(57)【要約】  超伝導ＦＣＬのための導体素子は、本体２６ａ、２６ｂによって囲まれた細長い超伝導素子１８を備え、本体は超伝導素子１８の周囲の蓄熱体を形成する。蓄熱体は低温システムのような冷却システムと熱的接続状態にある。本体２６ａ、２６ｂは固形であって、例えば銅である。蓄熱体は超伝導素子１８に沿って均一な温度を維持し、障害応答と復帰を改善する。冷却機能は導体素子の外部から提供され、従来の低温冷却システムであってよい。素子は冷却剤を持たず且つ堅固である。
2007538486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
障害電流制限器のための導体素子であって、
電流密度と温度のうち少なくとも一方が過大なときに常伝導状態に状態変化する超伝導素子と、
前記超伝導素子と熱的接続状態にある蓄熱体と、
を具備し、
前記蓄熱体には固形の少なくとも１つの本体が設けられ、前記超伝導素子が、使用時に前記蓄熱体と冷却システムとの間に熱的接続を提供する接続装置を更に備える導体素子。
【請求項２】
前記超伝導素子が細長く、前記本体が前記超伝導素子の周囲に配置される、請求項１に記載の導体素子。
【請求項３】
前記蓄熱体が、前記超伝導素子の周囲の複数の層を形成する複数の本体を備える、請求項１又は２に記載の導体素子。
【請求項４】
前記蓄熱体のそれぞれの前記層が前記超伝導素子の各位置における複数の本体を備える、請求項２又は３に記載の導体素子。
【請求項５】
前記蓄熱体のそれぞれの前記層が前記超伝導素子の各位置における複数の本体を備える、請求項２〜４のうちのいずれか一つに記載の導体素子。
【請求項６】
前記蓄熱体の隣り合う前記本体が熱的接触状態にある、請求項３〜５のうちのいずれか一つに記載の導体素子。
【請求項７】
隣り合う前記本体の間に絶縁材料の部材が設けられる、請求項３〜６のうちのいずれか一つに記載の導体素子。
【請求項８】
前記蓄熱体の前記本体の間の境界の近傍に前記超伝導素子と熱的接触状態で、絶縁材料の追加の部材が設けられ、前記近傍において前記超伝導素子にホットスポットが生じる可能性を低減する、請求項３〜７のうちのいずれか一つに記載の導体素子。
【請求項９】
前記絶縁材料の隣り合う部材間に抵抗が設けられる、請求項３〜８のうちのいずれか一つに記載の導体素子。
【請求項１０】
前記本体又は少なくとも１つの前記本体が銅製である、請求項１〜９のうちのいずれか一つに記載の導体素子。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記本体が無酸素の高伝導率の銅である、請求項１０に記載の導体素子。
【請求項１２】
前記超伝導素子から、前記蓄熱体の材料内の特性熱距離の３倍を上回らない距離以内に、前記蓄熱体が設けられる、請求項１〜１１のうちのいずれか一つに記載の導体素子。
【請求項１３】
使用時に前記冷却システムと熱的接触状態にある面に蛇行状に配置される請求項１〜１２に記載の導体素子。
【請求項１４】
前記超伝導素子の全体又は一部と併設に接続され、前記超伝導素子の周囲の巻かれた少なくとも１つのコイルを更に備える、請求項１〜１３のうちのいずれか一つに記載の導体素子。
【請求項１５】
それぞれの前記コイルが前記超伝導素子の長さの各部と並列に接続される、請求項１４に記載の導体素子。
【請求項１６】
添付の図面を参照して実質的に上記のとおりである、障害電流制限器のための導体素子。
【請求項１７】
障害電流制限器であって、
１．回路接続のための接続端子と、
２．前記接続端子の間に接続され、請求項１〜１６のうちのいずれか１つに定義された導体素子と、
３．使用時に前記導体素子の蓄熱体を冷却する冷却システムと、
を具備する障害電流制限器。
【請求項１８】
前記接続端子間に前記導体素子と並列に接続され、前記超伝導素子が常伝導状態にあるときに前機動隊素子よりも大きな抵抗を有する分路抵抗を更に備える、請求項１７に記載の障害電流制限器。
【請求項１９】
