JPH01157227A - 超電導限流装置 - Google Patents
超電導限流装置Info
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- JPH01157227A JPH01157227A JP62314870A JP31487087A JPH01157227A JP H01157227 A JPH01157227 A JP H01157227A JP 62314870 A JP62314870 A JP 62314870A JP 31487087 A JP31487087 A JP 31487087A JP H01157227 A JPH01157227 A JP H01157227A
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- Japan
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- electromagnet
- magnetic field
- superconducting material
- superconducting
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
- H02H9/023—Current limitation using superconducting elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F2006/001—Constructive details of inductive current limiters
-
- 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は、超電導材料を用いて電流を制限する超電導限
流装置に関するものである。
流装置に関するものである。
（背景技術）
一般に、電気配線系統の一部で短絡が起こり、過電流が
流れたときには、ブレーカが作動して電流を遮断する。
流れたときには、ブレーカが作動して電流を遮断する。
この際、過電流をブレーカで直接遮断すると、遮断容量
の大きなブレーカが必要となるので、ブレーカの作動に
先立って、ブレーカと直列に挿入した限流要素により過
電流をある程度限流した後に、ブレーカで遮断すること
が多い。
の大きなブレーカが必要となるので、ブレーカの作動に
先立って、ブレーカと直列に挿入した限流要素により過
電流をある程度限流した後に、ブレーカで遮断すること
が多い。
これによって、ブレーカを小形化できると共に、効果的
な遮断動作が実現できる。
な遮断動作が実現できる。
このような用途に用いられる限流要素としては、従来、
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ或いはこれらの合金の温度上昇に伴う
抵抗率増加が大きいことを利用した、いわゆる限流線が
知られている。限流線に流れる電流が大きくなると、ジ
ュール熱による温度上昇が大きくなり、限流線の抵抗率
が増加するので、限流線を介して流れる電流が制限され
るものである。しかしながら、この従来例にあっては、
抵抗率の変化はせいぜい１０倍くらいであり、限流効果
が不十分であるという欠点があった。
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ或いはこれらの合金の温度上昇に伴う
抵抗率増加が大きいことを利用した、いわゆる限流線が
知られている。限流線に流れる電流が大きくなると、ジ
ュール熱による温度上昇が大きくなり、限流線の抵抗率
が増加するので、限流線を介して流れる電流が制限され
るものである。しかしながら、この従来例にあっては、
抵抗率の変化はせいぜい１０倍くらいであり、限流効果
が不十分であるという欠点があった。
一方、アルカリ金属が固体状態から気体状態に昇華する
際に、固体状態での抵抗値に比べて気体状態での抵抗値
が大きく増大することを利用して、回路電流を制限する
限流装置が提案されている。
際に、固体状態での抵抗値に比べて気体状態での抵抗値
が大きく増大することを利用して、回路電流を制限する
限流装置が提案されている。
しかしながら、この従来例にあっては、アルカリ金属と
いう極めて活性な物質を使用するので、取り扱いを誤る
と発火する場合があり、安全性に同順があった。
いう極めて活性な物質を使用するので、取り扱いを誤る
と発火する場合があり、安全性に同順があった。
（発明の目的）
本発明は上述、のような点に濫みてなされたものであり
、その目的とするところは、超電導状態から常電導状態
への変化を利用して、大きな限流効果が確実に得られる
ようにした超電導限流装置を提供することにある。
、その目的とするところは、超電導状態から常電導状態
への変化を利用して、大きな限流効果が確実に得られる
ようにした超電導限流装置を提供することにある。
（発明の開示）
本発明に係る超電導限流装置にあっては、上記の目的を
達成するために、第１図に示すように、臨界温度以下に
保たれて、常時は臨界磁界を受けない位置に配された超
電導材料１と、前記超電導材料１と電路中にて直列的に
接続された電磁石２と、前記超電導材料１に結合された
強磁性材料３とを備え、過電流の通電時には電磁石２の
発生磁界により前記強磁性材料３及び超電導材料１が電
磁石２の近くに吸引されて、超電導材料１が電磁石２か
ら臨界磁界以上の磁界を受けるように、前記強磁性材料
３及び超電導材料１を前記電磁石２に対して相対的に移
