JPH05251759A - 酸化物超電導限流導体 - Google Patents

酸化物超電導限流導体

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JPH05251759A
JPH05251759A JP4046827A JP4682792A JPH05251759A JP H05251759 A JPH05251759 A JP H05251759A JP 4046827 A JP4046827 A JP 4046827A JP 4682792 A JP4682792 A JP 4682792A JP H05251759 A JPH05251759 A JP H05251759A
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JP
Japan
Prior art keywords
current limiting
superconducting
oxide superconducting
film
silver
Prior art date
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Pending
Application number
JP4046827A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidefusa Uchikawa
英興 内川
Shigeru Matsuno
繁 松野
Shinichi Kinouchi
伸一 木ノ内
Sadajiro Mori
貞次郎 森
Tatsuya Hayashi
龍也 林
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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

Landscapes

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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 限流効果が大きく、しかも限界端子間電圧が
100V以上である酸化物超電導限流導体を得ることが
できる。 【構成】 酸素ガスを導入して基材に電子ビーム蒸着法
によってY系(YBa2Cu37-X)酸化物超電導膜の
形成を行った。この上に、真空中において銀層を蒸着に
よって形成した。これらの工程をそれぞれ3回実施し、
超電導層および銀層が交互にそれぞれ3層積層された酸
化物超電導限流導体を製作した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、酸化物超電導体を用
いて電流を通電する導体および例えば短絡電流などの過
大電流を限流することの可能な限流素子などに用いる高
性能な限流導体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】超電導体は、臨界温度、臨界電流、臨界
磁界のうちいずれかひとつがその値を越えると超電導状
態が破壊され、常電導状態となって電気抵抗が発生、増
大する。この現象を利用して過大電流を限流する超電導
限流導体(素子)に関する研究開発が近年盛んになって
いる。この分野全般の技術に関しては、例えば刊行物
{電気学会論文誌B、110巻、9号、705ページ
(平成2年)}に記載されている。これらの中で、酸化
物超電導体を利用した超電導限流導体が最近注目されて
いる。これに用いる素子の構造は、棒状又は板状の超電
導体に蒸着やペーストなどを用いて、超電導体の一部に
銀、金、インジウム等の金属を付着させることによって
一対の電極を形成した簡単なものである。代表例として
は、刊行物{Advances in Superco
nductivity,691ページ(1988)}に
示されたものがある。これはY−Ba−Cu系の酸化物
超電導粉末の焼結体を用い、ドクターブレード法によっ
てジグザグ状(ミアンダ構造)のシートを形成し、臨界
電流を越える電流が流れた場合の常電導状態における高
抵抗化を利用して限流するものである。しかし、このよ
うな焼結体(線状、棒状、板状のもの)では一般に臨界
電流を高くすることができないため、短絡電流を限流で
きる割合が小さいという欠点があった。
【0003】そこで、基材上に形成された膜状の超電導
体を応用した限流導体が考えられている。成膜技術の進
歩によって、酸化物超電導薄膜において最近非常に大き
な臨界電流を流せるものが得られるようになった。また
膜状のものは線状など前記のものと比較して冷却特性が
良好であり、しかも高抵抗にし易いことなどの限流導体
としての利点もある。ただし、酸化物超電導薄膜を用い
たものでは、膜厚を厚くすると組成ずれを起こしやすい
ことおよび大面積に形成すると組成が不均質になること
などのために、厚く大面積にわたって大きな臨界電流を
もつものを得ることが困難であるという大きな欠点を生
じることが避けられなかった。特に、比較的大面積に成
膜した場合に組成等膜質の不均質性が生じることは、現
状の超電導薄膜作製技術では不可避の課題であり、この
ために通電時に弱い部分が熔断してしまい、限流導体の
限界端子間電圧(熔断するまでの投入パワー又は回路電
圧と等価)を高くすることができなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記欠点を解消するた