添付図面を参照して実質的に上記のとおりである障害電流制限器。
【請求項２０】
請求項１〜１９のうちのいずれかの発明の範囲内にあるか否か又は同一であるか否かにかかわらず、本明細書に開示した新規の主題又はそれを含む組み合わせ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、障害電流制限器（ＦＣＬ）に関する。特に、本発明の実施の形態は、電力装置及びネットワークにおける障害電流を制限するために装置の一部として超伝導体を利用するＦＣＬに関する。
【０００２】
電力システムにおいて障害又は短絡が発生すると、短く且つ大きな電流が流れる。これは「障害電流」と呼ばれ、通常の動作電流の２０〜５０倍である。こうした障害電流は機器やケーブルを損傷する。超伝導障害電流制限器は、超伝導体の固有の特性を利用して障害電流を、典型的には動作電流の１０倍というずっと低いレベルに制限する。
【０００３】
ＦＣＬは液体窒素において動作する高温（銅―酸化物セラミック）超伝導体の周知の応用である。ほぼ例外なく、現存のＦＣＬは超伝導体から熱を除去するための手段として液体沸騰を用いる。典型的な例は、２００３年に開始された米国国務省エネルギー開発プロジェクトのためにネクサス・スーパーコンダクターズによって製造された装置である。
【０００４】
気体冷却を利用する１つの設計が存在し、これは、スイス連邦技術学校  ＥＴＨ（スイス国チューリッヒ、ＣＨ−８０９２）のＭ．ストイラ、Ｈ．ブレクナ及びＫ．フロリッヒ「窒素ガス冷却型ハイブリッド高温超伝導障害電流制限器」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ａｐｐｌ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．  Ｖｏｌ．１０、Ｎｏ．１、ｐｐ．８４０−８４４、２０００に記載されている。しかし、本質的に、この設計は、超伝導素子に並列の「高速動作負荷スイッチ」を必要とする。つまり、その設計における超伝導素子は電流制限動作を検知してトリガする素子ではなく、トリガされると電流制限動作を作動させるものにすぎず、また、その設計は超伝導素子の連続動作のための冷却能力が不十分である。また、全く別のシリコン・サイリスタ技術に基づく非超伝導ＦＣＬも存在する。
【０００５】
ＦＣＬは直流（ＤＣ）動作及び交流（ＡＣ）動作に対して設計されてきた。最も一般的な使用は５０Ｈｚ又は６０Ｈｚで動作するＡＣ電力システムにおいてであろう。４００Ｈｚでの航空機システムも可能である。ＡＣシステムにおいては、最大障害電流を生成する障害というのは、ＡＣ半サイクルが最大値近くにあるときに生じる障害である。５０ＨｚＡＣ電力システムの半サイクルの立ち上がり時間は５ミリ秒である。典型的には、これはＦＣＬ設計のための障害開始時間として扱われる。なぜなら、保護されるシステムのインダクタンスが一層高速の立ち上がり時間を阻むからである。
【０００６】
典型的には、ＦＣＬの復帰時間は障害開始時間よりも長い。５ミリ秒と数時間との間の復帰時間は、刊行物において検討されてきている。復帰すると、ＦＣＬは通常の動作電流を流す。
【０００７】
障害反復時間とは、ＦＣＬが、復帰してから、外部の分路又は内部の正常な抵抗によってのみ制限される永久的な開回路を生成することなく又は損傷無しに別の障害を扱うことができるまでの時間である。
【０００８】
刊行物におけるＦＣＬの多くの設計には、障害無しに又は永久的な開回路を生成することなく数時間又は数日の期間内に取り扱うことができる障害の数に制限がある。これは、無限大に向かって増大する復帰時間又は修理時間と等価である。
【０００９】
本発明は、障害電流制限器のための導体素子を提供するものであり、導体素子は、
電流密度と温度とのうちの少なくとも一方が過大なときに常伝導状態へ状態変化する超伝導素子と、
超伝導素子と熱的接触状態にある蓄熱体と、
