JPH0722659A

JPH0722659A - 超電導限流器

Info

Publication number: JPH0722659A
Application number: JP5149589A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yoshida; 慎司吉田; Shuichiro Motoyama; 修一郎本山
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1993-06-21
Publication date: 1995-01-24

Abstract

(57)【要約】【目的】冷却設備の小型化及びその構成の簡略化を図
るとともに、冷却効率を向上させ、しかも鉄心を設けた
場合でも鉄心の見かけ上の比透磁率が小さくなることを
なくす。【構成】容器２を内筒３とその内筒３の周囲に所定間
隔をおいて配置した外筒４とによりほぼ二重円筒状に形
成し、両筒３，４間には収容空間６を形成する。この収
容空間６内には液体窒素を収容するとともに、超電導磁
気遮蔽体よりなる円筒体１を収容配置して、同円筒体１
を液体窒素に浸漬する。コイル８を容器２の外周に巻回
状態で配置する。軟鉄製の鉄心９を容器２の内筒３に挿
通する。つまり、円筒体１のみを容器２の収容空間６内
に配置して、同空間６内の液体窒素に浸漬し、コイル８
及び鉄心９は液体窒素に浸漬しないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導磁気遮蔽体の磁
気遮蔽効果を利用した超電導限流器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、送電系統に短絡時の事故電流
を限流するための限流器を配置することが提案されてい
る。限流器は過電流が流れた場合に抵抗となってその過
電流を抑制し、遮断器及び変圧器にかかる負荷を軽減す
る働きをする。限流器の構成としては種々のものがある
が、近年、限流器としていわゆる超電導磁気遮蔽体を用
いて限流する超電導限流器が提案されている。これは、
超電導磁気遮蔽体の磁気遮蔽効果と磁束スイッチング効
果とを利用したものである。

【０００３】この超電導限流器の基本構造は、円筒状を
なす超電導磁気遮蔽体に導線をコイル状に巻回したもの
である。通常、コイルは通電されると自己インダクタン
スによりインピーダンスを生ずるが、超電導限流器では
超電導磁気遮蔽体が超電導状態にある場合には、磁気遮
蔽効果により磁束が遮蔽されるため、理論上自己インダ
クタンスが消失してしまう。即ち、インピーダンスが極
めて小さくなるため、通常の送電損失が少なくなる。

【０００４】ところが、一旦、短絡や落雷等により過電
流が発生して、コイルにより一定値以上の磁束が生ずる
と、超電導磁気遮蔽体の臨界磁場を越えるため、超電導
磁気遮蔽体が超電導状態から常電導状態へとクエンチ
（転移）し、同遮蔽体の磁気遮蔽効果が消滅する。する
と、通常のコイルと同様に、磁束が超電導磁気遮蔽体に
鎖交するため（磁束スイッチング効果）、コイルに自己
インダクタンスが発生し、電流を限流することができ
る。

【０００５】尚、通常、超電導磁気遮蔽体の内部には鉄
心が配置されている。そして、この鉄心を設けることに
より、短絡事故発生時におけるコイルの自己インダクタ
ンスをより大きくすることができ、限流器としての限流
能力をより向上させることができる。

【０００６】ところで、超電導磁気遮蔽体を超電導状態
にするためには、超電導磁気遮蔽体を極低温にする必要
がある。そのため、従来では、液体窒素等の冷却液を満
たした所定の容器を設け、超電導限流器全体をその容器
内の冷却液に浸漬することにより、超電導磁気遮蔽体の
冷却を行うようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来で
は、超電導磁気遮蔽体を冷却するために超電導限流器全
体を冷却液に浸漬しているので、冷却設備が必要以上に
大型化してしまうという問題がある。又、コイルは通電
に伴って自身の抵抗により発熱する。しかも、鉄心を設
けた場合には、クエンチ後に鉄心に作用する磁界により
鉄心内に渦電流が流れる等の、鉄損（エネルギー損失）
が生じ、その結果鉄心が発熱する。そのため、これらコ
イル及び鉄心の発熱により冷却液が加熱されて、冷却液
による超電導磁気遮蔽体の冷却効率が低下してしまう。
従って、超電導磁気遮蔽体を確実に冷却するためには、
冷却設備の冷却能力を向上させる必要があり、設備コス
トが上昇するという問題がある。

【０００８】又、冷却液は所定の容器内に収容されてい
るが、前記発熱により冷却液が沸騰して蒸発すると、体
積の異常増加が起き、容器内の圧力が急上昇する。その
ため、容器には所定の放圧機構を設ける必要があり、冷
却設備として構造が複雑になるとともに、設備コストの
上昇を招く。

【０００９】加えて、鉄心は冷却されることにより自身
の抵抗が小さくなる。すると、前記クエンチ後に鉄心内
を流れる渦電流は大きくなるが、この大きな渦電流が鉄
心内に生じる磁束を打ち消す作用をする。従って、鉄心
の見かけ上の比透磁率が小さくなって、実際には鉄心を
設けても、クエンチ後のコイルの自己インダクタンスが
それほど大きくならず、充分な限流効果を得ることがで
きないという問題があった。