め、素子部の超電導膜上に蒸着等の手法により金属の薄
膜を被覆して、一種の熱的、電気的な安定化を行うこと
が考えられる。このような技術は、例えば刊行物{日本
物理学会編、超電導、276頁、昭和54年(丸善株式
会社)}等に記載されているような従来技術から容易に
考え得るものである。本発明者らは、このような従来技
術の応用による安定化によって限界端子間電圧を数十V
まで高めることが可能であることを見いだした。しか
し、実用レベルとしては不十分で、少なくとも100V
以上の電圧に耐えることが必要であり、限流導体の安定
化性能をさらに高めることが望まれている。
【0005】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたもので、限流効果が大きく、しかも限界端子間
電圧が100V以上である酸化物超電導限流導体を得る
ことを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の酸化物超電導
限流導体は、基材、およびこの基材に設け、酸化物超電
導層を上記基材側にして、酸化物超電導層と銀層とを交
互にそれぞれ2層以上積層した積層体を備えたものであ
る。
【0007】
【作用】この発明において、酸化物超電導層を形成し、
その上から銀層を形成して積層構造とする。この際に、
超電導層と銀層とを交互にそれぞれ2層以上積層する
と、超電導限流導体の通電時において、銀層にも電流が
分流されると共に、特に発熱時の熱はけが良くなって、
安定化特性が向上すると考えられる。
【0008】
【実施例】実施例1.幅5mm×長さ20mmの矩形状
MgO基板を基材として用い、次いで各成分の金属を出
発原料とし、電子ビーム蒸着法によってY系(YBa2
Cu37-X)酸化物超電導膜の形成を行った。この際
に、酸素ガスを導入してガス圧を1.5×10-4Tor
rに調整し、成膜後この雰囲気中において室温まで徐冷
した。その後この上に、1.8×10-6Torrの真空
中において銀層を蒸着によって形成した。上記の工程を
それぞれ3回実施し、超電導層および銀層が交互にそれ
ぞれ3層積層された積層体を基材に設け、この発明の一
実施例の限流導体を製作した。次いで、超電導膜の中央
部を絶縁テープで被覆し、両端部に無電界で金メッキを
施して端子部とし、これにリード線を取り付けた。超電
導層の臨界温度は86K、超電導層および銀層それぞれ
の一層の厚さは、約2000Åおよび100Åであっ
た。
【0009】比較例1.実施例1と同じ電子ビーム蒸着
法および同種の基材を用い、実施例1と同一組成で同一
ガス圧の酸素気流中で成膜を行い、約6000ÅのY系
超電導膜を形成して従来の超電導限流導体とした。この
超電導層の臨界温度は86Kであった。
【0010】比較例2.比較例1で得られた超電導限流
導体の上に300Åの銀膜を蒸着によって形成して従来
の安定化を施した超電導限流導体とした。この超電導層
の臨界温度は86Kであった。
【0011】上記実施例1、比較例1および比較例2の
限流素子について、それぞれ液体窒素中に入れて冷却
し、交流回路(周波数50Hz)を用い、素子にかかる
端子間電圧を変化させて、素子が熔断するまでの限界端
子間電圧を調査した。その結果、実施例1のものは15
5V、比較例2の単に蒸着によって安定化用銀被覆を施
した従来のものは60V、比較例1の全く被覆なしの従
来法のものは6Vであった。すなわち、従来のものはい
ずれも超電導膜が不均質であり、通電時に弱い部分が熱
によって熔断するために、高い端子間電圧を印加できな
かったものと考えられる。これに対して、この発明の一
実施例のものでは、超電導膜が不均質であっても銀層と
の積層により素子の安定化性能が向上したため、100
Vを越える高電圧を印加しても素子が熔断することのな
い限流導体であることが明らかになった。さらに、この
発明の一実施例の限流導体では、上記の限界端子間電圧
155Vの場合に、使用回路の推定短絡電流370Aを
その約1/12以下の30Aに大きく限流することがで
きた。
【0012】実施例2.実施例1と同一サイズの矩形状
SrTiO3基板を基材として用いた。スパッタ法によ
ってYBa2Cu37-X系酸化物超電導層の形成を行っ
た。この際に、酸素ガスを導入してガス圧を1.1×1
-4Torrに調整し、成膜後この雰囲気中において室
温まで徐冷した。超電導層上に1.8×10-6Torr
の真空中において銀層をスパッタによって形成した。上
記の工程を2回行い、超電導層と銀層とを交互にそれぞ
れ2層ずつ積層された積層体を基材に設け、この発明の
他の実施例の限流導体を作製した。次いで、両端部に無
電界で金メッキを施して端子部とし、これにリード線を
取り付けて酸化物超電導限流素子とした。超電導膜の臨
界温度は88K、超電導層および銀層それぞれの一層の
厚さは、約3000Åおよび200Åであった。
【0013】比較例3.実施例2と同じスパッタ法およ
び同種の基材を用い、実施例2と同一組成で同一ガス圧
の酸素気流中で成膜を行い、約6000ÅのY系超電導
膜を形成して従来の超電導限流導体とした。この超電導
層の臨界温度は88Kであった。
【0014】比較例4.比較例3で得られた超電導限流
導体の上に400Åの銀膜を蒸着によって形成して従来
の安定化を施した超電導限流導体とした。この超電導層
の臨界温度は88Kであった。
【0015】上記実施例2、比較例3および比較例4の