を具備し、蓄熱体は固形の少なくとも１つの本体によって提供され、超伝導素子は、更に、使用時に蓄熱体と冷却システムとの間に熱的接続を提供するための接続装置を備えている。
【００１０】
超伝導素子は好ましくは細長い形状であり、蓄熱体の本体は超伝導素子の周囲に配置される。蓄熱体は、超伝導素子の周囲に複数の層を形成する複数の本体を備えることができる。蓄熱体のそれぞれの層は、超伝導素子の周囲のそれぞれの位置において複数の本体を備えることができる。蓄熱体のそれぞれの層は、超伝導素子に沿うそれぞれの位置に複数の本体を備えることが好ましい。蓄熱体の隣接する本体は熱的接触状態にあることが好ましい。絶縁材料の部材が、隣接する本体間に設けられることが好ましい。
【００１１】
蓄熱体の本体間の境界の近傍に、超伝導素子と熱的接触状態で、熱伝導材料の追加の部材が設けられ、当該近傍で超伝導素子にホットスポットが生じる可能性を低減することが好ましい。
【００１２】
絶縁材料を跨ぐように、隣接する本体間に抵抗を設けてもよい。
本体は又は少なくとも１つの本体は銅製であり、銅は無酸素の高伝導率の銅であることが好ましい。
【００１３】
蓄熱体は、超伝導素子から、蓄熱体の材料内の特性熱距離の３倍を上回らない距離以内に設けられることが好ましい。
導体素子は、使用時に冷却システムと熱的接触状態にある面上に蛇行した状態で配置されることが好ましい。
【００１４】
導体素子は、超伝導素子の全部又は一部と並列に接続され且つ超伝導素子の周りに巻かれた少なくとも１つのコイルを備えることができる。上記の複数のコイルが設けられてもよい。各コイルは超伝導素子の長さのそれぞれの部分と並列に接続され得る。
【００１５】
また、本発明は、
１．回路接続のための接続端子と、
２．接続端子間に接続される、任意の前記定義に係る導体素子と、
３．使用時に導体素子の蓄熱体を冷却する冷却システムと、
を具備する障害電流制限器を提供する。
【００１６】
障害電流制限器は、接続端子間に導体素子と並列に接続され且つ導体素子の超伝導素子が状態変化すると導体素子よりも低い抵抗を有する分路抵抗を備えることが好ましい。
ここで、図面を参照して、例示としてのみ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明の実施の形態は、直接、間接、抵抗性、磁性又は組み合わせ型配置等の多くの形の超伝導障害電流制限器の超伝導熱素子として用いることができる。図１は使用態様を概略的に示している。
【００１７】
図１は、端子１２間に流れる障害電流を制限するのに使用されるＦＣＬ１０を示している。この例においては、端子１２間に２つの並列の導通経路が設けられる。１つの経路は分路抵抗１４を通る。他の経路は本発明を実施する導体素子１６を通る。導体素子１６は、電流密度又は温度のうちの一方又は両方が過大になったときに超伝導状態から常伝導状態へと状態変化する超伝導素子１８を備える。また、導体素子１６は、超伝導素子１８と熱的接触状態にある蓄熱体２０を備える。蓄熱体２０は、固形の少なくとも１つの本体（これについては後述する）によって提供される。更に、導体素子１６は、使用時に蓄熱体２０と冷却システム２４との間に熱的接続を提供する接続装置２２を有する。
【００１８】
他の例においては、状態変化された超伝導素子１８の抵抗は、十分な冷却が利用できるならば、障害電流を流すのに使用することができる。
図２は、導体素子を一層詳細に図示している。この例においては、一般に、導体素子は円筒形をしており、細長い超伝導素子１８は一般に円筒の軸に沿って延びており、超伝導素子１８の周囲に蓄熱体２０の本体２６ａ、２６ｂが配置される。蓄熱体２０は、超伝導素子１８の周囲に複数の層を形成する複数の本体２６ａ、２６ｂを有する。すなわち、本体２６ａは超伝導素子１８の周囲の内層を形成し、本体２６ｂは外層を形成する。それぞれの層は超伝導素子１８の周囲の各位置に幾つかの本体を備える。隣接する本体２６間に境界が存在し、これらの境界に、つまり隣接する本体間に絶縁材料が設けられる。こうして、絶縁材料２８の円筒が層２６ａ、２６ｂ間に設けられる。超伝導素子１８に沿って分離されている同一の層の本体間には、円形又はディスク状の部材３０が設けられている。隣接する本体２６間には、絶縁材料のシートが超伝導素子１８から半径方向に延びている。
