JP2597599B2 - 超電導限流開閉装置 - Google Patents
超電導限流開閉装置Info
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- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
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- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
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Classifications
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は電力系統等の短絡事故時に発生する短絡電流
を限流して事故の被害を最小にすると共に、系統を構成
する機器に要求される短絡性能を低減することを目的と
する限流器に関するもので、特に、液体窒素温度以上で
超電導現象を示す物質を用いて、通常時は超電導状態で
通電し短絡事故に際しては常電導状態となって限流する
超電導限流開閉装置に関するものである。
を限流して事故の被害を最小にすると共に、系統を構成
する機器に要求される短絡性能を低減することを目的と
する限流器に関するもので、特に、液体窒素温度以上で
超電導現象を示す物質を用いて、通常時は超電導状態で
通電し短絡事故に際しては常電導状態となって限流する
超電導限流開閉装置に関するものである。
（従来の技術） 電力系統の複雑化に伴って短絡事故時の電流が増加す
る傾向にあり、限流器への期待は高まっている。この限
流器については系統の複雑化がもっとも進んでいる米国
で勢力的に研究されており、Electic Power Research I
nstitute（EPRI）等から、数多くのレポートが出されて
いる。例えば、EL−276−SR Special Report;Symposium
Proceedings New concepts in Fault Current Limiter
s and Power Circuit Breakersなどがある。
る傾向にあり、限流器への期待は高まっている。この限
流器については系統の複雑化がもっとも進んでいる米国
で勢力的に研究されており、Electic Power Research I
nstitute（EPRI）等から、数多くのレポートが出されて
いる。例えば、EL−276−SR Special Report;Symposium
Proceedings New concepts in Fault Current Limiter
s and Power Circuit Breakersなどがある。
限流器の基本機能は短絡事故時に高インピーダンスと
なって電圧降下を生じ、短絡電流を流れなくすることで
ある。この機能を満足するものとして色々なものが考え
られているが、安定性と繰返し使用できる自復性の問題
から、今日幅広く実用化されているものは、ヒューズを
用いたものに限られている。ヒューズを用いた限流器と
してはアルカリ系の金属の状態変化を利用したものが考
案されている。（特開昭56−57236,特開昭47−40146
等）ヒューズを用いた場合には電圧降下を大きくするこ
とが困難であるので高々数千Ｖまでの低い電圧での使用
に限られている。
なって電圧降下を生じ、短絡電流を流れなくすることで
ある。この機能を満足するものとして色々なものが考え
られているが、安定性と繰返し使用できる自復性の問題
から、今日幅広く実用化されているものは、ヒューズを
用いたものに限られている。ヒューズを用いた限流器と
してはアルカリ系の金属の状態変化を利用したものが考
案されている。（特開昭56−57236,特開昭47−40146
等）ヒューズを用いた場合には電圧降下を大きくするこ
とが困難であるので高々数千Ｖまでの低い電圧での使用
に限られている。
超電導を用いた限流器についても古くから検討されて
いる。しかしながら液体ヘリウム温度での超電導物質を
用いた限流器では、常電導状態での発熱を発揮すること
が困難であり、構想の段階で止まっている。
いる。しかしながら液体ヘリウム温度での超電導物質を
用いた限流器では、常電導状態での発熱を発揮すること
が困難であり、構想の段階で止まっている。
一方、最近の高温超電導材料の開発は急速に進められ
