JPH02237427A

JPH02237427A - 限流装置

Info

Publication number: JPH02237427A
Application number: JP1054918A
Authority: JP
Inventors: Sadajiro Mori; 貞次郎森; Tatsuya Hayashi; 龍也林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-03-09
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1990-09-20

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，超電導体を用いて短絡電流のような過大電
流を限流する限流装置に関するものである．［従来の技術］第４図は、例えば（社）未踏科学技術協会から昭和６３
年３月１５日に発行された文献Ｉ　ＮＳＭＦＮＥＷＳＪ
の第３ページに記載された従来の限流装置を示す斜視図
である。図において、（１）は例えばアルミナ板のよう
な基板、（２）はこの基板（１）上に設けられ、限流作
用を行う例えば酸化物超電導体のような超電導体、（３
）および（４）はこの超電導体（２）の両端に設けられ
た端子である．なお、超電導体（２）は，例えば液体チ
ッ素のような冷媒（図示しない）で冷却されて超電導状
態にある。

従来、超電導体（２）を用いた限流装置は、超電導体（
２）の臨界電流末端の電流で使用され、過大Ｗ　ｉが臨
界電流値を超えた時のみ限流を行う６使用電流Ｉを臨界
電流１．どの間にはＩ，＝αＩの関係がある。た譬し，αはａ＞１である．次に従来の
限流装置の動作を説明すれば、電流は端子（３）と（４
）の間に設けられた超電導体（２）に流れるが、超電導
体（２）は上述したように超電導状態にあるので抵抗が
零の状態で通電できる。もし臨界電流を超える過大電流
が流れると超電導体（２）の超電導状態は破れ、超電導
体（２）が抵抗を有するようになるのでこの過大電流は
限流されることになる。一方、電流が臨界電流以下にな
ると、超電導体（２）は超電導状態にもどる。

第５図は超電導体（２）の温度と固有抵抗の関係を示す
グラフ図であり、図において曲線Ａは超電導体（２）に
流れる電流が臨界電流以下の場合における超電導体（２
）の固有抵抗を示し、そして曲線Ｂは超電導体（２）に
流れる電流が臨界電流以上の場合における超電導体（２
）の固有抵抗を示し、そしてθ。は超電導体（２）の臨
界温度を示す．なお、従来の限流装置では超電導体（２
）は臨界温度θ。より低い温度例えばθ，、シたがって
低抵抗領域Ｂａで動作するので固有抵抗が低いが電流が
臨界電流以下になるとほぼ瞬時に超電導状態に復帰して
抵抗が零になる．［発明が解決しようとする課題］従来の限流装置では、超電導体にその臨界電流以下でか
つ臨界電流以上の状態で限流動作させるため，固有抵抗
が低い．従って、十分な限流性能を得るためには超電導
体を長くしなければならないという問題点があった。

また、従来の限流装置では，例えば、モータの起動電流
のような過大電流通電時に超電導体の超電導状態が，破
壊しないように超電導体の断面積を広くしなければなら
ないので超電導体の抵抗が低く、十分な限流性能が得ら
れないという問題点もあった。

更に、従来の限流装置では、過大電流が使用電流■のα
倍になるまで限流できないという問題点もあった。

この発明は、上述した第１の問題点を解決するためにな
されたもので、短い超電導体を使用できる限流装置を得
ることを月的とする。

この発明は、また上述した第２の問題点を解決寸るため
になされたもので、断面積の狭い超電導体を使用しても
優れた限流性能が得られる限流装置を得ることを目的と
する。

この発明は、更に上述した第３の問題点を解決するため
になされたもので、即座に限流できる限流装置を得るこ
とを目的とする．［課題を解決するための千段］この発明に係る限流装置は，超電導体にその臨界電流以
上でかつ臨界漉度以上の状態で限流動作させるものであ
る．この発明に係る限流装置は、また超電導体の臨界電流が
負荷電流より大きくかつ負荷起動時の過大電流より小さ
い状態で超電導“体を動作させるものである。

