JPH08161983A - Current limiter and its manufacture - Google Patents

Current limiter and its manufacture

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JPH08161983A
JPH08161983A JP6297084A JP29708494A JPH08161983A JP H08161983 A JPH08161983 A JP H08161983A JP 6297084 A JP6297084 A JP 6297084A JP 29708494 A JP29708494 A JP 29708494A JP H08161983 A JPH08161983 A JP H08161983A
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JP
Japan
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current limiting
layer
film
superconducting
current
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Application number
JP6297084A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norikata Hayashi
憲器 林
Shigeru Okuda
繁 奥田
Noriyuki Yoshida
典之 葭田
Kozo Fujino
剛三 藤野
Chikushi Hara
築志 原
Hideo Ishii
英雄 石井
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.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08161983A publication Critical patent/JPH08161983A/en
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    • 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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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

PURPOSE: To make a current limiter more practical that uses an oxide superconductor by forming a protective film that protects the superconductor from an external environment and can impart a desired current limiting effect to the superconductor. CONSTITUTION: This current limiter 10 which performs current limiting function by means of resistance generated during transition from a superconducting state to a normal conducting state has a current limiting portion 3 made of an oxide superconductor and a protective film 4 covering the current limiting portion 3. The protective film 4 comprises a first layer 4a provided over the current limiting portion 3 and made of an amorphous material having almost the same composition as the oxide superconductor and a second layer 4b covering the first layer 4a and made of a corrosion resistant metal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電力系統において、た
とえば落雷による短絡事故が発生した場合に電力機器に
過電流が流れないようにするための限流器に関し、特に
酸化物超電導体を限流作用部に用いた限流器およびその
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fault current limiter for preventing an overcurrent from flowing in a power equipment in a power system, for example, when a short-circuit accident due to a lightning strike occurs. The present invention relates to a current limiting device used in a flow action part and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】電力系統に用いる限流器には、負荷運転
時の電圧降下が小さい一方、異常な大電流を速やかに抑
制できるという特性が必要とされる。このような特性を
十分発揮する実用的な限流デバイスが現在望まれてい
る。
2. Description of the Related Art A current limiting device used in a power system is required to have a characteristic that a voltage drop during load operation is small and an abnormally large current can be quickly suppressed. A practical current limiting device that fully exhibits such characteristics is currently desired.

【0003】超電導体は、無抵抗の状態を保持できる一
方、その臨界電流値以上の電流が流れると急激に抵抗を
発生する性質(超電導−常電導転移)を有するため、限
流器用の材料として有望な候補の1つである。
While a superconductor can maintain a non-resistance state, it has a property of rapidly generating resistance when a current exceeding its critical current value (superconducting-normal conducting transition) is used, so that it is used as a material for a fault current limiter. It is one of the promising candidates.

【0004】超電導体には、現在大きく分けて金属系の
ものと酸化物系のものがある。液体ヘリウムを冷媒とし
て用いる金属系超電導体は、クエンチに対する安定化の
ために周囲を銅で覆うため、常電導状態における単位長
さ当たりの抵抗値がさほど大きくならない。また、金属
系超電導体は、冷却のため特別な断熱機構を必要とし、
経済性、コンパクト化に対して不利である。このような
理由から、金属系超電導体の限流器への応用範囲は制限
される。
Currently, superconductors are roughly classified into metal type and oxide type. Since the metal superconductor using liquid helium as a coolant covers the surroundings with copper for stabilization against quenching, the resistance value per unit length in the normal conducting state does not become so large. In addition, the metal-based superconductor requires a special heat insulation mechanism for cooling,
It is disadvantageous for economy and compactness. For these reasons, the range of application of metal-based superconductors to current limiting devices is limited.

【0005】一方、液体窒素中で超電導状態となる酸化
物超電導体は、簡易な冷却設備が利用でき、クエンチに
対する対策が不要なため、超電導から常電導への転移に
より発生する抵抗を有効に利用して、広い範囲の限流器
に応用できると考えられる。
On the other hand, an oxide superconductor which is in a superconducting state in liquid nitrogen can utilize a simple cooling facility and does not require any countermeasure against quenching. Therefore, the resistance generated by the transition from superconducting to normal conducting can be effectively used. Therefore, it can be applied to a wide range of fault current limiters.