【００１０】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたものであって、その目的は、冷却設備の小型化及び
その構成の簡略化を図ることができるとともに、冷却効
率を向上させることができ、しかも鉄心を設けた場合で
も鉄心の見かけ上の比透磁率が小さくなることがない超
電導限流器を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明では、超電導磁気遮蔽体の外周側にコ
イルを配置してなる超電導限流器において、冷却液を収
容する容器を、同容器内に超電導磁気遮蔽体のみが配置
されるように設けたものである。

【００１２】又、第２の発明では、筒状をなす超電導磁
気遮蔽体の内周側にコイルを配置してなる超電導限流器
において、冷却液を収容する容器を、同容器内に超電導
磁気遮蔽体のみが配置されるように設けたものである。

【００１３】

【作用】従って、本発明によれば、超電導磁気遮蔽体の
みが容器内に配置されて、同容器内の冷却液に浸漬さ
れ、コイルは冷却液に浸漬されない。そのため、冷却液
を収容するための容器を必要以上に大型化する必要がな
く、冷却設備を極力小型化することができる。又、コイ
ルの発熱により冷却液が加熱されることもないので、冷
却液による超電導磁気遮蔽体の冷却効率を向上させるこ
とができ、冷却のための設備コストを極力低減できる。
しかも、冷却液が蒸発するということも余りないので、
放圧機構をそれほど考慮する必要もない。又、例えば鉄
心を設けた場合でも、その鉄心の発熱により冷却液が加
熱されることはない。加えて、鉄心は冷却液により冷却
されないので、その見かけ上の比透磁率が小さくなるこ
とがなく、クエンチ後において充分な限流効果を得るこ
とができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面に
基づいて説明する。図１及び図２に示すように、本実施
例では、超電導磁気遮蔽体よりなる円筒体１が、ビスマ
ス系酸化物超電導体、詳しくはＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏ系超電導体により形成されている。即ち、原子比で
Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：１：２になるよう
に、Ｂｉ₂Ｏ₃，ＣｕＯ，ＳｒＣＯ₃等の各粉末を調合
して超電導磁気遮蔽体の原料とする。そして、この超電
導磁気遮蔽体の原料を、外径５０mm、内径４０mm、長さ
５０mmの円筒状に成形することにより、円筒体１が形成
されている。この円筒体１は、超電導状態から常電導状
態へとクエンチする温度（臨界温度）が７７Ｋ以上であ
り、そのときの電流密度（臨界電流密度）が１０００Ａ
／cm²という特性を有している。

【００１５】容器２は内筒３とその内筒３の周囲に所定
間隔をおいて配置された外筒４とによりほぼ二重円筒状
に形成され、両筒３，４間には収容空間６が形成されて
いる。そして、この収容空間６内には冷却液としての液
体窒素が収容されるとともに、前記円筒体１が収容配置
されて、同円筒体１は液体窒素に浸漬されている。リン
グ状をなす蓋体７は収容空間６を密閉するように両筒
３，４の開放縁に固着されている。尚、本実施例では、
容器２及び蓋体７がステンレスにより形成されている。
又、外筒４の所定箇所には導入口及び導出口（共に図示
しない）が形成され、それらの口を通して収容空間６に
対する液体窒素の供給及び排出が行われる。

【００１６】コイル８は、直径１mmのエナメル単線を容
器２の外周に２００ターン分１層巻きして形成され、そ
の両端が図示しない電力線と直列に接続されている。軟
鉄製の鉄心９は円柱状をなし、前記容器２の内筒３に挿
通されている。

【００１７】さて、上記のように構成された超電導限流
器において、電力線を介してコイル８に通電が行われる
と、コイル８には自己インダクタンスによりインピーダ
ンスが生ずる。このとき、円筒体１が超電導状態にある
場合には、同円筒体１の磁気遮蔽効果によりコイル８に
生ずる磁束が遮蔽されて、コイル８に生じる自己インダ
クタンスが極めて小さくなる。従って、コイル８に流れ
る電力損失が極めて少なくなる。

【００１８】ここで、例えば短絡や落雷等によりコイル
８に過電流が流れて一定値以上の磁束が生ずると、円筒
体１が超電導状態から常電導状態へとクエンチし、同円
筒体１の磁気遮蔽効果が消滅する。すると、磁束が円筒
体１に鎖交するため、コイル８に自己インダクタンスが
発生し、コイル８に流れる電流が限流される。

【００１９】さて、本実施例では、円筒体１のみが容器
２の収容空間６内に配置されて、同空間６内の液体窒素
に浸漬されており、コイル８及び鉄心９は液体窒素に浸
漬されていない。そのため、液体窒素を収容するための
容器２を必要以上に大型化する必要がないとともに、使
用する液体窒素の量も少なくて済み、冷却設備を極力小
型化することができる。又、コイル８及び鉄心９の発熱
により液体窒素が加熱されることもないので、液体窒素
による円筒体１の冷却効率を向上させることができ、冷
却のための設備コストを極力低減することができる。し
かも、液体窒素が加熱されて蒸発するということも余り
ないので、収容空間６内の圧力を外部に逃がすための放
圧機構をそれほど考慮する必要もない。従って、冷却設
備の構成が複雑化するおそれもなく、その構成を極力簡
素化することができる。加えて、鉄心９は液体窒素によ
り冷却されないので、その見かけ上の比透磁率が小さく
なることがなく、クエンチ後において充分な限流効果を
得ることができる。

