JPH07220960A - 電流制限器 - Google Patents
電流制限器Info
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- JPH07220960A JPH07220960A JP6326025A JP32602594A JPH07220960A JP H07220960 A JPH07220960 A JP H07220960A JP 6326025 A JP6326025 A JP 6326025A JP 32602594 A JP32602594 A JP 32602594A JP H07220960 A JPH07220960 A JP H07220960A
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- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/30—Devices switchable between superconducting and normal states
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ブロックや管の形状の高温超電体から超電導
電流制限器を実現する。 【構成】 導体の断面積（Ｓ）とその動作温度（Ｔ）
が、次式を満たすことを特徴とする、たとえばＢｉ2 Ｓ
ｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏ8 （ＢＳＣＣＯ）型のセラミックな
ど臨界温度の高い（ＨＴｃ）超伝導体を含む電流制限器
を主題とする。 ρT （ｊ）×ｊ＞１０-4 ρT （５ｊ）／ρT （ｊ）＞１００ １０8 ＜ρT （５ｊ）×ｊ2 ＜１０10 上式で、ρT は、高温超伝導体の見かけの抵抗率であ
る。これは、電流密度と動作温度Ｔの関数である。ｊ
が、ピーク値Ｉｃ＝Ｉｎ√２の場合の電流密度の値であ
る。すなわち、 ｊ＝Ｉｎ√２／Ｓ
電流制限器を実現する。 【構成】 導体の断面積（Ｓ）とその動作温度（Ｔ）
が、次式を満たすことを特徴とする、たとえばＢｉ2 Ｓ
ｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏ8 （ＢＳＣＣＯ）型のセラミックな
ど臨界温度の高い（ＨＴｃ）超伝導体を含む電流制限器
を主題とする。 ρT （ｊ）×ｊ＞１０-4 ρT （５ｊ）／ρT （ｊ）＞１００ １０8 ＜ρT （５ｊ）×ｊ2 ＜１０10 上式で、ρT は、高温超伝導体の見かけの抵抗率であ
る。これは、電流密度と動作温度Ｔの関数である。ｊ
が、ピーク値Ｉｃ＝Ｉｎ√２の場合の電流密度の値であ
る。すなわち、 ｊ＝Ｉｎ√２／Ｓ
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、臨界温度の高い超伝導
体を利用した抵抗電流制限器に関する。
体を利用した抵抗電流制限器に関する。
【０００２】
【従来の技術】超伝導体電流制限器は、保護すべき電路
中に直列に置かれた超伝導体を含んでいる。通常の動作
状態では、導体は超伝導状態であり、その抵抗は無視で
きる。電路中の電流が、短絡などの障害の結果、超伝導
体の臨界値を越えた場合、超伝導体は抵抗状態に移行
し、それによって障害電流の値を自動的に制御する。残
留電流は、遮断器によって容易に切断することができ、
遮断器が高い遮断容量をもつ必要はない。
中に直列に置かれた超伝導体を含んでいる。通常の動作
状態では、導体は超伝導状態であり、その抵抗は無視で
きる。電路中の電流が、短絡などの障害の結果、超伝導
体の臨界値を越えた場合、超伝導体は抵抗状態に移行
し、それによって障害電流の値を自動的に制御する。残
留電流は、遮断器によって容易に切断することができ、
遮断器が高い遮断容量をもつ必要はない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】臨界温度の低い（数
Ｋ）超伝導体を利用した抵抗電流制限器は、数多くの理
論的研究の対象となっており、今後数年内に工業的に陽
の目を見る可能性がある。これらの電流制限器は、その
巻線を極低温に保つ必要があり、そのため開発費用が比
較的高くなるという欠点を有する。
Ｋ）超伝導体を利用した抵抗電流制限器は、数多くの理
