JP5950951B2 - Superconducting fault current limiter and method for cooling superconducting element in superconducting fault current limiter - Google Patents
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Description
複数の超電導素子を有する超電導限流器及び当該超電導限流器内の超電導素子の冷却方法に関する。 The present invention relates to a superconducting fault current limiter having a plurality of superconducting elements and a method for cooling the superconducting elements in the superconducting fault limiter.
限流器は、電力系統などに導入する機器である。この限流器を導入することで、短絡事故等の事故電流を抑制し、接続された機器の被害低減を図ることが可能となる。
従前の限流器は常電導のリアクトル型のものが一般的だが、近年は、電流経路に超電導素子を介在させ、規定電流の範囲で通電されている時には超電導状態を維持し、超電導素子の臨界電流を超える事故電流の発生時には、常電導状態となってその抵抗により事故電流を抑制する超電導限流器が提案されている。
The current limiter is a device to be introduced into a power system or the like. By introducing this current limiting device, it is possible to suppress an accident current such as a short-circuit accident and to reduce damage to connected devices.
The conventional current limiter is generally a normal conducting reactor type, but in recent years, a superconducting element is interposed in the current path to maintain the superconducting state when energized within the specified current range. A superconducting fault current limiter has been proposed in which, when an accident current exceeding the current occurs, a normal conduction state is established and the accident current is suppressed by its resistance.
限流器に用いられる超電導素子は、極低温状態を維持するために液体ヘリウム、液体窒素等の液体冷媒に浸漬した状態で冷却されているが、事故電流の発生時には、超電導素子が常電導状態となって急激に素子温度が上昇する。
限流器は一般に事故電流の遮断器と併用され、事故電流が発生すると遮断器が作動するまでの間(0.1[s]程度)、限流器が事故電流を低減させなければならない。そして、遮断器が事故電流を遮断した際に、限流器では超電導素子を速やかに冷却しなければ、素子寿命が著しく短くなり、限流器としての寿命も短くなる。
特に、複数の超電導素子を備える場合には、臨界電流の値が最も小さい超電導素子が最も長時間の発熱を行う傾向にあり、他の超電導素子よりも寿命が短くなり、結果的に装置全体の寿命を顕著に短くすることになる。
このため、超電導限流器においては、超電導素子の発熱時に速やかに冷却することが求められている。
Superconducting elements used in current limiters are cooled in a liquid refrigerant such as liquid helium or liquid nitrogen in order to maintain a cryogenic state. However, when an accident current occurs, the superconducting element is in a normal conducting state. As a result, the element temperature rises rapidly.
The fault current limiter is generally used in combination with the fault current circuit breaker. When the fault current occurs, the current limiter must reduce the fault current until the circuit breaker is activated (about 0.1 [s]). When the circuit breaker interrupts the fault current, unless the superconducting element is quickly cooled in the current limiter, the element life is significantly shortened, and the life as the current limiter is also shortened.
In particular, when a plurality of superconducting elements are provided, the superconducting element having the smallest critical current value tends to generate heat for the longest time, resulting in a shorter lifetime than the other superconducting elements, and as a result, The lifetime will be shortened significantly.
For this reason, in the superconducting fault current limiter, it is required to cool quickly when the superconducting element generates heat.
例えば、特許文献1には、熱発生源としての半導体素子と液体冷媒とを収容する冷媒容器と、当該冷媒容器の内部を冷媒供給側と素子配置領域側とに分離する隔壁と、当該隔壁から半導体素子に向かって延びるノズル状の冷媒噴出口と、冷媒噴出口の出口近傍において冷媒の流れを乱す乱れ形成部材とを備える冷却構造が開示されている。
この冷却構造では、冷媒の供給圧により冷媒噴出口から液体冷媒を半導体素子に向かって噴出し、その際、乱れ形成部材が冷媒の流れを乱すことにより、半導体素子の平面全体でなるべく均一に核沸騰を生じさせることにより冷却の高効率化を図っている。
For example,
In this cooling structure, liquid refrigerant is ejected from the refrigerant outlet toward the semiconductor element by the supply pressure of the refrigerant, and at this time, the turbulence forming member disturbs the flow of the refrigerant, so that the core of the semiconductor element is uniformly distributed as much as possible. High efficiency of cooling is achieved by causing boiling.
また、特許文献2には、熱発生源としての半導体素子と液体冷媒とを収容する冷媒容器と、当該冷媒容器の内壁と外壁との間に設けられた冷却パイプと、冷媒容器の内壁から半導体素子側に向かって延出された気泡をトラップする複数の突起部とを備える冷却構造が開示されている。
この冷却構造では、半導体素子の温度上昇により発生する冷媒の気泡を突起部によって内壁側に捕集し、当該気泡を積極的に冷却することで冷却の高効率化を図っている。
Further,
In this cooling structure, refrigerant bubbles generated by the temperature rise of the semiconductor element are collected on the inner wall side by the protrusions, and the bubbles are positively cooled to increase the cooling efficiency.
しかしながら、上記特許文献1に記載の冷却構造は、温度上昇が比較的緩やかな半導体素子の冷却を前提とすることから、素子の表面に核沸騰が生じた場合しか想定されていない。
一方、事故電流の発生時には、超電導素子は、液体窒素温度(77K)から室温(300K)まで加熱される。そのため、超電導素子の表面は膜沸騰状態となる。このような超電導限流器に特許文献1の冷却構造を適用しても、膜沸騰状態では超電導素子の表面は液体冷媒の気化ガスに覆われるため、冷媒噴出口からの液体冷媒が超電導素子の表面に届かず、冷却を十分に行うことが困難であった。
また、特許文献1に記載の冷却構造は、内部に隔壁を設け、当該隔壁には冷媒噴出口を形成する等の特殊構造の冷却容器が必要であり、全体の構成の複雑化、装置コストの上昇等が生じるという問題があった。
However, since the cooling structure described in
On the other hand, when an accident current occurs, the superconducting element is heated from the liquid nitrogen temperature (77K) to room temperature (300K). Therefore, the surface of the superconducting element is in a film boiling state. Even if the cooling structure of
In addition, the cooling structure described in
また、特許文献2に記載の冷却構造の場合も、気泡の捕集という核沸騰を前提とする冷却手法であるため、素子の平面全体的に気化した冷媒が張り付いたように発生する膜沸騰の発生時には効果的に冷却を行うことが出来なかった。
また、特許文献2に記載の冷却構造の場合も、内壁と外壁との間に冷却パイプを設け、内壁には突起部を有する等の特殊構造の冷却容器が必要であり、全体の構成の複雑化、装置コストの上昇等が生じるという問題があった。
Also, in the case of the cooling structure described in
Also, in the case of the cooling structure described in
本発明は、超電導素子の表面に膜沸騰が発生した場合に効果的な冷却を行う超電導限流器及び超電導限流器内の超電導素子の冷却方法の提供を図ることをその目的とする。 An object of the present invention is to provide a superconducting fault current limiter that performs effective cooling when film boiling occurs on the surface of the superconducting element, and a method for cooling the superconducting element in the superconducting fault current limiter.
