JPH0241619A - 障害電流制限器 - Google Patents
障害電流制限器Info
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- JPH0241619A JPH0241619A JP1143223A JP14322389A JPH0241619A JP H0241619 A JPH0241619 A JP H0241619A JP 1143223 A JP1143223 A JP 1143223A JP 14322389 A JP14322389 A JP 14322389A JP H0241619 A JPH0241619 A JP H0241619A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/30—Devices switchable between superconducting and normal states
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
- H02H9/023—Current limitation using superconducting elements
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
イ、技術分野
電力網の短絡は大きな損害を生ずることがある。
従って、起こりうる短絡電流の振幅と持続時間の両方を
迅速に制限できることが望ましい。現在入手できる検知
手段と遮断器は電流を遮断するまでに数サイクルに相当
する遅延時間がある。線路遮断器を開くとき作動すべき
機械的質量は一般に比較的大きいので、遮断時間を短く
することは困難である。−・般に知られた、短絡電流を
急速に減する方法は、電流制限素子を遮断器と直列に接
続することである。種々のそのような電流制限素子を利
用できる。本発明は、超電導体と電流制限抵抗体を使用
することを基にした障害電流制限器を含む。
迅速に制限できることが望ましい。現在入手できる検知
手段と遮断器は電流を遮断するまでに数サイクルに相当
する遅延時間がある。線路遮断器を開くとき作動すべき
機械的質量は一般に比較的大きいので、遮断時間を短く
することは困難である。−・般に知られた、短絡電流を
急速に減する方法は、電流制限素子を遮断器と直列に接
続することである。種々のそのような電流制限素子を利
用できる。本発明は、超電導体と電流制限抵抗体を使用
することを基にした障害電流制限器を含む。
口、背景技術及び問題点
超電導月利は、その超電導状態を達成又は維持するため
に三つのパラメータに依存する。これらのパラメータの
いずれかが臨界値を超えると、この超電導状態が止み、
この月利はその通常の導電状態を回復する。この三つの
パラメータは、温度、電流密度及び磁束密度である。こ
れらのパラメータは全て所望の電流制限を達成するため
に使われている。電流制限器を作るために臨界パラメー
タのいくつかを組合せて使う方法の例は、ジャーナル
オブ アプライド フィジックス、４９（４，）、１９
７８年４月、ページ２５４．６−２５５０のＫＥグレイ
及びＤフンウラ−の「超電導障害電流制限器」という題
の論文に記述されている。
に三つのパラメータに依存する。これらのパラメータの
いずれかが臨界値を超えると、この超電導状態が止み、
この月利はその通常の導電状態を回復する。この三つの
パラメータは、温度、電流密度及び磁束密度である。こ
れらのパラメータは全て所望の電流制限を達成するため
に使われている。電流制限器を作るために臨界パラメー
タのいくつかを組合せて使う方法の例は、ジャーナル
オブ アプライド フィジックス、４９（４，）、１９
７８年４月、ページ２５４．６−２５５０のＫＥグレイ
及びＤフンウラ−の「超電導障害電流制限器」という題
の論文に記述されている。
この電流制限器は、二つの並列接続抵抗体を含む。
一つの抵抗体は、超電導になり得て、低温槽、即ち低温
タンクの中にある月利から成り、そのタンクの中で超電
導状態を得るために必要な低温が達成でき、一方間時に
この抵抗体は、この電流制限器が動作状態に入る電流が
この臨界密度より十分下の電流密度を与えるように、及
び通常取り巻く磁束密度も臨界密度より下であるように
寸法が決められている。