ており、液体窒素温度77Kを越え100K近くで超電導を示
す材料が開発されている。このような材料を用いると、
短絡事故時に電流密度が臨界電流密度Jcを越えて常電導
に転移して発熱量が急増しても、熱的に臨界状態を越え
ることなく使用できる可能性があり、限流器として期待
されている。これは、従来の液体ヘリウム温度での超電
導に比べ、高い温度で使用されるので、比熱が大きくな
り、しかも液体窒素温度と臨界温度との差が大きく取れ
るので、熱容量が大きくなるためである。
ており、液体窒素温度77Kを越え100K近くで超電導を示
す材料が開発されている。このような材料を用いると、
短絡事故時に電流密度が臨界電流密度Jcを越えて常電導
に転移して発熱量が急増しても、熱的に臨界状態を越え
ることなく使用できる可能性があり、限流器として期待
されている。これは、従来の液体ヘリウム温度での超電
導に比べ、高い温度で使用されるので、比熱が大きくな
り、しかも液体窒素温度と臨界温度との差が大きく取れ
るので、熱容量が大きくなるためである。
（発明が解決しようとする問題点） このような高温超電導を用いた限流器の例を第３図に
示す。Ｙ−Ba−Cu−Ｏ材料を用いて定格電圧400Vで設計
したものである。臨界電流Jcを1000A/cm2とすると定格
電流150Aの２倍の300Aで常電導に転移させるには、断面
積が0.3cm2の素子で構成する必要がある。常電導での比
抵抗を50mΩcmとすると1cm当りの抵抗は0.16Ωとなる。
示す。Ｙ−Ba−Cu−Ｏ材料を用いて定格電圧400Vで設計
したものである。臨界電流Jcを1000A/cm2とすると定格
電流150Aの２倍の300Aで常電導に転移させるには、断面
積が0.3cm2の素子で構成する必要がある。常電導での比
抵抗を50mΩcmとすると1cm当りの抵抗は0.16Ωとなる。
臨界温度を97Kとすると液体窒素温度は77Kであるので
許容される温度上昇は20Kである。比熱を200mJ/gKとす
ると、4J/gの熱容量が必要である。比重2g/cm3を想定す
ると、1cm当り0.6gであり、2.4Jの発熱が限界である。
常電導へ転移した後100msで電流が遮断されるとすれば
電流は12A以下にする必要がある。400Vで12Aの電流とす
るには全抵抗は33Ωとなり、従って全長は2mになる。第
３図では厚さ2cmで幅20×20cmの基板５に全長が2mとな
るジグザグの溝７を設け、この溝に添って断面積が0.3c
m2の素子を構成したものである。
許容される温度上昇は20Kである。比熱を200mJ/gKとす
ると、4J/gの熱容量が必要である。比重2g/cm3を想定す
ると、1cm当り0.6gであり、2.4Jの発熱が限界である。
常電導へ転移した後100msで電流が遮断されるとすれば
電流は12A以下にする必要がある。400Vで12Aの電流とす
るには全抵抗は33Ωとなり、従って全長は2mになる。第
３図では厚さ2cmで幅20×20cmの基板５に全長が2mとな
るジグザグの溝７を設け、この溝に添って断面積が0.3c
m2の素子を構成したものである。
第４図は第３図に示した超電導限流素子１と半導体素
子2a,2bを組合わせて構成した限流開閉装置を示す。短
絡事故時に超電導限流素子１で電流を限流するととも
に、超電導限流素子に現れる電圧降下を測定器３で検出
し、パルス発生器４により半導体素子2a,2bをオフす
る。
子2a,2bを組合わせて構成した限流開閉装置を示す。短
絡事故時に超電導限流素子１で電流を限流するととも
に、超電導限流素子に現れる電圧降下を測定器３で検出
し、パルス発生器４により半導体素子2a,2bをオフす
る。
このように、超電導限流素子と半導体素子を組合わせ
ることにより、高速で動作する限流開閉装置を提供する
ことができる。しかしながら、電源に大きなインダクタ
ンスを有する場合には結果的には超電導限流素子でその
エネルギーを瞬時に吸収することにより、局部的な破壊
に繋がることが予想される。
ることにより、高速で動作する限流開閉装置を提供する
ことができる。しかしながら、電源に大きなインダクタ
ンスを有する場合には結果的には超電導限流素子でその
エネルギーを瞬時に吸収することにより、局部的な破壊
に繋がることが予想される。
本発明はこの様な欠点に鑑みてなされたもので、イン
ダクタンスの大きい電源の場合でもそのエネルギーを素
子が吸収して破壊することがない超電導限流開閉装置を
得ることを目的とする。このため、本発明では素子と並