本発明は、電流値が一定範囲内の通電時には超電導状態にあり、電流値が前記範囲を超える事故電流の通電時には常電導状態となる超電導素子を備える超電導限流器において、液体冷媒及び複数の前記超電導素子を収容する冷媒容器と、前記冷媒容器内の液体冷媒を冷却する冷却手段とを備え、前記液体冷媒中で、前記複数の超電導素子の中で臨界電流が最小の超電導素子を他の何れかの超電導素子の上側に配置したことを特徴とする。 The present invention relates to a superconducting fault current limiter including a superconducting element that is in a superconducting state when a current value is energized within a certain range and is in a normally conducting state when an accident current exceeding the range is energized. A refrigerant container that houses the superconducting element; and a cooling unit that cools the liquid refrigerant in the refrigerant container, wherein the superconducting element having the smallest critical current among the plurality of superconducting elements is replaced with another liquid superconducting element. It is arranged above any one of the superconducting elements.
また、本発明は、電流値が一定範囲内の通電時には超電導状態にあり、電流値が前記範囲を超える事故電流の通電時には常電導状態となる超電導素子を備える超電導限流器の前記超電導素子を冷却する方法において、冷媒容器内の液体冷媒中で、前記複数の超電導素子の中で臨界電流が最小の超電導素子を他の何れかの超電導素子の上側に配置し、前記臨界電流が最小の超電導素子の下側に配置された超電導素子から生じた気泡によって前記臨界電流が最小の超電導素子を冷却することを特徴とする。
上記超電導限流器内の超電導素子の冷却方法において、臨界電流が最小の超電導素子の表面の液体冷媒が膜沸騰状態であるときに当該臨界電流が最小の超電導素子を冷却しても良い。
Further, the present invention provides the superconducting element of a superconducting fault current limiter comprising a superconducting element that is in a superconducting state when energized within a certain range of current value and is in a normally conducting state when energizing an accident current exceeding the range. In the cooling method, in the liquid refrigerant in the refrigerant container, the superconducting element having the smallest critical current among the plurality of superconducting elements is disposed above any other superconducting element, and the superconducting element having the smallest critical current is arranged. The superconducting element having the minimum critical current is cooled by bubbles generated from the superconducting element disposed on the lower side of the element.
In the method of cooling a superconducting element in the superconducting current limiting device, the superconducting element having the minimum critical current may be cooled when the liquid refrigerant on the surface of the superconducting element having the minimum critical current is in a film boiling state.
また、超電導限流器又は超電導限流器内の超電導素子の冷却方法の発明において、前記液体冷媒中で、前記複数の超電導素子の中で臨界電流が小さいものほど上側となるように配置するものとしても良い。 Also, in the invention of the method of cooling a superconducting current limiter or a superconducting element in the superconducting current limiter, the liquid refrigerant is arranged such that the smaller the supercurrent among the plurality of superconducting elements, the higher is the upper side. It is also good.
また、超電導限流器又は超電導限流器内の超電導素子の冷却方法の発明において、上下方向に沿った平面状に前記複数の超電導素子を配列し、上下に隣接して並んだ二つの超電導素子からなる組み合わせが、いずれも、上側が下側よりも臨界電流が小さいものとなるように配置するものとしても良い。 Further, in the invention of a superconducting current limiter or a method of cooling a superconducting element in a superconducting current limiter, the plurality of superconducting elements are arranged in a plane along the vertical direction, and two superconducting elements are arranged adjacent to each other in the vertical direction. Any of the combinations may be arranged so that the upper side has a smaller critical current than the lower side.
また、超電導限流器又は超電導限流器内の超電導素子の冷却方法の発明において、前記上下方向に沿った平面状に配列した前記複数の超電導素子からなる組を複数並べて全体の前記超電導素子を立体的に配置するものとしても良い。 Further, in the invention of a superconducting current limiter or a method of cooling a superconducting element in a superconducting current limiter, a plurality of sets of the plurality of superconducting elements arranged in a plane along the vertical direction are arranged to arrange the entire superconducting element. It is good also as what arranges in three dimensions.
また、超電導限流器又は超電導限流器内の超電導素子の冷却方法の発明において、上下が開放された、前記複数の超電導素子を囲繞する素子カバーを前記冷媒容器内に配置するものとしても良い。 Further, in the invention of the superconducting current limiter or a method of cooling a superconducting element in the superconducting current limiter, an element cover that surrounds the plurality of superconducting elements that is open at the top and bottom may be disposed in the refrigerant container. .
本発明は、冷媒容器内の液体冷媒中で、複数の超電導素子の中で臨界電流が最小の超電導素子を他の何れかの超電導素子の上側に配置する。そして、事故電流の発生により急激な温度上昇が生じた各超電導素子は膜沸騰状態となる。これにより、各超電導素子の表面から生じる液体冷媒の気化ガスが上方に放出され、他の超電導素子の上側に配置された臨界電流が最小の超電導素子は、上昇する気化ガスに曝される。
膜沸騰状態にある超電導素子は、その表面において気化ガスが膜状に張り付いた状態で発生することから冷却効率が低減する。このような状態の超電導素子に対して下方から上昇する気化ガスの気泡及び当該気泡による液流に曝されると、その素子表面で発生した気化ガスの剥離を促し、液体冷媒に接するので臨界電流が最小の超電導素子の冷却効率が改善される。
このため、最も寿命が短い臨界電流が最小の超電導素子の寿命を延長することが出来、超電導限流器全体の長寿命化を実現することが可能となる。
また、超電導素子の配置によりその冷却効率の向上を実現するので、冷却のための特殊構造や特別な構成を不要とし、超電導限流器全体の構成の簡易化、コストの低減を図ることが可能である。
According to the present invention, in a liquid refrigerant in a refrigerant container, a superconducting element having a minimum critical current among a plurality of superconducting elements is arranged above any other superconducting element. Then, each superconducting element in which a rapid temperature rise is caused by the occurrence of an accident current is in a film boiling state. As a result, the vaporized gas of the liquid refrigerant generated from the surface of each superconducting element is released upward, and the superconducting element having the minimum critical current disposed above the other superconducting elements is exposed to the rising vaporized gas.
