JP3343946B2 - 限流器 - Google Patents
限流器Info
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
電導膜を形成した構造を有し、酸化物高温超電導膜につ
いて超電導から常電導へ遷移させることにより、通電電
流を制限できる限流器に関し、特に、1kV以上の耐圧
を有する高圧用限流器に関する。
電流抑制装置である限流器として超電導限流器が検討さ
れてきている(たとえば、電学論B,110巻9号,平
成2年,p705〜709参照)。この超電導限流器と
して、たとえば、トランス型のものおよび直接超電導体
に系統電流を流して動作させる方式のものを挙げること
ができる。
示すようなトランスに似た基本構造を有しており、鉄心
71に銅線の巻線72が設けられた1次側は、電力系統
につながれる一方、超電導巻線73が設けられる2次側
には、鉄心71を飽和させるための直流電流が流され
る。
の飽和領域の範囲で流れる場合、電圧降下は小さいが、
事故電流が流れようとすると、鉄心の非飽和領域に入
り、1次巻線の電圧降下が大きくなって短絡電流が抑制
されるようになる。
流器を高電圧、高電流の系統に組込もうとするならば、
非飽和領域で大きな電圧降下を実現できるように大型の
トランス構造を設けなければならない。また、トランス
型の限流器は、かなり複雑な装置構造を必要とする。
作させる方式のものは、たとえば、図8に示すような構
成により短絡電流を抑制することができる。回路80に
おいて、通常は超電導体81が超電導状態である一方、
超電導体81の臨界電流を超える事故電流が流れようと
すると、超電導体81の超電導から常電導への遷移によ
り限流効果がもたらされる。
ンス型のものに比べて簡単な装置構造により限流作用を
実現することができる。
を利用するタイプの超電導限流器には、次のような特性
が要求される。
を流せること。 (2) 限流時のインピーダンスが負荷に比べて十分大
きいこと。
こと。 (4) 限流−復帰時間が短いこと。
ウム中で超電導状態とされる低温超電導体を用いたもの
は、クェンチ時の発熱により冷媒が瞬時に沸騰するた
め、その実用化は困難であった。
導状態にするため熱電導率や蒸発潜熱の大きな液体窒素
を冷媒とすることができ、かつ常電導状態での比抵抗も
比較的大きいため、抵抗変化を利用する限流器の材料と
して大いに期待されている。
し、まず、固相法に従って焼結等から得られる酸化物高
温超電導体を用いた限流器が考えられる。
体は、多くの場合104 A/cm2程度の臨界電流密度
を有し、また、超電導から常電導へ遷移した直後の比抵
抗は10-3〜10-4Ω・cmである。したがって、たと
えば臨界電流密度104 A/cm2 、クェンチ直後の比
抵抗10-3Ω・cmの酸化物超電導体を用いて、抵抗2
Ω、通電電流1000Aの限流器を得るには、たとえば
断面積0.1cm2 、長さ200cmの超電導体が必要
になる。
上にレーザアブーション等の気相法に従って形成される
酸化物高温超電導膜は、クェンチ直後の比抵抗が10-4
Ω・cm程度である一方、106 A/cm2 以上の臨界
電流密度を有することが知られている。したがって、抵
抗2Ω、通電電流1000Aの限流器を得るには、たと
えば断面積0.001cm2 、長さ20cmの酸化物高
温超電導膜が必要となる。
板上に気相法に従って形成される酸化物高温超電導膜を
用いれば、よりコンパクトな限流器を形成できることが
わかる。
し、たとえば、パターニングされたY系の酸化物高温超
電導膜を用い、100Vrms級回路において限流実験
を行なった報告がなされている(林他、平成4年電気学
会全国大会,901,高温超電導体応用限流装置の研
究)。
れた超電導膜を基板上に形成した限流器を電力系統に組
込む場合、少なくとも1kV以上の高電圧が印加される
ため、パターニングされた超電導膜からなる電路におい
て近接する部分同士の間で短絡が生じ、限流作用をもた
らす電路が破壊される恐れがあった。
限流器は、非常にコンパクトな装置を実現できる可能性
を有する一方で、高電圧に耐え得る構造を検討していか
ねばならないという課題を有している。
用いた限流器に関し、コンパクトな装置構造において高
電圧に耐え得る限流器を提供することにある。
う限流器は、絶縁性の基材上に酸化物高温超電導膜から
なる電路を形成した限流器において、電路の近接する部
分間に、所定の間隔があけられ、前記基材上の該間隔内
