JPH1131424A - 超電導限流ケーブル - Google Patents
超電導限流ケーブルInfo
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- JPH1131424A JPH1131424A JP9184978A JP18497897A JPH1131424A JP H1131424 A JPH1131424 A JP H1131424A JP 9184978 A JP9184978 A JP 9184978A JP 18497897 A JP18497897 A JP 18497897A JP H1131424 A JPH1131424 A JP H1131424A
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- JP
- Japan
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- superconducting
- current
- current limiting
- condition
- cable
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-
- 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】
【課題】電力ケーブルに限流作用を持たせた超電導限流
ケーブルを提供する。 【解決手段】ジャバラパイプと、冷媒通路と、安定化材
を含む超電導材と、ＥＰＲ絶縁層と、断熱層と、外部遮
蔽層と、外部シースとを具備する。
ケーブルを提供する。 【解決手段】ジャバラパイプと、冷媒通路と、安定化材
を含む超電導材と、ＥＰＲ絶縁層と、断熱層と、外部遮
蔽層と、外部シースとを具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力送配電系統に
おける短絡事故発生時の線電流を抑制する超電導限流ケ
ーブルに関するものである。
おける短絡事故発生時の線電流を抑制する超電導限流ケ
ーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電力送配電系統において、短絡事故が発
生した時に短絡電流を抑制することは重要である。この
限流作用により瞬停の防止、短絡大電流による爆発・火
災事故等を防ぐことができる。
生した時に短絡電流を抑制することは重要である。この
限流作用により瞬停の防止、短絡大電流による爆発・火
災事故等を防ぐことができる。
【０００３】これまで、この限流作用を電力ケーブルに
持たせたものは無く、送配電系統に挿入するタイプの限
流器が主に考えられている。限流器には、送配電系統に
入れたことによる電圧降下や損失が小さいこと、所定の
電流で必ず動作すること、動作速度が速いこと、動作時
に高いインピーダンスが得られること、繰り返し使える
こと等の性能が要求され、種々の方式のものが開発途上
にある。例えば、６００Ｖクラスは一部実用化されてい
るが、更に高電圧の送配電系統に使用できるものは無
い。
持たせたものは無く、送配電系統に挿入するタイプの限
流器が主に考えられている。限流器には、送配電系統に
入れたことによる電圧降下や損失が小さいこと、所定の
電流で必ず動作すること、動作速度が速いこと、動作時
に高いインピーダンスが得られること、繰り返し使える
こと等の性能が要求され、種々の方式のものが開発途上
にある。例えば、６００Ｖクラスは一部実用化されてい
るが、更に高電圧の送配電系統に使用できるものは無
い。
【０００４】最近では特に、交流超電導技術調査専門委
員会編「交流超電導技術開発の動向」（電気学会技術報
告、第５９９号、ｐ．７２、１９９６年８月）に詳述さ
れているように、超電導材を用いた限流器が研究・開発
されている。現在、６kVクラスが試作段階にあり、さら
に高電圧の２２kVクラスは未着手である。現状では超電
導限流器は構造が複雑であり、それゆえ装置全体が大型
となり高価なものとなっている。
員会編「交流超電導技術開発の動向」（電気学会技術報
告、第５９９号、ｐ．７２、１９９６年８月）に詳述さ
れているように、超電導材を用いた限流器が研究・開発
されている。現在、６kVクラスが試作段階にあり、さら
に高電圧の２２kVクラスは未着手である。現状では超電
導限流器は構造が複雑であり、それゆえ装置全体が大型
となり高価なものとなっている。
【０００５】なお、超電導材は超電導状態では抵抗は零
であるが、臨界電流以上の電流が流れると、超電導状態
が破れて常電導状態に転移し、導材固有の抵抗を有す
