JPH03226228A - 限流抵抗装置 - 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】 Ｃ発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、たとえば電力系統の短絡事故時に生じる短絡
電流の抑制を行う、酸化物超電導体を用いた限流抵抗装
置に関する。

（従来の技術） 電力系統において、短絡事故が発生した場合には短絡電
流が流れ、この短絡電流に゛よって電力系統に附随した
機器などに機械的および熱的な障害が発生する。このよ
うな事故時の短絡電流を抑制して附随機器を保護したり
、遮断器の所要遮断容量を軽減するために、一般に電力
系統ラインには、その所要の位置に限流抵抗装置が設置
されている。

このような限流抵抗装置として、近年、超電導体を限流
部として用いたものが開発され、実用化に向けて各所で
研究が進められている。すなわち定格運転時には、超電
導体からなる限流部を超電導状態として抵抗零で電流を
流し、−旦短絡事故が発生して短絡電流（過電流）が流
れ、超電導体の臨界電流を超えた場合に、瞬時にクエン
チさせて高抵抗の常電導抵抗体に転移させ、短絡電流を
抑制するものである。

また、上記限流抵抗装置に用いる超電導体としては、酸
化物超電導体が液体窒素による冷却で超電導状態を得ら
れ、冷却コストの低減や信頼性の向上か図れることから
注目されている。

（発明か解決しようとする課題） 限流抵抗装置における限流部は、その機能上、電流の流
れる流路の断面積はできるたけ小さくし、かつその長さ
は充分に長くすることが必要である。

ところで、酸化物超電導体は結晶性の酸化物であって、
通常のセラミックス部材と同様に長尺化することか困難
であることから、単に焼結体を作製したのでは、上記条
件を満足させることは非常に困難である。そこで、酸化
物超電導体粉末と有機系結合剤とを混合し、ドクターブ
レード法などによってグリーンシートを作製し、このグ
リーンシートの段階で加工を施して、たとえば第４図に
示すようなつづら折れ形状（ミアンダ構造）の限流部１
を形成することが考えられている。

酸化物超電導体を用いた限流部として、グリンシートの
段階でつづら折れ形状に加工したものを用いることによ
って、比較的容易に電流路の断面積を小さくし、かつそ
の長さを長くすることが可能であるが、その半面、上記
条件を満足させるためにはつづら折れ形状の折り返し回
数を増加させる必要かあり、それによって製造上゛程に
おける歩留りの低下が想定される。

すなわち、酸化物超電導体のグリーンシートに上述した
条件を満足するような微細な模様加工を施そうとすると
、角部にひび割れなどの欠陥が発生しやすく、特に所定
の厚さを得るために複数枚のグリーンシートを積層して
用いる場合、角部への欠陥か生じやすくなってしまう。

また、微細なつづら折れ形状のグリーンシートを焼成す
る際に、角部に応力集中が起り、同様に角部にひび割れ
などの欠陥が発生しやすい。

本発明は、酸化物超電導体を用いた限流部として、グリ
ーンシートを利用して単位面積当りの有効電流経路長を
長く設定しようとした際に、加工時や焼結時にひび割れ
などの欠陥が生じやすいという課題に対処するためにな
されたもので、形状からくる歩留りの低下を抑制するこ
とを可能にし、７に流路の断面積を小さく設定し、かつ
有効電流経路長を長く設定した限流部を有する限流抵抗
装置を提供することを目的としている。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） すなわち本発明の限流抵抗装置は、常電導状態で限流機
能を示す酸化物超電導体からなる限流部と、前記酸化物
超電導体をその臨界温度以下の温度に冷却可能な冷却機
構とを具備する限流抵抗装置において、前記限流部は連
続的な曲線によって構成された渦巻形状を有しているこ
とを特徴とするものである。

また、上記限流部は酸化物超電導体を含有する渦巻形状
のグリーンシートを焼結してなることを特徴とするもの
である。

（作　用） 酸化物超電導体からなる限流部の形状を、連続的な曲線
によって構成された渦巻形状とすることによって、たと
えばドクターブレード法や熱ロル加工法などによって得
た酸化物超電導体を含有するクリーンシートに加工を施
す際に、加工か容易になるとともに、焼結時における応
力集中も塑相され、ひび割れなどの欠陥の発生が抑制さ
れる。また、昌巻形状は単位面積当たり゛の電流経路長
を長く設定することが容易である。これらのことから、
短絡電流抑制効果を充分に満足しつつ、小型化された限
流部を再現性よく得ることが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の限流抵抗装置の実施例について図面を参
照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例の限流抵抗装置を電力系統
ラインに設置した状態を模式的に示す図である。

