JPH06314625A - Superconducting current limiter - Google Patents
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、超電導体が臨界電流
値を超えることによって超電導状態から常電導状態へと
クエンチ（転移）する性質を利用した超電導限流器に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting fault current limiter which utilizes the property that a superconductor is quenched (transitioned) from a superconducting state to a normal conducting state when it exceeds a critical current value.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、送電系統において、は事故電
流を限流する限流器を配置することが提案されている。
限流器は過電流が流れた場合に抵抗となってその過電流
を抑制し、遮断器及び変圧器にかかる負荷を所定レベル
以下に抑制する働きをする。限流器の方式としては種々
の技術が提案されているが、近年、限流器として例えば
特開平２−１０５４０２号公報に開示されるような超電
導体を用いて限流する限流器が提案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, it has been proposed to arrange a fault current limiter for limiting a fault current in a power transmission system.
The current limiter serves as a resistance when an overcurrent flows, and suppresses the overcurrent, and functions to suppress the load applied to the breaker and the transformer to a predetermined level or less. Although various techniques have been proposed as a method of a current limiting device, in recent years, as a current limiting device, for example, a current limiting device that uses a superconductor as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-105402 has been proposed. Has been done.
【０００３】この超電導限流器の基本原理は次のごとく
である。まず、送電系統に直列に接続したコイルを超電
導体の外周に巻回し、超電導体内に鉄心を同心円状に配
置して超電導限流器を構成する。コイルは通電されると
自己インダクタンスによりインピーダンスが生ずる。し
かし、超電導体が超電導状態にある場合は磁束が遮断さ
れるためコイルによって発生する磁場は鉄心から完全に
シールド（マイスナー効果）し、理論上コイルの自己イ
ンダクタンスは消失する。即ち、インピーダンスが極め
て小さくなるため定常時の送電電流の損失は少い。The basic principle of this superconducting fault current limiter is as follows. First, a coil connected in series to a power transmission system is wound around the outer circumference of a superconductor, and iron cores are arranged concentrically in the superconductor to form a superconducting fault current limiter. When the coil is energized, self-inductance causes impedance. However, when the superconductor is in the superconducting state, the magnetic flux is cut off, so the magnetic field generated by the coil is completely shielded from the iron core (Meissner effect), and theoretically the self-inductance of the coil disappears. That is, since the impedance is extremely small, the loss of the transmission current in the steady state is small.
【０００４】ところが、一旦、短絡や落雷等によりコイ
ルに過電流が流れると、超電導体の臨界磁場を超えてし
まうため、超電導体は超電導状態から常電導状態へとク
エンチ（転移）してしまう。すると通常の物質と同様に
磁束が超電導体に鎖交するため（磁束スイッチング効
果）改めてコイルに自己インダクタンスが発生して過電
流を限流することができるようにしたものである。However, once an overcurrent flows through the coil due to a short circuit, a lightning strike, or the like, the critical magnetic field of the superconductor is exceeded, so that the superconductor is quenched from the superconducting state to the normal conducting state. Then, the magnetic flux is linked to the superconductor like a normal substance (flux switching effect), so that self-inductance is again generated in the coil and the overcurrent can be limited.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、超電導体を
超電導状態とするためには極低温にする必要がある。そ
のため超電導体を利用した超電導限流器では限流器全体
を液体窒素等の冷却液に浸漬して冷却している。しか
し、従来では超電導体の外周にコイルが巻回されていた
ため冷却効率が十分ではなかった。即ち、この従来タイ
プにおいては超電導体は冷却液に対してその内周面側の
みで接触することとなり、特に肉厚に形成された場合で
は冷却効率が十分ではなかった。更に、特開平２−１０
５４０２号公報に開示されるように超電導体がコアたる
鉄心とコイルとに挟まれたものにあっては、更に冷却液
と超電導体との接触面積が少なく、冷却効率もより低く
なる。その上、鉄心に発生するうず電流損及びコイルの
抵抗分により発生するジュール損に挟まれ、クエンチす
る電流が小さくなってしまうという問題があった。By the way, in order to bring a superconductor into a superconducting state, it is necessary to bring it to an extremely low temperature. Therefore, in a superconducting fault current limiter using a superconductor, the entire fault current limiter is immersed in a cooling liquid such as liquid nitrogen for cooling. However, in the past, the coil was wound around the outer periphery of the superconductor, so that the cooling efficiency was not sufficient. That is, in this conventional type, the superconductor comes into contact with the cooling liquid only on the inner peripheral surface side thereof, and the cooling efficiency was not sufficient particularly when formed in a thick wall. Furthermore, JP-A 2-10
In the case where the superconductor is sandwiched between the iron core as the core and the coil as disclosed in Japanese Patent No. 5402, the contact area between the cooling liquid and the superconductor is further reduced, and the cooling efficiency is further lowered. In addition, there is a problem that the quenching current becomes small due to being sandwiched by the eddy current loss generated in the iron core and the Joule loss generated by the resistance component of the coil.
