題と、優秀な超伝導限流素子の開発が難しいという問題がある。
即ち、超伝導抵抗型限流器の核心解決課題は、超伝導体が超伝導状態から常伝導状態に転移するクエンチ現象時に限流素子に局部的に発生する過度な熱を分散させることと、限流器の電圧容量を向上させるために直列に連結された複数の限流素子にクエンチ現象を同時に起こすことである。
このように限流器の電圧容量を向上させるために、並列抵抗を挿入する方法、及び適切な直列または並列接続の組み合せによりクエンチ現象を同時に起こす方法などの研究が行われているが、未だ確実な解決策は提示されていない。
また、Bi-２２２３リング型及びBi-２２２３ロッド型を利用した超伝導限流器に磁場及び超伝導素子に加えられる温度を上げるためのヒータを利用して、複数の超伝導限流素子に均一なクエンチ現象を誘導する方案も提案されているが、電力系統の安定度に及ぼす影響、磁場印加部への電流の流入により磁場印加部のコイルから発生する誘導発熱、及び磁場印加部のコイルのリアクタンスが電力系統に及ぼす影響は未だ解決されていない。
図５は、従来の超伝導限流器の構成を示した断面図で、図示されたように、従来の超伝導限流器１は、抵抗型素子である超伝導素子２と、液体窒素のような冷媒が充填されて、超伝導素子２を超伝導状態に維持させる非金属製低温容器(cryostat)４と、超伝導素子２の全領域に均一に磁場を印加する線形巻線６と、それら超伝導素子２及び線形巻線６を直列に接続する電流リード３、５と、から構成されている。
ここで、超伝導素子２は、抵抗型素子であって、非金属製低温容器４の内部に収納され、低温容器４には、超伝導素子２を冷却するための液体窒素のような冷媒が充填されることで、超伝導素子２を超伝導状態に維持させる。
且つ、低温容器４は、フォイル巻線から構成された線形巻線６の内部に位置し、線形巻線６は、電流リード３、５を介して超伝導素子２と直列に接続される。電力系統の主回路の電流は、各電流リード３、５を通して互いに逆方向に流れ、線形巻線６は、電流が線形巻線６を通して超伝導素子２の全領域に均一に磁場を印加するように構成される。ここで、線形巻線６は、銅またはアルミニウムから構成されたフォイル巻線であって、超伝導素子２に水平に磁場を供給し、線形巻線６に電流が流れるとき、低いインダクタンス及び低い磁場を有するように構成される。
また、過度に発生する過電圧を抑制するために、金属酸化バリスタ７が超伝導限流器１と並列に接続される。
以下、このように構成された従来の超伝導限流器１の動作を説明する。
まず、電力系統に事故電流が流れるとき、事故電流により線形巻線６に流れる電流が大きく増加し、増加された電流は、線形巻線６を通して磁場を発生させる。線形巻線６を通して発生した磁場は、超伝導素子２に水平に印加され、印加された磁場は、超伝導素子２の臨界磁場を超過するようになる。そして、線形巻線６を通して発生した磁場及び超伝導素子２に流れる電流の増加により、超伝導素子２は抵抗状態に転移される。線形巻線６を通して発生した磁場が均一に超伝導素子２に水平に印加されることで、クエンチ現象が超伝導素子２の全領域で均一に誘発される。従って、均一に誘発されたクエンチ現象により、超伝導素子２の局部的な熱の発生及び電界と磁界との集中により機械力が発生して構造物が破壊される機械的事故の発生が防止される。且つ、磁場が均一に超伝導素子２に水平に印加されるため、超伝導素子２の抵抗発生率が増加されることで、超伝導限流器の応答速度が早い超伝導抵抗型限流器の開発が可能になった。
ここで、超伝導素子２に発生する熱による超伝導素子２の焼損を防止するために、従来の超伝導抵抗型限流器は、低温容器４の外部に線形巻線６を設置し、線形巻線６を超伝導素子２と直列に接続することで、電力系統に線形巻線６を直接接続していた。
従って、このような従来の超伝導抵抗型限流器は、超伝導素子の全領域で均一にクエンチ現象を起こし、直列に接続された複数の超伝導素子のクエンチ現象を同時に誘発していた。
しかしながら、このような従来の超伝導抵抗型限流器においては、電力系統に正常電流が流れるときも、線形巻線に流れる電流により発生する磁場、及び線形巻線のリアクタンス成分により、電力系統の安定度に悪影響を与えるという問題点があった。即ち、電力系統に正常電流が流れるときも、電力系統に常に線形巻線６が接続された状態であるため、線形巻線に流れる電流により磁場が発生し、発生した磁場が恒常超伝導限流素子に影響を及ぼすという問題点があった。