る。これをクエンチ現象と呼ぶ。超電導材を用いた限流
器はこのクエンチ現象を用いたものである。
であるが、臨界電流以上の電流が流れると、超電導状態
が破れて常電導状態に転移し、導材固有の抵抗を有す
る。これをクエンチ現象と呼ぶ。超電導材を用いた限流
器はこのクエンチ現象を用いたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】限流作用を送配電系統
の電力ケーブルに持たせたものは見当たらない。
の電力ケーブルに持たせたものは見当たらない。
【０００７】従って本発明の目的は、新たに電力ケーブ
ルに限流作用を持たせた超電導限流ケーブルを提供する
ことにある。
ルに限流作用を持たせた超電導限流ケーブルを提供する
ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を実
現するため、中心にある冷媒通路と、該冷媒通路の内部
に挿入した異形状のジャバラパイプと、前記冷媒通路の
外周に配置した安定化材を含む超電導材と、該超電導材
の外周にＥＰＲ絶縁層と断熱層と外部遮蔽層と外部シー
スとを具備して成る。
現するため、中心にある冷媒通路と、該冷媒通路の内部
に挿入した異形状のジャバラパイプと、前記冷媒通路の
外周に配置した安定化材を含む超電導材と、該超電導材
の外周にＥＰＲ絶縁層と断熱層と外部遮蔽層と外部シー
スとを具備して成る。
【０００９】前記安定化材を含む超電導材は、通電電流
が臨界電流以下の時には超電導状態であって抵抗が零で
あり、臨界電流以上の時には常電導状態となって導体抵
抗値を有し、該導体抵抗値により短絡電流を限流するよ
うに構成しても良い。
が臨界電流以下の時には超電導状態であって抵抗が零で
あり、臨界電流以上の時には常電導状態となって導体抵
抗値を有し、該導体抵抗値により短絡電流を限流するよ
うに構成しても良い。
【００１０】前記異形状のジャバラパイプは、前記冷媒
通路に充填される冷媒の圧力変化を吸収できるように構
成しても良い。
通路に充填される冷媒の圧力変化を吸収できるように構
成しても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の超電導限流ケー
ブルの一実施例を示す概略断面図である。本超電導限流
ケーブルは、ジャバラパイプ１、冷媒通路２、安定化材
を含む超電導材３、ＥＰＲ（エチレンプロピレンゴム
系）絶縁層４、断熱層５、外部遮蔽層６、外部シース７
より構成されている。
ブルの一実施例を示す概略断面図である。本超電導限流
ケーブルは、ジャバラパイプ１、冷媒通路２、安定化材
を含む超電導材３、ＥＰＲ（エチレンプロピレンゴム
系）絶縁層４、断熱層５、外部遮蔽層６、外部シース７
より構成されている。
【００１２】冷媒通路２には液体チッソが充填され、こ
れにより安定化材を含む超電導材３を冷却し超電導状態
を保持する。中心部にジャバラパイプ１があり、内部を
特定の気体で満たし、冷媒の圧力が変化した時に断面積
が変化して圧力変化を吸収する構造に成っている。
れにより安定化材を含む超電導材３を冷却し超電導状態
を保持する。中心部にジャバラパイプ１があり、内部を
特定の気体で満たし、冷媒の圧力が変化した時に断面積
が変化して圧力変化を吸収する構造に成っている。
【００１３】安定化材を含む超電導材３は、超電導材の
周囲に安定化材が設けられており、超電導状態では安定
化材には電流は流れない構造を成している。通常の使用
状態では、安定化材を含む超電導材３は超電導状態であ
って抵抗が零であり、設定した電流が流れている。超電
導ケーブルの負荷側で短絡事故が発生すると、臨界電流
を越えて大電流が流れるため超電導状態が破れて常電導
状態に転移し、導材固有の抵抗値を有するように成る。
保護系統が働いて電源が遮断される迄の間、このクエン
チ現象で常電導状態に転移した超電導材を大電流が流れ
るため発熱や冷媒の温度上昇が生じる。このため電源遮
断迄の常電導状態電流に見合って安定化材を含む超電導
材３の寸法、超電導限流ケーブル長の検討が必要とな
る。
周囲に安定化材が設けられており、超電導状態では安定
化材には電流は流れない構造を成している。通常の使用
状態では、安定化材を含む超電導材３は超電導状態であ
って抵抗が零であり、設定した電流が流れている。超電
導ケーブルの負荷側で短絡事故が発生すると、臨界電流
を越えて大電流が流れるため超電導状態が破れて常電導
状態に転移し、導材固有の抵抗値を有するように成る。
保護系統が働いて電源が遮断される迄の間、このクエン
チ現象で常電導状態に転移した超電導材を大電流が流れ
るため発熱や冷媒の温度上昇が生じる。このため電源遮
