JPH01185127A - 限流装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超伝導体の超伝導状態（以下Ｓ状態という
）から常伝導状態（以下Ｎ状態という）への転移を利用
した限流装置に間するものである。

［従来の技術］ 第１０図は例えば特開昭４７−２４２９１号公報に示さ
れた従来の限流装置を使った限流遮断装置を示す断面図
である０図において、極低温容器−（１６）内に満たさ
れた極低温液体（例えば液体ヘリウム）（１７）の中に
は、絶縁物からなる巻枠（１５）に巻回された超伝導体
（３）が浸漬されている。Ｈ１伝導体（３）の両端部か
らは一対の端子（３１，３２）がそれぞれ極低温容器（
１６）の外部へ導出され、絶縁物（１３）によって極低
温容器（１６）に絶縁支持されている。限流回路は、端
子（３工）から超伝導体（３）を経て端子（３２）へと
流れる電路によって形成される。

次に動作について説明する。超伝導体（３）は極低温液
体（１７）中にあるのでその抵抗は零である。

超伝導体（３）に通常の電流が流れているときは超伝導
体（３）自体は発熱せず、端子（３１，：１２）におけ
る発熱が超伝導体（３）へ熱伝導するのみである。この
熱によって極低温液体（１７）の一部が気化し、気泡と
なったガス（２１）は極低温体（１７）の液面からパイ
プ（２０）を通ってシリンダ（１８）へ達する。しかし
、ガス（２１）は少量のため、ピストン（１９）を上昇
させるほどの圧力は生じない０次に、超伝導体（３）に
大電流が流れようとすると、超伝導体（３）は電流が臨
界電流を越えた時点でＳ状態からＮ状態へ急激に転移し
く以下クエンチするという）、超伝導体（３）の長さ及
び断面積などによって決まる有限の抵抗値が端子（３１
）及び（３２）の間に現われ、その抵抗値によって電流
は限流される。この限流作用により、超伝導体（３）は
大量の熱を発生するので、その表面に接している極低温
液体（１７）は大量に気化して気泡となる。気泡となっ
たガス（２１）は極低温液体（１７）の液面からバイブ
（２０）を通ってシリンダへ達し、さらにそのガス圧に
よってピストン（１９）を上昇させる。ピストン（１９
）はロッド（２２）を介して捕助遮断部（１４）を動作
させ、電流は遮断される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の限流装置では、超伝導体（３）のみ
によって大電流を限流させているので、発熱による温度
上昇が激しく、そのために熱による超伝導体（３）の劣
化が早く、また超伝導体（３）のクエンチにともなう抵
抗値の変化によってのみ限流性能が決定されるので、所
望の限流性能を得ることに限界があるという問題点を有
していた。

この発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、長
寿命でかつ限流性能を向上させることのできる限流装置
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］ この発明に係る限流装置は、極低温容器内に収納された
極低温液体に浸漬されて超伝導状態を呈する超伝導体と
開閉手段とを直列に接続して第一の電路とし、この第一
の電路と実質的に並列に、温度に対して非線形な抵抗値
を有する非線形抵抗体を有する第二の電路を設け、超伝
導体の超伝導状態から常伝導状態への転移を検出して開
閉手段を開路させる検出手段を設けたものである。

［作用］ この発明における開閉手段は、超伝導体がＳ状態のとき
は閉路していて超伝導体に電流を流し、大電流が超伝導
体に突入して超伝導体がＮ状態へ転移すると直ちに開路
して非線形抵抗体に電流を転流させる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す限流装置を含んだ限
流遮断装置の回路図である０図において、限流装置（１
１）は転流用スイッチ（５）が直列に接続され検出手段
（２４）が並列に接続された超伝導体（３）と非線形抵
抗体（４）とを並列に接続して成る。限流装置（１１）
の外部の一端には開閉器（６）が直列に接続され、さら
に端子（２）へ接続されている。限流装置（１１）の他
端は端子（１）と接続されている。