タンクの中にある月利から成り、そのタンクの中で超電
導状態を得るために必要な低温が達成でき、一方間時に
この抵抗体は、この電流制限器が動作状態に入る電流が
この臨界密度より十分下の電流密度を与えるように、及
び通常取り巻く磁束密度も臨界密度より下であるように
寸法が決められている。
上記の論文に記載された具体例に於いては、抵抗は超電
導状態での実質的にゼロからこの超電導状態が終わると
きの１３にΩの大きさのオーダまで変わる。第２抵抗体
は、その抵抗が超電導抵抗体の超電導でないときの抵抗
よりかなり下、即ち上記の場合的３．６Ωであるように
寸法が決められている。
導状態での実質的にゼロからこの超電導状態が終わると
きの１３にΩの大きさのオーダまで変わる。第２抵抗体
は、その抵抗が超電導抵抗体の超電導でないときの抵抗
よりかなり下、即ち上記の場合的３．６Ωであるように
寸法が決められている。
この電力網の通常の状況の下では、この超電導抵抗体は
超電導状態に保たれ、即ちその抵抗はぜ口であり、それ
で電流はこの抵抗体だけを流れ、この二つの並列接続抵
抗体を通る電圧降下はない。
超電導状態に保たれ、即ちその抵抗はぜ口であり、それ
で電流はこの抵抗体だけを流れ、この二つの並列接続抵
抗体を通る電圧降下はない。
さて、もしこの主電流が短絡その他の理由で、この電流
制限器が動作を開始することを望まれる値に相当する許
容値を超えると、上記の装置の超電導抵抗体は、この抵
抗体の周りの磁束密度を部分的に変える磁界によって変
えられ、それによってこの抵抗の部分的増加を智、その
結果、この抵抗体の温度ト昇を引き起こすことにもなる
。これはすぐ超電導状態を終えることにつながり、電流
の主要部は並列接続の抵抗体を通らな（プればならなく
なる。
制限器が動作を開始することを望まれる値に相当する許
容値を超えると、上記の装置の超電導抵抗体は、この抵
抗体の周りの磁束密度を部分的に変える磁界によって変
えられ、それによってこの抵抗の部分的増加を智、その
結果、この抵抗体の温度ト昇を引き起こすことにもなる
。これはすぐ超電導状態を終えることにつながり、電流
の主要部は並列接続の抵抗体を通らな（プればならなく
なる。
超電導月利を超電導から非超電導にするために臨界電流
を使うことだけは、［電気エネルギー供給線路に於（〕
る過電流を制限するための配置」という題の西独国特許
公開明細書２７１２９９０に記述されている。この特許
明細書は、超電導になり得る材料の導体から成る“超電
導ケーブル″の形をした電流制限器で、それらの導体（
″支持体／搬送金属″）は、この並列接続超電導導体が
ちう超電導でないときこの超電導ケーブルが電流制限素
子を構成するような寸法になっている電流制限器を記述
している。この超電導導体は面積縮少を伴うある領域が
作られ、それによってこのケープルを通る電流がこの電
流制限器の動作を開始すべき電流を超えるとき、臨界電
流密度を超える。
を使うことだけは、［電気エネルギー供給線路に於（〕
る過電流を制限するための配置」という題の西独国特許
公開明細書２７１２９９０に記述されている。この特許
明細書は、超電導になり得る材料の導体から成る“超電
導ケーブル″の形をした電流制限器で、それらの導体（
″支持体／搬送金属″）は、この並列接続超電導導体が
ちう超電導でないときこの超電導ケーブルが電流制限素
子を構成するような寸法になっている電流制限器を記述
している。この超電導導体は面積縮少を伴うある領域が
作られ、それによってこのケープルを通る電流がこの電
流制限器の動作を開始すべき電流を超えるとき、臨界電
流密度を超える。
超電導体の二つの異なる状態を基にしたこの電流制限器
が何か意味のある程に使われていないという事実は、多
くの理由による。数年前まで、臨界温度は非常に低い値
にあり、それが通常冷却剤としてヘリウムを使う、高価
で操縦困難な冷却装置を課づる。一つには、この低使用
は、含まれる装置、例えばジャーナル オブ アプライ
ド フィジックスに記載された装置の複雑さにもよる。
が何か意味のある程に使われていないという事実は、多
くの理由による。数年前まで、臨界温度は非常に低い値
にあり、それが通常冷却剤としてヘリウムを使う、高価
で操縦困難な冷却装置を課づる。一つには、この低使用
は、含まれる装置、例えばジャーナル オブ アプライ
ド フィジックスに記載された装置の複雑さにもよる。