この発明に係る限流装置は、更に、超電導体の使用温度
Ｑを臨界温度Ｑ。に対し，Ｑ　　＜　　Ｑｃで使用し、しかも使用電流Ｉを臨界電流ＩＣに対し，ＩＩＩ　　。

の状態が周期的あるいは連続的に起きるように超電導体
に使用電流Ｉを流すものである。

［作用１この発明では、超電導体にその臨界電流以上でかつ臨界
温度以上の状態で限流動作させることにより、超電導体
に高抵抗状態を生じさせ、これにより過大電流を限流す
る．この発明では、負荷起動時の過大電流の通電は超電導体
が臨界温度以下でかつ臨界電流以上の状態で行われるよ
うにしたので超電導体の断面積を小さくできる。

この発明では，使用電流で周期的あるいは連続的に起電
導状態破壊を起こさせるので、過大電流が流れても即座
に限流できる。

［実施例］以下、この発明の一実施例を添付図面について説明する
．第１図はこの発明に係る限流装置の第１実施例の構成を
示す斜視図である．図において、（１）は例えばアルミ
ナ板のような基板、（２人）はこの基扱（１）上に設け
られ、限流作用を行う短い超電導体、（３）および（４
）はこの超電導体（２Ａ）の両端に設けられた端子であ
る．なお，超電導体（２Ａ）は、例えば液体チッ素のよ
うな冷媒（図示しない）で冷却されて超電導状態にある
。

次にこの発明の第１実施例の動作について説明する。電
流は端子（３）と（４）の間に設けられた超電導体（２
Ａ）に流れるが、超電導体（２Ａ）は上述したように超
電導状態にあるので抵抗が零の状態で通電できる。もし
臨界電流を超えると過大電流が流れると超電導体（２Ａ
）の超電導状態は破れ，超電導体（２Ａ）が抵抗を有す
るようになるので、この過大電流は限流される。限流動
作中に超電導体（２Ａ）に注入されるエネルギーＥは、
次式で表わされる．］゛．Ｅ　＝　　ｉ　　　ｘ”ｒｌｄｔ　　＞　　　　　　　
　　　　　　　　　（＋１ｔｌｌ式において、Ｔを限流
継続時間、Ｌを時間、ｌを超電導体｛２Ａ｝に流れる電
流、Ｒは超電導体（２Ａ）の抵抗である。次に、限流動
作中に右いて、超電導体（２Ａ）が断熱状態にあると仮
定すれば、超電導体（２Ａ）の蓄積エネルギーＱ．は，
次式で表わされる（２）式において、θ１は初期温度、Ｃ，Ｖ，Ｄ，θは
それぞれ超電導体（２Ａ）の比熱、容積、密度、温度で
ある．限流動作中において、超電導体（２Ａ）が断熱状
態にないとすれば、超電導体（２Ａ）の放熱エネルギー
をＱｃとすれば、次式か成立する。

Ｅ＝Ｑｏ＋Ｑｃ　　　　　　　　　　　　ｆ３１従って
、すなわちを満足する状態で超電導体（２Ａ）を動作させれば、超
電導体（２Ａ）の温度を臨界潟度以上の温度に高めるこ
とができる．超電導体（２Ａ）の温度が臨界温度を超え
る温度であれば、超電導体１２Ａ）の固有抵抗が高いの
で超電導体（２Ａ）の長さを従来例と比べて短くできる
．この発明の第２図に示す第２実施例では、超電導体（２
Ｂ）の臨界？２ｉ流が負荷電流より大きく、かつ負荷起
動時の過大電流より小さく選ばれているので、超電導体
（２月の断面積は従来例と比べ狭い。

次に第２実施例の動作について説明する。電流の電流は
端子（３）と（４）の間に設けられた超電導体｛２旧に
流れるが、超電導体（２Ｂ）は今超電導状態にあるので
、抵抗が零の状態で通電できる。

次に、負荷起動時において超電導体（２Ｂ）の臨界電流
を超える過大電流が流れると超電導体（２Ｂ）は抵抗を
生じるが、その値が小さい（第５図のＢａｌので超電導
体｛２旧の温度は臨界温度Ｑｃに至らない。従って、過
大電流は少し限流されるのみであるので、負荷起動時の
過大電流は問題なく通電できる。もし超電導体（２Ｂ）
の臨界電流を超える電流が流れて超電導体（２Ｂ）の超
電導状態が破れると、超電導体（２Ｂ）は抵抗を有する
ようになるので超電導体（２Ｂ）は自己ジュール加熱に
より臨界淘度Ｑｃ以上に加熱される。超電導体（２Ｂ）
の温度が臨界渇度Ｑｅを超えると超電導体｛２Ｂ｝の抵
抗は極めて大きくなるので、電流が顕著に限流できる。