【００１９】
絶縁材料２８、３０、３２を、高分子ラッカーその他の材料の絶縁膜として設けることができる。理解されるように、本明細書において用語「絶縁体」又は「絶縁材料」等が用いられるときには、これらの用語は高抵抗材料を含むものと理解されるべきである。
【００２０】
隣接する本体２６は絶縁材料２８、３０、３２を介して互いに熱的に接触している。本体２６は動作温度において大きな熱拡散率を有する材料から成る。逐次の層は異なる又は同じ熱拡散率であってよい。絶縁材料２８によって層を分離しているので、使用期間には渦電流を低減することができ、また、製造が容易になる。また、絶縁材料は、超伝導素子１８が状態変化されたときに本体２６が超伝導素子の抵抗を小さくするのを防止する。１つの例においては、内側の層２６ａは無酸素の高伝導率（ＯＦＨＣ）の銅でできており、外層２６ｂはそれほど伝導率の高くない銅から成る。
【００２１】
図３に示す別の実施の形態においては、超伝導素子１８は超伝導テープの形をしていて積層構造の中心に位置し、積層構造はＯＦＨＣ銅製の２つの薄いストリップ２６ａとそれよりも低い伝導率の銅の２つのストリップ２６ｂとを含む。これらは絶縁材料２８によって分離されている。図２又は図３の配置において、本体２６の少なくとも最外側の層は熱伝導性の支持体３４（図２には図示せず）に固定されており、支持体３４は、使用時には、支持体３４を伝導によって冷却するのに使用される冷却システム２４と蓄熱体２０の本体２６との間に熱的接続を提供する。冷却システム２４は、テープ１８を超伝導状態に維持するのに要する温度が低いため低温システムである。オプションとして、装置全体をヘリウム・ガス（図示せず）の熱伝導雰囲気によって取り囲むことができる。
【００２２】
図１のＦＣＬ１０の導体素子１６として図２又は図３の実施の形態を用いると、導体素子１６は障害電流が存在しないときには超伝導状態にあるので、分路抵抗１４には実質的に電流は流れない。障害の場合、過大な電流が流れ始める。これによって超伝導素子１８は常伝導状態に状態変化する。そうすると、超伝導素子１８によって提供される全抵抗は分路抵抗１４の抵抗よりも大きくなるので、電流は優先的に分路抵抗１４を通って流れる。これは、障害期間での超伝導素子１８内の発熱効果を低減するのに役立ち、したがって、損傷を防止するとともに、障害状態が終了したときの超伝導状態への復帰が容易になる。
【００２３】
正常状態の期間には、蓄熱体２０は、蓄熱体２０と超伝導素子１８との間、及び蓄熱体２０と冷却システム２４との間の熱的接続によって、超伝導素子１８を冷却状態に維持しながら、超伝導素子１８全体を均等な温度に維持するよう動作する。
【００２４】
構成要素の熱質量は、材料の体積と動作温度での体積比熱との積である。伝導率が液体窒素又は液体空気システムに特有の温度における又は室温におけるよりずっと大きい温度で銀又はＯＦＨＣ銅等の高伝導率材料を用いると、５０ＨｚのＡＣ電力システムに対しては典型的には５ミリ秒である障害立ち上がり時間に熱が伝わることができる距離が増大する。一層正確に述べると、所与の時間における熱伝達の特性熱距離は熱拡散率の平方根に線形に関係する。
【００２５】
特性熱距離は１つだけの材料を考慮することを要求しない。複数の異なる材料の積層又は複合物は、異なる材料間の熱伝達係数の補正を伴う、各材料の個々の熱拡散率に関係する特性熱伝達距離を有する。
【００２６】
現下の実施の形態においては、熱伝達に対する特性熱伝達距離の３倍よりも短い距離内に、追加の蓄熱体が配置される。これは障害開始特性を改善する。この蓄熱体は、非障害動作において又は障害が開始され或いは連続してから終了するときに超伝導素子を損傷するホットスポットを防止するのに貢献する。蓄熱体は、超伝導素子が非超伝導状態へ状態変化されるよう、したがって障害発生時に障害電流を制限することができるよう限定される。