Since the superconducting element in the film boiling state is generated in a state in which the vaporized gas is stuck on the surface of the superconducting element, the cooling efficiency is reduced. When the superconducting element in such a state is exposed to vaporized gas bubbles rising from below and a liquid flow caused by the bubbles, the vaporization gas generated on the surface of the element is promoted to come into contact with the liquid refrigerant, so that the critical current The cooling efficiency of the superconducting element with the smallest is improved.
For this reason, it is possible to extend the life of the superconducting element having the shortest critical current and the shortest life, and it is possible to realize the long life of the entire superconducting fault current limiter.
In addition, since the cooling efficiency is improved by the arrangement of superconducting elements, there is no need for special structures or special structures for cooling, and it is possible to simplify the overall structure of the superconducting fault current limiter and reduce costs. It is.
また、液体冷媒中で、複数の超電導素子の中で臨界電流が小さいものほど上側となるように配置した場合には、臨界電流が小さい超電導素子が複数含まれる場合でもこれら全体を他の超電導素子からの気化ガスによって冷却して長寿命化を図ることが出来るので、超電導限流器のさらなる長寿命化を実現することが可能となる。 In addition, in the liquid refrigerant, when a plurality of superconducting elements having a smaller critical current are arranged on the upper side, even when a plurality of superconducting elements having a small critical current are included, all of these are superposed on other superconducting elements. Since the gas can be cooled by the vaporized gas from the gas, the life of the superconducting fault current limiter can be further increased.
また、平面状に並ぶ複数の超電導素子における上下に隣接して並んだ二つの超電導素子からなる、いずれの組み合わせも、上側が下側よりも臨界電流が小さいものとなるように配置した場合には、平面状に並んだ複数の超電導素子の上側に位置するものほど臨界電流が小さくなるように各超電導素子が分布する配置となるので、超電導限流器の効果的な長寿命化を実現することが可能となる。
また、平面状に配列した複数の超電導素子の組を複数並べて全体の超電導素子を立体的に配置した場合には、下方に配置された複数の超電導素子から発生する気化ガスの流れを複合的に上方の超電導素子にもたらすことができ、臨界電流が小さい超電導素子を長寿命化して、超電導限流器のさらなる長寿命化を実現することが可能となる。
In addition, in the case where any combination of two superconducting elements arranged vertically adjacent to each other in a plurality of superconducting elements arranged in a plane is arranged such that the upper side has a smaller critical current than the lower side. Since each superconducting element is distributed so that the critical current becomes smaller as the one located above the plurality of superconducting elements arranged in a plane, the effective life extension of the superconducting fault current limiter is realized. Is possible.
In addition, when a plurality of superconducting elements arranged in a plane are arranged in a plurality and the whole superconducting elements are arranged three-dimensionally, the flow of vaporized gas generated from the plurality of superconducting elements arranged below is combined. It is possible to bring the superconducting element having a small critical current to a longer life by providing the upper superconducting element, and it is possible to further extend the life of the superconducting fault current limiter.
また、複数の超電導素子が素子カバーにより囲繞される配置とした場合には、下方に配置された超電導素子から発生する気化ガスの流れを拡散させることなく上方の超電導素子に導くことができ、臨界電流が小さい超電導素子を長寿命化して、超電導限流器のさらなる長寿命化を実現することが可能となる。 In addition, when a plurality of superconducting elements are arranged so as to be surrounded by the element cover, the flow of vaporized gas generated from the superconducting elements arranged below can be guided to the upper superconducting elements without diffusing. By extending the life of a superconducting element having a small current, it is possible to further extend the life of the superconducting fault current limiter.
[第一の実施形態]
以下、本発明の第一の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
この第一の実施形態では、外部から電源供給が行われる保護対象機器に対し、電源供給経路の途中に設けられ、電源供給側で発生した事故電流を低減するための超電導限流器10及び当該超電導限流器10内の超電導素子71,72の冷却方法について説明する。図1は超電導限流器10の垂直平面に沿った断面図である。
[First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In this first embodiment, a superconducting fault
この超電導限流器10は、真空断熱された内側容器21と外側容器22とを有し、液体冷媒である液体窒素60と後述する二つの超電導素子71,72とを収容する冷媒容器20と、冷媒容器20の上部開口を閉塞可能な蓋体30と、内側容器21内の液体窒素60を冷却する冷却手段としての冷凍機40とを備えている。
そして、この超電導限流器10は、二つの超電導素子71,72に対して超電導素子71,72のどちらの臨界電流も超えない範囲で通電されている時には超電導状態を維持し、どちらか一方でも臨界電流を超える過大な事故電流が通電された時には常電導状態となって電気抵抗を発生することで、保護対象機器への過大な電流の通電を防止する。
以下、超電導限流器10の各部について説明する。
The superconducting fault
The superconducting fault
Hereinafter, each part of the superconducting fault
[冷媒容器]
冷媒容器20は、内側容器21と外側容器22とからなり、これら相互間が真空断熱された二重壁面構造の有底容器である。
内側容器21は、上下方向に沿った円筒状であって、下端部が閉塞されて底部をなし、上端部が開放されている。
外側容器22は、内側容器21と同様に上下方向に沿った円筒状であって、下端部が閉塞されて底部をなし、上端部が開放されている。そして、この外側容器22は、内側容器21よりに一回り大きく形成され、内側容器21を内側に格納している。さらに、内側容器21の外周面及び底部下面と外側容器22の内周面及び底部上面とが相互に隙間空間を形成するように、内側容器21と外側容器22の上端部同士が接合されて一体化されている。また、内側容器21と外側容器22の互いの隙間空間は真空引きが行われ、真空断熱されている。
また、内側容器21と外側容器22との隙間空間には、円筒部及び底部の全域に渡って、アルミニウムを蒸着させたポリエステルフィルムが積層されてなるスーパーインシュレーション材23が介在し、外部からの輻射熱の遮断を図っている。