断迄の常電導状態電流に見合って安定化材を含む超電導
材３の寸法、超電導限流ケーブル長の検討が必要とな
る。
【００１４】具体的に３相交流２２kV送配電系統を考え
る。全負荷容量を１０ＭＶＡ（力率cos θ＝１）、短絡
事故発生から電源遮断迄の時間０．２秒、許容温度上昇
１０℃、負荷側短絡時の短絡電流５kAに限流するための
安定化材を含む超電導材３の寸法、超電導限流ケーブル
長Ｌを求め、それに合わせて各層のサイズを決定する。
る。全負荷容量を１０ＭＶＡ（力率cos θ＝１）、短絡
事故発生から電源遮断迄の時間０．２秒、許容温度上昇
１０℃、負荷側短絡時の短絡電流５kAに限流するための
安定化材を含む超電導材３の寸法、超電導限流ケーブル
長Ｌを求め、それに合わせて各層のサイズを決定する。
【００１５】まず定格送電電流Ｉは、力率cos θを１と
して次式のようになる。
して次式のようになる。
【００１６】
【数１】
【００１７】負荷側で２線間短絡事故が発生した時に、
短絡電流Ｉｓを５kAとする超電導限流ケーブル全体の抵
抗Ｒは
短絡電流Ｉｓを５kAとする超電導限流ケーブル全体の抵
抗Ｒは
【００１８】
【数２】
【００１９】と設定する必要がある。
【００２０】安定化材の等価固有抵抗を１０-4Ω・cm、
熱容量ｃを０．８cal ／（cm3・℃）、短絡時間をｔ、
短絡電流をＩｓ、許容温度上昇ΔＴを１０℃とすると、
必要な安定化材の断面積Ｓは次式にて与えられる。
熱容量ｃを０．８cal ／（cm3・℃）、短絡時間をｔ、
短絡電流をＩｓ、許容温度上昇ΔＴを１０℃とすると、
必要な安定化材の断面積Ｓは次式にて与えられる。
【００２１】
【数３】
【００２２】従って所要な超電導限流ケーブルの長さＬ
は
は
【００２３】
【数４】
【００２４】にて与えられる。
【００２５】超電導材の断面積は次のようになる。ビス
マス系高温超電導材を用いる。銀シースを用いた本導材
の臨界電流密度は１０4 Ａ／cm2 である。２０００Ａ通
電により常電導材に転移させる場合、超電導材のサイズ
は２８mm2 となる。冷媒通路２を直径２０mmとすると、
安定化材を含めた超電導材３の直径は３０．５mmとな
る。
マス系高温超電導材を用いる。銀シースを用いた本導材
の臨界電流密度は１０4 Ａ／cm2 である。２０００Ａ通
電により常電導材に転移させる場合、超電導材のサイズ
は２８mm2 となる。冷媒通路２を直径２０mmとすると、
安定化材を含めた超電導材３の直径は３０．５mmとな
る。
【００２６】短絡電流５kAの通電で安定化材を含む超電
導材３は１０℃の温度上昇が生じる。従って、冷媒の温
度上昇あるいは気化、さらに安定化材を含む超電導材の
熱膨張が生じ、冷媒の圧力が上昇する。この圧力上昇は
短絡時間の０．２秒間に生じるので冷媒の長さ方向の移
動は考え難く、中心軸方向に圧力が加わる。この圧力変
動を前述のようにジャバラパイプ１により吸収する。あ
るいはフラット型ＯＦケーブルによるケーブル堆積シー
スの変形による吸収構造としても良い。
導材３は１０℃の温度上昇が生じる。従って、冷媒の温
度上昇あるいは気化、さらに安定化材を含む超電導材の
熱膨張が生じ、冷媒の圧力が上昇する。この圧力上昇は
短絡時間の０．２秒間に生じるので冷媒の長さ方向の移
動は考え難く、中心軸方向に圧力が加わる。この圧力変
動を前述のようにジャバラパイプ１により吸収する。あ
るいはフラット型ＯＦケーブルによるケーブル堆積シー
スの変形による吸収構造としても良い。
【００２７】各層のサイズは以下のように決定される。
ＥＰＲ（エチレンプロピレンゴム系）絶縁層４は厚さ８
mmとし、外径は４７mmとなる。断熱層５はスーパーイン
シュレーション断熱層とし、厚さ６mm、外径６０mmであ
る。外部遮蔽層６はケーブル対地絶縁の静電遮蔽および
外部金属のシース部であって、従来の電力ケーブルと同
様である。外部シース７は外部保護シースであり外径６
５mmとなる。
ＥＰＲ（エチレンプロピレンゴム系）絶縁層４は厚さ８
mmとし、外径は４７mmとなる。断熱層５はスーパーイン
シュレーション断熱層とし、厚さ６mm、外径６０mmであ
る。外部遮蔽層６はケーブル対地絶縁の静電遮蔽および
外部金属のシース部であって、従来の電力ケーブルと同
様である。外部シース７は外部保護シースであり外径６
５mmとなる。
【００２８】図２は、以上の寸法・構成で作製した超電
導限流ケーブル１０を３相交流２２kV送配電系統に適用
した系統図である。３相２２kV電源８と、電源側遮断器
９と、超電導限流ケーブル１０と、３相負荷１１とから
構成されている。
導限流ケーブル１０を３相交流２２kV送配電系統に適用