【０００６】本発明の目的は、超電導体に対する冷却効
率の大きな超電導限流器を提供することである。An object of the present invention is to provide a superconducting fault current limiter having a large cooling efficiency for a superconductor.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の発明者は、請求項１の発明において送電系に
直列に接続されるコイルの外周側に、同コイルに対して
超電導体を被覆状に配置し、少なくとも超電導体を保冷
手段にて保冷する構成とした。請求項２の発明において
前記超電導体は筒状とし、前記コイル全体に対して被覆
状に配置するようにした。また請求項３の発明において
は前記超電導体をコイル状とし、前記内側のコイルに対
して被覆状に配置するような構成とした。In order to solve the above-mentioned problems, the inventor of the present invention has, on the outer peripheral side of a coil connected in series to a power transmission system in the invention of claim 1, a superconductor for the coil. Is arranged in a cover, and at least the superconductor is kept cold by the cold keeping means. In the invention of claim 2, the superconductor has a tubular shape and is arranged so as to cover the entire coil. Further, in the invention of claim 3, the superconductor is formed in a coil shape and is arranged so as to cover the inside coil.
【０００８】[0008]
【作用】上記のような構成によれば、請求項１の発明に
おいては少なくとも超電導体が保冷手段により保冷され
るにあたって、超電導体はコイルの外周側に被覆状に配
置されているため冷却効果がコイルの内周側に配置され
た場合に比べ大きくなるとともに、超電導体は内側から
コイルの抵抗分によって発生するジュール損にさられる
のみで、外周は常に冷却液に接触しているのでクエンチ
する電流を大きくすることができる。また、請求項２の
発明においては筒状の超電導体により完全にコイルが包
囲されるため漏れ電流が少なくなる。また請求項３の発
明においてはコイル状としたことにより超電導体の隙間
にも冷却液が浸入するので、一層冷却効率が良くなる。According to the above structure, in the invention of claim 1, at least when the superconductor is kept cold by the cold keeping means, the superconductor is arranged on the outer peripheral side of the coil in the form of a cover, so that the cooling effect is obtained. It becomes larger than when it is arranged on the inner circumference side of the coil, and the superconductor is only affected by Joule loss generated from the inside due to the resistance of the coil, and the outer circumference is always in contact with the cooling liquid, so the quenching current Can be increased. Further, in the invention of claim 2, since the coil is completely surrounded by the cylindrical superconductor, the leakage current is reduced. Further, in the invention of claim 3, since the cooling liquid is introduced into the gap between the superconductors by adopting the coil shape, the cooling efficiency is further improved.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、この発明の一試作例である超電導限流
器１０について、図１〜図３に基づいて詳細に説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A superconducting fault current limiter 10 which is one prototype of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS.