また、従来の超伝導抵抗型限流器には、正常運転時にも主回路の電流が流れて超伝導素子の通電電流が減少するので、超伝導抵抗型限流器のサイズを増大させるか、または超伝導素子の設置個数を増加させるべきであるという問題点があった。これは、超伝導限流器が高電圧大容量化する程さらに大きな問題になっている。且つ、超伝導抵抗型限流器が大容量化するほど、線形巻線のサイズ及び巻数も増加させるべきであるため、経済性及び運用面で不利であるという問題点があった。
また、従来の超伝導抵抗型限流器は、通常電力系統の主回路の電流(即ち、電源側と負荷側間の電気的回路の電流)が線形巻線に流れるので、線形巻線に発生する熱を絶縁しなければならないという問題点があった。
また、磁場を超伝導素子に水平方向に印加して、複数の超伝導素子にクエンチ現象を同時に誘導させる従来の超伝導抵抗型限流器は、Bi２Sr２CaCu２Ox系列(以下、BISCCO系列と略称す)の超伝導素子を使用することが可能であるが、Y-Ba-Cu-O系列(以下、YBCO系列と略称す)の超伝導素子を使用することには問題があった。これは、YBCO系列の超伝導素子が同量の磁場を発生するためには、水平磁場を垂直磁場よりも数十倍大きくすべきであるため、線形巻線の巻回数及びサイズの面で製作上の効率性が低下するからである。
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、電力系統に正常電流が流れるとき、超伝導抵抗型限流器の線形巻線に電力系統の電流が流れないように、電力系統の回路と分離される磁場印加部を備えることで、電力系統に正常電流が流れるとき、線形巻線を通して発生する磁場を除去して線形巻線に熱が発生することを防止し、超伝導抵抗型限流器の超伝導素子の通電電流を増加し得る超伝導抵抗型限流器を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、電力系統の回路と分離され、超伝導限流素子に垂直に磁場を印加する磁場印加部を備えることで、BISCCO系列だけでなくYBCO系列の超伝導素子も利用し得る超伝導抵抗型限流器を提供することにある。
このような目的を達成するため、本発明に係る超伝導抵抗型限流器は、少なくとも一つの超伝導限流素子から構成された超伝導限流モジュールと、この超伝導限流モジュールの周囲を円形に包囲するように設置され、超伝導限流素子に磁場を印加する磁場印加部と、磁場印加部が電力系統の回路から分離されるように、電力系統の回路に流れる電流とは非接触で、かつ大きさが小さく変換された電流を誘導して、磁場印加部に供給する変流器と、を含んで構成されることを特徴とする。
本発明に係る超伝導抵抗型限流器は、電力系統の回路に正常電流が流れるとき、超伝導抵抗型限流器の線形巻線に電流が流れないように、電力系統の回路と分離される磁場印加部を備えることで、回路に正常電流が流れるとき(正常運転時)、線形巻線を通して発生する磁場を除去して線形巻線に熱が発生することを防止し、超伝導抵抗型限流器の超伝導素子の通電電流を増加させるようになっている。従って、本発明に係る超伝導抵抗型限流器は、超伝導抵抗型限流器の小型化及び経済性側面で利点を有し、高電圧大電流用超伝導限流器の開発に適用し得るという効果がある。
また、超伝導限流素子に垂直に磁場を印加する磁場印加部を備えることで、YBCO系列の超伝導素子も利用し得るという効果がある。
以下、電力系統の回路に正常電流が流れるとき、超伝導抵抗型限流器の線形巻線に電流が流れないように電力系統の回路と分離され、超伝導限流素子に垂直に磁場を印加する磁場印加部を備えることで、電力系統の回路に正常電流が流れるとき、線形巻線を通して発生する磁場を除去して、線形巻線に熱が発生することを防止し、超伝導抵抗型限流器の超伝導素子の通電電流を増加させるとともに、YBCO系列の超伝導素子も利用し得る、本発明に係る超伝導抵抗型限流器を実施するための最良の形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本発明に係る超伝導抵抗型限流器の一実施形態の構造を示した縦断面図で、図示されたように、本発明に係る超伝導抵抗型限流器の一実施形態は、少なくとも一つの超伝導限流素子２１から構成された超伝導限流モジュール２４と、超伝導限流モジュール２４の周囲を円形に包囲するように設置され、超伝導限流素子２１に磁場を印加する磁場印加部２５と、磁場印加部２５が電力系統の回路から分離されるように、非接触的に電力系統の回路に流れる電流から大きさの変換された電流を誘導して、磁場印加部２５に供給する変流器２８と、を含んで構成されている。ここで、磁場印加部２５には円形方向の電流が流れる。
