JP2009049257A - 超電導限流素子 - Google Patents

Abstract

【課題】複数枚のそれぞれの超電導薄膜の臨界電流が大きく異なっていても、複数枚のそれぞれの超電導薄膜の臨界電流の和に相当する定格電流を有する超電導薄膜限流素子を製作すること。
【解決手段】複数の絶縁体基板３、４上にそれぞれ超電導薄膜が形成され、それぞれの超電導薄膜上に蒸着された純金属または合金からなる分流保護膜付超電導薄膜１、２と、それぞれの分流保護膜付超電導薄膜１、２の両端に蒸着された純金属からなる電極部５〜６、７〜８と、それぞれの分流保護膜付超電導薄膜１、２の同極の電極部５−７、６−８間にハンダを介して接続された、それぞれの分流保護膜付超電導薄膜１、２を並列接続する金属基材超電導テープ９、１０とから構成されることを特徴とする超電導限流素子である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電路に流れる短絡電流等の過大な電流を限流する超電導限流素子に関する。

超電導体は、超電導状態においては電気抵抗がゼロとなるため、大きな電流を流すことができるが、ある決まった電流値（臨界電流Ｉ_ｃ）より大きな電流を流すと電気抵抗が発生する。さらに電流を大きくして行くと、発生する熱のため超電導体の温度が上昇し、常電導状態になって、より大きな電気抵抗を生じる。このような超電導体の特徴を生かして、電力系統において、通常時は電気抵抗がゼロで大きな電流を流し、短絡事故時には大きな電気抵抗を発生させて事故電流の増大を抑制する超電導限流器が用いられている。

電力自由化を推進して行く上で大きな課題となっているのが、分散電源連系に伴う短絡事故電流の増大である。その対策として最も有望なのが、通常時は低インピーダンス、系統事故時には高インピーダンスとなって事故電流を抑制する限流器の導入である。電力の自由化を推進する立場から、低コストかつ高信頼性の限流器の実現に対する社会的要請は非常に高い。配電系統に限流器を導入することを想定すると、大面積超電導薄膜を用いた超電導薄膜限流器が、構造がコンパクトであり、過電流に対して瞬時に応答し、常時発生する交流損失が小さい等、多くの優れた点があり、信頼性・性能・体格・大容量化への拡張性の観点から最も優れていると考えられている。

超電導薄膜限流器は、液体窒素温度（６６〜７７．３Ｋ）で動作する薄膜限流素子を電力系統の電路に直列接続し、短絡事故時の電流の増大とともに超電導薄膜を超電導状態（Ｓ）から常電導状態（Ｎ）に転移させ、その常電導抵抗によって系統電流を抑制するものであり、ＳＮ転移抵抗型限流器とも呼ばれている。従来、サファイア基板（アルミナ単結晶基板）等の絶縁体基板上に、必要に応じて適当なバッファ層を介してＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７（以下、ＹＢＣＯと言う。）等の高温超電導酸化物の薄膜を作製した大面積超電導薄膜が用いられている。