[Refrigerant container]
The
The
The outer container 22 has a cylindrical shape along the vertical direction like the
Further, in the gap space between the
[蓋体]
内側容器21と外側容器22の接合部(冷媒容器20の上端面)は水平に平滑化されており、このリング状の平滑面(上端面)上に円板状の蓋体30が載置装備されている。
この蓋体30は、保守点検による冷媒容器20内へのアクセスができるように、冷媒容器20からの着脱が可能な状態で取り付けられている。例えば、蓋体30と冷媒容器20の相互間の凹凸形状による嵌合構造或いはボルト止め等周知の方法で蓋体30が冷媒容器20に対して固定される。
なお、この蓋体30は、冷凍機40を垂下支持するので、ある程度強度を有する材料から形成されていることが好ましい。具体的には、FRP(Fiber Reinforced Plastics)やステンレス鋼等を蓋体30の材料として用いることができる。
また、この蓋体30も冷媒容器20と同様に中空の内部が真空断熱された二重壁面構造として断熱性を高めても良い。
[Lid]
The joint between the
The
Since the
Further, the
[冷凍機]
冷凍機40は、蓄冷式のいわゆるGM冷凍機であり、蓄冷材を内部に保有するディスプレーサ容器を上下に往復させるシリンダ部41と、ディスプレーサ容器に上下の移動動作を付与するモータを駆動源とするクランク機構が格納された駆動部42と、シリンダ部41において最も低温となる低温伝達部43に設けられた熱交換部材としての熱交換器44とを備えている。
また、上記冷凍機40には、図示しないコンプレッサ等が接続され、その内部に対して冷媒ガスの吸排気が行われるようになっている。
[refrigerator]
The
The
[超電導素子]
二つの超電導素子71,72は、同一寸法、同一構造であり、超電導体を有する短冊状の平板であり、通電方向に沿って直列に接続されている。また、直列接続された二つの超電導素子71,72の両端部は、それぞれ、蓋体30を上下に貫通して保持された電流リード91,92に個別に接続されている。即ち、いずれか一方の電流リード91又は92から二つの超電導素子71,72を介して他方の電流リード92又は91に事故電流が通電されるようになっている。
各超電導素子71,72を構成する超電導体には、液体窒素温度以上で超電導状態となるRE系超電導体(RE:希土類元素)を用いることができる。RE系超電導体としては、例えば化学式YBa2Cu3O7-yで表されるイットリウム系超電導体(以下、Y系超電導体)が代表的である。RE系超電導体の場合には、短冊状の平板以外に、テープ状の金属基板上に中間層を介してRE系超電導体が形成されたテープ状の超電導線を用いてもよい。また、金属マトリクス中に超電導体が形成されているテープ状の超電導線でもよい。超電導体には、ビスマス系超電導体、例えば化学式Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212), Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ(Bi2223)を適用できる。なお、化学式中のδは酸素不定比量を示す。
[Superconducting element]
The two
As a superconductor constituting each of the
上記二つの超電導素子71,72は、冷媒容器20において液体窒素60の規定液面高さの液面61より低位置において、いずれも長手方向が上下方向に沿った状態で、その平板面が鉛直上下方向に沿うように図示しない枠体により保持されている。
上記二つの超電導素子71,72は、その超電導状態を維持することが可能な臨界電流の値にバラつきがあるものが使用される。そして、臨界電流が小さい方の超電導素子71が、臨界電流が大きな超電導素子72より上方となるように配置されている。
具体的には、一方の超電導素子71は臨界電流の値が100[A]、他方の超電導素子72は臨界電流の値が120[A]のものが使用される。なお、この臨界電流の数値は一例であって、上側に配置される超電導素子71が下側の超電導素子72よりも臨界電流が小さくなるという条件を満たせば、臨界電流が他の値のものを組み合わせても良い。
The two
As the two
Specifically, one
ここで、超電導素子の寿命について説明する。図2は一般的な超電導素子を100℃(摂氏100度)で継続的に加熱した場合の加熱時間と電極との接触抵抗値との対応関係を示す。超電導素子における電極との接触抵抗値は、超電導素子の劣化の指標となる特性値であり、図2では超電導素子の当初の抵抗値に対する増加率を百分率で示している。そして、この接触抵抗値が100パーセントに達すると超電導素子の寿命とされる。
図示のように、超電導素子は、加熱時間が長くなるほど接触抵抗が増加する傾向を示す。
Here, the lifetime of the superconducting element will be described. FIG. 2 shows the correspondence between the heating time and the contact resistance value with the electrode when a general superconducting element is continuously heated at 100 ° C. (100 ° C.). The contact resistance value with the electrode in the superconducting element is a characteristic value that serves as an index of deterioration of the superconducting element, and FIG. 2 shows the percentage increase with respect to the initial resistance value of the superconducting element as a percentage. When the contact resistance value reaches 100%, the lifetime of the superconducting element is considered.
As shown in the figure, the superconducting element shows a tendency that the contact resistance increases as the heating time becomes longer.
図3には臨界電流が大きい超電導素子と臨界電流が小さい超電導素子とをそれぞれ単独で配置して200[A]の電流を0.1[s]で通電した場合(以下の記載では、この通電を「限流動作」という)の特性を示している。図3上段に示した、臨界電流Icが大きい超電導素子(Ic=120[A])の場合には、上記の通電により60℃(摂氏60度)まで素子温度が上昇し、通常温度に戻るまでの時間が12[s]であり、寿命となるまでの限流動作の耐用回数はおよそ2700回であった。
一方、図3下段に示した、臨界電流Icが小さい超電導素子(Ic=100[A])の場合には、上記の通電により100℃(摂氏100度)まで素子温度が上昇し、所定温度に戻るまでの時間が15[s]であり、寿命となるまでの限流動作の耐用回数はおよそ700回であった。
超電導限流器では、複数ある超電導素子の一つでも寿命を迎えれば装置としての寿命となるので、臨界電流が大きい超電導素子と臨界電流が小さい超電導素子とを上下の差を設けずに水平に並べて配置した場合には、超電導限流器の寿命は、限流動作700回までとなる。
Fig. 3 shows a case where a superconducting element having a large critical current and a superconducting element having a small critical current are individually arranged and energized with a current of 200 [A] at 0.1 [s]. "Current limiting operation"). In the case of a superconducting element (Ic = 120 [A]) with a large critical current Ic shown in the upper part of FIG. 3, the element temperature rises to 60 ° C. (60 degrees Celsius) by the above energization until it returns to the normal temperature. The duration of the current limit operation was 12 [s], and the durability of the current limiting operation until the end of the service life was approximately 2700 times.
On the other hand, in the case of a superconducting element having a small critical current Ic (Ic = 100 [A]) shown in the lower part of FIG. 3, the element temperature rises to 100 ° C. (100 degrees Celsius) by the above energization, and reaches a predetermined temperature. The time to return was 15 [s], and the service life of the current limiting operation until the end of the service life was approximately 700 times.
With a superconducting fault current limiter, if one of the superconducting elements reaches the end of its life, the life of the device will be increased. When arranged side by side, the lifetime of the superconducting fault current limiter is up to 700 current limiting operations.