動自在として成ることを特徴とするものである。
達成するために、第１図に示すように、臨界温度以下に
保たれて、常時は臨界磁界を受けない位置に配された超
電導材料１と、前記超電導材料１と電路中にて直列的に
接続された電磁石２と、前記超電導材料１に結合された
強磁性材料３とを備え、過電流の通電時には電磁石２の
発生磁界により前記強磁性材料３及び超電導材料１が電
磁石２の近くに吸引されて、超電導材料１が電磁石２か
ら臨界磁界以上の磁界を受けるように、前記強磁性材料
３及び超電導材料１を前記電磁石２に対して相対的に移
動自在として成ることを特徴とするものである。
臨界温度以下に保たれた超電導材料は、電気抵抗ゼロの
超電導状態となる。ただし、ある一定の磁界（臨界磁界
）以上の磁界を受けると、超電導状態が消えて、常電導
状態に変わる。このとき、超電導材料は、電気抵抗ゼロ
の状態から、有限の抵抗率を有する状態に変化すること
になり、その抵抗率の変化は大きい。本発明はこの性質
を電路中の過電流の抑制のために利用したものであり、
電路中に過電流が流れたときには、電磁石２の発生磁界
により強磁性材料３が電磁石２の近くに吸引されて、強
磁性材料３に結合された超電導材料１も電磁石２の近く
に移動して、電磁石２から臨界磁界以上の磁界を受ける
。このため、超電導材料１が超電導状態から常電導状態
に変化し、過電流を制限するものであり、抵抗率の変化
が大きいので、大きな限流効果が得られるものである。
超電導状態となる。ただし、ある一定の磁界（臨界磁界
）以上の磁界を受けると、超電導状態が消えて、常電導
状態に変わる。このとき、超電導材料は、電気抵抗ゼロ
の状態から、有限の抵抗率を有する状態に変化すること
になり、その抵抗率の変化は大きい。本発明はこの性質
を電路中の過電流の抑制のために利用したものであり、
電路中に過電流が流れたときには、電磁石２の発生磁界
により強磁性材料３が電磁石２の近くに吸引されて、強
磁性材料３に結合された超電導材料１も電磁石２の近く
に移動して、電磁石２から臨界磁界以上の磁界を受ける
。このため、超電導材料１が超電導状態から常電導状態
に変化し、過電流を制限するものであり、抵抗率の変化
が大きいので、大きな限流効果が得られるものである。
以下、本発明の実施例について詳説する。
第１図は本発明の一実施例の概略構成図である。
１は酸化物超電導材料（例えば、Ｙ Ｂ ａｚｃ ｕ＝
ｏ ｔ−ｘ（０≦ｘ＜ １ ））よりなり、臨界温度以
下に保たれて、超電導状態となっている。電磁石２は、
鉄などの磁性材料よりなるヨーク２１に、超電導材料よ
りなるコイル２２を巻回してなる。ヨーク２１にはギャ
ップＧを設けである。超電導材料１は、上面及び下面に
それぞれ強磁性材料３を接合されている。この強磁性材
料３は、超電導材料１の電極を兼ねている。超電導材料
１は、復元ばね４により、電磁石２から離間する方向に
付勢されており、常時は図示された位置に存在する。超
電導材料１と電磁石２のコイル２２は電路中にて直列的
に接続されている。
ｏ ｔ−ｘ（０≦ｘ＜ １ ））よりなり、臨界温度以
下に保たれて、超電導状態となっている。電磁石２は、
鉄などの磁性材料よりなるヨーク２１に、超電導材料よ
りなるコイル２２を巻回してなる。ヨーク２１にはギャ
ップＧを設けである。超電導材料１は、上面及び下面に
それぞれ強磁性材料３を接合されている。この強磁性材
料３は、超電導材料１の電極を兼ねている。超電導材料
１は、復元ばね４により、電磁石２から離間する方向に
付勢されており、常時は図示された位置に存在する。超
電導材料１と電磁石２のコイル２２は電路中にて直列的
に接続されている。
第２図は本実施例の使用状態を説明するための回路図で
ある。前述の限流装置１１とブレーカ１２及び負荷１３
の直列回路は、電源１４に接続されている。定常時には
、臨界温度以下に保たれた超電導材料１は、電気抵抗が
ほぼゼロであるから、負荷１３及び回路抵抗で制限され
る電流が流れる。
ある。前述の限流装置１１とブレーカ１２及び負荷１３
の直列回路は、電源１４に接続されている。定常時には
、臨界温度以下に保たれた超電導材料１は、電気抵抗が
ほぼゼロであるから、負荷１３及び回路抵抗で制限され
る電流が流れる。
また、短絡時には、負荷１３の抵抗がゼロとみなせるの
で、回路抵抗だけで制限される過電流が流れる。ここで
、電源１４の電圧をＡＣ２２０Ｖ、回路抵抗を４．４ｍ
Ωとすると、短絡時には、５０ｋＡ流れることになる。
で、回路抵抗だけで制限される過電流が流れる。ここで
、電源１４の電圧をＡＣ２２０Ｖ、回路抵抗を４．４ｍ
Ωとすると、短絡時には、５０ｋＡ流れることになる。
ブレーカ１２の定格が１０ＯＡであるとすると、前記過
電流はブレーカ１２によって遮断されることになるが、
その前に、限流装置１１が瞬時に作動して、過電流を抑
制する。
電流はブレーカ１２によって遮断されることになるが、
その前に、限流装置１１が瞬時に作動して、過電流を抑
制する。
すなわち、電路中に過電流が流れると、コイル２２に流
れる電流が大きくなり、ヨーク２１のギャップＧには強
い磁界が発生する。この磁界が所定の値よりも大きくな
ると、強磁性材料３に作用する吸引力が、復元ばね４の
力に抗して超電導材料１を電磁石２に近付ける方向に作
用し、強磁性材料３及び超電導材料１をギャップＧの中
へと移動させる（第１図の破線参照）、ギャップＧの中
に入った超電導材料１は電磁石２による強い磁界を受け
る。今、復元ばね４の力に抗して超電導材料１をギャッ
プＧの中へ移動させるときの電磁石２の発生磁界を、超
電導材料１の臨界磁界よりも大きく設定しておくと、超
