JP3623823B2 - 超伝導体送電線路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電流伝達および電流制限の２つの機能を確実にする超伝導体を用いた送電線路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明によれば、数百メートルの送電線路によって中圧／高圧（例えば２０ｋＶ／４００ｋＶ）変電所に接続された中圧（例えば２０ｋＶ）発電機を備える電気エネルギ生成セットにおいて制限のない独特の用途を達成することができる。この送電線路を流れる電流はかなり高く（例えば約２０ｋＡ）、通常断面の大きい（直径：５００ｍｍ）導線を用いるが、この導線は直径の大きい（通常１メートル）金属導管内を循環する流体（一般に空気）によって冷却される。このような送電線路における損失は約３０００ｋＷ／ｋｍ／ＧＷである。
【０００３】
かなり高い電流密度で損失の少ない伝達を可能とする低臨界温度の超伝導体を用いてこの送電線路を実現することが注目されている。このような送電線路には複雑な低温設備を多数必要とする。これはヘリウム（４．２Ｋ）が液化されるよう低温度に保持することを考慮するためである。さらに費用がかかるが、許容可能な程度に低温損失を制限するために多量の断熱物質を使用する必要がある。このためこのような送電線路は現在では存在しない。
【０００４】
例えば液体窒素の臨界温度よりも高い高臨界温度を有する超伝導性セラミックの出現により、経済的また技術的な点から好ましい実現を予想することが可能となった。
【０００５】
さらに短絡電流を制限するために超伝導体を使用する研究が行われている。超伝導性材料の特性を利用し、電流の臨界値を越えて抵抗のほとんどない超伝導状態から抵抗がかなり高い通常の状態に移行させることができる。制限しなければ定格電流の値の例えば少なくとも２０倍になる短絡電流の値を例えば定格電流の値の５倍等所定の値に制限することもできる。この制限によって短絡電流が原因で生じると考えられるあらゆる障害を避けることができる。また、送電線と発電機と変圧器との寸法決定に関して重要な利益を得ることもできる。
【０００６】
電流制限器は通常補助装置と考えられ、保護する必要のある線上に直列接続される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、電流伝達および電流制限の２つの役割を果たす超伝導体送電線路を実現し、利点および性能を向上させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電流伝達および電流制限のための送電線路であって、伝導性の高い金属製または合金製の柔軟な接合部によって端部が接続される複数の高臨界温度を有する超伝導性材料でできた管状部分と、低温流体が内部を流れ前記管状部分の内部に延在する第１の管と、内部が真空となっていて前記管状部分の周囲を被覆する第２の管とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の特徴および利点は、以下に述べる本発明の実施の形態の記述および添付の図面の参照のもとに明らかとなるだろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による送電線路の一つの相を表す概略図である。三相結線は同一定格の単相送電線路を３つ有し、二次元または三次元に配されている。
【００１１】
図１の単相送電線路は高臨界温度を有する超伝導性材料、例えば式Ｂｉ２ Ｓｒ２ ＣｏＣｕ２ Ｏ８ のセラミックでできた管状部分１を有し、これらの部分の長さは例えば約１０メートルである。
【００１２】
これらの部分はその端部が可撓性金属接合部２を介して２つずつ接続され、電気伝導度の秀れた銅または合金によって実現することが好ましい。接合部が柔軟なことによって必要なときには曲線形態の接続を得ることもできる。
【００１３】
超伝導性管状部分は、管状部分１の内部に取り付けられた管３内を循環する低温流体によって冷却される。循環の様子を図１の矢印４で表す。低温流体は大気圧の液体窒素でありここで温度は６５〜７７Ｋの範囲にある。
【００１４】
電気絶縁は金属管５内部が実質的に真空であることによる。金属管は例えば鋼製で超伝導性管部分全体を取り囲んでいる。管はその両端で絶縁体６によって保持され、中央位置にも図示しないが絶縁体が設けられている。
【００１５】
真空はポンプセット７によって達成できる。
【００１６】
管３内部と外部との伝達は９のような一方向のしきり弁を備えたライン８によって行われ、液体窒素の蒸発によって生じる窒素ガスの排出を確実にする。しきり弁は例えば短絡の場合に超伝導体部分が通常の状態へ遷移するときに介入する。