【００２７】
現下の実施の形態においては、追加の蓄熱体が特性熱距離の３倍よりも短い距離内に配置される。これは復帰時間特性を改善する。この蓄熱体は、超伝導素子を冷却して超伝導素子に超伝導を再生して通常動作を回復させるよう選択される。
【００２８】
現下の実施の形態においては、熱伝達に対する特性熱伝達距離の３倍よりも短い距離内に、追加の蓄熱体が配置される。これは、障害期間に又は冷却システム２４の予定されたメンテナンス期間に超伝導素子において低温と超伝導を維持することができ、ＦＣＬは非障害状態と障害状態とにおいて動作し続ける。
【００２９】
こうした実際的な利点は、超伝導素子から特性熱距離の３倍を上回らない距離内に蓄熱体２０の材料を設けたことから生じる。
隣接する本体２６間に熱的接続が設けられることに加えて、図４に概略的に示すように、制御される電気接続を設けることができる。図４において、絶縁材料２８、３０、３２によって分離されている、隣接する本体２６間の各境界は、例えば１０００００オームの高抵抗の抵抗体３５によって接続される。これらの抵抗体は、障害状態期間に均等な電圧分布を維持するよう、本体２６間に設けられる。
【００３０】
上記の配置において、超伝導素子１８における最も感度の高い場所は２つの本体２６間の境界、即ち絶縁スペーサーのところである。これは、周囲よりも温度が高く、したがって臨界電流が小さいため、状態変化が開始される個所である。設計に対する改良として、超伝導素子は追加の導電性且つ伝熱性の分路３６（図５）を有する。分路３６はそれぞれの高感度場所に設けられるが、本体２６からは電気的に絶縁され、熱及び電気が超伝導体の外側を流れるようにし、超伝導素子１８に沿って一層均一な温度を提供することによって感度を下げることができる。
【００３１】
伝熱性の材料でできた追加の分路３６は、本体２６間、特に内層の本体２６ａ間の各境界の近傍において超伝導素子１８と熱的接触状態で設けられることが好ましい。これは、絶縁材料の存在から生じる、蓄熱体２０の熱伝導性の局所的低減の結果として、当該近傍において超伝導素子１８にホットスポットが発生する可能性を小さくするためである。代わりに、分路を、超伝導素子の全長に沿うシース（sheath）として設けることができる。
【００３２】
上記の導体素子１６の種々の設計パラメータは、本発明の範囲内で変更することができる。例えば、
１．超伝導素子１８の長さを、高電圧システムにおける使用のために増すことができる。これは、動作電圧を２倍にすると、ほぼ２倍の長さが必要になるからである。
【００３３】
２．超伝導素子１８の長さを、障害事象期間に生成される熱の全量を減らすよう増すことができる。これは、障害期間の抵抗発熱が棒の抵抗として計量されるからである。つまり、棒の長さを２倍にすると、発熱量はほぼ半分になる。
【００３４】
３．超伝導素子１８の長さを、障害期間の抵抗を大きくするよう、したがって障害電流の大きさを小さくするよう増すことができる。また、外部の分路抵抗１４は障害期間の抵抗に影響を与える。
【００３５】
４．蓄熱体の材料の量及び伝導率を、復帰時間を変えるよう構造によって設定される制限内で変更することができる。
５．超伝導素子の構造を、温度変化時間及び復帰時間が短くなるよう、例えば横方向の大きさを小さくすることによって変更することができる。超伝導体の薄い線やテープ等、又は複数の超伝導フィラメントから作られた超伝導体は、他の全部のものが同じであるとしても、開始時間が一層速くなり、復帰も一層速くなる。
【００３６】