これに対して、発明の実施形態である超電導限流器10では、冷媒容器20の液体窒素内における臨界電流が小さい超電導素子71(Ic=100[A])と臨界電流が大きい超電導素子72(Ic=120[A])との配置に特徴を有している。
即ち、実施形態たる超電導限流器10(実施例1とする)は、臨界電流が小さい超電導素子71(Ic=100[A])を臨界電流が大きい超電導素子72(Ic=120[A])の上方に配置している。
以下、上記実施例1と、冷媒容器の液体窒素内において臨界電流が大きい超電導素子(Ic=120[A])を臨界電流が小さい超電導素子(Ic=100[A])の上方に配置した比較例1とについて、図4によりその特性を比較する。
On the other hand, in the superconducting fault
That is, the superconducting fault
Hereinafter, a comparison between Example 1 and the superconducting element (Ic = 120 [A]) having a large critical current in the liquid nitrogen of the refrigerant container is arranged above the superconducting element (Ic = 100 [A]) having a small critical current. The characteristics of Example 1 are compared with FIG.
比較例1では、上方に配置された臨界電流が大きい超電導素子の寿命が限流動作3100回となり、単一での素子配置の場合と比べて400回ほど寿命が延びているが、下方に配置された臨界電流が小さい超電導素子の寿命は限流動作700回のままであるため、超電導限流器の装置寿命は従前と同じ700回となる。
これに対して、実施例1では、下方に配置された臨界電流が大きい超電導素子72の寿命は限流動作2700回となり、単一での素子配置の場合と変わらないが、上方に配置された臨界電流が小さい超電導素子71の寿命が限流動作800回となり、単一での素子配置の場合と比べて100回ほど寿命が延びているため、超電導限流器10の装置寿命もおよそ限流動作800回となり、長寿命化を実現している。
In Comparative Example 1, the life of the superconducting element with a large critical current disposed at the upper side is 3100 times of current limiting operation, and the life is extended by about 400 times compared with the case of single element placement, but it is disposed below. Since the life of the superconducting element having a small critical current remains at 700 times of the current limiting operation, the device life of the superconducting current limiter is 700 times the same as before.
On the other hand, in Example 1, the life of the
超電導素子は、周囲の極低温状態の液体窒素により冷却されているが、事故電流のような臨界電流を大きく超える電流が超電導素子に流れると、超電導素子は超電導状態から常電導状態に遷移し、電気抵抗が高くなることにより急激に発熱する。その結果、液体窒素に対して超電導素子は非常に高温となり、液体窒素が核沸騰状態を超えて膜沸騰状態となる。
膜沸騰状態が発生すると、超電導素子の表面が液体窒素よりも冷却効率が低い窒素ガスに覆われるので、超電導素子の冷却に時間を要する状態となる。
しかし、上下に超電導素子71,72を並べて配置した場合には、図5に示すように、事故電流の発生時にそれぞれの超電導素子71,72において膜沸騰が生じ、下側の超電導素子72からの窒素ガスが気泡となって上昇し、上側の超電導素子71の周囲を通過する。その際、気泡及び気泡の上昇による液流が上側の超電導素子71の表面に発生した膜沸騰状態の窒素ガスの剥離を促すため、上側の超電導素子71の表面が液体窒素と接触する状態に戻すことができ、冷却効率の低下が抑制される。これにより、上側の超電導素子71は、単一で配置された場合や他の超電導素子と水平に並んで配置された場合に比べて速やかに冷却され、長寿命化が図られるようになっている。
従って、超電導限流器10は、装置全体の寿命を決定する臨界電流が小さい方の超電導素子71の長寿命化に伴い、超電導限流器10そのものの長寿命化も実現している。
The superconducting element is cooled by the surrounding cryogenic liquid nitrogen, but when a current that greatly exceeds the critical current such as an accident current flows to the superconducting element, the superconducting element transitions from the superconducting state to the normal conducting state, It generates heat rapidly due to the increase in electrical resistance. As a result, the superconducting element becomes very high in temperature with respect to the liquid nitrogen, and the liquid nitrogen exceeds the nucleate boiling state and becomes a film boiling state.
When the film boiling state occurs, the surface of the superconducting element is covered with nitrogen gas whose cooling efficiency is lower than that of liquid nitrogen, so that it takes time to cool the superconducting element.
However, when
Therefore, the superconducting fault
[第二の実施形態]
本発明の第二の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。この第二の実施形態である超電導限流器は、前述した第一の実施形態の超電導限流器10と比較して、超電導素子の個体数とその配置が異なっており、その他の構成(冷媒容器20、蓋体30、液体窒素60、冷凍機40、電流リード91,92等)は同一なので、ここでは、主に、超電導素子について説明する。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The superconducting fault current limiter according to the second embodiment differs from the superconducting fault
第二の実施形態である超電導限流器では、図6に示すように、九つの超電導素子81〜89が使用される。
各超電導素子81〜89は、超電導材料からなる短冊状の平板であり、各々の長手方向が上下方向に沿った状態で、それぞれの平板面が同一の垂直平面に沿って配列された状態で保持される。
さらに、各超電導素子81〜89は、配線によって、電気的に並列接続された三つの超電導素子81,82,83からなる第一の素子群と三つの超電導素子84,85,86からなる第二の素子群と三つの超電導素子87,88,89からなる第三の素子群とが通電方向に三つ並んで電気的に直列に接続された状態となっている。そして、その一端部の配線は電流リード91に接続され、他端部の配線は電流リード92に接続される(図6では電流リード91,92は図示を省略している)。
In the superconducting fault current limiter according to the second embodiment, nine
Each of the
Further, each of the
また、各超電導素子81〜89の空間的な配置としては、各超電導素子81〜89が行方向と列方向のそれぞれに沿って並び、平面状に配置されている。即ち、第一の素子群を構成する三つの超電導素子81,82,83(図6における素子位置A,B,C)と第二の素子群を構成する三つの超電導素子84,85,86(図6における素子位置D,E,F)と第三の素子群を構成する三つの超電導素子87,88,89(図6における素子位置G,H,I)とがいずれも水平方向に沿って並び、各素子群の左端の超電導素子81,84,87と、各素子群の中央の超電導素子82,85,88と、各素子群の右端の超電導素子83,86,89とがそれぞれ鉛直上下方向に沿って並ぶように配置されている。
In addition, as a spatial arrangement of the
そして、各超電導素子81〜89は、図7に示すように、その臨界電流の数値にバラつきがあるものが使用される。これら超電導素子81〜89は、上下に隣接して並ぶ二つの超電導素子の全ての組み合わせについて、上側の超電導素子の臨界電流が下側の超電導素子の臨界電流よりも小さくなるように配置されている。
具体的には、上段の並びの超電導素子81,82,83は、それぞれ臨界電流値が90,95,100[A]であり、中段の並びの超電導素子84,85,86は、それぞれ臨界電流値が105,110,115[A]であり、下段の並びの超電導素子87,88,89は、それぞれ臨界電流値が115,120,120[A]となっている。
また、超電導素子81〜89の中で最も臨界電流が小さい超電導素子81(Ic=90[A])は全体の中で最も上の並びに位置し、最も臨界電流が大きい超電導素子88,89(Ic=120[A])は全体の中で最も下の並びに位置している。