【００１７】
図２は図１の一部を示す拡大図であり、特に超伝導体部分間の接合部を表す。
【００１８】
接合部は一般に銅環２１からなり、銅環は一方が接続されるべき超伝導体部分、つまり図２中の部分１Ａに溶接され、他方が金属２２の第１の端部に溶接されている。この被覆２２の第２の端部は、接続されるべき第２の超伝導体部分上に支えられるようになっている。被覆２２の可撓性は接合部に所望の柔軟性を付与し、接続に必要な曲率を達成する。被覆によってさらに、例えば送電線路を冷却する際に生じる異なる膨張度を超伝導性管状部分の端部でスライドすることにより補償することができる。
【００１９】
冷却管３は波形に形成されることが好ましく、これによりある程度の柔軟性が得られる。管３と管状要素１との間の空間には充填材１１が充填され、管３と超伝導性管状要素との間の熱接触を効率よいものとしている。このような材料は例えばエポキシ樹脂またはポリウレタンであり、ポリアミド６（ＢＡＳＦ社製ＬＵＴＲＡＭＩＤ Ｂ４）が好ましい。
【００２０】
本発明の実施形態を以下に説明する。１ＧＷの三相交流送電線路は長さ４００メートルで、相電圧２０ｋＶで、２８ｋＡの規格電流を運搬することを目的とする。
【００２１】
各相の送電線路（相送電線路）は、上述した超伝導性導線と冷却管と絶縁管として知られる要素を備えている。以下、相送電線路に関して述べる。
【００２２】
相送電線路はセラミックＢｉ２ Ｓｒ２ ＣｏＣｕ２ Ｏ８ でできた４０の管状部分からなり、各部分は直径２００ｍｍ、長さ１０メートルである。超伝導状態において１００Ａ／ｍｍ２ の電流密度が得られる。
【００２３】
銅製冷却用管の内部半径は約１００ｍｍで厚さは４ｍｍである。通常機能に使用される液体窒素は過冷却窒素であって、相送電線路の一端から６５Ｋで注入され他端から７５Ｋで集められる。流量は約１．８ｋｇ／ｓである。
【００２４】
鋼製外部管の外部直径は約７５０ｍｍで厚さは約５ｍｍである。管内は約１トールの真空に保持されている。
【００２５】
接続機能は以下の特徴を示す。
【００２６】
通常の機能状態
三相結線の損失は総計約１００ｋＷである。この損失には導線と接合部とに起因する損失が含まれ、このため熱損失を伴う。低温機械にはこの損失を補償する機能が備えられ、約１ＭＷの電気を吸収することができる。これは接続における通過電力１０００に対して１（０．１％）を表す。これは長さ４００ｍの従来の接続において対応する比率を表す１０００に対して１．２（０．１２％）に近いものである。
【００２７】
制限状態
電流が定格Ｉｎの５倍に等しい値すなわち５Ｉｎ＝１４０ｋＡに制限されるように送電線路の寸法を設定する。
【００２８】
計算では、超伝導体の温度は約１３０Ｋまで上昇するがこれは許容範囲内にあり、この状態で各相において約１００ｋｇまたは１２５リットルの窒素が気化される。または約１００立方メートルの蒸気が生成される。これはシステムを温度７７Ｋの低温に保持し、迅速に機能できる状態に置くことのできるような、送電線路の管に含まれる窒素の総量のわずかな部分に対応するのみである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による送電線路の軸方向断面図である。
【図２】２つの超伝導性管状部分間の接合部の実施例を示す拡大図である。
【符号の説明】
１ 管状部分
２ 柔軟な接合部
３ 第１の管
５ 第２の管
【発明の属する技術分野】
本発明は電流伝達および電流制限の２つの機能を確実にする超伝導体を用いた送電線路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明によれば、数百メートルの送電線路によって中圧／高圧（例えば２０ｋＶ／４００ｋＶ）変電所に接続された中圧（例えば２０ｋＶ）発電機を備える電気エネルギ生成セットにおいて制限のない独特の用途を達成することができる。この送電線路を流れる電流はかなり高く（例えば約２０ｋＡ）、通常断面の大きい（直径：５００ｍｍ）導線を用いるが、この導線は直径の大きい（通常１メートル）金属導管内を循環する流体（一般に空気）によって冷却される。このような送電線路における損失は約３０００ｋＷ／ｋｍ／ＧＷである。
【０００３】
かなり高い電流密度で損失の少ない伝達を可能とする低臨界温度の超伝導体を用いてこの送電線路を実現することが注目されている。このような送電線路には複雑な低温設備を多数必要とする。これはヘリウム（４．２Ｋ）が液化されるよう低温度に保持することを考慮するためである。さらに費用がかかるが、許容可能な程度に低温損失を制限するために多量の断熱物質を使用する必要がある。このためこのような送電線路は現在では存在しない。