限流素子について、それぞれ液体窒素中に入れて冷却
し、交流回路(周波数50Hz)を用い、素子にかかる
端子間電圧を変化させて、素子が熔断するまでの限界端
子間電圧を調査した。その結果、実施例2のものは14
7V、比較例4の単に蒸着によって安定化用銀被覆を施
した従来のものは64V、比較例3の全く被覆なしの従
来のものは8Vであった。すなわち、従来のものはいず
れも超電導膜が不均質であり、通電時に弱い部分が熱に
よって熔断するために、高い端子間電圧を印加できなか
ったものと考えられる。これに対して、この発明の他の
実施例のものは、超電導膜が不均質であっても素子の電
気的、熱的な安定化性能が向上したため、100Vを越
える高電圧を印加しても素子が熔断することのない限流
導体であることが明らかになった。さらに、この発明の
他の実施例の限流導体では、上記の限界端子間電圧14
7Vの場合に、使用回路の推定短絡電流360Aをその
約1/13の28Aに大きく限流することができた。
【0016】この発明に係わる基材としては、Al
23、SiO2、MgO、SrTiO3、ZrO2、Y2
3などのセラミックや単結晶、金、銀、ステンレス、
銅、ニッケルなどの金属およびそれらの合金などを使用
することができる。この発明では、超電導層形成後にそ
の上に任意の厚さの銀層を形成する必要があるが、上記
方法としてはいわゆる物理蒸着法、化学気相蒸着法、お
よび電気泳動を利用した電着法などを用いるが、実施例
に示したように、超電導層と銀層の成膜方法を同一の方
法を用いるのが最適である。しかし、この発明では必ず
しもこの限りでなく、超電導層を形成した手法と異なる
成膜手法によって銀層を形成してもよい。超電導層およ
び銀層の厚さも限定するものではなく、任意に選定でき
る。実験によれば、超電導層は一層の厚さが概ね100
〜3000Åが適当であり、銀層は一層の厚さが50〜
500Åが適当である。また、これら両層は、交互にそ
れぞれ2層以上積層すればこの発明の効果が現れること
を確認した。したがって、この発明では実施例で示した
ように2〜3層ずつを積層するのが適当である。
【0017】この発明の実施例で基材へ酸化物超電導膜
を形成する際には、一般に酸素ガスを導入して成膜を行
う。その酸素ガス圧としては、用いる手法によって大き
く異なるため、任意の値を用いてよい。例えばCVD法
では、一般にガス圧を高く取る必要があり、スパッタ法
や蒸着法ではガス圧は低い(真空度が高い)のが普通で
ある。
【0018】この発明の実施例の酸化物超電導体限流導
体を形成した後に、電極端子となる金属被覆を形成する
方法としては、気相成膜法、無電解メッキ法、電解メッ
キ法もしくは圧着法いずれを用いてもよい。電極端子と
しては、銀および金が好ましい。
【0019】ところで、実施例では酸化物系超電導材料
の一例としてY系材料を用いたが、この発明の効果はY
系に限らずBi系、Tl系、Nd系等のいずれの酸化物
超電導材料においても発現することを実施例と同様の検
討によって確認した。また、上記実施例では限流導体を
限流素子に用いる場合について説明したが、これに限る
ものではなく、例えば通常の電流を通電する導体として
用いた場合には、通電時の抵抗をほとんどゼロにするこ
とができるので、電力ロスがなくしかも過大電流が流れ
たときにはこれを限流することができることは言うまで
もない。
【0020】
【発明の効果】この発明は以上説明したように、基材、
およびこの基材に設け、酸化物超電導層を上記基材側に
して、酸化物超電導層と銀層とを交互にそれぞれ2層以
上積層した積層体を備えたものを用いることにより、限
流効果が大きく、しかも限界端子間電圧が100V以上
である酸化物超電導限流導体を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 貞次郎 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社中央研究所内 (72)発明者 林 龍也 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社中央研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基材、およびこの基材に設け、酸化物超
    電導層を上記基材側にして、酸化物超電導層と銀層とを
    交互にそれぞれ2層以上積層した積層体を備えた酸化物
    超電導限流導体。
JP4046827A 1992-03-04 1992-03-04 酸化物超電導限流導体 Pending JPH05251759A (ja)

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JP4046827A JPH05251759A (ja) 1992-03-04 1992-03-04 酸化物超電導限流導体

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JP4046827A JPH05251759A (ja) 1992-03-04 1992-03-04 酸化物超電導限流導体

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JPH05251759A true JPH05251759A (ja) 1993-09-28

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