上記の超電導ケーブルに関連し、且つ黙殺されている一
つの問題は、このケーブルが超電導から通常の導電状態
に変わるときにこのケーブルに生ずる熱に起きるもので
ある。
つの問題は、このケーブルが超電導から通常の導電状態
に変わるときにこのケーブルに生ずる熱に起きるもので
ある。
かなり高い温度で超電導になり、且つ、例えば、冷却剤
として液体窒素の使用を可能にする新しい材料の発見は
、勿論、既存の技術的解決に好ましい効果も有づる。
として液体窒素の使用を可能にする新しい材料の発見は
、勿論、既存の技術的解決に好ましい効果も有づる。
ハ１発明の開示
先に知られている材料よりかなり高い温度で超電導にな
り術る新しい月利及び材料の組合Ｕ１例えばセラミック
材料の発見は、この物理現象の実際的応用に興味を増す
ことに貢献している。これは、例えば電力網の線路シス
テムに於いて短絡し１〔とき電流の望ましくない増加を
制限Ｊるため、超電導から非超電導状態への転換を利用
する電流制限器についても真である。しかし、本発明の
出願は、前より高い臨界温度の材お１の最近の発見とは
特に少しも関係がない。しかし、本発明は、以下から明
らかなように、超電導材料の加工性にある要求を課する
。
り術る新しい月利及び材料の組合Ｕ１例えばセラミック
材料の発見は、この物理現象の実際的応用に興味を増す
ことに貢献している。これは、例えば電力網の線路シス
テムに於いて短絡し１〔とき電流の望ましくない増加を
制限Ｊるため、超電導から非超電導状態への転換を利用
する電流制限器についても真である。しかし、本発明の
出願は、前より高い臨界温度の材お１の最近の発見とは
特に少しも関係がない。しかし、本発明は、以下から明
らかなように、超電導材料の加工性にある要求を課する
。
本質的に、本発明はジャーナル オブ アプライド フ
ィジックスに開示された上記の障害電流制限器の変形で
ある。それで、本発明による障害電流制限器は、二つの
並列接続抵抗体を含み、最初のものは超電導になりつる
材料から成る。それで、超電導状態で、第２抵抗体は短
絡され、この抵抗体の組合せを通る電圧降下はない。こ
の第２抵抗体は、超電￥４低抗体がもう超電導状態でな
いときのこの抵抗Ｊ：りかなり低い抵抗を有する。しか
し、それは、問題の回路の電流が大きすぎるはと成長し
ないような大きさの抵抗をもつべきである。しかし、こ
こで先行技術と本発明による電流制限器の間の類似性は
終わる。
ィジックスに開示された上記の障害電流制限器の変形で
ある。それで、本発明による障害電流制限器は、二つの
並列接続抵抗体を含み、最初のものは超電導になりつる
材料から成る。それで、超電導状態で、第２抵抗体は短
絡され、この抵抗体の組合せを通る電圧降下はない。こ
の第２抵抗体は、超電￥４低抗体がもう超電導状態でな
いときのこの抵抗Ｊ：りかなり低い抵抗を有する。しか
し、それは、問題の回路の電流が大きすぎるはと成長し
ないような大きさの抵抗をもつべきである。しかし、こ
こで先行技術と本発明による電流制限器の間の類似性は
終わる。
本発明による障害電流制限器は二つの抵抗体層を含む。
第１層は超電導になりうる材料から成る。
第２層は、蒸着、プラズマ溶射等によってこの第１層に
何【プられた、通常導電材料の層から成る。
何【プられた、通常導電材料の層から成る。
この第２層は、その抵抗が超電導層の超電導状態にない
ときの抵抗よりかなり下であるように寸法が決められて
いる。しかし、この第２層は、第１層がもう超電導でな
いとぎに、抵抗が過電流を許容値に制限するような寸法
にされているべきである。
ときの抵抗よりかなり下であるように寸法が決められて
いる。しかし、この第２層は、第１層がもう超電導でな
いとぎに、抵抗が過電流を許容値に制限するような寸法
にされているべきである。
この障害電流制限器の接続は、第２抵抗体層に取付けら
れた接続装置によって行われる。
れた接続装置によって行われる。
この抵抗体の組合せは薄く且つもろいだろうから、これ
ら二つの層に対する機械的ベースが必要である。このベ
ースは絶縁材料から成り、その上に超電導材料をつけて
もよい。これは、絶縁体上に超電導層を均一に分布し、
この層を十分に薄くなるようにもする、例えば、スパッ
タリング又はその他の手法によってなすことができる。
ら二つの層に対する機械的ベースが必要である。このベ
ースは絶縁材料から成り、その上に超電導材料をつけて