した系統図である。３相２２kV電源８と、電源側遮断器
９と、超電導限流ケーブル１０と、３相負荷１１とから
構成されている。
【００２９】３相負荷１１は力率を１として１０ＭＶＡ
である。線電流が定格送電電流の２６３Ａ以下の時には
超電導限流ケーブル１０は超電導状態であり抵抗は零で
ある。従って電力の損失無しに３相負荷１１に電力を供
給できる。
である。線電流が定格送電電流の２６３Ａ以下の時には
超電導限流ケーブル１０は超電導状態であり抵抗は零で
ある。従って電力の損失無しに３相負荷１１に電力を供
給できる。
【００３０】ここで超電導限流ケーブル１０と３相負荷
１１との間で相間短絡事故が生じ２０００Ａ以上の短絡
電流が流れるとクエンチ現象が生じる。従って、超電導
限流ケーブル１０は常電導状態へと変化して導体抵抗値
が増大する。さらに、このクエンチ現象により超電導材
を囲む安定化材にも電流が流れるようになり、等価的な
抵抗値は増大する。
１１との間で相間短絡事故が生じ２０００Ａ以上の短絡
電流が流れるとクエンチ現象が生じる。従って、超電導
限流ケーブル１０は常電導状態へと変化して導体抵抗値
が増大する。さらに、このクエンチ現象により超電導材
を囲む安定化材にも電流が流れるようになり、等価的な
抵抗値は増大する。
【００３１】安定化材の等価固有抵抗１０-4Ω・ｍ、断
面積３９０mm2 、限流ケーブル長８５８ｍとすることに
より導体抵抗は４．４Ωとなり、短絡電流は５０００Ａ
に抑えられる。ただし、電源インピーダンスとその他の
インピーダンスを無視した値である。
面積３９０mm2 、限流ケーブル長８５８ｍとすることに
より導体抵抗は４．４Ωとなり、短絡電流は５０００Ａ
に抑えられる。ただし、電源インピーダンスとその他の
インピーダンスを無視した値である。
【００３２】ここで超電導限流ケーブル１０が無い場合
には、電源側の％インピーダンスを２％とすると定格送
電電流２６３Ａの５０倍、つまり１３１５０Ａの短絡電
流が流れる。従って、超電導限流ケーブル１０により短
絡電流を約１／２．６に抑えることができる。
には、電源側の％インピーダンスを２％とすると定格送
電電流２６３Ａの５０倍、つまり１３１５０Ａの短絡電
流が流れる。従って、超電導限流ケーブル１０により短
絡電流を約１／２．６に抑えることができる。
【００３３】なお、以上は電源電圧２２kV、定格送電電
流２６３Ａの場合について説明したが、この数値は本発
明の特許を限定するものではない。同様の考えにより種
々の送配電系統に適用可能な超電導限流ケーブルを設計
することができる。
流２６３Ａの場合について説明したが、この数値は本発
明の特許を限定するものではない。同様の考えにより種
々の送配電系統に適用可能な超電導限流ケーブルを設計
することができる。
【００３４】
【発明の効果】本発明の超電導限流ケーブルにより、本
来の電力輸送機能である電力ケーブルに加えて、低コス
トで且つ高信頼性な限流作用を持たせることができ、送
配電系統の低コスト・高信頼性化を促進し工業上有用で
ある。
来の電力輸送機能である電力ケーブルに加えて、低コス
トで且つ高信頼性な限流作用を持たせることができ、送
配電系統の低コスト・高信頼性化を促進し工業上有用で
ある。
【図１】本発明の超電導限流ケーブルの一実施例を示す
概略断面図である。
概略断面図である。
【図２】図１の超電導限流ケーブルを用いた送配電系統
図である。
図である。
１ ジャバラパイプ ２ 冷媒通路 ３ 安定化材を含む超電導材 ４ ＥＰＲ絶縁層 ５ 断熱層 ６ 外部遮蔽層 ７ 外部シース ８ ３相２２kV電源 ９ 電源側遮断器 １０ 超電導限流ケーブル １１ ３相負荷 １２ 相間短絡事故発生点 Ｌ 超電導限流ケーブル長
Claims (3)
- 【請求項１】中心にある冷媒通路と、該冷媒通路の内部
に挿入した異形状のジャバラパイプと、前記冷媒通路の
外周に配置した安定化材を含む超電導材と、該超電導材
の外周にＥＰＲ絶縁層と断熱層と外部遮蔽層及び外部シ
ースとを具備して成ることを特徴とする超電導限流ケー
ブル。 - 【請求項２】安定化材を含む超電導材は、通電電流が臨
界電流以下の時には超電導状態であって抵抗が零であ
り、臨界電流以上の時には常電導状態となって導体抵抗
値を有し、該導体抵抗値により短絡電流を限流するよう
に構成して成ることを特徴とする請求項１記載の超電導
限流ケーブル。 - 【請求項３】異形状のジャバラパイプは、前記冷媒通路
に充填される冷媒の圧力変化を吸収できるように構成し
て成ることを特徴とする請求項１記載の超電導限流ケー