同図において、１１は電力系統ラインの主電路１４とな
る導体の抵抗率より常電導状態における抵抗率か充分に
大きい酸化物超電導体からなる限流部であり、この限流
部１１は酸化物超電導体が超電導状態を保持し得る冷却
機構１２内に配置されており、これらによって限流抵抗
装置１３が構成されている。

上記限流部１１は、第２図に示すように、連続的な曲線
によって構成され、一方向に巻回された渦巻形状を有し
ており、酸化物超電導体を含有するグリーンシートに所
定の渦巻形状となるように加工を施し、それを焼結させ
ることによって形成されたものである。

ここで、限流部１１となる酸化物超電導体としては、常
電導状態において限流機能を満足し得る程度の高抵抗を
示すものであれば、特に限定されるものではなく、たと
えば希土類元素含有のペロブスカイト型構造を有する酸
化物超電導体や、Ｂｉ系、Ｔｌ系、ｐｂ系などの各種の
酸化物超電導体を使用することが可能である。

上記希土類元素含有のペロブスカイト型構造を有する酸
化物超電導体としては、超電導状態を実現できるもので
あればよ＜、ＲＥＭＣｕＯ系２３７−６ （ＲＥは　Ｙ、　Ｌａ、　Ｓｃ、　Ｎｄ、　Ｓｍ、　Ｅ
ｕ、　Ｇｄ、　Ｄｙ、　ｌｌｏ、　Ｅｒ、ガ、Ｙｌ）％
　Ｌｕなとの希土類元素から選ばれた少なくとも　１種
の元素を、ＭはＢａ、　Ｓｒ、　Ｃａから選ばれた少な
くとも　１種の元素を、δは酸素欠陥を表し通常１以下
の数、Ｃｕの一部はＴｉＸＶ　、　ＣｒＳＭｎ５ｒｅ。

Ｃｏ、　Ｎｉ、　Ｚｎなどで置換可能。）の酸化物なと
か例示される。

また、Ｂｉ系の酸化物超電導体としては、化学式：　Ｂ
ｉ２　Ｓｒ２　Ｃａ２　Ｃｕ３０ｘ　　　　　−−（１
）：　Ｂｉ２　（Ｓｒ、Ｃａ）　３　Ｃｕ２０ｘ　　　
　−＝−（ＩＩ　）などで表されるものが例示され、ま
たＴｌ系の酸化物超電導体としては、 化学式：　ＴＩ２　Ｂａ２　Ｃａ２　Ｃｕ３０Ｘ　　　
　　−（ＩＩＩ）：　Ｔ１２　（Ｂａ、Ｃａ）　３　Ｃ
ｕ２０ｘ　　　　−（ＩＶ）などで表されるものが例示
される。これら酸化物超電導体は、常電導状態において
通常のセラミックス部材と同様に非常に大きな電気抵抗
を示すため、短絡電流抑制効果が非常に大きい。

これらの酸化物超電導体を用いた限流部１１は、たとえ
ば次のようにして作製される。

ます、酸化物超電導体粉末を含有する板状のグリーンシ
ートを、ドクターブレード法や熱ロール加工法なとを利
用して作製する。

上記グリーンシートの作製にドクターブレード法を適用
する場合には、まず酸化物超電導体粉末と結合剤と溶剤
とを公知の混合手段により充分に混合し、スラリー状組
成物を作製する。次いで、このスラリー状組成物を基材
上に流延塗布し、ドクターブレードによりその表面を整
面するとともに所望の厚さに調整して酸化物超電導体膜
を形成した後、乾燥することにより溶剤を揮発させ、次
いで基材から剥離することによってグリーンシートを作
製する。このグリーンシートはそのまま、もしくは所要
の厚さとなるように複数枚積層し加熱・圧着して用いら
れる。