６．温度変化の速度を増すよう、超伝導材料の特性を変えることができる。マグネシウム・ジボライドをベースとする超伝導体においては、充分な又は不充分な加熱処理によってグレイン間に部分的な弱い結合を生じることができるが、これは、臨界温度近傍で又は磁界が印加されたとき、電流を流す能力に影響を与える。同様の準備が銅―酸化物セラミック超伝導体に対して可能である。これは温度変化速度を増すことになるので有益である。したがって、超伝導特性を故意に劣化させることが提案される。伝統的な設計は高価な超伝導体に基づいており、高価な超伝導体の最も有効に利用する最善の可能な特性が要求される。
【００３７】
特定の装置においては、長さ、厚さ、内外の分路導電材料、コイル設計により印加される磁界、蓄熱体の場所及び熱的接続、通常の動作温度といったパラメータや、その他の構造的、材料的、電気的、磁気的パラメータは、所望の動作電圧、電流、温度変化時間、復帰時間、通常電流の最大障害電流に対する所望の比、並びに非障害動作期間及び復帰期間に要する冷却電力に対して最適化される。
【００３８】
超伝導体は、超伝導材料と、分路としての非超伝導の導電体と、製造のために使用される機械的容器とを備える複合体である。絶縁層を、塗料、ラッカーその他の当業者に知られた適宜の方法によって設けることができる。
【００３９】
本体２６の長さは、導電と絶縁が交互するワッシャの積み重ねに似ている点で、本体間を分離する絶縁材料の厚さと同じであってよい。本体及び絶縁体２８、３０、３２の比熱容量及び熱伝導率は、超伝導素子１８がほぼ断熱的に超伝導状態を停止する（「状態変化」する）ことができるよう、したがって障害電流を制限することができるよう設計される。しかし、本体及び絶縁体２８、３０、３２の比熱容量及び熱伝導率は、障害が除去されたときに超伝導体を超伝導状態へ戻すよう急速に冷却するのに足るよう計算される。
【００４０】
理解されるように、超伝導体が状態変化すると、超伝導体は臨界温度よりも上に加熱されたことになるので、超伝導体は不要である。超伝導体は、冷却状態にあって臨界温度よりも低く維持されるとしても、臨界電流が越えられた場合には、材料は状態変化する。
【００４１】
導体素子１６は、支持体３４のような熱伝導性の低温体との直接的な熱的接触によって連続的に冷却される。この低温体は低温冷却システムのコールド・ヘッドであっても、ヘリウム等の気体又は液体に浸すことによって冷却されてもよい。
【００４２】
残りの図は、上述の導体素子を配置するための好ましい構成を図示している。図６は、支持体３４の面上に蛇行した状態に配置され、支持体３４を冷却する低温冷却システムと熱的接触状態にある導体素子１６を示している。特に、図３の構造は、このように配置され得る。この配置は蛇行しているので、配置は非誘導性又は低インダクタンスとなる。これが望ましいのは、超伝導素子１８に加えられる磁界が、超伝導素子１８を常伝導状態へ状態変化させることができる別のパラメータを表すからである。こうして磁気効果を実質的に無効化し、記述のようにして熱制御を行う結果、状態変化を生じる主要パラメータは過大電流であることになるので、配置の特性を制限する障害電流が改善される。
【００４３】
図３の実施の形態の特定の例を、図６の態様で配置することができる。この例においては、マグネシウム・ジボライドのコアとステンレススチールのシースとを有するマグネシウム・ジボライド超伝導テープが用いられ、このテープの幅は４ｍｍ、厚さは０．２５ｍｍである。このテープの両端には、全長にわたる電流分路を提供するよう銅フォイルが積層され、高分子ラッカーの絶縁膜が塗布される。
【００４４】
厚さ５ｍｍ、幅10ｍｍ、長さ２５０ｍｍの矩形の無酸素高伝導率（ＯＦＨＣ）銅製の棒が、一つの面に沿って深さ０．２５ｍｍ、幅４ｍｍの長手方向の浅い溝が設けられて準備される。この棒にラッカーを塗り、対にして且つ隣の対と近接するように超伝導の線に接着する。各対の中心点において、１００キロオームの炭素抵抗で２つの棒を接続する。対の間の接合部において、１００キロオームの別の抵抗が棒を次々に接続する。これは、装置に沿う電圧分布が均一になることを保証する。銅製の棒の３つおきの対毎に半円形に曲げられ、電流が非誘導性のジグザグの経路を流れるようにする。これを図６に示している。棒のそれぞれの対に対して、大きさは同じであるが低いグレードの純度の銅から成る別の対が固定される。銅製の棒は、低温冷却器に熱的接続された交互の平らで円筒形に曲げられたシートに固定される。全体の組立体はシールされ、ヘリウム・ガスで４aｔｍまで加圧され、真空のフラスコ内に配置されて２０Ｋまで冷却される。