【0006】酸化物超電導体は、固相、液相および気相
のいずれからでも形成することができる。たとえばY1
Ba2 Ca3 7-X (0≦X≦1)の場合、単結晶基板
上に気相からエピタキシャル成長させることによって、
結晶性がよく、高い臨界電流密度を有する超電導薄膜を
得ることができる。このような薄膜を限流作用部として
用い、高い臨界電流(Ic)を流すことができれば、I
cより大きな電流が流れたとき高い抵抗を発生させ、効
果的な限流を行なうことができると考えられる。特に、
単結晶基板上に堆積された酸化物超電導体膜では、基板
の面と平行な方向にも結晶軸を配向させることができ、
粒界の弱結合が少ないため、転移時には高い抵抗値を発
生することができる。たとえば、工業材料、1993年
Vol.41、No.3、p38−43は、限流デバイ
スへの応用のため、単結晶基板上に超電導薄膜を形成
し、これをエッチングしてジグザク形状にしたものを報
告する。
The oxide superconductor can be formed from any of solid phase, liquid phase and gas phase. For example Y 1
In the case of Ba 2 Ca 3 O 7-X (0 ≦ X ≦ 1), by epitaxially growing from a vapor phase on a single crystal substrate,
A superconducting thin film having good crystallinity and a high critical current density can be obtained. If such a thin film can be used as a current limiting action part and a high critical current (Ic) can be passed, I
It is considered that when a current larger than c flows, a high resistance is generated to effectively limit the current. In particular,
In an oxide superconductor film deposited on a single crystal substrate, the crystal axis can be oriented in a direction parallel to the plane of the substrate,
Since there are few weak bonds at grain boundaries, a high resistance value can be generated at the time of transition. For example, Industrial Materials, 1993 Vol. 41, No. 3, p38-43 report that a superconducting thin film was formed on a single crystal substrate and etched into a zigzag shape for application to a current limiting device.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】たとえば、基板上に酸
化物超電導膜を形成してなる限流素子を長期間安定に動
作させるためには、限流作用を行なう酸化物超電導膜を
外部環境から守るべく保護層が必要となってくる。
For example, in order to stably operate a current limiting element formed by forming an oxide superconducting film on a substrate for a long period of time, an oxide superconducting film that performs a current limiting action should be protected from the external environment. A protective layer is needed to protect it.

【0008】本発明の目的は、酸化物超電導体を用いた
限流器において、外部環境から超電導体を守り、かつ、
所望の限流効果を超電導体にもたらすことのできる保護
膜を提供し、より実用的な限流器を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to protect a superconductor from the external environment in a fault current limiter using an oxide superconductor, and
An object of the present invention is to provide a protective film that can bring a desired current limiting effect to a superconductor, and to provide a more practical current limiting device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に従う限流器は、
超電導状態から常電導状態への転移時に発生する抵抗に
より限流動作を行なう限流器であって、酸化物超電導体
からなる限流作用部と、限流作用部を覆う保護膜とを備
え、該保護膜が、限流作用部上に設けられかつ酸化物超
電導材料とほぼ同じ組成を有する非晶質材料からなる第
1の層と、第1の層を覆いかつ耐食性金属からなる第2
の層とを備えることを特徴とする。
A current limiting device according to the present invention comprises:
A current limiting device that performs a current limiting operation by resistance generated at the time of transition from a superconducting state to a normal conducting state, comprising a current limiting action part made of an oxide superconductor, and a protective film covering the current limiting action part, The protective film is provided on the current limiting portion and is composed of a first layer made of an amorphous material having substantially the same composition as the oxide superconducting material, and a second layer made of a corrosion-resistant metal and covering the first layer.
And a layer of.

【0010】本発明の限流器において、限流作用部を構
成する酸化物超電導体には、イットリウム系酸化物超電
導体、ビスマス系酸化物超電導体等を用いることができ
る。イットリウム系酸化物超電導体には、Y1 Ba2
3 7-X (0≦X≦1)を好ましく用いることができ
る。またこの材料のほか、Y1-X PbX Ba2 Cu3
7 (X=0.05〜0.5)、Y1-X BrX Ba2 Cu
3 7 (X=0.01〜0.1)、Y1 Ba2 Cu3-X
FeX 7 (X=0.01〜0.1)、Y1 Ba2 Cu
3-X CrX 7 (X=0.01〜0.2)等の組成を有
する超電導状態においてより抵抗の高い材料を用いるこ
ともできる。またビスマス系酸化物超電導体には、Bi
2 Sr2 Ca1 Cu2 10-Y(0≦Y≦1)、(Bi,
Pb)2Sr2 Ca1 Cu2 10-Y(0≦Y≦1)等の
ビスマス系2212相酸化物超電導体、Bi2 Sr2
2 Cu3 10-Y(0≦Y≦1)、(Bi,Pb)2
2 Ca2 Cu3 10-Y(0≦Y≦1)等のビスマス系
2223相酸化物超電導体等を好ましく用いることがで
きる。
In the current limiting device of the present invention, the current limiting action part is constructed.
The oxide superconductors formed are yttrium-based oxide superconductors.
Conductors, bismuth oxide superconductors, etc. can be used
It For yttrium-based oxide superconductors, Y1Ba2C
u3O7-X(0 ≦ X ≦ 1) can be preferably used
It In addition to this material, Y1-XPbXBa2Cu3O
7(X = 0.05 to 0.5), Y1-XBrXBa2Cu
3O7(X = 0.01 to 0.1), Y1Ba2Cu3-X
FeXO7(X = 0.01 to 0.1), Y1Ba2Cu
3-XCrXO7(X = 0.01-0.2), etc.
Use a material with higher resistance in the superconducting state
Can also be. Bi is a Bi-based oxide superconductor.
2Sr2Ca1Cu2O10-Y(0 ≦ Y ≦ 1), (Bi,
Pb)2Sr2Ca1Cu2O10-YSuch as (0 ≦ Y ≦ 1)
Bi-based 2212 phase oxide superconductor, Bi2Sr2C
a2Cu3O10-Y(0 ≦ Y ≦ 1), (Bi, Pb)2S
r 2Ca2Cu3O10-YBismuth system such as (0 ≦ Y ≦ 1)
It is possible to preferably use a 2223 phase oxide superconductor or the like.
Wear.