論的研究の対象となっており、今後数年内に工業的に陽
の目を見る可能性がある。これらの電流制限器は、その
巻線を極低温に保つ必要があり、そのため開発費用が比
較的高くなるという欠点を有する。
【０００４】臨界温度の高い（１００Ｋ程度）超伝導体
の出現により、７７Ｋへの冷却費用が４．２Ｋへの冷却
費用の約１／５０で済むことを考えれば、その開発費用
がずっと安くつく電流制限器を実現できるとの希望が生
まれた。
の出現により、７７Ｋへの冷却費用が４．２Ｋへの冷却
費用の約１／５０で済むことを考えれば、その開発費用
がずっと安くつく電流制限器を実現できるとの希望が生
まれた。
【０００５】しかしながら、高温超伝導体（ＨＴｃ）で
できた超伝導電流制限器の実現は難しい。というのは現
在、銀マトリックスのファイバを除いてはブロックや管
しか作成することができず、また銀は伝導率が高いため
限流効果を損うからである。
できた超伝導電流制限器の実現は難しい。というのは現
在、銀マトリックスのファイバを除いてはブロックや管
しか作成することができず、また銀は伝導率が高いため
限流効果を損うからである。
【０００６】もう１つの難点は、遷移の出現時に高温超
伝導体中で発散されるエネルギーを抑えられるかどうか
である。
伝導体中で発散されるエネルギーを抑えられるかどうか
である。
【０００７】これらの問題は、素材の使用様式の選択及
び適合された技術によって解決された。
び適合された技術によって解決された。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、導体の断面積
（Ｓ）とその動作温度（Ｔ）が次式を満たすことを特徴
とする、たとえばＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏ8 （ＢＳ
ＣＣＯ）型のセラミックなど臨界温度の高い超伝導体を
含む電流制限器を主題とする。
（Ｓ）とその動作温度（Ｔ）が次式を満たすことを特徴
とする、たとえばＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏ8 （ＢＳ
ＣＣＯ）型のセラミックなど臨界温度の高い超伝導体を
含む電流制限器を主題とする。
【０００９】ρT （ｊ）×ｊ＞１０-4 ρT （５ｊ）／ρT （ｊ）＞１００ １０8 ＜ρT （５ｊ）×ｊ2 ＜１０10 上式で、ρT は、高温超伝導体の見かけの抵抗率であ
る。これは、電流密度と動作温度Ｔの関数である。
る。これは、電流密度と動作温度Ｔの関数である。
【００１０】ｊは、ピーク値Ｉｃ＝Ｉｎ√２の場合の電
流密度の値である。すなわち、 ｊ＝Ｉｎ√２／Ｓ 第一の実施例では、電流制限器は、たとえばＢＳＣＣＯ
セラミックなど臨界温度の高い超伝導体の同軸管に機械
加工した、直列に接続された複数のらせんを含む。
流密度の値である。すなわち、 ｊ＝Ｉｎ√２／Ｓ 第一の実施例では、電流制限器は、たとえばＢＳＣＣＯ
セラミックなど臨界温度の高い超伝導体の同軸管に機械
加工した、直列に接続された複数のらせんを含む。
【００１１】変形例では、電流制限器は、たとえばＢＳ
ＣＣＯセラミックなど臨界温度の高い超伝導体の平行な
プレートに機械加工した、直列に接続された複数の導体
を含む。前記プレート中で一列の平行な直線状の鋸引き
を行うことによって導体を得るのが好都合である。
ＣＣＯセラミックなど臨界温度の高い超伝導体の平行な
プレートに機械加工した、直列に接続された複数の導体
を含む。前記プレート中で一列の平行な直線状の鋸引き
を行うことによって導体を得るのが好都合である。
【００１２】この２つの変形例では、臨界温度の高い超
伝導体の各部分を減圧の液体窒素に浸す。
伝導体の各部分を減圧の液体窒素に浸す。
【００１３】次に本発明を添付の図面を参照しながらさ
らに詳しく説明する。
らに詳しく説明する。
【００１４】
【実施例】図１は、様々な温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４
でのＢＳＣＣＯ材料に特有の抵抗率ρ（単位Ω．ｍ）と
それを横切る電流の密度ｊ（単位Ａ／ｍｍ2 ）の関係を
示す。
でのＢＳＣＣＯ材料に特有の抵抗率ρ（単位Ω．ｍ）と
それを横切る電流の密度ｊ（単位Ａ／ｍｍ2 ）の関係を
示す。
【００１５】図の例では、Ｔ１＝７７ｋ、Ｔ２＝７２