以下、このような本発明に係る超伝導抵抗型限流器の構造をより詳しく説明する。
まず、超伝導限流モジュール２４について図２を参照して説明する。
図２は、本発明に係る超伝導抵抗型限流モジュール２４の構成を示した斜視図で、図示されたように、本発明に係る超伝導抵抗型限流モジュール２４は、薄膜型超伝導限流素子２１が多層に積層され、互いに直列または並列に接続されるように構成されている。且つ、超伝導限流素子２１は、抵抗型限流素子であって、液体窒素２２のような冷媒を媒質とする低温容器２３の内部に収納されることで超伝導状態に維持される。
図１に示したように、磁場印加部２５は、超伝導限流モジュール２４の全領域に対し垂直方向に均一に磁場を印加するために、超伝導限流モジュール２４の周囲を円形に包囲するように設置され、銅またはアルミニウム材からなるコイルのソレノイド巻線により、超伝導限流モジュール２４の高さと同じであるかまたはやや高く構成されて、非接触式で電力系統の回路に流れる電流を減殺して磁場印加部２５に供給する変流器２８に接続されるので、電力系統の回路とは機械的に接続されずに分離されている。且つ、磁場印加部２５は、超伝導限流モジュール２４と同様に、低温容器２３の内部に収納されて超伝導状態に維持される。
図１に示すように、電流リード２６は、超伝導限流モジュール２４の薄膜型超伝導限流素子２１と外部の第１及び第２電流リード２７-１、２７-２とを接続する。且つ、電流リード２６は、超伝導限流素子２１に接続させ、超伝導限流素子２１に電力系統の電流が流れるように、外部の第１及び第２電流リード２７-１、２７-２を超伝導限流素子２１と接続させる。且つ、電流リード２６も、低温容器２３の内部で超伝導状態に維持される。ここで、電流リード２６は、銅またはカーボン材によりディスク型超伝導薄膜が抵抗損失なしに接続された薄膜型電流リードであることが好ましい。
また、変流器２８は、電力系統の回路に流れる電流を非接触式で誘導して提供する変流器であり、磁場印加部２５に電流を供給する電流源として動作し、事故電流発生時に磁場印加部２５に事故電流より低い減殺電流を供給することで磁場印加部２５の焼損を防止し得る保護変流器であることが好ましい。電力系統の回路に正常電流が流れる場合も、変流器２８が磁場印加部２５に接続されているため、磁場印加部２５には電流が供給されるが、電力系統回路の正常電流通電時には、好ましくは、超伝導限流素子２１に発生する抵抗が臨界値を超過しない磁場を発生させるような電流値特性を有する変流器２８が選択される。従って、電力系統回路の正常電流通電時には、超伝導限流素子２１に抵抗がなく、電力系統の回路の電流は、図１の交流電源から変流器２８、第２電流リード２７-２、超伝導状態の超伝導限流素子２１、電流リード２６及び第１電流リード２７-１を経由して負荷に流れるようになる。
以下、本発明に係る超伝導抵抗型限流器が適用された超伝導限流回路の動作について図３を参照して詳しく説明する。
図３は、本発明に係る超伝導抵抗型限流器が適用された超伝導限流回路を示した回路図である。
本発明に係る超伝導抵抗型限流器が適用された超伝導限流回路の動作を、電力系統に正常電流が流れる場合と、事故電流が発生した場合とに分けて説明する。
まず、電力系統に正常電流が流れる場合の動作を説明する。
電力系統の回路に非接触式で接続されている変流器２８(例えば、接触なしにリング型コアの中央空間を貫通するように電力系統の回路線路を設置し、リング型コアに２次コイルを巻いて２次誘導電流を出力する変流器２８)は、電力系統に正常電流が流れるとき、変流器２８が磁場印加部２５に供給する電流の大きさが超伝導限流素子２１がクエンチ現象を起こさない臨界値を有するようになるため、超伝導限流素子２１は超伝導状態に維持される。
従って、本発明に係る超伝導抵抗型限流器の内部に位置した超伝導限流モジュール２４は、液体窒素等の冷媒により超伝導状態が維持されるので抵抗が全く発生しない。また、電力系統の回路を流れる電流は、回路の電源側(即ち、図３の最も左側の部分)から回路に接続された外部の第２電流リード２７-２を通して低温容器２３の内部に流入し、このように流入した電力系統の回路に流れる電流は、超伝導限流モジュール２４の内部の電流リード２６を通して超伝導限流素子２１に流れ、超伝導限流素子２１に流れる電流は、外部の第１電流リード２７-１を通して電力系統回路の負荷側(即ち、図３の右側方向)に流れる。