しかし、このような超電導薄膜を用いた場合、短絡事故直後において、最初に常電導転移した部分で局所的に温度が急上昇して超電導薄膜が破損すると言うホットスポット現象を生じる。超電導薄膜限流器では、それを防止するために、金や銀等の金属を超電導薄膜の上に蒸着して常電導転移時の分流保護層とするのが一般的である（非特許文献１、２参照）。しかし、一方、このような金属分流層を付加すると超電導線路の電気抵抗を大きく低下させてしまい、決まった電圧が印加される限流時の発熱を増大させるため、設計する電界（許容電界）が低下し、結果として長い超電導線路を必要とするため、高価な薄膜を多量に使うと言う問題点があった。これに対し、純金属よりも１桁近く抵抗率の高い金銀合金を超電導薄膜に蒸着して分流保護層とし、かつ、安価な無誘導巻抵抗を並列接続する超電導薄膜限流素子が考案され、４０Ｖ_ｐｅａｋ／ｃｍ以上と言う従来の超電導薄膜限流素子より４倍以上高い許容電界が得られている（特許文献１、非特許文献３、４参照）。
B. Gromoll, G. Ries, W. Schmidt, H.-P. Kraemer,B.Seebacher, B. Utz, R. Nies, H.-W. Neumueller, E. Baltzer, S. Fischer and B.Heismann, "Resistive fault current limiters with YBCO films-100 kVA functionalmodel", IEEE Trans. Appl. Supercond. 9 (1999) 656-659 Ok-BaeHyun, Hye-Rim Kim, J. Sim, Y.-H. Jung, K.-B. Park,J.-S.Kang,B.W.Lee,and I.-S.Oh, "6.6 kV resistive superconducting fault current limiter based on YBCOfilms", IEEE Trans. Appl. Supercond. 15 (2005) 2027-2030 H. Yamasaki, M. Furuse, and Y. Nakagawa,"High-power-density fault-current limiting devices using superconductingYBa2Cu3O7 films and high-resistivity alloy shunt layers," Appl. Phys. Lett. 85(2004) 4427-4429 H. Yamasaki, K. Arai, M. Furuse, K. Kaiho, and Y.Nakagawa,"Low-cost and high-power-density resistive fault-current limitingelements using YBCO thin films and Au-Ag alloy shunt layers," J. Phys.Conf. Ser. 43 (2006) 937-941 K. Kaiho, H. Yamasaki, K.Arai, M. Furuse, T. Manabe, and M. Sohma,"Study on the quench current of YBCOthin film FCL," IEEE Trans. Appl. Supercond., 17 (2007) 1795-1798. 特願２００６−５２８４９３（平成１８年９月１４日） 特願２００７−１２７７４０（平成１９年５月１４日）

通常、限流器は、電力系統の事故電流の抑制のために用いられるが、超電導薄膜限流器で想定される定格電流は、配電系統で用いる小さいものでも２００Ａ_ｒｍｓ 以上、６６ｋＶ以上の送電・基幹系統では１ｋＡ_ｒｍｓ以上である。ＳＮ転移抵抗型限流素子の定格電流（交流）は、通常、そのピーク値が直流臨界電流値Ｉ_ｃと等しくなるように決めるため、Ｉ_{ｒａｔ(ｒｍｓ)}＝Ｉ_ｃ／√２となる。これは、臨界電流が、通常、超電導体１ｃｍ当り１μＶという微小電圧が発生する時、即ち電界Ｅ_０＝１０^−４Ｖ／ｍとなるときの電流値として定義され、液体窒素で冷却されている超電導薄膜がクエンチ（急激に常電導転移）する電流値Ｉ_ｑは、臨界電流の１．３倍程度以上であるため、妥当な設計である。

従って、特許文献１および非特許文献２〜４に記載されているような５〜１０ｍｍ幅の超電導薄膜（臨界電流が約４５〜９６Ａ、定格電流約３２〜６８Ａ_ｒｍｓ）では電流容量が足りず、より幅広の超電導薄膜を用いたり、並列接続したりして、電流容量を増大させる必要がある。非特許文献２には、並列接続の際の均流化のために、超電導テープで作製した相間トランスを用いることが記載されている。また、特許文献２には、高抵抗率の合金分流層を有する薄膜限流素子の大電流容量化に伴うホットスポット現象の深刻化の対策として、小容量のコンデンサを並列接続する方式が提案されている。

複数の超電導薄膜を並列接続することによって電流容量を増大させる場合、それぞれの超電導薄膜の臨界電流が必ずしも同じとは限らず、臨界電流が大きく異なる超電導薄膜を並列接続することもあり得る。例えば、大面積超電導薄膜の作製技術が成熟しておらず、製品としての超電導薄膜の臨界電流にばらつきがある場合や、任意の定格電流に対応するため、臨界電流の大きな超電導薄膜と小さな超電導薄膜を組み合わせて並列接続する場合等が想定される。