列にまた大地間にZnOでつくられたサージ吸収素子を挿
入するようにしたものである。
ダクタンスの大きい電源の場合でもそのエネルギーを素
子が吸収して破壊することがない超電導限流開閉装置を
得ることを目的とする。このため、本発明では素子と並
列にまた大地間にZnOでつくられたサージ吸収素子を挿
入するようにしたものである。
（問題点を解決するための手段および作用） このため、本発明では素子と並列にまたは大地間にZn
Oでつくられたサージ吸収素子を挿入するようにしたも
のである。
Oでつくられたサージ吸収素子を挿入するようにしたも
のである。
（実施例） 本発明の構成を第１図に示す一実施例をもとに説明す
る。１は、基板に形成されたジグザグの溝にＹ−Ba−Cu
−Ｏ材料を設けて構成した超電導限流器素子であり、こ
の超電導限流器素子１には、一対の半導体素子2a,2bが
接続されている。半導体素子2a,2bは互いに逆方向で並
列に接続されており、パルス信号により開閉可能な素子
である。超電導限流器素子１の両端にはこの素子に現れ
る電圧降下を検出する電圧測定器３が接続され、この電
圧測定器３には半導体素子2a,2bに対してパルスを出力
するパルス発生器４が接続されている。そして限流開閉
装置の両端子と大地間にZnOでつくられたサージ吸収素
子6a,6bを接続する。更に、第２図に示すように、超電
導限流器素子の端子間にもZnOで作られたサージ吸収素
子８を接続する。
る。１は、基板に形成されたジグザグの溝にＹ−Ba−Cu
−Ｏ材料を設けて構成した超電導限流器素子であり、こ
の超電導限流器素子１には、一対の半導体素子2a,2bが
接続されている。半導体素子2a,2bは互いに逆方向で並
列に接続されており、パルス信号により開閉可能な素子
である。超電導限流器素子１の両端にはこの素子に現れ
る電圧降下を検出する電圧測定器３が接続され、この電
圧測定器３には半導体素子2a,2bに対してパルスを出力
するパルス発生器４が接続されている。そして限流開閉
装置の両端子と大地間にZnOでつくられたサージ吸収素
子6a,6bを接続する。更に、第２図に示すように、超電
導限流器素子の端子間にもZnOで作られたサージ吸収素
子８を接続する。
このように構成された本実施例による超電導限流開閉
装置は、短絡事故時の事故電流を超電導限流素子１によ
り限流し、超電導限流素子１に現れる電圧降下を電圧測
定器３で検出し、この信号によりパルス発生器４より半
導体素子2a,2bに対してパルスが発生されるので、半導
体素子2a,2bをオフにすることができる。また大地間に
接続されたZnOで作ったサージ吸収素子により、限流に
よつて電源のインダクタンスに残ったエネルギーを吸収
することができる。また、超電導限流素子のジグザグ構
造の一、ないし、数往復に並列に、やはり、ZnOのサー
ジ吸収素子を取付けることにより、素子自体のインダク
タンスに残るエネルギーも吸収することができる。
装置は、短絡事故時の事故電流を超電導限流素子１によ
り限流し、超電導限流素子１に現れる電圧降下を電圧測
定器３で検出し、この信号によりパルス発生器４より半
導体素子2a,2bに対してパルスが発生されるので、半導
体素子2a,2bをオフにすることができる。また大地間に
接続されたZnOで作ったサージ吸収素子により、限流に
よつて電源のインダクタンスに残ったエネルギーを吸収
することができる。また、超電導限流素子のジグザグ構
造の一、ないし、数往復に並列に、やはり、ZnOのサー
ジ吸収素子を取付けることにより、素子自体のインダク
タンスに残るエネルギーも吸収することができる。
第２図の実施例では、ZnOサージ吸収素子を接続する
構成であったが、基板自体をZnOのセラミックで作り、
これに溝を掘って超電導限流素子とするのも効果的であ
る。
構成であったが、基板自体をZnOのセラミックで作り、
これに溝を掘って超電導限流素子とするのも効果的であ
る。
〔発明の効果〕 このように、本発明の超電導限流開閉装置によれば、
限流開閉装置の端子と大地間に接続したサージ吸収素子
で電源等のインダクタンスに残留するエネルギーを吸収
することができるとともに、また、素子と並列のサージ
吸収素子によって素子自体のインダクタンスに残留する
エネルギーも吸収することができ、限流時の素子の局部
的な破壊を防ぐのに効果的である。
限流開閉装置の端子と大地間に接続したサージ吸収素子
で電源等のインダクタンスに残留するエネルギーを吸収
することができるとともに、また、素子と並列のサージ