に溝部が形成されていることを特徴とする。
よび図2に示すような構造とすることができる。図1は
限流器の一例を示す斜視図、図2は図1のI−I線に沿
う断面図である。
酸化物高温超電導膜からなる電路2(斜線で示す)が形
成される。電路2は、超電導体のインピーダンスを小さ
くするため、たとえばミアンダ構造にされている。この
ミアンダ構造にされた電路2において、隣合って近接す
る部分(たとえば2aと2b)の間には、溝部3が形成
され、部分2aと部分2bの間には基材が存在しない。
示すような構造の限流器を提供することもできる。図3
は限流器のもう1つの例を示す斜視図、図4は図3のI
I−II線に沿う断面図である。
形成されているが、この溝部13は、図1および図2に
示すように基材を部分的に分断するものではなく、平坦
な基材をその厚み方向において途中まで削ることにより
形成されたような構造を有し、その底部が基材11上に
存在するものである。
らなる電路12(斜線で示す)が形成され、電路12に
おいて近接する部分(たとえば12aと12b)の間に
溝部13が位置している。
された酸化物高温超電導膜からなる電路は、上述したよ
うに、臨界電流を超える事故電流が流れようとすると、
超電導状態から常電導状態への遷移により限流効果をも
たらすことができる。
る溝部は、電路の近接する部分同士間の沿面距離を長く
し、主として沿面放電の発生を防止する。
採用することにより、限流器の耐圧を効果的に高めるこ
とができる。特に、超電導膜からなる電路の近接する部
分と部分の間をより狭くしてよりコンパクトな限流器を
形成したい場合、沿面放電を抑制する溝部は、高電圧に
耐える限流器を実現するうえで大きな役割を果たす。
部は、上述した構造に限定されるものではなく、近接す
る電路部分間に所定の間隔があけられて、前記基材上の
該電路間に形成されていれば種々の形態をとることがで
きる。
超電導膜の電路を覆うように、樹脂等、絶縁耐力のより
高い絶縁体を設ければ、沿面放電をさらに抑制すること
ができ、限流器の耐圧をより向上させることができる。
成するための絶縁性基材には、種々の単結晶および多結
晶材料を用いることができるが、たとえば、SrTiO
3 単結晶およびMgO単結晶を好ましく用いることがで
きる。
YBa2 Cu3 OX 等のY系、Bi 2 Sr2 Ca2 Cu
3 OX 等のBi系、TlBiSr2 Ca2 Cu3 OX 等
のTl系などの酸化物高温超電導体から形成することが
できる。この超電導膜は、たとえば、スパッタリング、
レーザアブーションおよびCVD等の気相プロセスによ
り形成することができる。
なる電路は、上述したように超電導体のインピーダンス
を小さくするため、たとえばミアンダ構造とすることが
できる。このような構造は、たとえば、酸化物高温超電
導膜をフォトリソグラフィおよびエッチングを用いてパ
ターニングすることにより形成することができる。
統に適用されるものであって、たとえば1kV以上の電
圧が印加される系統に好ましく用いることができる。ま
た、この発明に従う限流器に印加される電圧は、直流お
よび交流のいずれであってもよい。
導膜の特性を生かしたものであり、通電電流、温度また
は磁界により酸化物高温超電導体を超電導から常電導へ
遷移させ、限流効果をもたらすことができる。したがっ
て、限流器の性能を調節するため、抵抗器などの通電電
流調節手段、ヒータなどの温度調節手段または磁石など
の磁場印加手段を本発明に従って付加することもでき
る。
に、スパッタ法により厚さ1μmのBi1.4 Pb0.7 S
r2 Ca2 Cu3 OX 膜を形成した。次に、超電導膜上
にフォトリソグラフィを用いてレジストパターンを形成
した後、エッチングにより、端末部として両端に1.5
mmを残し、幅1mm、ピッチ1mmのミアンダ構造を
有する超電導膜の電路を形成した。
合う部分の間に存在する基板を研削除去した。その結
果、図5に示すような限流器が得られた。
材21上にはミアンダ構造を有する酸化物高温超電導膜
の電路22(斜線で示す)が形成される。基材21もこ
の電路22と同様の形状を有しており、電路22の隣合
う部分の間には溝23が設けられている。
接続し、端末部に銅線をハンダ付けした。直列に接続し
た限流器を液体窒素中に浸漬して、負荷500Ωで銅線
に1kVの交流電圧を印加した。次に、負荷を瞬時に1
00Ωに切換えたところ、通電電流は、ピーク電流で
1.3Aに制限された。
し、基板の研削除去を行なわずに図6に示すような限流