第２図は超伝導体（３）の構成を示す断面図である。

図において、極低温容器（１６）内には極低温液体（例
えば液体ヘリウム）　（１７）が満たされ、その液化温
度以下に保たれている。超伝導体（３）はその両端にそ
れぞれ接続された端子（３１，３２）が、絶Ｉ＆物（１
３）を介して極低温容器（１６）に絶縁支持されている
ことによって極低温液体（１７）中に保持されている。

極低温容器（１６）の上部には容器内部のガス圧を調整
するための圧力ｗ４整弁（２３）が設けられている。

次にこの実施例の動作を説明する。上記のように構成さ
れた限流装置を含む限流遮断装置において、通常の状態
においては第１図の転流用スイッチ（５）及び開閉器（
６）は閉路している。この状態で端子（１）　、　（２
）間に通常の電流が流れているときは、超伝導体（３）
が極低温液体（１７）　（第２図）中にあってその抵抗
値がｆ（すなわちＳ状態）に保たれているので、電流は
端子（１）から超伝導体（３）、転流用スイッチ（５）
、開閉［３（６）を通って端子（２）へとつながる電路
を流れている０次に、この電路に大電流が流れようとす
ると、超伝導体（３）を流れる電流が超伝導体の臨界電
流より大きくなった時点で超伝導体（３）がクエンチす
る。従って、超伝導体（３）に抵抗が生じ、端子（１）
、（２）間の抵抗値は急激に上昇するため、電流は限流
される。また、このとき超伝導体（３）に抵抗が生じる
ことから、超伝導体（３）及び転流用スイッチ（５）と
並列に接続されている非線形抵抗体（４）にも電流が分
流するため、超伝導体（３）を流れる電流は減少する。

従って、クエンチ直後の超伝導体（３）の温度上昇はゆ
るやかになる。さらに、超伝導体（３）がクエンチした
ことを、周知の検出手段、例えば超伝導体（３）の両端
部間の電位差を所定の値と比較する検出手段（２４）等
によって検出し、それによって転流用スイッチ（５）を
開路すると電流はすべて非線形抵抗体（４）へ転流する
ので超伝導体（３）の温度上昇が抑えられ、熱による劣
化が軽減される。上記のクエンチ及び転流によって端子
（１）、（２）間に流れる電流の時間的変化を表わした
ものが第３図の曲線Ｃである。なお曲線Ａは限流を行わ
ず電流零点で遮断を行った場合の電流−時間特性の一例
、曲線Ｂは従来の限流装置により限流し、開閉器を用い
て遮断を行った場合の電流−時間特性の一例である。

曲線Ｃにおいて示すように本発明によれば、超伝導体（
３）が時間ｔｌにおいてクエンチすることによって急減
した電流はさらに時間ｔ２において転流用スイッチ（５
）が開路することによる転流によってステップ状に変化
する。その後、非線形抵抗体（４）に電流が流れること
より、非線形抵抗体（４）の抵抗値が上昇するので電流
はさらに限流されてゆるやかに減少し、限流された電流
は最終的に開閉器（６）により遮断される。　＊４ｒＩ
！ｉは上記の超伝導体（３）及び非線形抵抗体（４）の
抵抗−温度特性を示すグラフである。第５図は第１図の
端子（１）、（２）間の抵抗値の時間的変化を表わすグ
ラフであり、クエンチから転流までの区間は主として超
伝導体（３）（第１図）による限流領域である。また、
転流から遮断までの区間は非線形抵抗体（４）（第１図
）による限流領域である。

なお、上記実施例では第１図に示すように転流用スイッ
チ（５）を超伝導体（３）と直列接続したが、他の実施
例として第６図に示すように第二の転流用スイッチ（８
）を非線形抵抗体（４）に直列に接続しても良い、この
転流用スイッチ（８）は通常の電流通電時には開路して
いて、転流用スイッチ（５）が開路すると同時に閉路す
る。この第６図の実施例の限流装置によって端子（１）
、（２）間に流れる電流の時間的変化を表わしたものが
第７図の曲線Ｃである。なお、曲線Ａ及びＢは第３図に
示したものと同一である。第３図の曲線Ｃと第７図の曲
ｌＩＣの変化によって明らかなように、第６図に示す限
流装置（１１）では超伝導体（３）がクエンチした直後
は転流用スイッチ（８）が開路しているため非線形抵抗
体（４）には電流が分流しない、従って、超伝導体（３
）のＮ状態の抵抗値のみによって電流が限流されるので
第一の実施例よりも限流効果が大きい、また、限流効果
の向上に件って転流用スイッチ（５）によって遮断すべ
き電流が低減されるので、転流用スイッチ（５）の開極
時の動作責務も軽減される。