【００１０】図１に示すようにコア１は図上左右に配設
された中実軟鉄製の小判状の支持体２と、同支持体２の
上下寄りに配設された一対の円柱部３とより構成されて
いる。円柱部３は直径は３８ｍｍ、長さ６０ｍｍの中密
軟鉄製とされ、図示しないネジにて支持体２に固着され
ている。上側の円柱部３にはコイル４が巻回されてお
り、コイル４両端は本来は送電系統に接続されるもので
ある。コイル４は直径０．３ｍｍのエナメル線を１層巻
き１２０ターンとしたものである。As shown in FIG. 1, a core 1 is an oval support 2 made of solid soft iron arranged on the left and right in the figure, and a pair of columnar parts 3 provided on the upper and lower sides of the support 2. It is composed of The cylindrical portion 3 is made of medium-density soft iron having a diameter of 38 mm and a length of 60 mm, and is fixed to the support body 2 with a screw (not shown). A coil 4 is wound around the upper cylindrical portion 3, and both ends of the coil 4 are originally connected to the power transmission system. The coil 4 is formed by winding one layer of an enameled wire having a diameter of 0.3 mm for 120 turns.
【００１１】コイル４の外周側には超電導筒体５が配置
されている。超電導筒体５はビスマス系の高温超電導体
を筒状に形成したものであり、超電導筒体５は内径４０
ｍｍφ，外径５０ｍｍφ，長さ５０ｍｍとされている。
この値より計算すると、超電導筒体５の内周面積は約６
２８０ｍｍ2 となり外周面積は約７８５０ｍｍ2 とな
る。超電導筒体５は特に外方より支持されることなく、
コイル４の外周側より円柱部３に遊嵌されている。A superconducting cylinder 5 is arranged on the outer peripheral side of the coil 4. The superconducting cylinder 5 is a bismuth-based high-temperature superconductor formed in a cylindrical shape, and the superconducting cylinder 5 has an inner diameter of 40 mm.
The diameter is 50 mm, the outer diameter is 50 mm, and the length is 50 mm.
When calculated from this value, the inner peripheral area of the superconducting cylinder 5 is about 6
280 mm 2 next outer circumferential area is about 7850mm 2. The superconducting cylinder 5 is not particularly supported from the outside,
The coil 4 is loosely fitted in the columnar portion 3 from the outer peripheral side.
【００１２】本実施例の超電導筒体５を構成するビスマ
ス系の高温超電導体としてはＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系を使用した。Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ：Ｏ＝２：
２：１：２となるようにＢｉ2 Ｏ3 ，ＣｕＯ，ＳｒＣＯ
3 の各粉末を調合した。本実施例におけるビスマス系の
高温超電導体の臨界電流密度（Ｊｃ）＝１０００Ａ／ｃ
ｍ2 ，臨界磁場（Ｂｃ）＝５０ガウスであった。Bi-Sr-Ca-Cu-as a bismuth-based high-temperature superconductor which constitutes the superconducting cylinder 5 of this embodiment.
O system was used. Bi: Sr: Ca: Cu: O = 2:
Bi 2 O 3 , CuO, SrCO to be 2: 1: 2
Each powder of 3 was compounded. Critical current density (Jc) of the bismuth-based high-temperature superconductor in this embodiment (Jc) = 1000 A / c
m 2 , critical magnetic field (Bc) = 50 gauss.
【００１３】本発明の超電導限流器１０は保冷手段たる
冷却槽６に浸漬されている。実施例ではビスマス系の高
温超電導体を使用するため保冷手段たる冷却液は液体窒
素を用いた。The superconducting fault current limiter 10 of the present invention is immersed in a cooling tank 6 which is a cooling means. In the embodiment, since a bismuth-based high temperature superconductor is used, liquid nitrogen is used as a cooling liquid as a cooling means.