吸収素子によって素子自体のインダクタンスに残留する
エネルギーも吸収することができ、限流時の素子の局部
的な破壊を防ぐのに効果的である。
【図面の簡単な説明】 第１図，第２図は本発明による超電導限流開閉装置の素
子を示す概略構成図、第３図及び第４図はＹ−Ba−Cu−
Ｏを用いた定格電圧400V,定格電流150Aで臨界電流300A
の従来形の限流器を示す概略構成図である。 １……超電導限流器素子、2a,2b……半導体素子 ３……電圧測定器、４……パルス発生器 ５……基板、6a,6b……サージ吸収素子 ７……溝
子を示す概略構成図、第３図及び第４図はＹ−Ba−Cu−
Ｏを用いた定格電圧400V,定格電流150Aで臨界電流300A
の従来形の限流器を示す概略構成図である。 １……超電導限流器素子、2a,2b……半導体素子 ３……電圧測定器、４……パルス発生器 ５……基板、6a,6b……サージ吸収素子 ７……溝
Claims (1)
- 【請求項１】Ｙ−Ba−Cu−Ｏなどの77Kの液体窒素温度
以上で超電導特性を示す材料を基板上にジグザグに掘っ
た溝に設けて超電導限流素子を構成し、この超電導限流
素子にパルス信号により開閉可能な互いに逆方向で並列
に接続された一対の半導体素子を接続し、前記超電導限
流素子の電圧降下を検出する測定器と、この測定器から
の信号により前記半導体素子に対してパルス信号を発生
するパルス発生器とにより前記半導体素子を開閉させる
超電導限流開閉装置において、 装置の両端子と大地間にZnOで作ったサージ吸収素子を
取付け、更に、ジグザグの素子の一ないし数往復に並列
に、ZnOで作ったサージ吸収素子を取付けたことを特徴
とする超電導限流開閉装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62243979A JP2597599B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 超電導限流開閉装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62243979A JP2597599B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 超電導限流開閉装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6489920A JPS6489920A (en) | 1989-04-05 |
| JP2597599B2 true JP2597599B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=17111897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62243979A Expired - Lifetime JP2597599B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 超電導限流開閉装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2597599B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0297837U (ja) * | 1989-01-19 | 1990-08-03 | ||
| JPH04312717A (ja) * | 1991-04-11 | 1992-11-04 | Toshiba Corp | 超電導限流器 |
| DE19744011A1 (de) * | 1997-09-26 | 1999-04-01 | Siemens Ag | Leistungsschaltereinrichtung zur Energieversorgung und -verteilung |
| KR100888147B1 (ko) * | 2007-08-20 | 2009-03-13 | 한국전력공사 | 하이브리드 초전도 한류기 |
-
1987
- 1987-09-30 JP JP62243979A patent/JP2597599B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6489920A (en) | 1989-04-05 |
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