電導材料１は超電導状態から常電導状態へと転移する。
れる電流が大きくなり、ヨーク２１のギャップＧには強
い磁界が発生する。この磁界が所定の値よりも大きくな
ると、強磁性材料３に作用する吸引力が、復元ばね４の
力に抗して超電導材料１を電磁石２に近付ける方向に作
用し、強磁性材料３及び超電導材料１をギャップＧの中
へと移動させる（第１図の破線参照）、ギャップＧの中
に入った超電導材料１は電磁石２による強い磁界を受け
る。今、復元ばね４の力に抗して超電導材料１をギャッ
プＧの中へ移動させるときの電磁石２の発生磁界を、超
電導材料１の臨界磁界よりも大きく設定しておくと、超
電導材料１は超電導状態から常電導状態へと転移する。
これに伴い、抵抗率はゼロの状態から急激に有限の値（
例えば、ＹＢａ２Ｃｕ ３０ ｔ −ｘ （０≦ｘく１
）の場合、１０−２Ω・ＣＩ）へと変化する。このこと
により、過電流は息遣に限流される。その後、ブレーカ
１２で回路を遮断する。
例えば、ＹＢａ２Ｃｕ ３０ ｔ −ｘ （０≦ｘく１
）の場合、１０−２Ω・ＣＩ）へと変化する。このこと
により、過電流は息遣に限流される。その後、ブレーカ
１２で回路を遮断する。
この場合の過電流によるヨーク２１及び超電導材料１の
温度上昇は許容範囲内である。
温度上昇は許容範囲内である。
本実施例にあっては、超電導材料１の臨界磁界や、ヨー
ク２１のギャップＧに発生する磁界の強さ、復元ばね４
の強さなどを変えることにより、限流動作が行われると
きの過電流の値を自由に設定できるので、種々の定格の
限流装置への応用が容易である。
ク２１のギャップＧに発生する磁界の強さ、復元ばね４
の強さなどを変えることにより、限流動作が行われると
きの過電流の値を自由に設定できるので、種々の定格の
限流装置への応用が容易である。
なお、現状では水分或いはフッ素ガス、真空中などで酸
化物超電導材料１の劣化が起こるので、この劣化を防止
するために、例えば乾燥空気が封入されたケース内に前
述の装置を密封して、酸化物超電導材料１の劣化が生じ
にくい雰囲気に保つ栴造としておく。これにより酸化物
超電導材料１の劣化を抑制できると共に、限流時の温度
上昇を乾燥空気を通して外部へ逃がし、ヨーク２１や超
電導材料１の温度上昇を抑制できる。
化物超電導材料１の劣化が起こるので、この劣化を防止
するために、例えば乾燥空気が封入されたケース内に前
述の装置を密封して、酸化物超電導材料１の劣化が生じ
にくい雰囲気に保つ栴造としておく。これにより酸化物
超電導材料１の劣化を抑制できると共に、限流時の温度
上昇を乾燥空気を通して外部へ逃がし、ヨーク２１や超
電導材料１の温度上昇を抑制できる。
以上の実施例の説明では、超電導材料１及び強磁性材料
３が電磁石２に近付く方向に移動するものとしたが、電
磁石２の方が超電導材料１及び強磁性材料３に近付く方
向に動いても良い。また、電磁石２はコイル２２のみで
構成しても良い。さらに、超電導材料１は強磁性材料３
の移動に伴って動くように結合していれば良く、例えば
、結合部材や連動機構を介して強磁性材料３に結合して
いても良い。超電導材料１の組成は特に限定されないが
、最近発明された酸化物超電導材料を用いれば、液体窒
素温度で安定な超電導状態が得られるので、比較的大容
量の電気配線系統であれば、本発明の限流装置は十分に
実用化できる。また、技術の進歩により常温で超電導状
態となる超電導材料が出現すれば、−層有効である。
３が電磁石２に近付く方向に移動するものとしたが、電
磁石２の方が超電導材料１及び強磁性材料３に近付く方
向に動いても良い。また、電磁石２はコイル２２のみで
構成しても良い。さらに、超電導材料１は強磁性材料３
の移動に伴って動くように結合していれば良く、例えば
、結合部材や連動機構を介して強磁性材料３に結合して
いても良い。超電導材料１の組成は特に限定されないが
、最近発明された酸化物超電導材料を用いれば、液体窒
素温度で安定な超電導状態が得られるので、比較的大容
量の電気配線系統であれば、本発明の限流装置は十分に
実用化できる。また、技術の進歩により常温で超電導状
態となる超電導材料が出現すれば、−層有効である。
（発明の効果）
本発明は上述のように、過電流の通電により、超電導材
料に加わる磁界が臨界磁界を越えて、超電導材料が常電
導状態に変化することを利用して、回路電流を制限する
ようにしたので、抵抗率の変化が大きく、したがって、
限流効果が大きい。また、電磁石により強磁性材料を吸
引して、これに結合された′Ｍｉ電導材料を電磁石に近
付けてから臨界磁界以上の磁界を加えるようにしたので
、過電流が流れていない状態においては、超電導材料に
強い磁界が加わることはなく、超電導材料が部分的に常
電導状態に変化するようなことがなく、動作が安定して
いるという利点がある。
料に加わる磁界が臨界磁界を越えて、超電導材料が常電
導状態に変化することを利用して、回路電流を制限する
ようにしたので、抵抗率の変化が大きく、したがって、
限流効果が大きい。また、電磁石により強磁性材料を吸
引して、これに結合された′Ｍｉ電導材料を電磁石に近
付けてから臨界磁界以上の磁界を加えるようにしたので
、過電流が流れていない状態においては、超電導材料に
強い磁界が加わることはなく、超電導材料が部分的に常
電導状態に変化するようなことがなく、動作が安定して
いるという利点がある。
第１図は本発明の一実施例の概略構成図、第２図は同上
の使用状態を示す回路図である。 １は超電導材料、２は電磁石、３は強磁性材料である。
の使用状態を示す回路図である。 １は超電導材料、２は電磁石、３は強磁性材料である。