以下、電力系統の回路に事故電流が発生した場合の動作を説明する。
電力系統回路の短絡または地絡による事故電流が発生すると、電力系統の回路に大きい電流が流れ、この大きい電流は、変流器２８を通して磁場印加部２５に流れる。その結果、磁場印加部２５からは、相当に大きい磁場が発生する。このとき、磁場印加部２５は、超伝導限流モジュール２４の全長を包囲するように円形に巻かれた巻線に形成されているため、磁場印加部２５から発生する磁場は垂直方向に発生して、超伝導限流素子２１に垂直方向に印加される。そして、印加された磁場により、超伝導限流素子２１の臨界電流の密度が大幅に低下されるため、薄膜型超伝導限流素子２１の製造時に発生し得る素子自体の臨界電流密度の不均一性に関係なく、超伝導限流素子２１の全領域でクエンチ現象が同時に起こる。結局、超伝導限流素子２１は抵抗を有するようになる。
従って、超伝導限流素子２１だけでなく、超伝導限流素子２１が直列または並列に接続されることで構成された超伝導限流モジュール２４にはクエンチ現象が同時に起こるようになる。
このように、超伝導限流素子２１及び超伝導限流モジュール２４にクエンチ現象が同時に起こることで、本発明に係る超伝導抵抗型限流器は、事故電流を制限するのに必要な充分な抵抗を得ることができるようになる。本発明に係る超伝導抵抗型限流器から発生した抵抗により、電力系統回路の事故電流は数ミリ秒以内の短時間内に制限され、電力系統の事故が除去されると、超伝導限流素子２１は、液体窒素２２などの冷媒により冷却されて再び超伝導状態に復帰するようになる。
以下、本発明に係る超伝導抵抗型限流器の他の実施形態が適用された回路について図４を参照して説明する。
本発明に係る超伝導抵抗型限流器の他の実施形態においては、磁場印加部２５を電力系統の回路と完全に分離させるために、前述の一実施形態の変流器２８を、電力変換半導体素子を利用した高速スイッチ部５２に代替して構成される。
即ち、図４に示したように、少なくとも一つの超伝導限流素子から構成された超伝導限流モジュール２４と、超伝導限流モジュール２４の周囲を円形に包囲するように設置され、超伝導限流素子２１に磁場を印加する磁場印加部２５と、電力系統の回路に事故電流が発生するか否かを感知する事故電流感知部５０と、電力系統の回路に正常電流が流れるときはオン状態にあり、事故電流が発生すると、磁場印加部２５を駆動させるために、事故電流感知部５０からの駆動信号に応答してオフされる高速スイッチ部５２と、を含んで構成されている。ここで、磁場印加部２５には円形方向の電流が流れる。
以下、このような本発明に係る超伝導抵抗型限流器の他の実施形態の構造をより詳しく説明する。
まず、超伝導限流モジュール２４について図２を参照して説明する。
図２は、本発明に係る超伝導抵抗型限流モジュール２４の構成を示した斜視図で、図１乃至図４に示したように、本発明に係る超伝導抵抗型限流モジュール２４は、薄膜型超伝導限流素子２１が多層に積層され、互いに直列または並列に接続されるように構成され、磁場印加部２５により取り囲まれている。且つ、超伝導限流素子２１は、抵抗型限流素子であって、液体窒素２２のような冷媒を媒質とする低温容器２３の内部に収納されることで超伝導状態を維持する。
また、磁場印加部２５は、銅またはアルミニウムから構成されたソレノイド巻線で、超伝導限流モジュール２４を円形に包囲するように巻線され、正常電流の通電時にオンされる高速スイッチ部５２により、正常電流の通電時には電力系統の回路と機械的及び電気的に分離される。且つ、磁場印加部２５は、超伝導限流モジュール２４の全領域に対し垂直方向に磁場が均一に印加されるように構成され、超伝導限流モジュール２４と同様に、低温容器２３の内部に収納されることで超伝導状態を維持する。且つ、磁場印加部２５は、超伝導限流素子２１と電気的に分離されている。
また、電流リード２６は、超伝導限流モジュール２４の薄膜型超伝導限流素子と外部の第１及び第２電流リード２７-１、２７-２とを接続する。且つ、電流リード２６は、低温容器２３の内部で超伝導限流素子２１に接続させ、超伝導限流素子２１に電力系統の主回路の電流が流れるように、外部の第１及び第２電流リード２７-１、２７-２を超伝導限流素子２１と接続させる。ここで、電流リード２６は、銅またはカーボン材によりディスク型超伝導薄膜が抵抗損失なしに接続された薄膜型電流リードであることが好ましい。