もよい。これは、絶縁体上に超電導層を均一に分布し、
この層を十分に薄くなるようにもする、例えば、スパッ
タリング又はその他の手法によってなすことができる。
本発明によるＮ流制限装置では、二つの抵抗層、絶縁体
、及び接続部品は低温槽の中に置かねばならない。
、及び接続部品は低温槽の中に置かねばならない。
本発明により超電導から非超電導状態への転換を達成す
るために使う臨界パラメータは、臨界電流密度である。
るために使う臨界パラメータは、臨界電流密度である。
この超電導制利が薄層として形成されていることにより
、所望の最大電流に対して臨界電流密度を達成するＪ：
うにこの層の断面積の寸法を決めるのに問題はない。
、所望の最大電流に対して臨界電流密度を達成するＪ：
うにこの層の断面積の寸法を決めるのに問題はない。
本発明による電流制限器は又、抵抗月利ど交互の超電導
材料の数層を備えた電流制限素子で構成してもよい。
材料の数層を備えた電流制限素子で構成してもよい。
本発明による障害電流制限器は又、次第に臨界電流が増
加する直列接続素子で作ることもできる。
加する直列接続素子で作ることもできる。
このようにして、超電導と通常の電導状態の間の滑かな
転換、即ち実際には電流依存電流制限器を達成できる。
転換、即ち実際には電流依存電流制限器を達成できる。
本発明による障害電流制限器の注目すべき利点は、超電
導材料のありうる局部欠陥による問題がなくなることで
ある。電流制限器は一つの別々の且つ異なる抵抗体から
成るので、超電導体は、局部欠陥の場合に得られる温度
上昇のために破壊されうる。本発明による電流制限器で
、何か局部欠陥のある場合、電流は第２抵抗層の中を伝
えられ得よう。
導材料のありうる局部欠陥による問題がなくなることで
ある。電流制限器は一つの別々の且つ異なる抵抗体から
成るので、超電導体は、局部欠陥の場合に得られる温度
上昇のために破壊されうる。本発明による電流制限器で
、何か局部欠陥のある場合、電流は第２抵抗層の中を伝
えられ得よう。
〃
電捧網が短絡すると、この電流制限器は線路遮断器が開
くまでこの電流を制限するだろう。この期間中、電流制
限器は、この電流の振幅と持続時間により第２抵抗体の
抵抗に生じたエネルギーを吸収するだろう。このエネル
ギーは、温度上昇を生じ、それは追加の冷却剤を供給す
ることによって取り除かれなければならない。
くまでこの電流を制限するだろう。この期間中、電流制
限器は、この電流の振幅と持続時間により第２抵抗体の
抵抗に生じたエネルギーを吸収するだろう。このエネル
ギーは、温度上昇を生じ、それは追加の冷却剤を供給す
ることによって取り除かれなければならない。
二、実施例
臨界電流で転換させるためにこの第１超電導材料の断面
積に関して、この障害電流制限器に含まれる部品に与え
る寸法、この第２抵抗層のための材料及びこの層の断面
積の選択、これらの抵抗体の必要な長さ、温度上昇、生
ずる電力、冷却剤の必要性等は、勿論、製造時に利用で
きる材料の性質、生ずる電流に依る。従って、ここでは
述べない。前記から明らかなように、本発明は、この障
害電流制限器の設計を含む。好ましい実施例を第１図に
示す。矩形断面の棒の形をした支持絶縁体１上に、スパ
ッタリング等によってその片側に超電導材料の薄層２が
つりられでいる。適当な抵抗材料から成る分路抵抗３は
、蒸着、プラズマ溶訃１、又はその弛の方法によって、
この超電導材料の上につけられている。このもう一つの
抵抗層は、接続手段４及び５を備えている。
積に関して、この障害電流制限器に含まれる部品に与え
る寸法、この第２抵抗層のための材料及びこの層の断面
積の選択、これらの抵抗体の必要な長さ、温度上昇、生
ずる電力、冷却剤の必要性等は、勿論、製造時に利用で
きる材料の性質、生ずる電流に依る。従って、ここでは
述べない。前記から明らかなように、本発明は、この障
害電流制限器の設計を含む。好ましい実施例を第１図に
示す。矩形断面の棒の形をした支持絶縁体１上に、スパ
ッタリング等によってその片側に超電導材料の薄層２が
つりられでいる。適当な抵抗材料から成る分路抵抗３は
、蒸着、プラズマ溶訃１、又はその弛の方法によって、
この超電導材料の上につけられている。このもう一つの
抵抗層は、接続手段４及び５を備えている。
代替実施例は、この棒の二つの対向する側に超電導層を
つ（プることを含み、それらの外側に第２抵抗材利の層
