JP3024347B2 - 限流素子 - Google Patents

限流素子

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JP3024347B2
JP3024347B2 JP4046770A JP4677092A JP3024347B2 JP 3024347 B2 JP3024347 B2 JP 3024347B2 JP 4046770 A JP4046770 A JP 4046770A JP 4677092 A JP4677092 A JP 4677092A JP 3024347 B2 JP3024347 B2 JP 3024347B2
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貞次郎 森
龍也 林
英興 内川
繁 松野
伸一 木ノ内
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、短絡電流を限流する
限流素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図1は、例えば特開平2−281766
号公報に示された限流素子を示す斜視図である。図にお
いて、1は基材で、例えばチタン酸ストロンチウムでつ
くられたセラミック基板が用いられており、2はセラミ
ック基板1の上に形成された超電導膜、4は超電導膜2
の上に形成され、リ−ド線3A、3Bに電気的に接続さ
れ、超電導膜2を安定化するための金属膜で、金属膜4
の抵抗値は超電導膜2の常電導抵抗値より小さくなるよ
うに構成されている。
【0003】電流はリ−ド線3A、金属膜4、超電導膜
2、金属膜4、リ−ド線3Bの経路で流れる。短絡事故
が発生して短絡電流が超電導膜2の臨界電流を越える
と、超電導膜2がクエンチして常電導状態になり超電導
膜2に常電導抵抗が発生し、電流が金属膜4に分流する
が、短絡電流は超電導膜2の常電導抵抗と金属膜4の抵
抗の合成抵抗で限流される。しかしながら、この時点で
は超電導膜2の温度は超電導膜2の臨界温度より低いの
で、短絡電流は僅かしか限流されない。超電導膜2に流
れる電流によるジュ―ル加熱によって超電導膜2の温度
が上昇し、超電導膜2の温度が超電導膜2の臨界温度を
越えると超電導膜2は高い抵抗を発生し、短絡電流が急
激に限流され、その後、超電導膜2が高い抵抗を維持
し、超電導膜2に流れる電流が小さい状態が持続され、
電流波形は図7のようになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の限流素子では、
金属膜4の抵抗値が超電導膜2の常電導抵抗値より小さ
くなるように構成されているので、短絡電流が超電導膜
2の臨界電流を越え超電導膜2がクエンチして常電導状
態になった後、超電導膜2に流れる電流が小さい。その
結果、超電導膜2の温度上昇速度が遅く、超電導膜2の
温度が臨界温度に達するまでの時間が長くなり、超電導
膜2が顕著な限流動作を始める時には短絡電流は大きく
なってしまっており、限流波高値が大きくなるという問
題点があった。従って、このような限流素子を半導体等
の分野で用いる場合、半導体の許容値を越え、半導体が
破壊してしまうおそれがあった。
【0005】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたもので、限流波高値が小さい限流素子を得る
ことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、超電導体と
この超電導体を安定化するための安定化用金属を備えた
限流素子において、超電導体に流れる電流が超電導体の
臨界電流より大きく、かつ超電導体の温度が超電導体の
臨界温度より低いときには、安定化用金属の抵抗値が超
電導体の抵抗値より大きくなるように構成し、超電導体
に流れる電流が超電導体の臨界電流より大きく、かつ超
電導体の温度が超電導体の臨界温度より高い温度のとき
には、安定化用金属の抵抗値が超電導体の抵抗値より小
さくなるように構成したものである。
【0007】
【作用】上記のように構成された限流素子では、短絡電
流が超電導体の臨界電流を越え、超電導体がクエンチし
て常電導状態になった後、超電導体が臨界温度に達する
までは、従来の限流素子の場合と比べ超電導体に流れる
電流が大きい。従って、超電導体の温度が急速に上昇
し、超電導体の温度が臨界温度に達するまでの時間が短
くなり、短絡電流が小さい間に、超電導体が限流動作を
始めるので、従来の限流素子と比べ限流波高値が小さく
なる。また、超電導体の超電導転移開始温度(臨界温
度)より高い温度においては従来と同様、安定化用金属
の抵抗値が超電導体の抵抗値より小さくなるように構成
されているので、超電導体の局所的な溶断を起こしにく
くすることができる。
【0008】
【実施例】実施例1. 図1はこの発明の一実施例を示す斜視図であり、1は基
材で、例えばチタン酸ストロンチウムでつくられたセラ
ミック基板が用いられており、2はセラミック基板1の
上に形成された超電導体で、例えばイットリウム系の高
温超電導体であり、この実施例では幅1mm、厚さ0.
3μmの超電導膜が用いられている。4は超電導膜2の
上に形成され、リ−ド線3A、3Bに電気的に接続さ
れ、超電導膜2を安定化するための金属膜で、例えばア
ルゴン中でグロー放電スパッタ法で形成されたの膜
(幅1mm、厚さ1000オングストローム)であり、
超電導膜の温度が超電導膜の臨界温度より低く、しかも
超電導膜に流れる電流が超電導膜の臨界電流より大きい
条件下で、金属膜の抵抗値が超電導膜の抵抗値より大き
くなるように構成され、超電導膜の超電導転移開始温度
(臨界温度)より高い温度において、金属膜の抵抗値が
超電導膜の抵抗値より小さくなるように構成されてい
る。
【0009】短絡事故が発生して短絡電流が超電導膜2
の臨界電流を越えると、超電導膜2がクエンチして常電
導状態になり超電導膜2に常電導抵抗が発生し、電流が
金属膜4に分流するが、短絡電流は超電導膜2の常電導
抵抗と金属膜4の抵抗の合成抵抗で限流される。しかし
ながら、この時点では超電導膜2の温度は超電導膜2の
臨界温度より低いので、短絡電流は僅かしか限流されな
い。超電導膜2に流れる電流によるジュ―ル加熱によっ
て超電導膜2の温度が上昇し、超電導膜2の温度が超電
導膜2の臨界温度を越えると超電導膜2は高い抵抗を発
生し短絡電流が急激に限流され、その後、超電導膜2が