また、高速スイッチ部５２は、ソレノイド巻線である磁場印加部２５と直列に接続され、超伝導限流素子２１とは電気的に分離されている。且つ、高速スイッチ部５２は、別途設けられた電源部５１と接続され、サイリスタ(Thyristor)、GTOサイリスタ(Gate Turn-off Thyristor)、静電誘導トランジスタ(Static Induction Transistor)、静電誘導サイリスタ(Static Induction Thyristor)、パワーMOS FET(Power MOS Field Effect Transistor)及びIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)の何れか一つの電力変換半導体素子が利用される。
電源部５１は、電源を供給するために高速スイッチ部５２に接続され、一般にコンデンサである。
以下、本発明に係る超伝導抵抗型限流器の他の実施形態が適用された超伝導限流回路の動作を説明する。
本発明に係る超伝導抵抗型限流器の他の実施形態が適用された超伝導限流回路の動作を、電力系統の回路に正常電流が流れる場合と、事故電流が発生した場合とに分けて説明する。
まず、電力系統の回路に正常電流が流れる場合の動作を説明する。
図４に示したように、電力変換半導体素子を利用した高速スイッチ部５２は、通常オン状態にあり、電力系統の回路と電気的に分離されているため、電力系統の回路を流れる電流は、超伝導限流モジュール２４の超伝導限流素子２１のみを通して流れるようになる。従って、磁場印加部２５には全く電流が流れないため、本発明に係る超伝導抵抗型限流器の他の実施形態では、磁場印加部２５による影響は全く受けない。
以下、電力系統の回路に事故電流が発生した場合の動作を説明する。
事故電流が発生すると、事故電流感知部５０は、電力系統に事故が発生したことを感知して、高速スイッチ部５２を駆動する信号(例えば、ゲート駆動信号)を発生し、この信号に応答して高速スイッチ部５２は直ちにオフされる。このように高速スイッチ部５２がオフされることで、電源部５１と磁場印加部２５とが接続されて、電源部５１から印加される電流が磁場印加部２５を流れ、磁場印加部２５は動作するようになる。従って、磁場印加部２５は、相当に大きい磁場を発生させ、発生した磁場が超伝導限流素子２１に垂直方向に印加されて、超伝導限流素子２１の臨界電流の密度が低下されることで、超伝導限流素子２１の全領域でクエンチ現象が同時に起こる。結局、超伝導限流素子２１は抵抗を有するようになる。従って、超伝導限流素子２１だけでなく、超伝導限流素子２１が直列または並列に接続されることで構成された超伝導限流モジュール２４にクエンチ現象が同時に起こるようになる。
電力系統の事故電流の発生原因が除去されると、高速スイッチ部５２がオンされて次の事故の発生に備える。
２４ 超伝導限流モジュール
２５ 磁場印加部
２８ 変流器
２５ 磁場印加部
２８ 変流器
Claims (8)
- 複数枚の薄膜型超伝導限流素子が、直列または並列に連結されて多層に積層されて所定の高さを有する超伝導限流モジュールと、
前記超伝導限流モジュールの全長を包囲する高さを有して形成され、前記超伝導限流素子の全領域に対し垂直方向に均一に磁場を印加するコイル巻線から構成される磁場印加部と、
前記超伝導限流モジュールと前記磁場印加部とを収容し、前記超伝導限流モジュールの両端部に接続する外部の電流リードと前記磁場印加部の両端部に接続する端子とを備え、内部に冷媒が充填された低温容器と、
リング型コアに１次コイルと２次コイルとが巻かれ、前記１次コイルが前記外部の電流リードの一方と電力系統の回路に接続され、前記磁場印加部が前記電力系統の回路から分離されるように前記２次コイルの両端に接続され、非接触的に前記電力系統の回路に流れる電流から大きさの変換された電流を誘導して、前記磁場印加部に供給する変流器と、
を含んで構成されることを特徴とする超伝導抵抗型限流器。 - 前記変流器は、前記電力系統の回路に事故電流が流れるとき、事故電流を減殺して供給する保護変流器であることを特徴とする請求項１に記載の超伝導抵抗型限流器。