【００１４】かかる超電導限流器１０の作用についてよ
り詳しい原理を加えて説明する。コイル４に対して外周
より被覆状に配置された筒状の超電導筒体５は超電導状
態において抵抗値０Ωのコイル４と同様の作用を有す
る。即ち、超電導筒体５にはコイル４により発生する磁
束により誘導起電力が発生する。すると超電導筒体５内
部にはコイル４とは逆方向の電流の流れができるため、
コイル４に発生する超電導筒体５により発生する磁束と
相殺される。従って、超電導状態にある超電導筒体５で
は、コイル４のインダクタンスは極めて抑制されること
となり、超電導限流器１０は定常電流がコイルに流れて
いる間は送電電流は限流されることはない。The operation of the superconducting fault current limiter 10 will be described by adding a more detailed principle. The cylindrical superconducting cylinder 5 arranged to cover the coil 4 from the outer periphery has the same action as the coil 4 having a resistance value of 0Ω in the superconducting state. That is, induced electromotive force is generated in the superconducting cylinder 5 by the magnetic flux generated by the coil 4. Then, a current flows in the opposite direction to the coil 4 inside the superconducting cylinder 5,
The magnetic flux generated by the superconducting cylinder 5 generated in the coil 4 is offset. Therefore, in the superconducting cylinder 5 in the superconducting state, the inductance of the coil 4 is extremely suppressed, and the superconducting fault current limiter 10 does not limit the transmission current while the steady current flows through the coil.
【００１５】一方、短絡事故等によりコイル４に過電流
が流れると、超電導体に流れる誘導起電力に伴う電流量
も一挙に増大し、超電導体の臨界電流値を超える。する
と、超電導筒体５は超電導状態から常電導状態にクエン
チする。そして、コイルに改めて自己インダクタンスが
発生して過電流を限流するようになる。On the other hand, when an overcurrent flows through the coil 4 due to a short-circuit accident or the like, the amount of current accompanying the induced electromotive force flowing through the superconductor also increases at once and exceeds the critical current value of the superconductor. Then, the superconducting cylinder 5 is quenched from the superconducting state to the normal conducting state. Then, the self-inductance is generated again in the coil to limit the overcurrent.
【００１６】以上のような構成とすれば、本実施例の超
電導限流器１０は次のような効果を奏する。すなわち、
コイル４の外周側に超電導筒体５を配置したとしても、
超電導筒体５の超電導状態においてはコイル４のインダ
クタンスは消失する。一方、事故時には超電導体が常電
導体にクエンチし、コイル４のインダクタンスが生じ、
短絡電流を限流するという超電導限流器１０の限流機能
は保持される。更に、コイル４の外周側に超電導筒体５
を配置したため液体窒素に対して超電導筒体５はその外
周面で接触する。外周面は上記計算によれば内周面より
１６００ｍｍ2（内周面に対して約２５．５パーセント
増）も接触面積が大きくなる。また熱源としてはコイル
４が超電導体の内部にあるのみで外周は常に冷却液に接
触している。従って、冷却効率が上昇するとともにクエ
ンチする電流を大きくすることができる。With the above structure, the superconducting fault current limiter 10 of the present embodiment has the following effects. That is,
Even if the superconducting cylinder 5 is arranged on the outer peripheral side of the coil 4,
In the superconducting state of the superconducting cylinder 5, the inductance of the coil 4 disappears. On the other hand, in the event of an accident, the superconductor quenches to the normal conductor, causing inductance in the coil 4,
The current limiting function of the superconducting fault current limiter 10 of limiting the short-circuit current is maintained. Further, the superconducting cylinder 5 is provided on the outer circumference of the coil 4.
Since the superconducting cylinder 5 is arranged, the superconducting cylinder 5 comes into contact with liquid nitrogen on its outer peripheral surface. According to the above calculation, the contact area of the outer peripheral surface is larger than that of the inner peripheral surface by 1600 mm 2 (about 25.5% increase from the inner peripheral surface). Further, as the heat source, the coil 4 is only inside the superconductor, and the outer periphery is always in contact with the cooling liquid. Therefore, the cooling efficiency can be increased and the quenching current can be increased.