【００２０】因みに、本実施例では、クエンチ後におい
て鉄心９の比透磁率が５．０という値になることが確認
されている。ところが、従来技術のように限流器全体を
液体窒素に浸漬した場合には、クエンチ後において鉄心
９の比透磁率が３．３という、本実施例と比較して小さ
な値になった。この結果からも明らかなように、本実施
例では、鉄心９が液体窒素により冷却されないので、鉄
心９の抵抗が小さくなることがなく、その結果、クエン
チ後に鉄心９内を流れる渦電流が小さくなる。従って、
この渦電流による鉄心９内の磁束の打ち消し作用が小さ
くなり、従来技術と比較して鉄心９の見かけ上の比透磁
率が大きくなる。よって、従来技術とは異なり、鉄心９
を設けることにより、クエンチ後のコイル８の自己イン
ダクタンスを確実に大きくすることができ、限流器とし
ての限流能力をより向上させることができる。

【００２１】又、図３に、本実施例及び従来技術におけ
る限流器の、クエンチ前とクエンチ後との液体窒素の消
費量（蒸発量）をそれぞれ比較して示す。尚、本実施例
及び従来技術の何れにおいても、限流器が超電導状態か
ら常電導状態へとクエンチする電流（臨界電流）の値は
７Ａである。

【００２２】さて、本実施例及び従来技術の各限流器の
コイル８に３Ａの電流を流すと、これら限流器はまだク
エンチされず、超電導状態すなわち低インダクタンス状
態で保持される。そして、これらの限流器のコイル８に
１０Ａの電流を流すと、常電導状態すなわち高インダク
タンス状態にクエンチされる。

【００２３】この場合、図３に示すように、従来技術の
限流器においては、クエンチ前の液体窒素の消費量が６
０g/min であり、クエンチ後の液体窒素の消費量が１８
０g/min であった。一方、本実施例の限流器において
は、クエンチ前の液体窒素の消費量が３０g/min であ
り、クエンチ後の液体窒素の消費量が５０g/min であっ
た。

【００２４】以上の結果からも明らかなように、本実施
例では、円筒体１のみを液体窒素で冷却して、コイル８
及び鉄心９を液体窒素で冷却しないようにすることによ
り、従来技術と比較して、液体窒素の消費量すなわち蒸
発量を大幅に減少することができた。従って、本実施例
では、前述した冷却設備の簡略化を図ることができるだ
けでなく、液体窒素の使用量の低減をも図ることがで
き、よって設備コストの低減に大きく寄与できる。

【００２５】又、本実施例では、円筒体１の外面全体が
液体窒素に直接接触するので、その液体窒素による円筒
体１の冷却効率を更に高めることができる。尚、この発
明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲内で、各部の構成を以下のように変
更して具体化することも可能である。（１）図４に示すように、コイル８を円筒体１の外周側
に配置せずに、そのコイル８を鉄心９の外周に巻回する
ことにより円筒体１の内周側に配置すること。（２）鉄心９を設けないようにすること。（３）冷却液として液体ヘリウムを用いること。この場
合には、円筒体１の材料として、ビスマス系酸化物超電
導体以外にＮｂＴｉ又はＮｂ₃Ｓｎ超電導体を用いるこ
とができる。（４）コイル８の巻き数を変更すること。又、円筒体１
の大きさを変更すること。（５）容器２とコイル８との間及び容器２と鉄心９との
間に所定の断熱材を設けて、コイル８及び鉄心９が容器
２内の液体窒素により冷却されることを更に確実に阻止
するようにすること。（６）容器２をステンレス以外の材料、例えばチタンに
より形成すること。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、冷
却設備の小型化及びその構成の簡略化を図ることができ
るとともに、冷却効率を向上させることができ、しかも
鉄心を設けた場合でも鉄心の見かけ上の比透磁率が小さ
くなることがないという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した超電導限流器の一実施例を
示す一部破断斜視図である。

【図２】その超電導限流器の正断面図である。

【図３】本実施例及び従来技術における限流器の、クエ
ンチ前とクエンチ後との液体窒素の消費量をそれぞれ比
較して示す表である。

【図４】超電導限流器の別例を示す正断面図である。

【符号の説明】

１…円筒体、２…容器、６…収容空間、８…コイル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導磁気遮蔽体の外周側にコイルを配
置してなる超電導限流器において、冷却液を収容する容
器を、同容器内に超電導磁気遮蔽体のみが配置されるよ
うに設けたことを特徴とする超電導限流器。
【請求項２】筒状をなす超電導磁気遮蔽体の内周側に
コイルを配置してなる超電導限流器において、冷却液を
収容する容器を、同容器内に超電導磁気遮蔽体のみが配
置されるように設けたことを特徴とする超電導限流器。