なお、第２実施例では超電導体｛２Ｂ｝を薄板として示
したが、例えば丸捧や角柱であってもよい。

また、基板（１）はなくてもよい。

この発明の第３実施例（図示しない）について説明すれ
ば、第３図は第３実施例における使用電流と超電導体の
両端電圧とを示す波形図である。

図において、（Ｉ）は使用電流、そして（Ｖ）は超電導
体の両端電圧である。

使用電流Ｉが周期的に流れるとき、超電導体の両端電圧
Ｖが超電導体の臨界電流Ｉｃを超えた値で発生する。こ
の両端電圧Ｖの発生は，超電導体の超電導状態が破壊し
て抵抗を生じたことを示す．このとき使用温度Ｑと超電
導体の臨界温度Ｑｅの関係をＱ　　　　＜　　　　Ｑ　ｃである。

使用電流Ｉとして臨界電流■。よりも大きな過大電流が
流れると、即座に超電導体の両端電圧Ｖが現われる．つ
まり抵抗が現われ電流を抑制し、限流を行う．なお、第３実施例では、使用電流通電中，周期的に超電
導状態が破壊して発生する抵抗は、電流の増大とともに
大きくなるため、使用電流通電中連続的に超電導状態が
破壊する場合でも良い．［発明の効果］以上、詳述したように、この発明は、超電導体にその臨
界電流以上でかつ臨界温度以上の状態で限流動作させる
ので、超電導体の長さを短くでき、また、超電導体の臨
界電流が負荷電流より大きくかつ負荷起動時の過大電流
より小さい状態で超電導体を動作させるので、超電導体
の断面積を狭くでき、その結果として限流時における超
電導体の抵抗が高いので，限流性能を高めることができ
，更に、使用電流において、周期的あるいは連続的に起
電導状態破壊を起こす状態で超電導体に使用電流を流す
ので、過大電流を即座に抑制して限流する効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す斜視図、第２図は
この発明の第２実施例を示す斜視図、第３図はこの発明
の第３実施例における使用電流と超電導体の両端電圧と
を示す波形図、第４図は従来の限流装置を示す斜視図、
第５図は超電導体の温度と固有抵抗の関係を示すグラフ
図である．図において、ｆ２Ａ）　ｉ３よび｛２Ｂ｝は
超電導体である。なお，図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。悠１図代　　理人白珈我道照扇２図２Ｂ　　＋　　断面橿ｐ」豪い超』導俸１　度手続補正書６．補正の内容平成１年１２月１５日別紙の通り全文補正明細書を提出する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超電導体を用いた限流装置において、前記超電導
体にその臨界電流以上でかつ、臨界温度以上の状態で限
流動作させることを特徴とする限流装置。
（２）超電導体を用いた限流装置において、Ｔを限流継
続時間、ｔを時間、ｉを前記超電導体に流れる電流、θ
を温度、Ｑ＿ｃを前記限流継続時間Ｔ中に前記超電導体
からその周囲に放出される熱エネルギー、Ｒ、θ＿１、
θ＿ｃ、Ｃ、Ｖ、Ｄをそれぞれ前記超電導体の抵抗、初
期温度、臨界温度、比熱、容積、密度としたとき、 ▲数式、化学式、表等があります▼なる条件を満たす状態で前記超電導体に限流動作させることを特徴と
する請求項１記載の限流装置。
（３）超電導体を用いた限流装置において、前記超電導
体の臨界電流が負荷電流より大きくかつ負荷起動時の過
大電流より小さい状態で前記超電導体を動作させること
を特徴とする限流装置。
（４）超電導体を用いた限流装置において、前記超電導
体の臨界電流をＩ＿ｃ、使用温度をＱ、使用電流をＩ、
臨界温度をＱ＿ｃ、とすると、Ｑ＜Ｑ＿ｃであって、Ｉ＞Ｉ＿ｃの状態が周期的あるいは連続的に起きるように前記超電
導体に前記使用電流Ｉを流すことを特徴とする限流装置
。