JPH02269413A - 限流器 - Google Patents

限流器

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Publication number
JPH02269413A
JPH02269413A JP1090000A JP9000089A JPH02269413A JP H02269413 A JPH02269413 A JP H02269413A JP 1090000 A JP1090000 A JP 1090000A JP 9000089 A JP9000089 A JP 9000089A JP H02269413 A JPH02269413 A JP H02269413A
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JP
Japan
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current
superconducting member
critical
superconducting
terminals
Prior art date
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Pending
Application number
JP1090000A
Other languages
English (en)
Inventor
Osamu Yoneda
修 米田
Masahiro Ogawa
正宏 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH02269413A publication Critical patent/JPH02269413A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Protection Of Generators And Motors (AREA)
  • Breakers (AREA)

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】 及朋Jとl的 [産業上の利用分野] 本発明は、超電導体のいわゆるクエンチ現象を利用した
限流器に関する。
[従来の技術] 近年、超電導体を限流器に応用する試みがなされており
、例えば第1回国際超電導シンポジウム予稿集第169
頁に掲載された大熊らの提案が知られている。
ここに提案されている限流器(戴 イツトリウム・バリ
ウム・銅・酸素系の超電導セラミックス(Y B a 
2 Cu a 07−! )を長さ30センチのグリッ
ド状に加工し、これを電流端子間に接続したものであり
、回路中に配設されて液体窒素で冷却して用いられる。
この限流器に臨界電流以上の電流が流されると、超電導
セラミックスが超伝導状態から常伝導状態に転移して常
伝導抵抗による限流作用を奏する。
この限流器(よ クエンチ現象による常伝導体への転移
を利用しているから、応答性に優れる。
[発明が解決しようとする課題] しかし、こうした超電導体を用いた限流器(表負荷が例
えばランプ・モータ等の様に電源投入時二突入電流によ
り瞬間的に過大な電流が流れる場合、使用できないとい
う問題があつ翫 即ち、正常なく予想される)突入電流
では働かず、所定時間に亘って定格電流を越える電流が
流れた場合に初めて限流作用を奏する様に構成する必要
があるにもかかわらず、前記従来の限流器では、定格電
流(臨界電流)に達すると直ちに限流作用を奏するため
、ランプ等に用いると突入電流にて限流してしまうとい
う゛問題があつ旭 まL ランプ等の瞬間許容電流を臨
界電流として構成したのではこれら機器を過電流から十
分に保護することができないという問題があつ旭 本発明の限流器は、高速応答性を有すると共に、かかる
問題を解決し、突入電流では作動しないが定格電流を越
える電流が所定時間に亘って通電された場合には作動し
、この限流器が取り付けられた機器の作動条件に応じて
過電流に対して的確に機器を保護することを目的とする
1肛立盪滅 [課題を解決するための手段] ・本発明の限流器1瓢 臨界電流を越える電流が流されるとあるいは臨界温度を