図３は、特許文献２に記載されている超電導限流素子の構成を示す図である。
この超電導限流素子は、サファイア基板１０３上の、２ｃｍ幅で長さ６ｃｍの高温超電導ＹＢＣＯ 薄膜１０１（膜厚３００ｎｍ、臨界電流密度３．０ＭＡ／ｃｍ^２で、素子定格電流＝直流臨界電流＝１８０Ａ_ｐｅａｋ）と、サファイア基板１０４上の、１ｃｍ幅で長さ６ｃｍの高温超電導ＹＢＣＯ薄膜１０２（膜厚３００ｎｍ、臨界電流密度３．０ＭＡ／ｃｍ_２で、素子定格電流＝直流臨界電流＝９０Ａ_ｐｅａｋ）とを用い、これらの高温超電導薄膜１０１、１０２の上面には、それぞれ金に約２３ｗｔ％の銀を混ぜた組成の合金膜を約６０ｎｍの膜厚でスパッタ蒸着した後、両端の５ｍｍずつに金を蒸着して、金電極１０５、１０６および金電極１０７、１０８を形成し、それぞれの金電極１０５、１０６および金電極１０７、１０８を常電導の電流リード１０９、１１０および電流リード１１１、１１２を介して銅電極１１３および１１４に接続することによって高温超電導薄膜１０１と高温超電導薄膜１０２とを並列に接続し、さらに図示されていないが、ホットスポット対策のため、合金線からなる無誘導巻で作製した外付け分流抵抗（０．３３Ω）と５０μＦのコンデンサを銅電極１１３、１１４間に並列接続している。

図４は、図３に示した超電導限流素子の通電試験を行った結果を示す図である。
同図に示すように、ｔ＝１２０ｍｓ以降の過電流領域において、約２６０Ａ_ｐｅａｋの全通電電流に対して、１サイクル目は高温超電導薄膜１０１、１０２にほぼ同じ電流が流れたが、２サイクル目で臨界電流の小さな高温超電導薄膜１０２がクエンチして電圧が発生し始め、さらに、５サイクル目で高温超電導薄膜１０１もクエンチした。この構成では、２枚の高温超電導薄膜１０１、１０２の臨界電流の和１８０＋９０＝２７０Ａ_ｐｅａｋであるにも拘らず通電することができなかった。

図５は図３に示した超電導限流素子の等価回路を示す図、図６は高温超電導薄膜の電流・電圧特性を示す図である。
図５において、電流リード１０９、１１０および電流リード１１１、１１２は、ほぼ同じ長さのインジウム線を用いたため、接触抵抗を含む電流リード１０９、１１０の接続抵抗Ｒ_ｃ１と接触抵抗を含む電流リード１１１、１１２の接続抵抗のＲ_ｃ２は、Ｒ_ｃ１≒Ｒ_ｃ２≒１．２ｍΩである。また、通常、高温超電導薄膜に臨界電流Ｉ_ｃ以上の電流を流した時に発生する電圧（磁束フロー電圧）と電流との関係は、図６に示すように、長さＬの高温超電導薄膜では、Ｖ＝Ｖ_０（Ｉ／Ｉ_ｃ）^ｎ（Ｖ_０＝ＬＥ_０、ｎはエヌ値と呼ばれ、ｎ＝２０〜５０で試料毎に異なる) と言う冪乗則で近似できることが知られている。即ち、高温超電導薄膜に臨界電流を超えた電流が流れた時、すぐに常電導時の抵抗値になるわけではなく、臨界電流近傍ではなだらかに抵抗が発生するが、その後急激に増加するような、磁束フロー抵抗Ｒ_ｆ＝Ｖ／Ｉ∝Ｉ^ｎ−１を生ずる。通電電流が臨界電流以下の時には、磁束フロー抵抗Ｒ_ｆ１＝Ｒ_ｆ２＝０と見なせるため、２枚の高温超電導薄膜１０１、１０２に流れる電流の比（分流比）は、接続抵抗Ｒ_ｃ１、Ｒ_ｃ２の比で決まり、Ｒ_ｃ１／Ｒ_ｃ２＝１である。