また、熱ロール加工法を適用する場合には、酸化物超電
導体粉末と結合剤とを公知の混合手段により充分に混合
し粘性物を作製する。次いで、この粘性物を所定の間隔
を有する一対の熱ロール間を通過させて所望の厚さのグ
リーンシートを形成する。

なお、このようなグリーンシートは押出し成形など、他
の成形方法によっても得ることか可能である。

そして、このようにして得たグリーンシートに加工を施
し、たとえば第２図に示したような渦巻形状の限流部形
状とする。この限流部１１の形状としては、電流経路を
連続的な曲線によって構成した渦巻形状、あるいは角部
を曲線によって構成した多角形状の渦巻形状を有してい
ればよく、たとえば第３図に示すように、一端部で接続
された２系統の電流路を隣接させて渦巻状に巻回し、無
誘導巻き状態となるような渦巻形状を採用することも可
能である。

これら渦巻状形成のための加工方法としては、切断加工
、プレス加工、溝切り加工なと、種々の加工方法を適用
することか可能である。

この後、所望の渦巻状に加工したグリーンシートを脱脂
処理した後、熱処理して焼結させて限流部１１とする。

この熱処理は、使用した酸化物超電導体に応じて適宜温
度条件を設定して行い、また充分に酸素を供給すること
が可能な雰囲気中で行うことか望ましい場合がある。こ
れは、酸化物超電導体によっては酸素空席δに酸素が充
分に導入され、このδの値か減少して臨界温度のような
超電導特性が向上し、より高いｌ３度での使用か可能と
なるためである。

また、冷却機構１２としては、酸化物超電導体を臨界温
度以下に冷却することか可能な冷媒（液体窒素なと）が
内部に収容された冷媒容器と、この冷媒容器内の冷媒の
蒸発を防止するための輻射シールドと、これら冷媒容器
および輻射シールドを収納するため・の真空容器などと
から構成されたものである。

そして、上記限流抵抗装置１３は、渦巻状を有する限流
部１１の両端を短絡抑制を行う電力系統ライン、たとえ
ば送電ラインの主電路１４中の所要の位置に配置される
ように接続するとともに、限流部１１とその両端の電路
１４の少なくとも一部が酸化物超電導体の抵抗率が零と
なる転移温度以下の温度に保持されて使用される。

なお、酸化物超電導体の臨界電流値は、酸化物超電導体
自身の設計の見地から必要最低限度の値に設計しておく
ものとする。この値は通常、通常定格電流ピーク値の１
．５倍以上に設定しておけば充分である。

このように構成された限流抵抗装置１３の動作は、以下
に示す通りである。

第１図において、定格運転時の電流値ＩＮ、ＩＮ＝Ｖ／
ｒ で示される。そして、限流抵抗装置１３の下流側に短絡
事故が発生し、限流抵抗装置１３の酸化物超電導体から
なる限流部１１にその臨界電流以上の過電流（短絡電流
）が流れ込むと限流部１１は瞬時にして常電導体に転移
し、常電導抵抗体となる。そして、この限流部１１は常
電導状態における抵抗率が充分に大きい酸化物超電導体
からなるものであるから、この酸化物超電導体の常電導
状態における抵抗値をＲＮとすれば、短絡事故時に流れ
る短絡電流Ｉ８は、 Ｉ　ｓ　””　Ｖ　／　ＲＮ で示され、極めて大きな短絡電流抑制効果が得られ、容
易にＩ８〈ＩＮとすることか可能となる。

次に、上記構成の限流抵抗装置１３の具体的な製造例に
ついて説明する。

まず、以下に示す手順によって酸化物超電導体からなる
限流部１１を作製した。

ＹＢａ　　Ｃｕ　　Ｏ−で示される　Ｙ系酸化物超電導
２　３　７−。

体粉末に結合剤と溶剤とを加え、充分に混合してスラリ
ー状組成物を作製した。

このようにして得たスラリー状組成物を、長尺なポリエ
ステルフィルム基村上にドクターブレードにより整面し
つつ流延塗布し、約７０〜９０℃で乾燥させたてシート
状成形体を作製した。次いで、このシート状成形体を切
断し、それを１３枚積層しま た後、５０℃、３．５ｋｇ／ａＩ１１３分の条件で加熱
・圧着して厚さ　ｉｎ＋ｍの一体化されたグリーンシー
トを作製した。次いで、このグリーンシートに溝切り加
工を施し、第２図に示したような幅２ｍｎ＋　（間隔１
．０ｍｎ＋）　、全体形状直径的３０ｍｍの渦巻状とし
た。