がつりられている。
つ（プることを含み、それらの外側に第２抵抗材利の層
がつりられている。
第２図による代案では、支持絶縁体１が円筒形棒又は管
から成り、その上に二つの抵抗層がつりられている。
から成り、その上に二つの抵抗層がつりられている。
る。
第３図は、超電導材料と抵抗材料の交互層が互いの上に
つけられている状態を模式的に示す。
つけられている状態を模式的に示す。
第４図は、円筒形支持絶縁体１を基礎に、この交互層を
使う手法を実施する方法を示す。これらの異なる層の寸
法を決めるとき、各粗層に対し半径が増加するという事
実に特別の注意を払わなければならない。
使う手法を実施する方法を示す。これらの異なる層の寸
法を決めるとき、各粗層に対し半径が増加するという事
実に特別の注意を払わなければならない。
上記のように、この電流制限器は、臨界電流密度が上昇
する電流制限素子の直列接続として設計することができ
、それによって電流依存型の電流制限器特性を得ること
ができる。
する電流制限素子の直列接続として設計することができ
、それによって電流依存型の電流制限器特性を得ること
ができる。
第１図は、本発明による障害電流制限器の好ましい実施
例を示す。 第２図は、本発明の代替実施例を示す。 第３図は、本発明による電流制限器を、超電導材料と抵
抗材料の交互につ【プたそれぞれ数層で作る方法を示す
。 第４図は、交互につけた層の追加の変形を示す。 １・・・絶縁体 ２・・・第１抵抗体 ３・・・第２抵抗体 ４．５・・・電流接続手段。
例を示す。 第２図は、本発明の代替実施例を示す。 第３図は、本発明による電流制限器を、超電導材料と抵
抗材料の交互につ【プたそれぞれ数層で作る方法を示す
。 第４図は、交互につけた層の追加の変形を示す。 １・・・絶縁体 ２・・・第１抵抗体 ３・・・第２抵抗体 ４．５・・・電流接続手段。
Claims (7)
- （１）超電導になりうる材料から成る第１抵抗体（２）
、通常は導電性の材料から成る第２抵抗体（３）、これ
らの抵抗体を機械的に支持するための絶縁体（１）、及
び低温タンクを含む障害電流制限器であつて、この第１
抵抗体が絶縁体上に付けられた薄層として配置され且つ
それは、この電流制限器が動作を開始する電流限界が、
この材料の臨界電流密度の達成される電流密度に対応す
るような寸法であること、及びこの第２抵抗体が第１抵
抗体上に付けられた層として配置され、この第２抵抗体
はその抵抗が起こりうる過電流を許容できる値まで減ず
るような寸法であり、この第２抵抗体が電流接続手段（
４、５）を備えること、及びこの絶縁体と抵抗体がこの
低温タンクの中に入れられていることを特徴とする電流
制限器。 - （２）特許請求の範囲第１項記載の障害電流制限器に於
いて、絶縁体（１）が矩形断面の棒として配置され、第
１抵抗体（２）が該棒の片側に付けられ、且つ第２抵抗
体（３）が該第１抵抗体の上向に付けられていることを
特徴とする電流制限器。 - （３）特許請求の範囲第１項記載の障害電流制限器に於
いて、絶縁体（１）が矩形断面の棒として配置され、第
１抵抗体（２）がこの棒の両側に付けられ、且つ第２抵
抗体（３）がこれらの第１抵抗体の上面に付けられてい
ることを特徴とする電流制限器。 - （４）特許請求の範囲第１項記載の障害電流制限器に於
いて、絶縁体（１）が円筒形棒として配置され、第１抵
抗体（２）が該棒の包絡面に付けられ、且つ第２抵抗体
（３）が該第１抵抗体の上面につけられていることを特
徴とする電流制限器。 - （５）特許請求の範囲第１項記載の障害電流制限器に於
いて、絶縁体（１）が管として配置され、第１抵抗体（
２）が該管の包絡面に付けられ、且つ第２抵抗体（３）
が該第１抵抗体の上面に付けられていることを特徴とす
る電流制限器。 - （６）特許請求の範囲第１項記載の障害電流制限器に於
いて、数層の第１抵抗体（２）及び第２抵抗体（３）が
交互に重ねて付けられていることを特徴とする電流制限
器。 - （７）直列に接続した複数の、特許請求の範囲第１項記
載の電流制限器を含む障害電流制限器に於いて、全ての
直列接続電流制限器の第１抵抗体（２）が異なる断面積
を有することを特徴とする電流制限器。
Applications Claiming Priority (2)
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