図４に示した通電試験において、１２０≦ｔ≦１４５ｍｓにおいては、交流電流のピーク値は１２０〜１３０Ａであって、高温超電導薄膜１０２の臨界電流（９０Ａ）よりも大きいため、高温超電導薄膜１０２においてある程度の磁束フロー抵抗が発生していた。このとき、分流比はＩ_{ｆｉｌｍ２}／Ｉ_{ｆｉｌｍ１}＝Ｒ_ｃ１／（Ｒ_ｃ２＋Ｒ_ｆ２）と表されるが、Ｉ_{ｆｉｌｍ１}≒Ｉ_{ｆｉｌｍ２}であることから、磁束フロー抵抗Ｒ_ｆ２は接続抵抗Ｒ_ｃ２に比べて充分小さかったと考えられる。それでも、そのジュール発熱によって高温超電導薄膜１０２の温度が上昇し、臨界電流が下がるため、ｔ＝１４５ｍｓにおいて高温超電導薄膜１０２がクエンチしている。即ち、この超電導薄膜限流素子の場合、磁束フローが生じても、常電導接続抵抗値がそれより相当大きいため、分流比が常電導接続抵抗の比（≒１）で決まり、２枚の高温超電導薄膜１０１、１０２にほぼ同じ値の超電導電流が流れてしまい、通電できる電流は、臨界電流の小さな高温超電導薄膜に左右されてしまう。臨界電流が大きく異なる高温超電導薄膜１０１、１０２を並列接続する場合、通常の接続方法では、臨界電流の和に相当する定格電流を流せないことが分かる。

この問題を解決する簡単な方法として、接続抵抗比Ｒ_ｃ１／Ｒ_ｃ２を調整して分流比を臨界電流比と同じにすることが考えられるが、事前にすべての高温超電導薄膜の臨界電流値を知る必要があり、また接続抵抗Ｒ_ｃ１／Ｒ_ｃ２の調整が煩わしく、また常時損失につながる接続抵抗Ｒ_ｃ１／Ｒ_ｃ２はできるだけ小さくしたいのに、あまり小さくできない、と言った多くの問題点があった。

本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、複数枚のそれぞれの超電導薄膜の臨界電流が大きく異なっていても、複数枚のそれぞれの超電導薄膜の臨界電流の和に相当する定格電流を有する超電導薄膜限流素子を製作することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、複数の絶縁体基板上にそれぞれ超電導薄膜が形成され、それぞれの超電導薄膜上に蒸着された純金属または合金からなる分流保護膜付超電導薄膜と、前記それぞれの分流保護膜付超電導薄膜の両端に蒸着された純金属からなる電極部と、前記それぞれの分流保護膜付超電導薄膜の同極の電極部間にハンダを介して接続された、それぞれの分流保護膜付超電導薄膜を並列接続する金属基材超電導テープとから構成されることを特徴とする超電導限流素子である。
第２の手段は、第１の手段において、前記それぞれの分流膜付超電導薄膜を、ハンダと金属基材超電導テープを介して並列接続する際の接続抵抗値は、前記それぞれの超電導薄膜の素子有効長をＬ、冷却周囲長をＰ、臨界電流をＩ_ｃ、その温度変化をｄＩ_ｃ／ｄＴ、電流・電圧特性の冪乗の指数をｎ、液体窒素の熱伝達係数をｈとしたとき、Ｒ_ｅｑ＝ＬＰｈ／ｎＩ_ｃ（−ｄＩ_ｃ／ｄＴ）によって計算されるクエンチ発生の等価抵抗の下限値の半分以下であることを特徴とする超電導限流素子である。
第３の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記金属基材超電導テープは、ビスマス系超電導酸化物を銀または銀合金からなるシース材を用いて作製したテープであることを特徴とする超電導限流素子である。
第４の手段は、第１の手段ないし第３の手段のいずれか１つの手段において、前記超電導限流素子に外付け分流抵抗および／またはコンデンサを並列接続したことを特徴とする超電導限流素子である。