And each superconducting element 81-89 uses the thing in which the numerical value of the critical current varies as shown in FIG. These
Specifically, the
Also, the superconducting elements 81 (Ic = 90 [A]) having the smallest critical current among the
ここで、素子位置A〜Iに超電導素子81〜89の順番で配置した図6の例(実施例2とする)について、各超電導素子81〜89の寿命の変化を図7に示す。また、素子位置A〜Iに超電導素子89〜81の順に配置した比較例2について、各超電導素子89〜81の寿命の変化を図8に示す。なお、この比較例2の各超電導素子81〜89は、上下に隣接して並ぶ二つの超電導素子の全ての組み合わせについて、上側の超電導素子の臨界電流が下側の超電導素子の臨界電流よりも大きくなるように配置されることになる。
Here, regarding the example of FIG. 6 (referred to as Example 2) arranged in the order of the
実施例2も比較例2も、下段の並びの超電導素子は他の超電導素子からの窒素ガスの気泡に曝されないので、単独での配置の場合と同じ寿命となる。
また、実施例2も比較例2も、中段及び上段の並びの超電導素子は下方の他の超電導素子からの窒素ガスの気泡に曝されるので、単独での配置の場合よりも長寿命化が図られる。
しかし、比較例2の場合には、最も臨界電流の小さい超電導素子81及び二番目、三番目に小さい超電導素子82,83が下段の並びに位置し、これらの長寿命化を図ることが出来ないので、超電導限流器の長寿命化も図ることが出来ない。
一方、実施例2の場合には、寿命が短くなりがちな超電導素子81〜86について全て長寿命化を図ることができるので、超電導限流器についてより効果的な長寿命化を実現することが可能である。
In both Example 2 and Comparative Example 2, the superconducting elements in the lower row are not exposed to the nitrogen gas bubbles from the other superconducting elements, and thus have the same lifetime as that of the single arrangement.
In both Example 2 and Comparative Example 2, the superconducting elements arranged in the middle and upper stages are exposed to nitrogen gas bubbles from the other superconducting elements below, so that the lifetime is longer than in the case of single arrangement. Figured.
However, in the case of the comparative example 2, the
On the other hand, in the case of Example 2, all the
なお、上記第二の実施形態である超電導限流器では九個の超電導素子を平面状に配列する場合を例示したが、平面状に並べることができ、上下に隣接して並ぶ二つの超電導素子の全ての組み合わせについて、上側の超電導素子の臨界電流が下側の超電導素子の臨界電流よりも小さくなるように配置することが可能であれば、その個体数は任意に変更可能である。 In the superconducting fault current limiter according to the second embodiment, the case where nine superconducting elements are arranged in a plane is illustrated, but two superconducting elements that can be arranged in a plane and are adjacent to each other vertically. As long as the critical current of the upper superconducting element can be arranged to be smaller than the critical current of the lower superconducting element, the number of the combinations can be arbitrarily changed.
また、上記第二の実施形態である超電導限流器では、その配線について並列接続された複数の超電導素子からなる素子群を直列接続した場合を例示しているが、その接続方法はこれに限るものではない。例えば、直列接続された複数の超電導素子からなる素子群を並列接続で束ねても良い。 Moreover, in the superconducting fault current limiter which is said 2nd embodiment, although the case where the element group which consists of several superconducting elements connected in parallel about the wiring is illustrated in series, the connection method is restricted to this. It is not a thing. For example, an element group composed of a plurality of superconducting elements connected in series may be bundled in parallel connection.
また、上下方向に隣接する超電導素子の並び方向は、図9に示すように、鉛直上下方向に対して幾分傾斜した配置としても良い。
即ち、超電導素子の平板面の水平方向の中心線と鉛直上下方向の中心線との交点を超電導素子の中心gとした場合に、上下方向に隣接する二つの超電導素子(例えば、83と86とする)の中心g,g同士を結ぶ線分の鉛直上下方向に対する傾斜角θが70°(度)以下の範囲内であれば(0°≦θ≦ 70°)、下方の超電導素子86から生じた窒素ガスの気泡を上方の超電導素子83に曝すことが出来る。
この時、二つの超電導素子83,86の鉛直上下方向の中心間距離をL、各素子の中心の水平方向のズレをδとする場合、θ=tan-1(δ/L)により、上下方向に隣接する二つの超電導素子の全ての組み合わせについて、次式(1)又は(2)が成立するように配置することができる。
Further, as shown in FIG. 9, the arrangement direction of superconducting elements adjacent in the vertical direction may be arranged slightly inclined with respect to the vertical vertical direction.
That is, when the intersection of the horizontal center line and the vertical vertical center line of the flat surface of the superconducting element is defined as the center g of the superconducting element, two superconducting elements adjacent in the vertical direction (for example, 83 and 86) If the inclination angle θ with respect to the vertical vertical direction of the line segment connecting the centers g and g is within the range of 70 ° (degrees) or less (0 ° ≦ θ ≦ 70 °), it is generated from the
At this time, when the distance between the centers of the two
0°≦ tan-1(δ/L) ≦ 70° …(1)
0 ≦ δ ≦L・tan70° …(2)
但し、δ≦αとする。
α:臨界電流を超えたときに超電導素子から生じる気泡の水平方向の到達距離
0 ° ≦ tan −1 (δ / L) ≦ 70 °… (1)
0 ≦ δ ≦ L ・ tan70 °… (2)
However, δ ≦ α.
α: Horizontal distance of bubbles generated from the superconducting element when the critical current is exceeded
上記の範囲で各超電導素子81〜89を鉛直上下方向に傾斜する配置としても良い。
なお、図9では右側への傾斜のみを図示しているが左側への傾斜についても同じ数値範囲で傾斜させることが可能である。
It is good also as the arrangement | positioning which inclines each superconducting element 81-89 to the vertical up-down direction in said range.
In FIG. 9, only the inclination to the right side is shown, but the inclination to the left side can be inclined within the same numerical range.