【0011】酸化物超電導体からなる限流作用部は、保
護膜によって覆われる。保護膜は、限流作用部上に設け
られ、酸化物超電導材料とほぼ同じ化学的組成を有する
非晶質材料(アモルファス材料)からなる第1の層と、
その上に設けられ、耐食性金属からなる第2の層とを備
える。酸化物超電導材料には、上述したイットリウム系
酸化物超電導体、ビスマス系酸化物超電導体等を用いる
ことができ、したがって、第1の層は、イットリウム系
酸化物超電導材料およびビスマス系酸化物超電導材料か
らなる群から選択される材料とほぼ同じ組成を有するこ
とが好ましい。より具体的には、第1の層を、Y1 Ba
2 Cu3 7-X (0≦X≦1)、Bi2Sr2 Ca1
2 10-Y(0≦Y≦1)およびBi2 Sr2 Ca2
3 10 -Y(0≦Y≦1)からなる群から選択される組
成を有する材料から形成することが好ましい。
The current limiting action part made of an oxide superconductor is covered with a protective film. The protective film is provided on the current limiting action portion, and includes a first layer made of an amorphous material (amorphous material) having substantially the same chemical composition as the oxide superconducting material,
A second layer provided thereon and made of a corrosion resistant metal. The yttrium-based oxide superconductor, the bismuth-based oxide superconductor, or the like described above can be used as the oxide superconducting material. It is preferred that it has approximately the same composition as the material selected from the group consisting of More specifically, the first layer is formed of Y 1 Ba.
2 Cu 3 O 7-X (0 ≦ X ≦ 1), Bi 2 Sr 2 Ca 1 C
u 2 O 10-Y (0 ≦ Y ≦ 1) and Bi 2 Sr 2 Ca 2 C
It is preferably formed from a material having a composition selected from the group consisting of u 3 O 10 -Y (0 ≦ Y ≦ 1).

【0012】保護膜の第2の層は、耐食性金属からな
る。耐食性金属として、たとえば、貴金属、貴金属合
金、ニッケル合金および鉄合金からなる群から選択され
る材料を用いることができる。貴金属には、Ag、A
u、Pd、Pt、Rh、Ir、Ru、Srが含まれる。
耐食性ニッケル合金には、Ni−Cu系、Ni−Mo
系、Ni−Cr系、Ni−Mo−Cr系、Ni−Cr−
Mo−Fe系、Ni−Si系などの合金材料(ハステロ
イト)がある。耐食性鉄合金としては、たとえばステン
レス鋼を挙げることができる。
The second layer of the protective film comprises a corrosion resistant metal. As the corrosion resistant metal, for example, a material selected from the group consisting of noble metals, noble metal alloys, nickel alloys and iron alloys can be used. For precious metals, Ag, A
u, Pd, Pt, Rh, Ir, Ru, and Sr are included.
Corrosion resistant nickel alloys include Ni-Cu based and Ni-Mo
System, Ni-Cr system, Ni-Mo-Cr system, Ni-Cr-
There are alloy materials (hastelloyt) such as Mo-Fe type and Ni-Si type. Examples of the corrosion-resistant iron alloy may include stainless steel.

【0013】また、本発明に従って、超電導状態から常
電導状態への転移時に発生する抵抗により限流動作を行
なう限流器を製造するための方法が提供され、この方法
は、基材上に、限流作用部として酸化物超電導体からな
る層を堆積する工程と、該層上に、酸化物超電導材料と
ほぼ同じ組成を有する非晶質状態の膜をレーザアブレー
ション法により堆積する工程と、該膜上に、耐食性金属
からなる層を堆積する工程とを備える。
Further, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a current limiting device which performs a current limiting operation by the resistance generated at the transition from the superconducting state to the normal conducting state. A step of depositing a layer made of an oxide superconductor as a current limiting action part, a step of depositing an amorphous film having a composition substantially the same as that of the oxide superconducting material on the layer by a laser ablation method; Depositing a layer of corrosion resistant metal on the film.

【0014】本発明において、基材には、種々の材料を
用いることができるが、抵抗を発生させるための電路を
より長く取るため、長尺のものを好ましく用いることが
できる。したがって、基材として線材を好ましく用いる
ことができる。基材として、たとえば可撓性を有する長
尺の金属を用いる場合、金属と酸化物超電導体との反応
を防止するため、イットリア安定化ジルコニア(YS
Z)等からなる反応防止層を基材の表面に形成し、その
上に酸化物超電導体を堆積させることが望ましい。基材
用の金属としては、たとえばハステロイト、ステンレス
鋼などを用いることができる。
In the present invention, various materials can be used for the base material, but a long material can be preferably used because the electric path for generating resistance is longer. Therefore, the wire rod can be preferably used as the base material. When a long metal having flexibility is used as the base material, in order to prevent the reaction between the metal and the oxide superconductor, yttria-stabilized zirconia (YS) is used.
It is desirable to form a reaction preventive layer composed of Z) or the like on the surface of the base material and deposit the oxide superconductor thereon. As the metal for the base material, for example, Hastelloyt, stainless steel or the like can be used.