- 複数枚の薄膜型超伝導限流素子が、直列または並列に連結されて多層に積層されて所定の高さを有する超伝導限流モジュールと、
前記超伝導限流モジュールの全長を包囲する高さを有して形成され、前記超伝導限流素子の全領域に対し垂直方向に均一に磁場を印加するコイル巻線から構成される磁場印加部と、
前記超伝導限流モジュールと前記磁場印加部とを収容し、前記超伝導限流モジュールの両端部に接続する外部の電流リードと前記磁場印加部の両端部に接続する端子とを備え、内部に冷媒が充填された低温容器と、
前記外部の電流リードの一方と電力系統の回路の間に接続され、電力系統の回路に事故電流が発生するか否かを感知する事故電流感知部と、
前記磁場印加部に接続し、前記電力系統の回路に正常電流が流れるときはオン状態にあり、事故電流が発生すると、前記磁場印加部を駆動させるために、前記事故電流感知部からの駆動信号に応答してオフされる高速スイッチ部と、
を含んで構成されることを特徴とする超伝導抵抗型限流器。 - 前記超伝導限流素子は、前記電力系統の回路に正常電流が流れるとき、前記超伝導抵抗型限流器の低温容器内部の冷媒中で超伝導状態に維持されながら正常電流が通過され、前記電力系統の回路に事故電流が流れるとき、クエンチ現象を起こすように形成されることを特徴とする請求項１または３に記載の超伝導抵抗型限流器。
- 前記冷媒は、液体窒素であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の超伝導抵抗型限流器。
- 前記磁場印加部は、前記電力系統の回路に正常電流が流れるとき、該電力系統の回路と機械的及び電気的に分離されることを特徴とする請求項３に記載の超伝導抵抗型限流器。
- 前記高速スイッチ部は、サイリスタ、GTOサイリスタ、静電誘導トランジスタ、静電誘導サイリスタ、パワーMOS FET、及びIGBTの何れか一つの電力変換半導体素子であることを特徴とする請求項３に記載の超伝導抵抗型限流器。
- 前記超伝導限流素子と外部の電流リードとを連結するために、銅またはカーボン材によりディスク型超伝導薄膜が抵抗損失なしに連結された薄膜型電流リードをさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１又は３に記載の超伝導抵抗型限流器。
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| US20090103217A1 (en) * | 2007-10-17 | 2009-04-23 | General Electric Company | System and apparatus for limiting current in a superconducting coil |
| DK2071589T3 (da) * | 2007-10-19 | 2014-06-10 | Nexans | Superledende elektrisk kabel |
| GB2471705B (en) * | 2009-07-09 | 2011-07-27 | Siemens Magnet Technology Ltd | Methods and apparatus for storage of energy removed from superconducting magnets |
| US20110152102A1 (en) * | 2009-12-22 | 2011-06-23 | John H Claassen | Device and method of measuring electrical dissipation in a superconducting coil |
| DE102010029228A1 (de) * | 2010-01-14 | 2011-07-21 | Robert Bosch GmbH, 70469 | Verfahren und Steuereinheit zum Steuern eines elektrischen Bauelementes |
| WO2014126006A1 (ja) * | 2013-02-13 | 2014-08-21 | 古河電気工業株式会社 | 超電導限流器及び超電導限流器内の超電導素子の冷却方法 |
| JP5950951B2 (ja) * | 2013-02-13 | 2016-07-13 | 古河電気工業株式会社 | 超電導限流器及び超電導限流器内の超電導素子の冷却方法 |