また、第８図に示す第３の実施例のように、第６図の開
閉器（６）と転流用スイッチ（８）を一つにまとめて両
方の機能を有する転流・開閉両用スイッチ（９）を使用
し、開閉器（６）を省いても良い、この転流・開閉両用
スイッチ（９）は第６１２１の転流用スイッチ（８）と
同様な動作を行ったのちに再び開路して電流を遮断する
ものである。

また、第９図に示す第４の実施例のように第６図の転流
用スイッチ（５）及び（８）の代わりに転流用スイッチ
（１０）を電路の分岐点に設けても同様の効果が得られ
、転流用スイッチの数を減らすことができる。さらに、
図示しないが、第９図の転流用スイッチ（１０）と開閉
器（６）の両方の機能を有する転流・開閉両用スイッチ
を転流用スイッチ（１０）の代わりに用いると、開閉器
（６）を省くことができる。

また、以上の実施例においては超伝導体（３）がクエン
チしたことを検出する手段として超伝導体（３）に並列
に接続された検出手段（２４）を用いたが、この検出手
段（２４）の代わりに、例えば第１図においては転流用
スイッチ（５）または開閉器（６）に超伝導体（３）が
り玉ンチしたことによる電流の変化を検出する機能をも
たせても良い。

琥た、第１図において転流用スイッチ（５）を省いて、
開閉器（６）の代わりに限流開閉器（図示せず）として
例えば配線用遮断＠（Ｍｏｌｄｅｄ−ｃａｓｅ　Ｃ１ｒ
ｃｕｉｔＢｒｅａｋｅｒ）を設けても、超伝導体（３）
の温度上昇が抑えられ、熱による劣化を軽減することが
できる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば超伝導体と転流用スイ
ッチの直列体を有する電路と、非線形抵抗を有する電路
とを並列接続し、超伝導体がクエンチしたときは転流用
スイッチを開いて電流を非線形抵抗体に転流させるよう
にしたので、超伝導体の温度上昇を抑えることができ、
熱による劣化を軽減して超伝導体を長寿命とすることが
できるという効果がある。また、超伝導体がクエンチし
たあと非線形抵抗体によって限流することによって限流
性能を向上させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による限流装置を有する限
流遮断装置を示す回路図、第２図はこの発明のすべての
実施例に共通の超伝導体の構成を示す断面図、第３図は
第１図に示す限流装置に大電流が流れた時の電流−時間
特性を示すグラフ、第４図は超伝導体及び非線形抵抗体
の抵抗−温度特性を示すグラフ、第５図は第１図に示す
限流遮断装置において大電流が流れた時の装置全体の抵
抗−時間特性を示すグラフ、第６図はこの発明の他の実
施例による限流装置を有する限流遮断装置を示す回路図
、第７図は第６図に示す限流装置に大電流が流れたとき
の電流−時間特性を・示すグラフ、第８図及び第９図は
それぞれこの発明のさらに他の実施例による限流装置を
有する限流遮断装置を示す回路図、第１θ図は従来の限
流装置を使った限流遮断装置を示す断面図である。 図において、（３）は超伝導体、（４）は非線形抵抗体
、（５）は転流用スイッチ、（１６）は極低温容器、（
１７）は極低温液体、（２４）は検出手段である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）極低温容器内部に収納された極低温液体に浸漬さ
   れて超伝導状態を呈する超伝導体と、この超伝導体と直
   列に接続された開閉手段とを有する第一の電路と、 温度に対して非線形な抵抗値を有する非線形抵抗体を有
   し、上記第一の電路と実質的に並列に接続された第二の
   電路と、 上記超伝導体の超伝導状態から常伝導状態への転移を検
   出し、上記開閉手段を開路させる検出手段と を備えた限流装置。