【0015】従来、限流デバイス用途の酸化物超電導薄
膜は、単結晶基板上に作製されており、その薄膜のサイ
ズは入手し得る単結晶のサイズに制限されていた。そし
て、薄膜の抵抗値は、その電路長に比例するため、薄膜
をジグザク状にエッチングすることが多かった。たとえ
ば、上述した先行技術において、40mm長の電路を有
するジクザク形状の薄膜を形成しているが、この素子を
用いた実験例では、適用電圧が200Vr.m.s.と
小さく、送電系統の基幹に使われている500kV系統
や配電用変電所で使われている6.6kV系統には、素
子1個では単位長さ当たりにかけられる電圧値が大きく
なりすぎる。この耐電圧の観点から、素子を直列に何個
か組合せることが必要になる。さらに、電流容量を満た
すためには並列に組合せる必要がある。このように単結
晶基板上に作製した酸化物超電導薄膜を、高電圧用の限
流素子として用いる場合、耐電圧用に直列に複数個、電
流容量分に並列に複数個限流素子を接続する必要があっ
た。このような接続には高度の技術と多大な時間を要す
るという問題があり、工業的には不利である。以上述べ
たような観点から、長尺のテープ状基材に酸化物超電導
膜を形成することは、非常に重要な意義を有する。
Conventionally, oxide superconducting thin films for current limiting devices have been produced on a single crystal substrate, and the size of the thin film has been limited to the size of available single crystals. Since the resistance value of the thin film is proportional to the electric path length, the thin film was often etched in a zigzag pattern. For example, in the above-mentioned prior art, a zigzag thin film having a 40 mm long electric path is formed, but in an experimental example using this element, the applied voltage is 200 Vr. m. s. For a 500 kV system used as the backbone of a power transmission system or a 6.6 kV system used in a distribution substation, the voltage value applied per unit length becomes too large with one element. From the viewpoint of this withstand voltage, it is necessary to combine several elements in series. Further, in order to satisfy the current capacity, it is necessary to combine them in parallel. When using the oxide superconducting thin film thus produced on a single crystal substrate as a current limiting element for high voltage, connect a plurality of current limiting elements in series for withstanding voltage and in parallel for current capacity. There was a need. Such connection has a problem that it requires a high technology and a great deal of time, which is industrially disadvantageous. From the viewpoints described above, forming an oxide superconducting film on a long tape-shaped substrate has a very important meaning.

【0016】限流作用部としての酸化物超電導体層は、
種々の気相法によって形成できるが、特にレーザアブレ
ーション法によって好ましく形成することができる。レ
ーザアブレーション法では、パルスレーザ光を酸化物超
電導材料からなるターゲットに照射し、アブレーション
を起こさせ、生成させた化学種(プラズマ)を基板上に
堆積していく。形成される酸化物超電導層の厚みは任意
であり、所望する限流特性に応じて設定することができ
る。
The oxide superconductor layer as the current limiting action portion is
It can be formed by various vapor phase methods, but particularly preferably by a laser ablation method. In the laser ablation method, a pulsed laser beam is irradiated onto a target made of an oxide superconducting material to cause ablation, and the generated chemical species (plasma) is deposited on the substrate. The thickness of the formed oxide superconducting layer is arbitrary and can be set according to the desired current limiting characteristics.

【0017】次いで、酸化物超電導体層上には、酸化物
超電導材料とほぼ同じ組成を有する非晶質状態の膜が堆
積される。この膜は、その下にある酸化物超電導体と同
じ組成を有することが好ましく、このような膜は、超電
導体層を堆積する際の条件を部分的に変更することによ
り形成することができる。
Next, a film in an amorphous state having substantially the same composition as the oxide superconducting material is deposited on the oxide superconducting layer. This film preferably has the same composition as the underlying oxide superconductor, and such a film can be formed by partially modifying the conditions under which the superconductor layer is deposited.

【0018】非晶質の膜は種々の気相法によって形成す
ることができるが、たとえば上述したレーザアブレーシ
ョン法によって好ましく形成することができる。レーザ
アブレーションによる場合、酸化物超電導材料からなる
ターゲットにパルスレーザ光を照射し、アブレーション
を起こさせ、生成させた化学種を超電導体層上に堆積し
ていく。このとき、超電導体層を形成する際には、基板
を適宜650〜850℃の温度に加熱するが、この加熱
を低減するかまたは行なわないことにより、非晶質の材
料を堆積させることができる。したがって、非晶質の膜
はたとえば室温において堆積することができる。レーザ
アブレーションは、比較的厚い膜を高速で形成するのに
適している。非晶質の膜の厚みも任意であり、所望する
限流器の性能に応じて適宜設定することができるが、た
とえば0.1μm〜100μm、好ましくは0.5μm
〜50μmとすることができる。
The amorphous film can be formed by various vapor phase methods, but can be preferably formed by, for example, the laser ablation method described above. In the case of laser ablation, a target made of an oxide superconducting material is irradiated with pulsed laser light to cause ablation, and the generated chemical species are deposited on the superconductor layer. At this time, when forming the superconducting layer, the substrate is appropriately heated to a temperature of 650 to 850 ° C. By reducing or not heating this, an amorphous material can be deposited. . Thus, amorphous films can be deposited at room temperature, for example. Laser ablation is suitable for forming a relatively thick film at high speed. The thickness of the amorphous film is also arbitrary and can be appropriately set according to the desired performance of the current limiting device, but is, for example, 0.1 μm to 100 μm, preferably 0.5 μm.
It can be set to ˜50 μm.