本発明によれば、複数枚の分流保護膜付超電導薄膜の両端に形成された同極の電極部間を金属基材超電導テープで接続することによって、複数枚の分流保護付超電導薄膜の電極部間の接続抵抗を小さく保つことができ、複数枚のそれぞれの分流保護付超電導薄膜の臨界電流が大きく異なっていても、分流保護付超電導薄膜の臨界電流の和に相当する定格電流を有する超電導薄膜限流素子を製作することが可能となる。

本発明者らは、図３に示した超電導限流素子について検討した結果、以下の知見を得た。
まず、図５に示した等価回路において、２枚の高温超電導薄膜１０１、１０２を並列接続した際、接続抵抗Ｒ_ｃ１、Ｒ_ｃ２はＲ_ｃ１≒Ｒ_ｃ２であって、かつ接続抵抗Ｒ_ｃ１、Ｒ_ｃ２の抵抗値を充分小さくする。ここで「充分」とは、クエンチが発生しない程度の磁束フロー抵抗Ｒ_ｆよりも小さいことを意味する。臨界電流の小さな高温超電導薄膜１０２に臨界電流以上の電流が流れても、発生する磁束フロー抵抗Ｒ_ｆ２によって、分流比Ｉ_{ｆｉｌｍ２}／Ｉ_{ｆｉｌｍ１}＝Ｒ_ｃ１／（Ｒ_ｃ２＋Ｒ_ｆ２）を低減させ、高温超電導薄膜１０２へ流入する電流の分流割合を減らし、残余の電流を幅広の高温超電導薄膜１０１に分流させることにより、高温超電導薄膜１０２のクエンチを防止できる可能性があることが予想される。以下に、クエンチが生ずるおそれのある磁束フロー抵抗値を見積り、接続抵抗Ｒ_ｃ１、Ｒ_ｃ２をどの程度小さくすれば「充分」であるかについて考察する。

図６の長さＬの高温超電導薄膜の電流・電圧特性に示すように、臨界電流Ｉ_ｃにおいては、微小電圧Ｖ_０＝ＬＥ_０（Ｅ_０＝１０^−４Ｖ／ｍ）が発生しているが、それによる発熱は、液体窒素による冷却効果と比較してはるかに小さいので、この電流を長時間通電してもクエンチすることは無い。しかし、臨界電流よりもある程度大きな電流を通電すると、発生するジュール熱によって高温超電導薄膜の温度が上昇し、それが臨界電流の低下を引起すことから、発生するジュール熱が急激に大きくなってクエンチに至る。

本発明者らは、クエンチが生ずるときの通電電流Ｉ_ｑに関する解析を行った。その詳細は、非特許文献５に記載されている。それによると、高温超電導薄膜の冷却周囲長をＰ、液体窒素温度におけるＩ_ｃの温度変化をｄＩ_ｃ／ｄＴ、液体窒素の熱伝達係数ｈとすると、Ｉ_ｑは以下の（１）式で表される。
Ｉ_ｑ＝Ｉ_ｃ［Ｐｈ／ｎＥ_０（−ｄＩ_ｃ／ｄＴ）］^{１／（ｎ＋１）} （１）
また、（１）式と、クエンチするときの電圧Ｖ_ｑ＝ＬＥ_０（Ｉ_ｑ／Ｉ_ｃ）^ｎとから、クエンチが生ずるときの等価抵抗Ｒ_ｅｑ＝Ｖ_ｑ／Ｉ_ｑを計算すると、ｎが充分大きいことから、以下の（２）式が得られる。
Ｒ_ｅｑ＝（ＬＥ_０／Ｉ_ｃ）［Ｐｈ／ｎＥ_０(−ｄＩ_ｃ／ｄＴ)］^{（ｎ−１）／（ｎ＋１）}
≒ＬＰｈ／ｎＩ_ｃ（−ｄＩ_ｃ／ｄＴ） （２）