【０００４】
例えば液体窒素の臨界温度よりも高い高臨界温度を有する超伝導性セラミックの出現により、経済的また技術的な点から好ましい実現を予想することが可能となった。
【０００５】
さらに短絡電流を制限するために超伝導体を使用する研究が行われている。超伝導性材料の特性を利用し、電流の臨界値を越えて抵抗のほとんどない超伝導状態から抵抗がかなり高い通常の状態に移行させることができる。制限しなければ定格電流の値の例えば少なくとも２０倍になる短絡電流の値を例えば定格電流の値の５倍等所定の値に制限することもできる。この制限によって短絡電流が原因で生じると考えられるあらゆる障害を避けることができる。また、送電線と発電機と変圧器との寸法決定に関して重要な利益を得ることもできる。
【０００６】
電流制限器は通常補助装置と考えられ、保護する必要のある線上に直列接続される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、電流伝達および電流制限の２つの役割を果たす超伝導体送電線路を実現し、利点および性能を向上させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電流伝達および電流制限のための送電線路であって、伝導性の高い金属製または合金製の柔軟な接合部によって端部が接続される複数の高臨界温度を有する超伝導性材料でできた管状部分と、低温流体が内部を流れ前記管状部分の内部に延在する第１の管と、内部が真空となっていて前記管状部分の周囲を被覆する第２の管とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の特徴および利点は、以下に述べる本発明の実施の形態の記述および添付の図面の参照のもとに明らかとなるだろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による送電線路の一つの相を表す概略図である。三相結線は同一定格の単相送電線路を３つ有し、二次元または三次元に配されている。
【００１１】
図１の単相送電線路は高臨界温度を有する超伝導性材料、例えば式Ｂｉ２ Ｓｒ２ ＣｏＣｕ２ Ｏ８ のセラミックでできた管状部分１を有し、これらの部分の長さは例えば約１０メートルである。
【００１２】
これらの部分はその端部が可撓性金属接合部２を介して２つずつ接続され、電気伝導度の秀れた銅または合金によって実現することが好ましい。接合部が柔軟なことによって必要なときには曲線形態の接続を得ることもできる。
【００１３】
超伝導性管状部分は、管状部分１の内部に取り付けられた管３内を循環する低温流体によって冷却される。循環の様子を図１の矢印４で表す。低温流体は大気圧の液体窒素でありここで温度は６５〜７７Ｋの範囲にある。
【００１４】
電気絶縁は金属管５内部が実質的に真空であることによる。金属管は例えば鋼製で超伝導性管部分全体を取り囲んでいる。管はその両端で絶縁体６によって保持され、中央位置にも図示しないが絶縁体が設けられている。
【００１５】
真空はポンプセット７によって達成できる。
【００１６】
管３内部と外部との伝達は９のような一方向のしきり弁を備えたライン８によって行われ、液体窒素の蒸発によって生じる窒素ガスの排出を確実にする。しきり弁は例えば短絡の場合に超伝導体部分が通常の状態へ遷移するときに介入する。
【００１７】
図２は図１の一部を示す拡大図であり、特に超伝導体部分間の接合部を表す。
【００１８】
接合部は一般に銅環２１からなり、銅環は一方が接続されるべき超伝導体部分、つまり図２中の部分１Ａに溶接され、他方が金属２２の第１の端部に溶接されている。この被覆２２の第２の端部は、接続されるべき第２の超伝導体部分上に支えられるようになっている。被覆２２の可撓性は接合部に所望の柔軟性を付与し、接続に必要な曲率を達成する。被覆によってさらに、例えば送電線路を冷却する際に生じる異なる膨張度を超伝導性管状部分の端部でスライドすることにより補償することができる。
【００１９】
冷却管３は波形に形成されることが好ましく、これによりある程度の柔軟性が得られる。管３と管状要素１との間の空間には充填材１１が充填され、管３と超伝導性管状要素との間の熱接触を効率よいものとしている。このような材料は例えばエポキシ樹脂またはポリウレタンであり、ポリアミド６（ＢＡＳＦ社製ＬＵＴＲＡＭＩＤ Ｂ４）が好ましい。
【００２０】
本発明の実施形態を以下に説明する。１ＧＷの三相交流送電線路は長さ４００メートルで、相電圧２０ｋＶで、２８ｋＡの規格電流を運搬することを目的とする。
【００２１】