【0019】非晶質の膜上には、環境に対する保護のた
め、耐食性金属からなる層が堆積される。用いられる耐
食性金属は、上述したとおりである。この層は、スパッ
タ法等の種々の気相法によって蒸着させることができ
る。この層の厚みも、超電導体の厚みに応じて適宜設定
することができる。この層は、超電導体よりも薄いこと
が望ましいが、超電導体よりも厚く形成してもよい。こ
の層の厚みは、たとえば1〜100μmとすることがで
きる。
On the amorphous film, a layer made of a corrosion resistant metal is deposited for protection against the environment. The corrosion resistant metal used is as described above. This layer can be deposited by various vapor phase methods such as sputtering. The thickness of this layer can also be appropriately set according to the thickness of the superconductor. This layer is preferably thinner than the superconductor, but may be thicker than the superconductor. The thickness of this layer can be, for example, 1 to 100 μm.

【0020】[0020]

【作用】酸化物超電導膜を限流作用部とする構造物、た
とえば酸化物超電導線を限流デバイスとして動作させる
ためには、これを液体窒素中あるいは所定の温度にコン
トロールされた真空雰囲気中に設置することになる。こ
の構造物を作製してから、限流デバイスとして限流器に
組込むまでの間、超電導膜の特性が低下するのを避けな
ければならない。また、限流器を運転した後、何らかの
理由で大気に触れたり、結露が起こったとしても、その
特性を劣化させることのないよう対策が講じられる必要
がある。これらの問題を解決し、限流素子が長期間安定
に動作するためには、超電導膜に対する保護膜が必要に
なる。
In order to operate a structure having an oxide superconducting film as a current limiting action part, for example, an oxide superconducting wire as a current limiting device, it is placed in liquid nitrogen or in a vacuum atmosphere controlled to a predetermined temperature. Will be installed. It is necessary to avoid deterioration of the characteristics of the superconducting film from the time when this structure is manufactured to the time when it is incorporated into a current limiting device as a current limiting device. Further, even if the current limiter is operated and then exposed to the atmosphere for some reason, or if dew condensation occurs, it is necessary to take measures so as not to deteriorate the characteristics thereof. In order to solve these problems and operate the current limiting element stably for a long period of time, a protective film for the superconducting film is required.

【0021】この保護膜として、外部のガスや液体をバ
リアすることができ、自身が安定である耐食性金属が有
効である。しかしながら、耐食性金属は同時に高い導電
性を有している。この耐食性金属を酸化物超電導体上に
直接形成すると、並列構造(1/R=1/R1 (超電導
体)+1/R2 (耐食性金属))が形成され、酸化物超
電導体が常電導に転移し高い抵抗を発生しても、耐食性
金属の低い抵抗のため、限流器全体としてより高い抵
抗、すなわちより高い限流効果が得られなくなる。そこ
で、耐食性金属の層を酸化物超電導体上に直接形成する
のではなく、非晶質材料の層を介して設けることとし
た。本発明に従う非晶質材料の層(第1の層)は、酸化
物超電導材料の組成を有するものの非晶質であるがゆえ
に、超電導特性を示すことがなく、絶縁材料として作用
する。この第1の層により、耐食性金属からなる第2の
層と、酸化物超電導体層との電気的結合は遮断される。
第1の層のため、限流作用時に電流が耐食性金属に分流
することなく、設計通りの限流効果が得られる。
As the protective film, a corrosion-resistant metal that is capable of blocking external gases and liquids and is stable is effective. However, the corrosion resistant metal has high conductivity at the same time. If this corrosion-resistant metal is directly formed on the oxide superconductor, a parallel structure (1 / R = 1 / R 1 (superconductor) + 1 / R 2 (corrosion-resistant metal)) is formed, and the oxide superconductor becomes normal conductor. Even if the transition occurs and a high resistance is generated, a higher resistance, that is, a higher current limiting effect cannot be obtained as the entire fault current limiter because of the low resistance of the corrosion resistant metal. Therefore, instead of directly forming the layer of the corrosion resistant metal on the oxide superconductor, it is provided via the layer of the amorphous material. Since the amorphous material layer (first layer) according to the present invention has the composition of the oxide superconducting material but is amorphous, it does not exhibit superconducting properties and acts as an insulating material. The first layer cuts off electrical coupling between the second layer made of a corrosion resistant metal and the oxide superconductor layer.
Because of the first layer, the current limiting effect as designed is obtained without the current being shunted to the corrosion resistant metal during the current limiting action.

【0022】本発明は、保護膜をこのような積層構造と
することにより、環境に対する安定性を得ると同時に、
限流特性を損なうことがない。たとえば、本発明に従う
構造物を限流デバイスとして組込むまでの間、特別に保
管場所を指定しなくても、大気中において超電導特性が
劣化することがない。さらに限流器を運転した後、何ら
かの理由で大気にさらされることになっても、また結露
等が起こっても、その特性は保持されたままである。
According to the present invention, the protective film has such a laminated structure to obtain environmental stability and at the same time,
It does not impair the current limiting characteristics. For example, until the structure according to the present invention is incorporated as a current limiting device, the superconducting property does not deteriorate in the atmosphere even if the storage location is not specified. Further, even after the current limiting device is operated, even if it is exposed to the atmosphere for some reason or condensation occurs, its characteristics are maintained.