ここで、１ｃｍ幅の高温超電導薄膜１０２に対するパラメーターは、Ｌ＝０．０５ｍ、Ｐ＝０．０１ｍ、ｎ＝２８、Ｉ_ｃ＝９０Ａ、−ｄＩ_ｃ／ｄＴ＝９Ａ／Ｋである。また、非特許文献５には、商用周波数の交流のような速い現象に対しては、高温超電導薄膜の温度上昇は小さく、液体窒素の伝導冷却を考慮してｈ＝１〜２×１０^４Ｗ／ｍ^２Ｋであることが記載されている。よって、（２）式から、クエンチが生ずる等価的な抵抗Ｒ_ｅｑ＝２２０〜４４０μΩと計算された。

図４の通電試験においては、Ｒ_ｃ２≒１．２ｍΩであって、これはＲ_ｅｑよりもはるかに大きく、過渡的に発生する磁束フロー抵抗Ｒ_ｆ２によって、分流比Ｉ_{ｆｉｌｍ２}／Ｉ_{ｆｉｌｍ１}＝Ｒ_ｃ１／（Ｒ_ｃ２＋Ｒ_ｆ２）を低減させることができず、クエンチしてしまったと考えられる。逆に、Ｒ_ｃ２≪Ｒ_ｅｑであれば、磁束フロー抵抗Ｒ_ｆ２≪Ｒ_ｅｑ によってクエンチすることなく分流比を低減させることができ、結果として、２枚の高温超電導薄膜１０１、１０２に合計の臨界電流よりも充分大きな電流を流すことができると予想される。

図１は本発明の一実施形態に係る超電導限流素子の構成を示す図である。
同図において、１、２はそれぞれ高温超電導薄膜、３、４はそれぞれサファイア基板、５〜８は金電極、９、１０はそれぞれ金属基材超電導テープ、１１、１２はそれぞれ電流リード、１３、１４はそれぞれ銅電極である。

同図に示すように、この超電導限流素子は、サファイア基板３上にバッフア層を介して成膜した、２ｃｍ幅で長さ６ｃｍの高温超電導ＹＢＣＯ 薄膜１（膜厚３００ｎｍ、臨界電流密度３．２ＭＡ／ｃｍ^２で、素子定格電流＝直流臨界電流＝１９２Ａ_ｐｅａｋ）と、サファイア基板４上にバッフア層を介して成膜した、１ｃｍ幅で長さ６ｃｍの高温超電導ＹＢＣＯ薄膜２（膜厚３００ｎｍ、臨界電流密度３．２ＭＡ／ｃｍ_２で、素子定格電流＝直流臨界電流＝９６Ａ_ｐｅａｋ）とを用い、これらの高温超電導薄膜１、２の上面には、それぞれ金に約２３ｗｔ％の銀を混ぜた組成の合金膜を約６０ｎｍの膜厚でスパッタ蒸着した後、両端の５ｍｍずつに金を蒸着して、金電極５、６および金電極７、８を形成し、それぞれの金電極５、７間および金電極６、８間をそれぞれハンダを介して金属基材超電導テープ９、１０を接続し、高温超電導薄膜１と高温超電導薄膜２とを並列接続したものである。さらに、金属基材超電導テープ９と銅電極１３間および金属基材超電導テープ１０と銅電極１４間をそれぞれ常電導の電流リード１１、１２によって接続し、また、図示されていないが、ホットスポット対策のため、合金線からなる無誘導巻で作製した外付け分流抵抗（０．３３Ω）と１００μＦのコンデンサを銅電極１３、１４間に並列接続する。