高い抵抗を維持し超電導膜2に流れる電流が小さい状態
が持続され、電流波形は図2のようになる。
【0010】ところで、この発明では、超電導膜の温度
が超電導膜の臨界温度より低く、しかも超電導膜に流れ
る電流が超電導膜の臨界電流より大きい条件下で、金属
膜の抵抗値が超電導膜の抵抗値より大きくなるように構
成されている。従って、短絡電流が超電導膜2の臨界電
流を越え超電導膜2がクエンチして常電導状態になった
後、超電導膜2に流れる電流が大きい。従って、超電導
膜2の温度が急速に上昇し超電導膜2の温度が臨界温度
に達するまでの時間が短くなり、短絡電流が小さい間
に、超電導膜2が限流動作を始めるので、従来の限流素
子と比べ限流波高値が小さくなる。
【0011】また、超電導膜の超電導転移開始温度(臨
界温度)より高い温度においては、従来と同様、金属膜
の抵抗値が超電導膜の抵抗値より小さくなるように構成
されているので、超電導膜2に臨界電流、膜質、膜厚な
どの不均一に基ずく局所的な過度温度上昇があっても、
超電導膜2に流れる電流の大半を金属膜に分流できるの
で、超電導膜2の局所的溶断を顕著に起こしにくくする
ことができる。
【0012】実施例2.図3はセラミック基板1の両面
に金属膜と超電導膜を形成したものである。図におい
て、1はセラミック基材で、この実施例では例えばチタ
ン酸ストロンチウムでつくられたセラミック基板が用い
られており、2、2Aはそれぞれ超電導膜、4、4Aは
それぞれ超電導膜2、2Aの上に形成された金属膜で、
リ−ド線3A、3Bは金属膜4に電気的に接続され、リ
−ド線3C、3Dは金属膜4Aに電気的に接続されてい
る。電流はリ−ド線3A、金属膜4、超電導膜2、金属
膜4、リ−ド線3Bの経路で、また、リ−ド線3C、金
属膜4A、超電導膜2A、金属膜4A、リ−ド線3Dの
経路で流れる。図3に示す実施例では、セラミック基板
1の両面に超電導膜を形成したので、大電流の超電導素
子を得ることができる。
【0013】実施例3.図1と図3の実施例では、セラ
ミック基材として板材を用いたが、セラミック基材とし
ては板材以外のものを使用してもよく、例えば図4に示
すような円柱状のものでもよい。
【0014】実施例4.以上の実施例では、超電導体と
して超電導膜が用いられているが、図5に示されている
ように線材が用いられてもよい。図5において、2は線
状の超電導体、4はこの超電導体2を安定化するための
安定化用金属で、超電導体2と安定化用金属4で超電導
線が形成されており、3Aと3Bはリ―ド線で超電導線
に電気的に接続されている。
【0015】なお、超電導体2と安定化用金属4で構成
された上記超電導線は図6に示されているような螺旋状
に形成されてもよい。
【0016】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば超電導
体とこの超電導体を安定化するための安定化用金属を備
えた限流素子において、超電導体に流れる電流が超電導
体の臨界電流より大きく、かつ超電導体の温度が超電導
体の臨界温度より低いときには、安定化用金属の抵抗値
が超電導体の抵抗値より大きくなるように構成し、超電
導体に流れる電流が超電導体の臨界電流より大きく、か
つ超電導体の温度が超電導体の臨界温度より高い温度の
ときには、安定化用金属の抵抗値が超電導体の抵抗値よ
り小さくなるように構成したので、限流波高値が小さい
限流素子が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来及びこの発明の実施例1による限流素子を
示す斜視図である。
【図2】この発明の実施例1の限流波形を示す説明図で
ある。
【図3】この発明の実施例2による限流素子を示す斜視
図である。
【図4】この発明の実施例3による限流素子を示す斜視
図である。
【図5】この発明の実施例4による限流素子を示す斜視
図である。
【図6】この発明の実施例4による他の限流素子を示す
斜視図である。
【図7】従来の限流波形を示す説明図である。
【符号の説明】
2 超電導体 2A 超電導体 4 安定化用金属 4A 安定化用金属
フロントページの続き (72)発明者 松野 繁 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 材料デバイス研究所内 (72)発明者 木ノ内 伸一 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 材料デバイス研究所内 (56)参考文献 特開 平2−281765(JP,A) 特開 平2−281766(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 39/16 - 39/16 H01L 39/02 - 39/04 H01L 39/20 H01B 12/06 H02H 9/02 ZAA

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超電導体、及びこの超電導体上に設けら
    れ、上記超電導体を安定化する安定化用金属を備えた限
    流素子において、上記超電導体に流れる電流が上記超電
    導体の臨界電流より大きく、かつ上記超電導体の温度が
    上記超電導体の臨界温度より低いときには、上記安定化
    用金属の抵抗値が上記超電導体の抵抗値より大きくなる
    ように構成するとともに、上記超電導体に流れる電流が
    上記超電導体の臨界電流より大きく、かつ上記超電導体
    の温度が上記超電導体の臨界温度より高い温度のときに
    は、上記安定化用金属の抵抗値が上記超電導体の抵抗値
    より小さくなるように構成したことを特徴とする限流素
    子。
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US11031774B2 (en) 2018-01-19 2021-06-08 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Superconducting fault current limiter having improved energy handling
CN109513419B (zh) * 2018-11-08 2021-09-21 华南理工大学 一种磁性镁锰层状双金属氧化物复合材料及制备与应用

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