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| CN103337850B (zh) * | 2013-05-24 | 2016-05-04 | 西安交通大学 | 一种具有宽电流范围的高压直流气体断路器 |
| CN103414176B (zh) * | 2013-07-30 | 2016-01-20 | 江苏多维科技有限公司 | 一种磁阻限流器 |
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| CN103368156A (zh) * | 2013-08-05 | 2013-10-23 | 北京云电英纳超导电缆有限公司 | 模块化饱和铁心型超导限流器及其控制方法 |
| CN103887782B (zh) * | 2014-04-11 | 2017-09-22 | 武汉大学 | 一种混合型磁通耦合超导故障限流器及限流方法 |
| CN104134980B (zh) * | 2014-07-18 | 2017-12-12 | 中国科学院电工研究所 | 一种h桥超导阻感型限流器 |
| CN105160047B (zh) * | 2015-04-27 | 2018-04-03 | 国家电网公司 | 基于ybco超导带材的电阻型超导限流器数字建模仿真方法 |
| EP3121860B1 (de) * | 2015-07-21 | 2020-11-25 | Nexans | Anordnung zur strombegrenzung in einem der stromversorgung dienenden netzwerk |
| CN105958455B (zh) * | 2016-05-12 | 2018-09-11 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种高温超导混合型限流器 |
| US10651646B2 (en) * | 2017-02-27 | 2020-05-12 | Huazhong University Of Science And Technology | Fault current limiter |
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| US10468876B2 (en) * | 2017-04-24 | 2019-11-05 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Fault current limiter providing symmetrical electrostatic shielding |
| CN107732878B (zh) * | 2017-08-21 | 2019-03-08 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 含电阻型超导限流器的直流电网协调保护方法和装置 |
| CN110137929A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-08-16 | 华北电力大学 | 一种基于钳位子模块的混合式故障限流器及其控制方法 |
| GB201913695D0 (en) * | 2019-09-23 | 2019-11-06 | Oxford Instruments Nanotechnology Tools Ltd | Quench protection arrangement |
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| DE19744011A1 (de) * | 1997-09-26 | 1999-04-01 | Siemens Ag | Leistungsschaltereinrichtung zur Energieversorgung und -verteilung |
| US6275365B1 (en) * | 1998-02-09 | 2001-08-14 | American Superconductor Corporation | Resistive fault current limiter |
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