越える温度になると超伝導状態から常伝導状態に転移す
る超電導体のクエンチ現象を利用し、電流端子間に流れ
る電流を規制する限流器であって、 所定の第1の臨界電流にてクエンチ現象を起こして常伝
導の抵抗体に転移する第1の超電導部材を前記電流端子
間に接続し、 前記第1の臨界電流より大きな第2の臨界電流にてクエ
ンチ現象を起こして常伝導の抵抗体に転移する第2の超
電導部材を、該第2の超電導部材を加熱する位置に配設
された抵抗発熱体と直列に接続し、かつ該第2の超電導
部材及び該抵抗発熱体を前記第1の超電導部材と並列に
前記電流端子間に接続してなることを要旨とする。
[作用] 前記構成よりなる限流器C上 電流端子間において第1
の超電導部材側と第2の超電導部材側の二つの通電経路
を有している。この第2の超電導部材側には、抵抗発熱
体が直列に接続されているから常に一定以上の抵抗があ
ることになる。従って、両部材が共に超伝導状態にある
場合に(よ 即ち電流端子間に第1の臨界電流(I c
l)以下の電流が流される場合には、抵抗がゼロの第1
の超電導部材側の経路を介してのみ電流が流される。
一方、電流端子間に第1の臨界電流(lcl)より大き
くかつ第2の臨界電流(I c2)以下の電流が流され
る場合に(表 第1の超電導部材のみがクエンチ現象を
起こすから、相対的に抵抗が小さくなった第2の超電導
部材側の経路を介して電流が流される。すると、抵抗発
熱体がこの電流により発熱し、第2の超電導部材を加熱
し始める。この抵抗発熱体に所定時間以上電流が流れ続
けて第2の超電導部材の温度が臨界温度まで上昇すると
、今度は第2の超電導部材もクエンチ現象を起こす。
この様に かかる範囲の電流に対しては所定時間の経過
の後に限流作用を奏する。
さらに、電流端子間に第2の臨界電流(I c2)を越
える電流が流される場合には、第1.第2の超電導部材
が共にクエンチ現象を起こして常伝導抵抗体に転移する
ことにより、直ちに限流作用を奏する。
限流作用の後に電流が下がって各臨界電流(cl、  
Ic2)以下となると、超電導部材はそれぞれ超伝導状
態に自動復帰し、限流作用は働かなくなる。
以上の結果、本発明の限流器は、結局 電流がl > 
l c2の場合には直ちに限流作用を奏すると共に、 
l cl< I≦lc2の場合には所定時間に亘ってI
c1以上の電流が流れ続けたときに限流作用を奏する。
[実施例] 次に、本発明の限流器の一実施例を説明する。
第1図は実施例の構成図である。
実施例の限流器にli  モータ(図示略)の定格電流
に対応する第1の臨界電流1clにてクエンチ現象を起
こして常伝導の大きな抵抗値を示す様に設計した第1の
超電導部材1と、このモータの瞬間許容電流に対応する
第2の臨界電流1c2にてクエンチ現象を起こして常伝
導の大きな抵抗値を示す様に設計した第2の超電導部材
2とを用いている。
ここで、この超電導部材1,2としてはTIB a −
Ca −Cu −0系、Ba−Y−Cu−○系、B i
 −8r−Ca −Cu−0系等のセラミックス系高温
超電導体、例えばB a 2 Y Cu 30 ?−1
1をグリッド状に形成したものが用いられる。
また、これらの材料から形成された超電導部材の臨界電
流(志 この高温超電導体の材料物性から定まる臨界電
流密度Jcとグリッドの断面積により定まり、常伝導状
態に転移した後の抵抗値はグリッドの断面積 長さ及び
材料物性により定まる。
これらを勘案して、モータの定格電流及び瞬間許容電流
に基づいてグリッドの断面積を決定し、さら隠 常伝導
状態では大きな抵抗値を示す様にグリッドの長さを決定
して第1.第2の超電導部材1.2を設計している。
こうして得られた第1の超電導部材1を電流端子3,3
°間に接続し、第2の超電導部材2に、この第2の超電
導部材を加熱する様に並んで配置した抵抗発熱体4を電
気的に直列に接続し、さら二これら第2の超電導部材2
及び抵抗発熱体4を第1の超電導部材1と並列に電流端
子3,3′ 間に接続することにより、限流器を構成す
る。
この限流器(友 冷却容器5内に入れられて液体窒素に
て冷却さ札 超電導部材として用いた高温超電導体の臨
界温度以下に保たれている。そして、電流端子3,3°
 にモータ(図示略)の電流供給線6,6°が接続され
る。電流供給線6.6  はエポキシ樹脂7,7゛ に