器を作製した。図に示す限流器30において、基材31
の平坦な面上に酸化物高温超電導体からなる電路32
(斜線で示す)が形成されている。
を10個直列に接続し、端末部に銅線をハンダ付けし
た。直列に接続された限流器を液体窒素中に浸漬して、
実施例1と同様に電圧を印加した。次いで、負荷を50
0Ωから100Ωに切換えたところ、基材上の電路間で
放電が起こり、電流が流れなくなった。そして、再度負
荷を500Ωに切換えても、通電しなかった。
ーザアブーション法により厚さ1.5μmのYBa2 C
u3 O7-y を形成した。次いで、フォトリソグラフィを
用いて超電導膜上にレジストパターンを形成した後、エ
ッチングにより、両端に1.5mmの端末部を残し、幅
2mm、ピッチ1mmのミアンダ構造を有する超電導膜
パターンを形成した。次に、隣合う電路間の基板を研削
除去して実施例1と同様の構造とした後、全体をエポキ
シ樹脂でモールドして限流器を作製した。
末部に銅線をハンダ付けした。並列に接続した限流器を
液体窒素中に浸漬して、負荷5Ωで1kVの交流電圧を
銅線に印加した。次いで、負荷を瞬時に短絡させたとこ
ろ、通電電流はピーク電流で20Aに制限された。再度
負荷を5Ωにしたところ、速やかに電流値は1000A
に回復した。
削除去を行なわずに限流器を作製した。得られた限流器
を10個並列に接続し、端末部に銅線をハンダ付けし
た。並列に接続した限流器を液体窒素中に浸漬して、負
荷5Ωで1kVの交流電圧を銅線に印加した後、瞬時に
負荷を短絡させたところ、基板上の電路間で放電が起こ
り、電流が流れなくなった。再度負荷を5Ωにしたが、
通電することはできなかった。
器は、コンパクトな装置構造においてより高い電圧に耐
え得る構造を有しており、特に、1kV以上の電圧が印
加される電力系統用の限流器として有用である。
る。
る。
図である。
である。
ある。
図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 絶縁性の基材上に酸化物高温超電導膜か
らなる電路を形成した限流器において、 前記電路の近接する部分間に、所定の間隔があけられ、
前記基材上の該間隔内に溝部が形成されていることを特
徴とする、限流器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21286892A JP3343946B2 (ja) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | 限流器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21286892A JP3343946B2 (ja) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | 限流器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0661531A JPH0661531A (ja) | 1994-03-04 |
JP3343946B2 true JP3343946B2 (ja) | 2002-11-11 |
Family
ID=16629615
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21286892A Expired - Fee Related JP3343946B2 (ja) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | 限流器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3343946B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017530668A (ja) * | 2014-08-08 | 2017-10-12 | 古河電気工業株式会社 | 限流装置及び限流装置の製造方法 |
-
1992
- 1992-08-10 JP JP21286892A patent/JP3343946B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0661531A (ja) | 1994-03-04 |
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