ブル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9184978A JPH1131424A (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 超電導限流ケーブル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9184978A JPH1131424A (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 超電導限流ケーブル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1131424A true JPH1131424A (ja) | 1999-02-02 |
Family
ID=16162671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9184978A Pending JPH1131424A (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 超電導限流ケーブル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1131424A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002109972A (ja) * | 2000-10-04 | 2002-04-12 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 超電導導体 |
| JP2006253043A (ja) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導ケーブル用冷却装置 |
| JP2010518582A (ja) * | 2007-02-09 | 2010-05-27 | アメリカン スーパーコンダクター コーポレーション | Ｈｔｓワイヤ |
| CN102237157A (zh) * | 2010-04-22 | 2011-11-09 | 上海产联电气科技有限公司 | 干式全绝缘管型母线 |
| CN110299228A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-01 | 东部超导科技（苏州）有限公司 | 一种冷绝缘直流高温超导限流电缆 |
| CN113420477A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-21 | 国网上海市电力公司 | 一种用于高温超导电缆内部的铜衬芯设计截面计算方法 |
-
1997
- 1997-07-10 JP JP9184978A patent/JPH1131424A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002109972A (ja) * | 2000-10-04 | 2002-04-12 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 超電導導体 |
| JP2006253043A (ja) * | 2005-03-14 | 2006-09-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導ケーブル用冷却装置 |
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| JP2010519679A (ja) * | 2007-02-09 | 2010-06-03 | アメリカン スーパーコンダクター コーポレーション | 故障電流制限ｈｔｓケーブルおよびその構成方法 |
| CN102237157A (zh) * | 2010-04-22 | 2011-11-09 | 上海产联电气科技有限公司 | 干式全绝缘管型母线 |
| CN110299228A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-01 | 东部超导科技（苏州）有限公司 | 一种冷绝缘直流高温超导限流电缆 |
| CN113420477A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-09-21 | 国网上海市电力公司 | 一种用于高温超导电缆内部的铜衬芯设计截面计算方法 |
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