この後、上記渦巻形状としたグリーンシートに脱脂処理
を施した後、酸素気流中において９６０℃、約４時間の
条件で焼成し、炉冷して目的とするＹ系酸化物超電導体
からなる限流部１１を得た。

また、本発明との比較のために、第４図に示したつづら
折れ形状の限流部１（幅ＩＩＩＩＩＩ＋、厚さ　１．２
ｍｍ、全体形状３０ｍｍＸ　ａＯｍｎ＋）を上記実施例
と同様にして作製した。

これら実施例および比較例の限流部をそれぞれ１００個
づつ作製したところ、実施例による限流部１１は不良発
生率が２％と極伜かであったのに対し、比較例の限流部
１では角部のひび割れなどによって１０％という多数の
不良が発生した。

また、上述した実施例による限流部１１を用いた限流抵
抗装置１３を、実際に電力系統ラインの主電路１４中に
接続し、試験的に主電路１４を短絡させたところ、短時
間で充分に大きい短絡電流抑制効果を示すことを確認し
た。

このように、この実施例の限流抵抗装置１３によれば、
電力系統ラインの短絡事故時に流れる短絡電流を極めて
効果的に抑制することが可能となり、定格運転時には酸
化物超電導体からなる限流部１１の抵抗率が零となる転
移温度以下の温度に保持されているので電圧降下もない
。

また、限流部１１の形成においては、弾性に富む板状成
形体の時点で加工を施し、かつその形状を渦巻状として
いることから、微細な模様加工を確実に行うことが可能
となるとともに、焼結工程での応力集中による欠陥の発
生も防止できることから、高歩留りで酸化物超電導体か
らなる限流部］１を得ることが可能となる。

そして、限流部１１の形状を渦巻状とすることにより、
単位面積当たりの有効電流経路長を容易にかつ充分に長
く設定することが可能となり、小型のものでも充分に短
絡電流抑制効果が得られる。

また、限流部１１の製造工程におけるひび割れなどの欠
陥発生を抑制することか可能であることは、より限流部
１１の断面積を小さく設定することか可能であることを
意味し、よって短絡電流抑制効果の向上が図れる。

また、上記実施例において、限流部１１の形状を第３図
に示したように、無誘導巻き状態となるような渦巻形状
とすることによって、隣接する電流経路に流れる電流の
向きを逆方向とすることができるため、互いに発生磁場
を打消し合い、全体として磁場をほぼ零とすることが可
能となる。このような限流部１１によれば、設計が容易
となるとともに、交流用として用いても酸化物超電導体
内に交流損失（磁場変動に基づく導線中のジュル発熱）
か生じないために冷媒の消費が少ないという経済的な利
点も得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、単位面積当たりの
有効電流経路長を充分に長く設定した酸化物超電導体か
らなる限流部を確実に得ることか可能となり、よって短
絡電流抑制効果を充分に有しつつ、小形化された限流抵
抗装置を再現性よく提供することか可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の限流抵抗装置を電力系統ラ
インに配置した状態を模式的に示した図、第２図および
第３図はその限流抵抗装置における酸化物超電導体から
なる限流部の形状例を示す図、第４図は従来の限流部形
状を示す図である。 １１・・・・・酸化物超電導体からなる限流部、１・・
・・・冷却装置、１３・・・・・限流抵抗装置、１４・
・電力系統ラインの主電路。 つ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）常電導状態で限流機能を示す酸化物超電導体から
   なる限流部と、前記酸化物超電導体をその臨界温度以下
   の温度に冷却可能な冷却機構とを具備する限流抵抗装置
   において、 前記限流部は、連続的な曲線によって構成された渦巻形
   状を有していることを特徴とする限流抵抗装置。
2. （２）請求項１記載の限流抵抗装置において、前記限流
   部は、前記酸化物超電導体を含有する渦巻形状のグリー
   ンシートを焼結してなることを特徴とする限流抵抗装置
   。