本発明の超電導限流素子では、金属基材超電導テープ９、１０は、ビスマス系超電導酸化物を銀または銀合金からなるシース材を用いて作製したテープであり、電流リード１１と金属基材超電導テープ９との接続部分から金電極５−高温超電導薄膜１−金電極６を介して電流リード１２と金属基材超電導テープ１０との接続部分までの接続抵抗Ｒ_ｃ１、および電流リード１１と金属基材超電導テープ９との接続部分から金電極７−高温超電導薄膜２−金電極８を介して電流リード１２と金属基材超電導テープ１０との接続部分までの接続抵抗Ｒ_ｃ２は、Ｒ_ｃ１≒Ｒ_ｃ２≒２０μΩであって、先に計算されたクエンチ等価抵抗Ｒ_ｅｑの下限値の１０分の１以下である。

図２は、図１に示した超電導限流素子の通電試験を行った結果を示す図である。
同図は、２枚の高温超電導薄膜１、２に通電した全薄膜電流Ｉ_ｆｉｌｍと金属基材超電導テープ９、１０間の薄膜電圧Ｖ_ｆｉｌｍを示している。全薄膜電流Ｉ_ｆｉｌｍは最大で約３６５Ａ_ｐｅａｋの通電電流に対して、５サイクルの間クエンチ（電圧の発生）は起こらず、クエンチ電流がそれ以上であることが分かった。２枚の高温超電導薄膜１、２の臨界電流の和は１９２＋９６＝２８８Ａ_ｐｅａｋであり、クエンチ電流との比が３６５／２８８＝１．２７以上であることから、本発明の超電導限流素子によれば、２枚の高温超電導薄膜１、２の定格電流の和１９２＋９６＝２８８Ａ_ｐｅａｋを定常的に通電できることが示された。

なお、金属基材超電導テープ９、１０は、ビスマス系超電導酸化物を銀もしくは銀合金からなるシース材を用いて作製したテープであり、既に市販品があるだけでなく、容易にハンダを溶着することができるため、本発明の超電導限流素子への使用に好適である。

本発明の一実施形態に係る超電導限流素子の構成を示す図である。 図１に示した超電導限流素子の通電試験を行った結果を示す図である。 特許文献２に記載されている超電導限流素子の構成を示す図である。 図３に示した超電導限流素子の通電試験を行った結果を示す図である。 図３に示した超電導限流素子の等価回路を示す図である。 高温超電導薄膜の電流・電圧特性を示す図である。

符号の説明

１、２ 高温超電導薄膜
３、４ サファイア基板
５〜８ 金電極
９、１０ 金属基材超電導テープ
１１、１２ 電流リード
１３、１４ 銅電極

Claims (4)

1. 複数の絶縁体基板上にそれぞれ超電導薄膜が形成され、それぞれの超電導薄膜上に蒸着された純金属または合金からなる分流保護膜付超電導薄膜と、前記それぞれの分流保護膜付超電導薄膜の両端に蒸着された純金属からなる電極部と、前記それぞれの分流保護膜付超電導薄膜の同極の電極部間にハンダを介して接続された、それぞれの分流保護膜付超電導薄膜を並列接続する金属基材超電導テープとから構成されることを特徴とする超電導限流素子。
2. 前記それぞれの分流保護膜付超電導薄膜を、ハンダと金属基材超電導テープを介して並列接続する際の接続抵抗値は、前記それぞれの超電導薄膜の素子有効長をＬ、冷却周囲長をＰ、臨界電流をＩ_ｃ、その温度変化をｄＩ_ｃ／ｄＴ、電流・電圧特性の冪乗の指数をｎ、液体窒素の熱伝達係数をｈとしたとき、Ｒ_ｅｑ＝ＬＰｈ／ｎＩ_ｃ（−ｄＩ_ｃ／ｄＴ）によって計算されるクエンチ発生の等価抵抗の下限値の半分以下であることを特徴とする請求項１に記載の超電導限流素子。
3. 前記金属基材超電導テープは、ビスマス系超電導酸化物を銀または銀合金からなるシース材を用いて作製したテープであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超電導限流素子。
4. 前記超電導限流素子に外付け分流抵抗および／またはコンデンサを並列接続したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つの請求項に記載の超電導限流素子。

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