ｋ、Ｔ３＝６７ｋ、Ｔ４＝６２ｋである。
ｋ、Ｔ３＝６７ｋ、Ｔ４＝６２ｋである。
【００１６】点Ａは電流制限器の正常動作状態に対応
し、点Ｂは制限状態に対応する。
し、点Ｂは制限状態に対応する。
【００１７】直線Ｄ１は、超伝導状態での動作に対する
通常の場合の上限であり、次式で定義される。
通常の場合の上限であり、次式で定義される。
【００１８】Ｅ＝ρ．ｊｃ＝１０-4Ｖ／ｍ 上式で、ｊｃは臨界電流密度である。
【００１９】本発明は、点Ａ（ｊ，ρ（ｊ））を線Ｄ１
の上側に置くことを提案する。これは、超伝導体にとっ
て非古典的な動作モードである。
の上側に置くことを提案する。これは、超伝導体にとっ
て非古典的な動作モードである。
【００２０】直線Ｄ２は、方程式ρ（５ｊ）・ｊ2 ＝１
０8 に対するもので、０．２５ＭＶＡ／ｌの出力密度の
処理に対応する。電流制限器を十分コンパクトにするた
め、本発明は、点Ｂ（５ｊ，ρ（５ｊ））を線Ｄ２の上
側に置くことを提案する。
０8 に対するもので、０．２５ＭＶＡ／ｌの出力密度の
処理に対応する。電流制限器を十分コンパクトにするた
め、本発明は、点Ｂ（５ｊ，ρ（５ｊ））を線Ｄ２の上
側に置くことを提案する。
【００２１】直線Ｄ３は、方程式ρ（５ｊ）．ｊ2 ＝１
０2 に対するもので、２５ＭＶＡ／ｌの出力密度（公称
電圧と公称電力の積）に対応する。材料を過熱から容易
に保護できるように、本発明は、点Ｂを線Ｄ３の下側に
置くことを提案する。
０2 に対するもので、２５ＭＶＡ／ｌの出力密度（公称
電圧と公称電力の積）に対応する。材料を過熱から容易
に保護できるように、本発明は、点Ｂを線Ｄ３の下側に
置くことを提案する。
【００２２】最後の条件は、点Ｂと点Ａでの抵抗率の比
が１００を越えることを要求している。この条件は、温
度Ｔ１では、ｊの関数としてのρの変化が穏やかすぎる
ため、成立しない。温度Ｔ２では実現可能になり始める
が、温度Ｔ３の方が好ましい。温度Ｔ３では、たとえば
ρ（Ｂ）／ρ（Ａ）＝５００の場合に１．３ＭＶＡ／ｌ
が処理でき、公称抵抗損が０．０４％を越えず、あるい
は冷却費用が０．６％を越えない。
が１００を越えることを要求している。この条件は、温
度Ｔ１では、ｊの関数としてのρの変化が穏やかすぎる
ため、成立しない。温度Ｔ２では実現可能になり始める
が、温度Ｔ３の方が好ましい。温度Ｔ３では、たとえば
ρ（Ｂ）／ρ（Ａ）＝５００の場合に１．３ＭＶＡ／ｌ
が処理でき、公称抵抗損が０．０４％を越えず、あるい
は冷却費用が０．６％を越えない。
【００２３】温度Ｔ３＝６７Ｋには、減圧窒素浴を使っ
て容易に到達できる。これは、液体窒素では到達でき
ず、ＢＳＣＣＯの開発可能な特徴に対して大きな利益を
もたらさない、温度Ｔ４＝６２Ｋよりも好ましい。ただ
し、低温冷却装置を使ってこれらの温度に到達すること
は可能である。
て容易に到達できる。これは、液体窒素では到達でき
ず、ＢＳＣＣＯの開発可能な特徴に対して大きな利益を
もたらさない、温度Ｔ４＝６２Ｋよりも好ましい。ただ
し、低温冷却装置を使ってこれらの温度に到達すること
は可能である。
【００２４】したがって、本発明による電流制限器の一
実施例は、図の点ＡとＢの間で下記の値で動作する。
実施例は、図の点ＡとＢの間で下記の値で動作する。
【００２５】Ａにおいて：Ｔ３＝６７Ｋ，ｊA ＝１５Ａ
／mm2 ，ρA ＝４．６×１０-9Ω．ｍ Ｂにおいて：Ｔ３＝６７Ｋ，ｊB ＝５ｊA ＝７４Ａ／mm
2 ρB ＝５００ρA ＝２．３×１０-6Ω．ｍ たとえば３６ｋＶの公称電圧Ｕｎ、１．２５ｋＡの公称
電流Ｉｎで動作し障害電流値を５Ｉｎ、すなわち６．２
５ｋＡに制限する電流制限器の寸法を設定するため、次
の値を選ぶ。
／mm2 ，ρA ＝４．６×１０-9Ω．ｍ Ｂにおいて：Ｔ３＝６７Ｋ，ｊB ＝５ｊA ＝７４Ａ／mm
2 ρB ＝５００ρA ＝２．３×１０-6Ω．ｍ たとえば３６ｋＶの公称電圧Ｕｎ、１．２５ｋＡの公称
電流Ｉｎで動作し障害電流値を５Ｉｎ、すなわち６．２
５ｋＡに制限する電流制限器の寸法を設定するため、次
の値を選ぶ。
【００２６】Ｓ＝Ｉｎ√２／ｊA ＝１１８mm2 ｌ＝Ｕｎ√２／ρB ×ｊB ＝２９５ｍ 材料の体積はＶ＝Ｓ．ｌ＝３４．８リッター、処理出力
密度Ｐ＝ＵｎＩｎ／Ｖ＝１．３ＭＶＡ／ｌである。
密度Ｐ＝ＵｎＩｎ／Ｖ＝１．３ＭＶＡ／ｌである。