【0023】また、本発明において、貴金属、貴金属合
金、Ni合金またはFe合金は、耐食性金属として好ま
しく、限流器の環境に対する抵抗をより高め、限流器の
寿命を長くする。
Further, in the present invention, a noble metal, a noble metal alloy, a Ni alloy or an Fe alloy is preferable as a corrosion resistant metal and further enhances the resistance of the fault current limiter to the environment and prolongs the life of the fault current limiter.

【0024】また、本発明に従う方法において、特に非
晶質層をレーザアブレーション法によって基材を加熱す
ることなく堆積することで、より簡便に高速で保護膜に
おける第1の層を形成させることができる。
In the method according to the present invention, in particular, the amorphous layer is deposited by the laser ablation method without heating the substrate, so that the first layer in the protective film can be formed more easily and at high speed. it can.

【0025】[0025]

【実施例】【Example】

実施例1 可撓性を有し長尺のものを入手できるハステロイテープ
(たとえばハステロイC−276テープ)(サイズ:幅
1.0cm×長さ15cm×厚み0.5mm)上に、反
応防止層としてイットリア安定化ジルコニア(YSZ)
膜をレーザアブレーション法により蒸着させたものを基
材として用いた。そして、YSZ膜上に、通常の方法に
従いレーザアブレーション法を用いて3種類の超電導膜
をそれぞれ堆積した。超電導膜は、(1)Y1 Ba2
3 7-X (0≦X≦1)、(2)Bi2 Sr2 Ca1
Cu2 10-Y(0≦Y≦1)、または(3)Bi2 Sr
2Ca2 Cu3 10-Z(0≦Z≦1)からそれぞれ構成
され、その形状はいずれも同じで幅1.0cm、長さ1
5cm、厚み1.0μmであった。
Example 1 On a Hastelloy tape (for example, Hastelloy C-276 tape) (size: width 1.0 cm × length 15 cm × thickness 0.5 mm) which is flexible and long and available, as a reaction-preventing layer Yttria-stabilized zirconia (YSZ)
The film deposited by the laser ablation method was used as the substrate. Then, three types of superconducting films were deposited on the YSZ film by the laser ablation method according to the usual method. The superconducting film is (1) Y 1 Ba 2 C
u 3 O 7-X (0 ≦ X ≦ 1), (2) Bi 2 Sr 2 Ca 1
Cu 2 O 10-Y (0 ≦ Y ≦ 1) or (3) Bi 2 Sr
It is composed of 2 Ca 2 Cu 3 O 10-Z (0 ≦ Z ≦ 1) and has the same shape with a width of 1.0 cm and a length of 1
The thickness was 5 cm and the thickness was 1.0 μm.

【0026】次に、超電導膜上に保護膜を形成した。
(a)Y1 Ba2 Cu3 7-X (0≦X≦1)、(b)
Bi2 Sr2 Ca1 Cu2 10-Y(0≦Y≦1)、また
は(c)Bi2 Sr2 Ca2 Cu3 10-Z(0≦Z≦
1)の組成を有する材料をディスク上に焼結したものを
ターゲットとし、パルス発振するエキシマレーザをター
ゲットに45°の角度で入射させ、蒸発した粒子を超電
導膜上にコーティングした。成膜条件を表1に示す。
(1)の膜上には(a)、(2)の膜上には(b)、
(3)の膜上には(c)をそれぞれ堆積した。
Next, a protective film was formed on the superconducting film.
(A) Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-X (0 ≦ X ≦ 1), (b)
Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O 10-Y (0 ≦ Y ≦ 1), or (c) Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10-Z (0 ≦ Z ≦
A material obtained by sintering the material having the composition of 1) on a disk was used as a target, and a pulsed excimer laser was incident on the target at an angle of 45 ° to coat the evaporated particles on the superconducting film. Table 1 shows the film forming conditions.
(A) on the film of (1), (b) on the film of (2),
Each of (c) was deposited on the film of (3).

【0027】次に、保護膜の第2の層として、Ag、A
u、Ir、Pd、Pt、Rh、Ru、Os、Fe合金
(SUS303)、Ni合金(インコネル)を、それぞ
れスパッタ装置において約5μmの厚みで堆積した。
Next, as a second layer of the protective film, Ag, A
u, Ir, Pd, Pt, Rh, Ru, Os, Fe alloy (SUS303), and Ni alloy (Inconel) were deposited in a sputtering apparatus to a thickness of about 5 μm.

【0028】以上のようにして得られた2層構造の保護
膜を有する限流素子サンプルの構造を図1に示す。限流
素子サンプル10において、ハステロイテープ1上に
は、YSZ膜2が形成され、その上には酸化物超電導膜
3が堆積される。膜3は、保護膜4によって覆われる
が、保護膜4は、膜3上に直接堆積される非晶質層4a
と、それを覆う耐食性金属層4bとからなる。
FIG. 1 shows the structure of a current limiting device sample having a two-layer structure protective film obtained as described above. In the current limiting element sample 10, the YSZ film 2 is formed on the Hastelloy tape 1, and the oxide superconducting film 3 is deposited thereon. The film 3 is covered with a protective film 4, which is an amorphous layer 4 a directly deposited on the film 3.
And a corrosion-resistant metal layer 4b covering it.