Claims (2)
- （１）臨界温度以下に保たれて、常時は臨界磁界を受け
ない位置に配された超電導材料と、前記超電導材料と電
路中にて直列的に接続された電磁石と、前記超電導材料
に結合された強磁性材料とを備え、過電流の通電時には
電磁石の発生磁界により前記強磁性材料及び超電導材料
が電磁石の近くに吸引されて、超電導材料が電磁石から
臨界磁界以上の磁界を受けるように、前記強磁性材料及
び超電導材料を前記電磁石に対して相対的に移動自在と
して成ることを特徴とする超電導限流装置。 - （２）前記超電導材料は酸化物超電導材料よりなり、酸
化物超電導材料の劣化を防止するガスを封入したケース
内に収納したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の超電導限流装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62314870A JPH01157227A (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | 超電導限流装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62314870A JPH01157227A (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | 超電導限流装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01157227A true JPH01157227A (ja) | 1989-06-20 |
Family
ID=18058610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62314870A Pending JPH01157227A (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | 超電導限流装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01157227A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5355275A (en) * | 1990-12-21 | 1994-10-11 | Imperial Chemical Industries Plc | Current limiting device for electromagnetic coil employing gap containing superconductive shield |
| JP2002231082A (ja) * | 2001-02-02 | 2002-08-16 | Mitsubishi Electric Corp | 限流遮断器 |
| ES2237993A1 (es) * | 2003-09-26 | 2005-08-01 | Universidad De Vigo | Dispositivo magnetico para la regulacion de una corriente persistente que circula por un anillo superconductor. |
| US8838192B2 (en) | 2011-09-29 | 2014-09-16 | Rolls-Royce Plc | Superconducting switch |
-
1987
- 1987-12-11 JP JP62314870A patent/JPH01157227A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5355275A (en) * | 1990-12-21 | 1994-10-11 | Imperial Chemical Industries Plc | Current limiting device for electromagnetic coil employing gap containing superconductive shield |
| JP2002231082A (ja) * | 2001-02-02 | 2002-08-16 | Mitsubishi Electric Corp | 限流遮断器 |
| ES2237993A1 (es) * | 2003-09-26 | 2005-08-01 | Universidad De Vigo | Dispositivo magnetico para la regulacion de una corriente persistente que circula por un anillo superconductor. |
| ES2237993B1 (es) * | 2003-09-26 | 2006-04-16 | Universidad De Vigo | Dispositivo magnetico para la regulacion de una corriente persistente en un anillo superconductor. |
| US8838192B2 (en) | 2011-09-29 | 2014-09-16 | Rolls-Royce Plc | Superconducting switch |
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