【００２７】図２は、ＢＳＣＣＯの偶数の同じ高さの薄
い同軸管１をらせんの形に機械加工することによる電流
制限器の第一の実施例を示す。らせんの末端は、例えば
銀製の接触面２を備え、これは様々ならせんを直列に接
続できるようにする。外管上の接続体３と内管上の接続
体４は電流の導入と放出を可能にする。装置の外で発生
する磁界を最小限に抑えるため、最初の管及び最後の管
中に形成されるらせんのピッチを他の管中に形成される
らせんのピッチの２倍にすると好都合である。
い同軸管１をらせんの形に機械加工することによる電流
制限器の第一の実施例を示す。らせんの末端は、例えば
銀製の接触面２を備え、これは様々ならせんを直列に接
続できるようにする。外管上の接続体３と内管上の接続
体４は電流の導入と放出を可能にする。装置の外で発生
する磁界を最小限に抑えるため、最初の管及び最後の管
中に形成されるらせんのピッチを他の管中に形成される
らせんのピッチの２倍にすると好都合である。
【００２８】上記のアセンブリを、減圧に保った液体窒
素浴に浸し、または低温冷却装置で冷却する。熱はらせ
ん間の空間内での自然対流によって抽出される。
素浴に浸し、または低温冷却装置で冷却する。熱はらせ
ん間の空間内での自然対流によって抽出される。
【００２９】図３の実施例では、空間１２によって相互
に分離された垂直で平行な同一のＢＳＣＣＯプレート１
０を、それぞれ上記のように計算した一定の通過断面積
を有する導体を構成するように機械加工する。加工は直
線１３によって行うのが好都合である。
に分離された垂直で平行な同一のＢＳＣＣＯプレート１
０を、それぞれ上記のように計算した一定の通過断面積
を有する導体を構成するように機械加工する。加工は直
線１３によって行うのが好都合である。
【００３０】プレート中に形成された導体は、たとえば
銀製の接続体１４によって電気的に直列にする。末端の
プレートは、電流の導入と放出用の接続体１５、１６を
備えている。
銀製の接続体１４によって電気的に直列にする。末端の
プレートは、電流の導入と放出用の接続体１５、１６を
備えている。
【００３１】前記と同様にアセンブリを液体窒素浴に浸
し、または低温冷却装置で冷却する。
し、または低温冷却装置で冷却する。
【００３２】本発明は、中圧及び高圧の電気保護装置の
作成に応用される。
作成に応用される。
【図１】様々な温度についてＢＳＣＣＯセラミックの抵
抗率とそれを横切る電流の密度との関係を示すグラフで
ある。
抗率とそれを横切る電流の密度との関係を示すグラフで
ある。
【図２】本発明の第一の実施例による高温超伝導電流制
限器の導体の概略透視図である。
限器の導体の概略透視図である。
【図３】本発明の第二の実施例による高温超伝導電流制
限器の導体の概略透視図である。
限器の導体の概略透視図である。
フロントページの続き (72)発明者 プテール・フリドリツシユ・エルマン フランス国、91410・コルブルーズ、ドウ ールダン、アンパス・デ・フルール・１
Claims (6)
- 【請求項１】 たとえばＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏ8
（ＢＳＣＣＯ）型のセラミックなど臨界温度の高い（Ｈ
Ｔｃ）超伝導体を含む電流制限器であって、 ρT が、電流密度と動作温度Ｔの関数である、高温超伝
導体の見かけの抵抗率であるとし、 ｊが、ピーク値Ｉｃ＝Ｉｎ√２の場合の電流密度の値、
すなわちｊ＝Ｉｎ√２／Ｓとして、導体の断面積（Ｓ）
とその動作温度（Ｔ）が、式 ρT （ｊ）×ｊ＞１０-4 ρT （５ｊ）／ρT （ｊ）＞１００ １０8 ＜ρT （５ｊ）×ｊ2 ＜１０10 を満たすことを特徴とする電流制限器。 - 【請求項２】 たとえばＢＳＣＣＯセラミックなど臨界
温度の高い超伝導体の同軸管中に作成した、直列に接続
された複数のらせんを含むことを特徴とする、請求項１
に記載の電流制限器。 - 【請求項３】 たとえばＢＳＣＣＯセラミックなど臨界
温度の高い超伝導体の平行なプレート中に作成した、直
列に接続された複数の導体を含むことを特徴とする、請
求項１に記載の電流制限器。 - 【請求項４】 前記プレート中で一連の平行な直線状の
鋸引きを行うことによって導体を得ることを特徴とす
る、請求項３に記載の電流制限器。 - 【請求項５】 ＢＳＣＣＯ製の部分を減圧の液体窒素中