また、平面状に配列した複数の超電導素子からなる組を複数用意して、互いに平行に配置することにより全ての超電導素子を立体的に配置しても良い。例えば、図6に示す九つの超電導素子81〜89からなる組を二つ以上用意し、これらを平行且つ高さを合わせて平面に交差する方向、例えば水平方向に並ぶように配置することにより立体配置を実現することも可能である。
これにより、下方に配置された複数の超電導素子から発生する気化ガスの流れを複合的に上方の超電導素子にもたらすことができ、臨界電流が小さい超電導素子の長寿命化及び超電導限流器の長寿命化を実現することが可能である。
Alternatively, all the superconducting elements may be arranged three-dimensionally by preparing a plurality of sets of a plurality of superconducting elements arranged in a plane and arranging them in parallel with each other. For example, two or more sets of nine
As a result, the flow of vaporized gas generated from a plurality of superconducting elements arranged below can be brought to the upper superconducting element in a composite manner, extending the life of the superconducting element having a small critical current and the length of the superconducting fault current limiter. It is possible to achieve a long life.
[その他]
前述した超電導素子71,72,81〜89は、その姿勢や向きを変更することが可能である。
例えば、各超電導素子71,72の長手方向が鉛直上下方向に沿うように配置した場合を例示したが、図10に示すように、これらの長手方向が水平方向に沿うように配置しても良い。超電導素子81〜89についても同様である。
また、各超電導素子71,72の長手方向が水平方向に沿うように配置した場合には、それらの平板面が水平となる向きで配置しても良い。
[Others]
The above-described
For example, although the case where the longitudinal directions of the
Moreover, when arrange | positioning so that the longitudinal direction of each
また、図6では各超電導素子81〜89の長手方向が鉛直上下方向に沿うように配置した場合を例示したが、図11に示すように、これらの長手方向が水平方向に沿うように配置しても良い。
また、各超電導素子81〜89の長手方向が水平方向に沿うように配置した場合には、それらの平板面が水平となる向きで配置しても良い。
6 illustrates the case where the
Moreover, when arrange | positioning so that the longitudinal direction of each superconducting element 81-89 may follow a horizontal direction, you may arrange | position in the direction in which those flat surfaces become horizontal.
また、図6では超電導素子81,82,83と超電導素子84,85,86と超電導素子87,88,89とがそれぞれ並列であって、これら三組の超電導素子が直列となるに接続されているが、接続の方法も任意である。例えば、図12に示すように、各超電導素子81〜89を直列に接続しても良い。
In FIG. 6,
また、図12では、超電導素子81〜89を流れる電流の向きが同一方向に配置した、誘導型の場合を例示したが、無誘導型の配置としてもよい。例えば、図13に示すように、超電導素子81〜89を超電導材料の薄膜を使用した薄膜素子とすると共に、超電導素子81〜89を直列に接続する。そして、三つの超電導素子81,82,83を水平に並べ、その下側で折り返して逆方向に三つの超電導素子84,85,86を水平に並べ、さらにその下側で折り返して逆方向に三つの超電導素子87,88,89を水平に並べる配置としても良い。この場合、これら三組の超電導素子を流れる電流の向きが組ごとに交互に逆向きになり、無誘導型の配置となる。
12 illustrates the inductive type in which the directions of the currents flowing through the
また、無誘導型の配置としては、図13の場合に限られない。例えば、図14に示すように、超電導素子81,82,83を超電導線材(図13の超電導素子よりも長尺な素子)を用いた素子とすると共に、超電導素子81〜83を直列に接続する。そして、超電導素子81を水平に配置し、その下側で折り返して逆方向に超電導素子82を水平に配置し、さらにその下側で折り返して逆方向に超電導素子83を水平に配置しても良い。この場合、これら三つの超電導素子を流れる電流の向きがそれぞれ交互に逆向きになり、無誘導型の配置となる。
図13,図14の例のように、超電導素子や超電導線材をミアンダ型の無誘導型の配置とすることで、図12の構成に比べて、素子群のインダクタンスが減少し、超電導限流器10を定格通電させたときの発生電圧を抑制することができる。
Further, the non-inductive arrangement is not limited to the case of FIG. For example, as shown in FIG. 14,
As in the examples of FIGS. 13 and 14, the superconducting element and the superconducting wire are arranged in a meander-type non-inductive arrangement, so that the inductance of the element group is reduced as compared with the configuration of FIG. The voltage generated when the rated current is applied to the
また、超電導素子を短冊状ではなく、容易に変形させることが可能なワイヤ譲渡した場合には、超電導素子により任意の形状を形成しても良い。例えば、図15に示す、支持プレート110の上面に沿って、超電導素子101〜106を渦を巻くようにコイル状に取り付けた超電導素子ユニット100を、二つ以上用意してそれらを上下に重ねて配置しても良い。なお、支持プレート110の上面において、超電導素子101〜106がコイル状に配置される部分111は、網状或いは無数のスリットや小孔が形成されており、表裏に気泡が通過可能となっている。
この場合、少なくとも、上下に複数配置される超電導素子ユニット100に取り付けられた全ての超電導素子の中で、臨界電流の値が最も小さい超電導素子が取り付けられた超電導素子ユニット100の下側に一つ以上の他の超電導素子ユニット100が配置されていることが望ましく、臨界電流の値が最も小さい超電導素子が取り付けられた超電導素子ユニット100が最も上側に配置されればより望ましい。
これにより、最も臨界電流が小さい超電導素子の素子寿命を延長することができ、装置全体の長寿命化を図ることが可能である。
なお、超電導素子ユニットの個体数は、二以上であれば任意であり、一つの超電導素子ユニット100に設けられる超電導素子の個体数は一以上であれば任意である。
また、超電導素子ユニット100の超電導素子の形状としては、図16に示すような無誘導巻きの形状としても良い。即ち、その中央部で折り返したワイヤ状の超電導素子101をコイル状に巻くことにより、その一端部から他端部にかけて通電すると、中央部の折り返し部分を境界として隣接するワイヤ状の超電導素子に互いに逆向きに電流が流れることになる。これにより素子群のインダクタンスが減少し、超電導限流器10を定格通電させたときの発生電圧を抑制することができる。
また、このように無誘導巻きの形状とした場合にも図15のように複数のワイヤ状の超電導素子をコイル状に巻いてもよい。
In addition, when the superconducting element is not a strip shape but a wire that can be easily deformed is transferred, an arbitrary shape may be formed by the superconducting element. For example, two or more
In this case, at least one of the superconducting elements attached to the
Thereby, the element life of the superconducting element having the smallest critical current can be extended, and the life of the entire apparatus can be extended.
The number of superconducting element units is arbitrary as long as it is two or more, and the number of superconducting elements provided in one
Further, the shape of the superconducting element of the
Further, even in the case of the non-inductive winding shape, a plurality of wire-like superconducting elements may be wound in a coil shape as shown in FIG.