て冷却容器5に密封固定される。
次に、第2図のタイミングチャートに基づいて本実施例
の限流器の作用について説明する。
電流1が第1の臨界電流以下(I≦IC1)の場合に(
友 第1.第2の超電導部材1.2はいずれも超伝導状
態にある。第2の超電導部材2側には抵抗発熱体4が直
列に接続されているため、この第2の超電導部材2側の
回路は所定の抵抗値を示す。従って、電流は抵抗がゼロ
である第1の超電導部材1側の回路を流れる。抵抗がゼ
ロであるから、この場合には何ら限流作用は働かない(
時刻TO〜TI)。
方、電流1が第1の臨界電流より大きくかつ第2の臨界
電流以下(l cl< I≦IC2)の場合に1飄 第
1の超電導部材1はクエンチ現象を起こして大きな抵抗
値を示すため、相対的に抵抗値の小さな第2の超電導部
材2側を電流が流れる。従って、抵抗発熱体4が発熱し
始める(時刻TI)。
抵抗発熱体4の単位時間当りの発熱量は(電流)2×(
抵抗)により決まり、第2の超電導部材2の温度は((
抵抗体の発熱量−超電導部材2の放熱量)/(超電導部
材2の比熱))×(時間)に従って上昇する。しかし、
モータ負荷)二おける突入電流の様に、短時間の内に電
流1が第1の臨界電流lclより小さくなれ11  第
2の超電導部材2に与えられる熱量の累積は小さく、第
2の超電導部材2は臨界温度に達しない(時刻T2)。
従って、この様な場合には限流作用は働かず、わずかに
抵抗発熱体4の抵抗値に相当する分の電圧降下があるの
みに留まる(時刻T1〜T2)。
なお、電流1が再び第1の臨界電流1cl以下となると
(1≦IC1)、第1の超電導部材1が直ちに超伝導状
態に復帰して抵抗ゼロとなるから(時刻T2)、限流作
用は全く働かない(時刻T2〜T3)。
一方、第2の臨界電流lc2より大きな電流即ち瞬間許
容電流を越える過大な電流が流れた場合には(+ > 
l c2)、第1.第2の超電導部材1゜2が共にクエ
ンチ現象を起こして大きな抵抗値を示し、直ちに限流作
用が働く (時刻T4)。
他方、第1の臨界電流1clより大きくかつ第2の臨界
電流1c2以下(l cl< l≦IC2)の電流であ
っても、所定時間以上この電流が流れ続けて抵抗発熱体
4の発熱が続くと(時刻T5〜T6)、第2の超電導部
材2の温度は次第に上昇して臨界温度に至る(時刻T6
)。すると、肩2の超電導部材2が臨界温度によるクエ
ンチ現象を起こして大きな抵抗に転移するため、大きな
電圧降下を弓き起こして限流作用が・働く。
なお、この限流作用が働くまでの時間1上 抵抗発熱体
4と第2の超電導部材との配置間隔を調節したり、抵抗
発熱体の長さや材質選定によって抵抗値を調節すること
により種々の条件に設定することができる。
以上説明した様に本実施例の限流器によれば、定格電流
を越えるが瞬間許容電流以下の電流に対しては、瞬間的
に流れる場合は限流作用が働かず、この範囲の電流が所
定時間以上継続して流れた場合にのみ限流作用が働くよ
うにすることができる。
この結果、モータ等の様に定格電流を越える突入電流を
許容しなければならない機器に対して、突入電流に対し
ては反応しないがモータがロックした場合の様に所定時
間に亘って定格電流を越えるロック電流が流れる場合に
は限流作用が働くようにすることができる。また、瞬間
許容電流を越える過大な電流が流れた場合には直ちに限
流作用が働く。そして、瞬間許容電流を越える過大な電
流に対する限流作用]よ 超電導部材のクエンチ現象と
いう極めて高速にて抵抗値が変化するという現象を利用
しているから、応答性が極めてよい。その土 超電導部
材のクエンチ現象を利用して限流作用が働くから、過電
流条件がなくなれば自動復帰することができる。
この様に、モータ等の運転条件に合致した限流作用を奏
するから、これら機器を、その動作を妨げることなく過
電流から的確に保護することができる。
また、抵抗発熱体4の発熱量の累積により第2の超電導
部材2を臨界温度以上に加熱する構成としたから、この
抵抗発熱体4の抵抗値を調整したり、抵抗発熱体4と第
2の超電導部材2との間隔を調整することにより、定格
電流を越える電流が流れ始めてから第2の超電導部材2
が臨界温度によりクエンチ現象を起こすまでの時間を種
々に設定することができる。従って、モータの許容でき