【００１７】また、従来の超電導体の外周にコイルを巻
回するタイプでは超電導体の交換をする場合コイルが邪
魔であったが、本実施例ではネジを緩めて支持体２より
円柱部３を外せば簡単に超電導筒体５を取り替えること
ができる。また、直接コイル４を超電導体５に巻回しな
いため超電導筒体５に対する機械的ストレスが少なくな
る。Further, in the conventional type in which the coil is wound around the outer periphery of the superconductor, the coil is a hindrance when replacing the superconductor. If removed, the superconducting cylinder 5 can be easily replaced. Further, since the coil 4 is not directly wound around the superconductor 5, mechanical stress on the superconducting cylinder 5 is reduced.
【００１８】次に、上記実施例に基づいて行った実験の
データについて図３に示すグラフに基づいて説明する。
本グラフは超電導限流器１０を１つの回路として見た場
合の電流−コイル特性（Ｉ−Ｌ特性）を示すものであ
る。縦軸に回路全体のインダクタンスを取り、横軸に電
流値を取った。Ａ〜Ｇはそれぞれ測定した値である。Next, the data of the experiment conducted based on the above-mentioned embodiment will be explained based on the graph shown in FIG.
This graph shows current-coil characteristics (IL characteristics) when the superconducting fault current limiter 10 is viewed as one circuit. The vertical axis represents the inductance of the entire circuit, and the horizontal axis represents the current value. A to G are measured values.
【００１９】その結果、６〜７アンペアにおいて臨界電
流に達することが確認された。この値は臨界磁場及び臨
界温度により変動するものである。尚、一般にコイル巻
き数に対してクエンチする電流値は反比例し、インダク
タンスはコイル巻き数の２乗に正比例する。As a result, it was confirmed that the critical current was reached at 6 to 7 amps. This value varies depending on the critical magnetic field and the critical temperature. In general, the quenching current value is inversely proportional to the number of coil turns, and the inductance is directly proportional to the square of the number of coil turns.
【００２０】以上、本発明の一実施例について詳述した
が、本発明は次のような態様に変更して実施することも
可能である。 １）超電導筒体５の外周にフランジ部を形成すること。
例えば筒体５両端部等である。Although one embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention can be modified and implemented in the following modes. 1) To form a flange portion on the outer circumference of the superconducting cylinder 5.
For example, both ends of the tubular body 5 and the like.
【００２１】２）図３に示すように超電導筒体１５を研
削してコイル状とし、コイル４の外方より被覆状に配置
すること。このように構成すればコイル４周辺に発生し
た液体窒素由来の窒素ガスをスムーズに排出することが
できる。2) As shown in FIG. 3, the superconducting cylinder 15 is ground into a coil shape, and the coil 4 is arranged so as to be covered from the outside. With this configuration, the nitrogen gas derived from the liquid nitrogen generated around the coil 4 can be smoothly discharged.
【００２２】３）冷却液として液体ヘリウムを用いるこ
と。液体ヘリウムはより低温であるためＮｂＴｉ系超電
導体等を使用することできる。また、他の冷却剤を用い
ることも自由である。3) Use liquid helium as the cooling liquid. Since liquid helium has a lower temperature, a NbTi-based superconductor or the like can be used. It is also free to use other coolants.
【００２３】４）超電導筒体５の厚みを変更することは
自由である。厚くなるほど内周面と外周面の面積差が生
じ発明の効果は大である。また、コイル４自体を超電導
体で構成することも可能である。4) It is free to change the thickness of the superconducting cylinder 5. As the thickness increases, the area difference between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface occurs, and the effect of the invention is greater. Also, the coil 4 itself can be made of a superconductor.