に浸すことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一
項に記載の電流制限器。 - 【請求項６】 ＢＳＣＣＯ製の部分を低温冷却装置で冷
却することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一
項に記載の電流制限器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9315695A FR2714544B1 (fr) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Limiteur de courant. |
| FR9315695 | 1993-12-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07220960A true JPH07220960A (ja) | 1995-08-18 |
Family
ID=9454437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6326025A Pending JPH07220960A (ja) | 1993-12-27 | 1994-12-27 | 電流制限器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0660426A1 (ja) |
| JP (1) | JPH07220960A (ja) |
| CA (1) | CA2139012A1 (ja) |
| FR (1) | FR2714544B1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19520205A1 (de) * | 1995-06-01 | 1996-12-05 | Siemens Ag | Resistive Strombegrenzungseinrichtung unter Verwendung von Hoch-T¶c¶Supraleitermaterial |
| DE19928324A1 (de) * | 1999-06-16 | 2000-12-21 | Siemens Ag | Stromtragende Verbindungselemente für Plattenleiter aus hochtemperatur-supraleitenden Dünnschichten |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3887090T2 (de) * | 1987-11-09 | 1994-05-19 | Toshiba Kawasaki Kk | Supraleitender strombegrenzender Apparat. |
| JP2986871B2 (ja) * | 1990-08-22 | 1999-12-06 | 株式会社日立製作所 | 酸化物超電導体および酸化物超電導線ならびに超電導コイル |
-
1993
- 1993-12-27 FR FR9315695A patent/FR2714544B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-12-23 EP EP94403002A patent/EP0660426A1/fr not_active Withdrawn
- 1994-12-23 CA CA002139012A patent/CA2139012A1/fr not_active Abandoned
- 1994-12-27 JP JP6326025A patent/JPH07220960A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2139012A1 (fr) | 1995-06-28 |
| EP0660426A1 (fr) | 1995-06-28 |
| FR2714544A1 (fr) | 1995-06-30 |
| FR2714544B1 (fr) | 1996-02-02 |
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