るロック時間に応じて種々に設計することが可能であり
、ロックタイマを形成することもできる。
さらに、抵抗発熱体4の発熱量の累積により第2の超電
導部材2を臨界温度まで加熱する構成としたこと1山 
この過電流が定格電流を大きく越える場合には限流作用
が早く働くことになるという効果を奏する(第2図点線
)。従って、過電流の程度に応じて的確にこれら機器の
保護を行うことができる。
なお、この限流器はモータ等に限らず、あらゆる種類の
機器に対して過電流防止用の限流器として用いることが
できることは勿論であり、超電導部材としてはあらゆる
種類の超電導体を用いうろことも勿論である。
以上本発明の一実施例について説明したが、本発明はこ
の様な実施例に何ら限定されるものではなく、例えば第
2の超電導部材2の表面にフッ素樹脂等の絶縁皮膜を形
成してこの上からリボン状の抵抗発熱体を巻き付ける様
にして構成するなど本発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
■崖罰ど1果 以上説明した様に本発明の限流器によれ(瓜 第1の臨
界電流と第2の臨界電流との二つの電流条件に対して、
第2の臨界電流に対しては直ちに限流作用が働き、第1
の臨界電流に対しては通電継続時間に応じて限流作用が
働く様にすることができる。また、この第1の臨界電流
に対する限流作用の開始時間1上 第2の超電導部材に
直列に接続し、これを加熱する抵抗発熱体の累積的な発
熱量から決まるため、過電流の程度に応じた限流作用を
奏することができる。
この結果 定格電流を越える突入電流を許容しなければ
ならない機器に対して、これら機器を、その動作を妨げ
ることなく過電流の程度に応じて的確に保護することが
できる。
その土 超電導部材のクエンチ現象という極めて高速に
て発生する現象を利用しているから、第2の臨界電流を
越える場合に1上 高速にて応答するという効果がある
。従って、機器を迅速に保護することができる。
さら1:、超電導部材のクエンチ現象を利用して限流作
用が働く構成としているから、過電流条件がなくなれば
自動復帰することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例の概略構成は 第2図は実施例
の限流器の作用を説明するタイミングチャートである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、臨界電流を越える電流が流されるとあるいは臨界温
    度を越える温度になると超伝導状態から常伝導状態に転
    移する超電導体のクエンチ現象を利用し、電流端子間に
    流れる電流を規制する限流器であって、 所定の第1の臨界電流にてクエンチ現象を起こして常伝
    導の抵抗体に転移する第1の超電導部材を前記電流端子
    間に接続し、 前記第1の臨界電流より大きな第2の臨界電流にてクエ
    ンチ現象を起こして常伝導の抵抗体に転移する第2の超
    電導部材を、該第2の超電導部材を加熱する位置に配設
    された抵抗発熱体と直列に接続し、かつ該第2の超電導
    部材及び該抵抗発熱体を前記第1の超電導部材と並列に
    前記電流端子間に接続してなる限流器。
JP1090000A 1989-04-10 1989-04-10 限流器 Pending JPH02269413A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6337785B1 (en) 1999-01-28 2002-01-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Fault current limiter
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
JP2014179591A (ja) * 2013-02-13 2014-09-25 Furukawa Electric Co Ltd:The 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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