【0029】得られた36種のサンプルについてIcを
測定し、100Aまで通電してI−V測定により、抵抗
率(R値)を求めた。I−V測定において、測定電圧距
離は10cmであった。得られた結果を表2に示す。ま
た、測定したサンプルの環境に対する耐久性を調査する
ため、40℃−85RH%に保った恒湿恒温層にサンプ
ルを2000時間保管した。2000時間経過した後、
Icを測定し、100Vまで通電してI−V測定により
R値を求めたところ、耐久試験の前とほぼ同じ結果が得
られた。得られた結果を併わせて表2に示す。
The Ic of each of the 36 samples thus obtained was measured, and the resistivity (R value) was determined by conducting an IV measurement while energizing up to 100A. In the IV measurement, the measurement voltage distance was 10 cm. The obtained results are shown in Table 2. Further, in order to investigate the durability of the measured sample to the environment, the sample was stored for 2000 hours in a constant temperature and humidity layer kept at 40 ° C.-85 RH%. After 2000 hours,
When Ic was measured and the R value was obtained by applying an electric current up to 100 V and measuring IV, almost the same result as before the durability test was obtained. The obtained results are shown together in Table 2.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】比較例1 保護層の第1の層を形成しない点を除き、他はすべて実
施例1と同様の方法でサンプルを作製し、Ic、I−V
の測定を行なった。また実施例1と同じく40℃−85
RH%に保った恒湿恒温層にサンプルを2000時間保
管した後、Ic、I−V測定を行なった。得られた結果
を表3に示す。
Comparative Example 1 A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the first layer of the protective layer was not formed, and Ic and IV were used.
Was measured. Also, as in Example 1, 40 ° C.-85
After the sample was stored for 2000 hours in the constant humidity and constant temperature layer kept at RH%, Ic and IV measurements were performed. Table 3 shows the obtained results.

【0033】[0033]

【表3】 [Table 3]

【0034】表3より明らかなように、第1の層がない
とR値が大きく低下することが判明した。
As is clear from Table 3, it was found that the R value was greatly reduced without the first layer.

【0035】比較例2 保護膜の第2の層を形成しない点を除き、他はすべて実
施例1と同様の方法でサンプルを作製し、Ic、I−V
の測定を行なった。また、実施例1と同じく40℃−8
5RH%に保った恒湿恒温層にサンプルを2000時間
保管した後、Ic、I−V測定を行なった。得られた結
果を表4に示す。
Comparative Example 2 A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the second layer of the protective film was not formed, and Ic and IV were used.
Was measured. Further, as in Example 1, 40 ° C.-8
After the sample was stored for 2000 hours in a constant temperature and constant temperature layer kept at 5 RH%, Ic and IV measurements were performed. The results obtained are shown in Table 4.

【0036】[0036]

【表4】 [Table 4]

【0037】表4より明らかなように、耐久試験の後、
すべてのサンプルでIcは0になった。
As is clear from Table 4, after the durability test,
Ic was 0 in all samples.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の限流器
は、酸化物超電導体からなる限流作用部上に絶縁層の役
割を果たす第1の層と、外部からのガスや液体の透過お
よび浸透を防ぐ耐食性金属の第2の層とから構成される
保護膜を有している。このような構造を有する限流器
は、限流作用部の特性を十分に発揮させることができ、
電力系統に用いられる限流器として、通常運転時には抵
抗を最小限に抑えることが可能である(直流通電では抵
抗は発生しないが、交流通電では交流損失を生じる)。
また事故時には、限流作用部によって大きな抵抗を発生
させ、電力系統に過電流を流さないことが可能である。
As described above, the current limiting device of the present invention has the first layer, which functions as an insulating layer, on the current limiting action part made of the oxide superconductor and the gas and liquid from the outside. It has a protective film comprised of a second layer of corrosion resistant metal that prevents permeation and permeation. The current limiting device having such a structure can sufficiently exert the characteristics of the current limiting action part,
As a current limiter used in a power system, it is possible to minimize the resistance during normal operation (DC resistance does not generate resistance, but AC current causes AC loss).
Further, in the event of an accident, it is possible to generate a large resistance by the current limiting action section and prevent an overcurrent from flowing in the power system.

【0039】本発明の限流器を装置に組込む間、大気中
に保管しても、その特性は保護膜によって保持される。
また性能調査のため、Icの測定を行なったり、何らか
の原因で寒冷剤がなくなったりした場合でも、保護膜に
よりその特性が劣化することは防止される。当然のこと
ながら、液体窒素中あるいは冷凍機等によって得られる
所定温度の真空環境下では、その特性の劣化は起こらな
い。
The characteristics of the current limiting device of the present invention are retained by the protective film even when the current limiting device is installed in the apparatus and stored in the atmosphere.
Further, for performance investigation, even if Ic is measured or the cryogen disappears for some reason, the protective film prevents the characteristics from being deteriorated. As a matter of course, in liquid nitrogen or in a vacuum environment of a predetermined temperature obtained by a refrigerator or the like, deterioration of the characteristics does not occur.