各相の送電線路（相送電線路）は、上述した超伝導性導線と冷却管と絶縁管として知られる要素を備えている。以下、相送電線路に関して述べる。
【００２２】
相送電線路はセラミックＢｉ２ Ｓｒ２ ＣｏＣｕ２ Ｏ８ でできた４０の管状部分からなり、各部分は直径２００ｍｍ、長さ１０メートルである。超伝導状態において１００Ａ／ｍｍ２ の電流密度が得られる。
【００２３】
銅製冷却用管の内部半径は約１００ｍｍで厚さは４ｍｍである。通常機能に使用される液体窒素は過冷却窒素であって、相送電線路の一端から６５Ｋで注入され他端から７５Ｋで集められる。流量は約１．８ｋｇ／ｓである。
【００２４】
鋼製外部管の外部直径は約７５０ｍｍで厚さは約５ｍｍである。管内は約１トールの真空に保持されている。
【００２５】
接続機能は以下の特徴を示す。
【００２６】
通常の機能状態
三相結線の損失は総計約１００ｋＷである。この損失には導線と接合部とに起因する損失が含まれ、このため熱損失を伴う。低温機械にはこの損失を補償する機能が備えられ、約１ＭＷの電気を吸収することができる。これは接続における通過電力１０００に対して１（０．１％）を表す。これは長さ４００ｍの従来の接続において対応する比率を表す１０００に対して１．２（０．１２％）に近いものである。
【００２７】
制限状態
電流が定格Ｉｎの５倍に等しい値すなわち５Ｉｎ＝１４０ｋＡに制限されるように送電線路の寸法を設定する。
【００２８】
計算では、超伝導体の温度は約１３０Ｋまで上昇するがこれは許容範囲内にあり、この状態で各相において約１００ｋｇまたは１２５リットルの窒素が気化される。または約１００立方メートルの蒸気が生成される。これはシステムを温度７７Ｋの低温に保持し、迅速に機能できる状態に置くことのできるような、送電線路の管に含まれる窒素の総量のわずかな部分に対応するのみである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による送電線路の軸方向断面図である。
【図２】２つの超伝導性管状部分間の接合部の実施例を示す拡大図である。
【符号の説明】
１ 管状部分
２ 柔軟な接合部
３ 第１の管
５ 第２の管
Claims (9)
- 電流伝達および電流制限のための送電線路であって、電気伝導性の高い金属製または合金製の柔軟な接合部（２）によって端部同士が接続される複数の高臨界温度を有する超伝導性材料でできた管状部分（１）と、低温流体が内部を流れ前記管状部分の内部に延在する第１の管（３）と、内部が真空となっていて前記管状部分（１）の周囲を被覆する第２の管（５）とを備えることを特徴とする送電線路。
- 柔軟な接合部（２）が、被覆（２２）と、一方が超伝導材料でできた管状部分（１）に固定され、他方が被覆（２２）の一方の端部に固定された環（２１）とを有することを特徴とする請求項１に記載の送電線路。
- 充填材（１１）が超伝導性管状部分（１）と前記第１の管（３）との間に設置されることを特徴とする請求項１または２に記載の送電線路。
- 前記充填材（１１）がポリアミドとエポキシ樹脂とポリウレタン樹脂との中から選択されることを特徴とする請求項３に記載の送電線路。
- 前記第１の管（３）が波形に形成され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送電線路。
- 前記第１の管（３）が定方向の仕切り弁（９）を備える接続ライン（８）によって外部と連通することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の送電線路。
- 前記第２の管（５）が少なくとも１つのポンプ機構（７）に接続されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の送電線路。
- 超伝導性管状部分の材料がＢｉ２Ｓｒ２ＣｏＣｕ２Ｏ８型のセラミックであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の送電線路。
- 低温流体が温度が６５〜７７Ｋの窒素であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の送電線路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9409708 | 1994-08-04 | ||
| FR9409708A FR2723467B1 (fr) | 1994-08-04 | 1994-08-04 | Liaison electrique supraconductrice |
Publications (2)
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