また、上述した超電導素子71,72,81〜89の臨界電流の値はいずれもその一例であって、前述した素子配置と臨界電流の大小の条件を満たすものであれば任意に変更可能である。
また、上記の実施形態では、複数の超電導素子の一部を水平方向の平面上に並べた構成を示したが、平面上に並べる超電導素子の個体数や配列の方向は上記の構成に限られず、図9で示すような、他の超電導素子から生じる気泡の到達位置に臨界電流の値が小さい超電導素子を配置するのが好ましい。複数の超電導素子の配置は、臨界電流の値が小さいものほど上となることが望ましいが、少なくとも、最も臨界電流が小さい超電導素子の下側に一つ以上の他の超電導素子が配置されていれば、最も臨界電流が小さい超電導素子の素子寿命を延長することができ、装置全体の長寿命化を図ることが可能である。
Further, the values of the critical currents of the above-described
In the above embodiment, a configuration in which a part of a plurality of superconducting elements is arranged on a horizontal plane is shown, but the number of superconducting elements arranged on the plane and the direction of arrangement are not limited to the above configuration. As shown in FIG. 9, it is preferable to arrange a superconducting element having a small critical current value at the arrival position of bubbles generated from other superconducting elements. The arrangement of the plurality of superconducting elements is preferably higher as the value of the critical current is smaller, but at least one or more other superconducting elements are arranged below the superconducting element having the smallest critical current. For example, the lifetime of the superconducting element having the smallest critical current can be extended, and the lifetime of the entire apparatus can be extended.
また、図17に示すように、冷媒容器20の液体窒素60内において、各超電導素子71,72,81〜89を囲繞する、上下が開放された筒状又は枠状の素子カバー93を設けても良い。図17では超電導素子71,72を囲繞する場合を図示しているが超電導素子81〜89についてもこれら全体を素子カバー93で囲繞しても良い。
かかる素子カバー93により、事故電流の発生時に下側の超電導素子で発生した窒素ガスの気泡の拡散を抑えて上方に向かわせることができ、上方の超電導素子を効果的に気泡及びこれによる液流に曝すことができ、より効率的な冷却を行うことが可能である。
なお、上下が開放して窒素ガスの気泡の拡散を押さえることが可能であれば、筒状又は枠状以外の形態により超電導素子71,72を囲繞しても良い。
In addition, as shown in FIG. 17, in the
The element cover 93 can suppress the diffusion of nitrogen gas bubbles generated in the lower superconducting element at the time of occurrence of an accident current and can be directed upward, and the upper superconducting element can be effectively directed to the bubbles and the liquid flow caused thereby. It is possible to perform more efficient cooling.
Note that the
また、超電導素子が短冊状である場合を例示したが、これに限らず、例えば、棒状、ワイヤー状、シート状、その他の任意の形状としても良い。
また、各超電導素子を構成する超電導体は例示のものに限定されず、他の超電導材料からなる超電導素子を使用しても良い。但し、その場合には新たに選択した超電導材料による超電導状態を維持することか可能な温度まで冷却可能な冷凍機及び液体冷媒を適宜選択することが望ましい。
Moreover, although the case where the superconducting element was strip-shaped was illustrated, it is not restricted to this, For example, it is good also as rod shape, wire shape, sheet shape, and other arbitrary shapes.
Moreover, the superconductor which comprises each superconducting element is not limited to an illustration, You may use the superconducting element which consists of another superconducting material. However, in that case, it is desirable to appropriately select a refrigerator and a liquid refrigerant capable of maintaining the superconducting state by the newly selected superconducting material or cooling to a possible temperature.
10 超電導限流器
20 冷媒容器
30 蓋体
40 冷凍機(冷却手段)
60 液体窒素(液体冷媒)
71,72,81〜89 超電導素子
10
60 Liquid nitrogen (liquid refrigerant)
71, 72, 81-89 Superconducting element
Claims (11)
液体冷媒及び複数の前記超電導素子を収容する冷媒容器と、
前記冷媒容器内の液体冷媒を冷却する冷却手段とを備え、
前記液体冷媒中で、前記複数の超電導素子の中で臨界電流が最小の超電導素子を他の何れかの超電導素子の上側に配置したことを特徴とする超電導限流器。 In a superconducting fault current limiter including a superconducting element that is in a superconducting state when energized within a certain range of current value and is in a normally conducting state when energizing an accident current exceeding the range,
A refrigerant container containing a liquid refrigerant and a plurality of the superconducting elements;
Cooling means for cooling the liquid refrigerant in the refrigerant container,
A superconducting fault current limiter, wherein a superconducting element having a minimum critical current among the plurality of superconducting elements is disposed above any other superconducting element in the liquid refrigerant.
上下に隣接して並んだ二つの超電導素子からなる組み合わせが、いずれも、上側が下側よりも臨界電流が小さいものとなるように配置したことを特徴とする請求項1記載の超電導限流器。 Arranging the plurality of superconducting elements in a planar shape along the vertical direction,
2. The superconducting fault current limiter according to claim 1, wherein any combination of two superconducting elements arranged adjacent to each other in the upper and lower sides is arranged such that the upper side has a smaller critical current than the lower side. .
冷媒容器内の液体冷媒中で、前記複数の超電導素子の中で臨界電流が最小の超電導素子を他の何れかの超電導素子の上側に配置し、前記臨界電流が最小の超電導素子の下側に配置された超電導素子から生じた気泡によって前記臨界電流が最小の超電導素子を冷却することを特徴とする超電導限流器内の超電導素子の冷却方法。 In the method of cooling the superconducting element of a superconducting fault current limiter comprising a superconducting element that is in a superconducting state when a current value is energized within a certain range and is in a normal conducting state when energizing an accident current exceeding the range,
In the liquid refrigerant in the refrigerant container, the superconducting element having the smallest critical current among the plurality of superconducting elements is arranged above any other superconducting element, and the superconducting element having the smallest critical current is disposed below the superconducting element. A cooling method for a superconducting element in a superconducting fault current limiter, wherein the superconducting element having the minimum critical current is cooled by bubbles generated from the arranged superconducting element.
上下に隣接して並んだ二つの超電導素子からなる組み合わせが、いずれも、上側が下側よりも臨界電流が小さいものとなるように配置することを特徴とする請求項6又は7に記載の超電導限流器内の超電導素子の冷却方法。 Arranging the plurality of superconducting elements in a planar shape along the vertical direction,
The superconducting device according to claim 6 or 7, wherein any combination of two superconducting elements arranged adjacent to each other in the upper and lower sides is arranged such that the upper side has a smaller critical current than the lower side. Cooling method for superconducting element in current limiter.
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