【0040】本発明の限流器は、種々の方法によって作
製することができるが、たとえば保護膜の第1の層は、
超電導膜の特性を劣化させないためドライプロセスで形
成されることが望ましい。また、パルスレーザを利用し
て蒸着させる方法は、他のドライプロセスであるCVD
法、スパッタリング、蒸着法等に比べ、桁違いに速い成
膜速度が得られる。特に、長尺の膜を作製する場合、パ
ルスレーザを用いるプロセスは、コスト等の点で有利で
ある。
The current limiting device of the present invention can be manufactured by various methods. For example, the first layer of the protective film is
It is desirable that the superconducting film is formed by a dry process so that the characteristics of the superconducting film are not deteriorated. The method of vapor deposition using a pulsed laser is another dry process, CVD.
The film formation speed is orders of magnitude higher than that of the sputtering method, sputtering method, vapor deposition method, and the like. In particular, when manufacturing a long film, the process using a pulse laser is advantageous in terms of cost and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に従う限流素子の一例を模式的に示す断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an example of a current limiting element according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ハステロイテープ 2 YSZ膜 3 酸化物超電導膜 4 保護膜 4a 非晶質層 4b 耐食性金属層 1 Hastelloy Tape 2 YSZ Film 3 Oxide Superconducting Film 4 Protective Film 4a Amorphous Layer 4b Corrosion Resistant Metal Layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 葭田 典之 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 藤野 剛三 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 原 築志 神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町4番1号 東京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 石井 英雄 神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町4番1号 東京電力株式会社電力技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Noriyuki Ashida 1-3-1, Shimaya, Konohana-ku, Osaka City Sumitomo Electric Industries, Ltd. Osaka Works (72) Inventor Gozo Fujino 1-1-1, Shimaya, Konohana-ku, Osaka City No. 3 Sumitomo Electric Industries Co., Ltd. Osaka Works (72) Inventor Tsukushi Hara 4-1, Egasaki-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Electric Power Technology Research Institute, Tokyo Electric Power Co., Inc. (72) Hideo Ishii Yokohama-shi, Kanagawa 4-1, Egasaki-cho, Tsurumi-ku TEPCO Electric Power Technology Laboratory

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超電導状態から常電導状態への転移時に
発生する抵抗により限流動作を行なう限流器であって、 酸化物超電導体からなる限流作用部と、 前記限流作用部を覆う保護膜とを備え、 前記保護膜が、前記限流作用部上に設けられ、かつ、酸
化物超電導材料とほぼ同じ組成を有する非晶質材料から
なる第1の層と、 前記第1の層を覆い、かつ、耐食性金属からなる第2の
層とを備えることを特徴とする、限流器。
1. A current limiting device that performs a current limiting operation by a resistance generated at the time of transition from a superconducting state to a normal conducting state, and covers a current limiting acting portion made of an oxide superconductor and the current limiting acting portion. A protective film, the protective film being provided on the current limiting portion, the first layer being made of an amorphous material having substantially the same composition as the oxide superconducting material; and the first layer. And a second layer formed of a corrosion-resistant metal.
【請求項2】 前記第1の層が、イットリウム系酸化物
超電導材料およびビスマス系酸化物超電導材料からなる
群から選択される材料とほぼ同じ組成を有することを特
徴とする、請求項1に記載の限流器。
2. The composition according to claim 1, wherein the first layer has substantially the same composition as a material selected from the group consisting of yttrium-based oxide superconducting materials and bismuth-based oxide superconducting materials. Current limiter.
【請求項3】 前記耐食性金属が、貴金属、貴金属合
金、Ni合金およびFe合金からなる群から選択される
少なくとも1つの材料であることを特徴とする、請求項
1または2に記載の限流器。
3. The fault current limiter according to claim 1, wherein the corrosion resistant metal is at least one material selected from the group consisting of noble metals, noble metal alloys, Ni alloys and Fe alloys. .
【請求項4】 超電導状態から常電導状態への転移時に
発生する抵抗により限流動作を行なう限流器を製造する
ための方法であって、 基材上に、限流作用部として酸化物超電導体からなる層
を堆積する工程と、 前記層上に、酸化物超電導材料とほぼ同じ組成を有する
非晶質状態の膜をレーザアブレーション法により堆積す
る工程と、 前記膜上に、耐食性金属からなる層を堆積する工程とを
備える、限流器の製造方法。
4. A method for producing a current limiting device that performs a current limiting operation by the resistance generated at the time of transition from a superconducting state to a normal conducting state, comprising: oxide superconducting as a current limiting acting portion on a base material. A step of depositing a layer made of a body, a step of depositing a film in an amorphous state having substantially the same composition as the oxide superconducting material on the layer by a laser ablation method, and made of a corrosion resistant metal on the film. A method of manufacturing a fault current limiter, comprising: depositing a layer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000035026A1 (en) * 1998-12-08 2000-06-15 Siemens Aktiengesellschaft Resistive current-limiting device with at least one printed conductor covered by an insulating layer by using high tc superconductive material

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WO2000035026A1 (en) * 1998-12-08 2000-06-15 Siemens Aktiengesellschaft Resistive current-limiting device with at least one printed conductor covered by an insulating layer by using high tc superconductive material

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