【００２４】５）コイル４と超電導筒体５との間隔はぴ
ったりと密着状態とすることも、本実施例のように隙間
を有するようにしても良い。理論的には密着するほどコ
イル４には漏れ磁束がなくなり定常送電時の電流の損失
が減ることとなる。5) The coil 4 and the superconducting cylinder 5 may be closely fitted to each other or may have a gap as in this embodiment. Theoretically, the closer the coils are to each other, the more the magnetic flux leaks in the coil 4 and the less the current loss during steady power transmission.
【００２５】６）超電導筒体５は一体成形したものでな
く、リング状の薄板を積層して構成してもよい。 ７）コアは中実軟鉄製であったが、薄板を積層して構成
するようにしてもよい。また軟鉄製とはフェライト、ア
モルファス合金製も含む概念である。6) The superconducting cylinder 5 is not integrally molded and may be formed by laminating ring-shaped thin plates. 7) The core is made of solid soft iron, but it may be formed by laminating thin plates. In addition, soft iron is a concept including ferrite and amorphous alloy.
【００２６】８）ビスマス系の高温超電導体としてはＢ
ｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ：Ｏ＝２：２：１：２以外の配合
で実施してもよい。また、ビスマス系以外の例えばイッ
トリウム系の超電導体を使用することも可能である。8) B as a high temperature bismuth superconductor
It may be carried out with a composition other than i: Sr: Ca: Cu: O = 2: 2: 1: 2. It is also possible to use, for example, a yttrium-based superconductor other than bismuth-based one.
【００２７】その他本発明はその主旨を逸脱しない範囲
で変更して実施することは自由である。Others The present invention can be freely modified and implemented without departing from the spirit of the invention.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上説明したようにこの発明では、コイ
ルの外周側に超電導体を配置したため冷却液に対して超
電導体はその外周面で接触するため超電導体の冷却効率
が向上する。As described above, in the present invention, since the superconductor is arranged on the outer peripheral side of the coil, the superconductor contacts the cooling liquid on the outer peripheral surface thereof, so that the cooling efficiency of the superconductor is improved.
【図１】本発明にかかる超電導限流器の概要を説明する
斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating an outline of a superconducting fault current limiter according to the present invention.
【図２】同じ実施例における超電導限流器のＩ−Ｌ特性
のグラフである。FIG. 2 is a graph of the IL characteristic of the superconducting fault current limiter in the same example.
【図３】他の実施例における超電導限流器を説明する斜
視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a superconducting fault current limiter according to another embodiment.
４…コイル、５…超電導体たる超電導筒体、１０…超電
導限流器。4 ... Coil, 5 ... Superconducting cylinder which is a superconductor, 10 ... Superconducting fault current limiter.
Claims (3)
周側に、同コイルに対して超電導体を被覆状に配置し、
少なくとも超電導体を保冷手段にて保冷したことを特徴
とする超電導限流器。1. A superconductor is arranged on the outer peripheral side of a coil connected in series to an electric power system so as to cover the coil,
A superconducting fault current limiter characterized in that at least a superconductor is kept cold by a cold keeping means.
全体に対して被覆状に配置されていることを特徴とする
請求項１に記載の超電導限流器。2. The superconducting fault current limiter according to claim 1, wherein the superconductor has a tubular shape and is arranged so as to cover the entire coil.
側のコイルに対して被覆状に配置されていることを特徴
とする請求項１に記載の超電導限流器。3. The superconducting fault current limiter according to claim 1, wherein the superconductor has a coil shape and is arranged in a cover shape with respect to the inner coil.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5102796A JPH06314625A (en) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Superconducting current limiter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5102796A JPH06314625A (en) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Superconducting current limiter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06314625A true JPH06314625A (en) | 1994-11-08 |
Family
ID=14337054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5102796A Pending JPH06314625A (en) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Superconducting current limiter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06314625A (en) |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP5102796A patent/JPH06314625A/en active Pending
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