【００４５】
図７は、絡み合った幾つかの非誘導性の蛇行素子１６ａ、１６ｂを示している。これは使用期間での装置の熱的均一性を向上させ、装置全体の体積を減らすので、低温冷却システム２４に対する要求を低減するのに役立つ。絡み合った導体素子１６はＦＣＬのサブモジュールとして並列に接続される。または、３相電源に適応するよう通常は設計されるＦＣＬの導体素子１６全部を、このように絡み合わせるようにしてもよい。
【００４６】
図８には、蛇行した経路に置かれた上述の形式の導体素子１６が、その周囲に巻かれたコイルとともに図示されている。このコイル自体は、一般的には上述の形式の導体素子１６である。コイルと中心の非誘導性の組立体とは並列に接続される。無障害動作時には、コイルには殆ど電流が流れない。これは、コイルのリアクタンスは大きいが、非誘導性の組立体のリアクタンスは極めて小さいからである。傷害が発生すると、中心の組立体の電流は幾つかの開始個所において超伝導を破壊し、影響された棒の端部及び組立体の端部に電圧が現れる。次いで、外側のコイルに、そのインダクタンスによって制限される立ち上がり時間で、電流が流れる。
【００４７】
生成される磁界は、磁気的に超伝導を抑圧することにより、中央の超伝導体に沿って均一な状態変化を生じさせるのに約立つ。中央の組立体の超伝導材料のグレードは、磁界に対して特に感度を有するように設計され且つ処理される。磁界を印加するコイルは超伝導素子であってよい。これは、超伝導体、特にマグネシウム・ジボライドに基づく超伝導体は今のところ充分に安価であるので、この構造が実現可能であるからである。
【００４８】
図９は他の例を示しており、真っ直ぐな細長い導体素子１６が点４０で示される長さで形成され、点４０間に種々のコイルが接続され、導体素子１６の周囲に巻かれる。各コイル４１は導体素子１６の２つのセクションに沿って延び、コイルは互いに重なり合うので、隣接する点４０間の各セクションは、その周囲に巻かれる少なくとも２つのコイルを有する。導体素子１６全体を、重なり合うコイルと共に、このように構成するならば、任意の個所でのホットスポットは、隣接する棒を覆う磁界を生成し、導体素子１６に急速に伝搬する状態変化を生じることになる。
【００４９】
超伝導素子１８は細長いものとして説明してきたが、理解されるように、線、テープ、ストリップ等の多くの細長い構造又は長手構造を用いることができる。特に蓄熱体２０の熱拡散率と超伝導素子１８の構造との注意深い設計により、他の温度手法を用いることができる。例えば、高熱拡散率の固体材料で覆われたＹＢＣＯ超伝導体の薄膜を用いることができる。
【００５０】
上記の各実施の形態において、理解されるように、導体素子１６を固形の構成要素で形成することにより、導体素子１６は「乾式」であり、冷却剤を組み込んでいない。本体２６の蓄熱体は、ホットスポットを回避し、障害限定と復帰時間の良好な特性を保証するよう、超伝導素子１８内に均一の温度を維持する機能を提供する。均一な温度を維持する機能は、特に障害条件後に熱を除去するための冷却要求とは別個に扱われる。この要求は低温冷却システム２４によって提供される。こうした別個の機能を提供する配置は、これらの例においては、支持体３４によって提供される熱的接続において出会う。したがって、導体素子１６の形状から生じる本発明の利点を保持しながらも動作要求に対して最適化された従来の低温冷却システム２４を用いることができる。冷却剤なしの乾式の導体素子１６を設けることにより、導体素子を、振動、姿勢、動き等に関連する問題に対して堅固にする。こうした問題に対して堅固な従来の低温冷却システムは既に利用可能であるから、実施の形態は、同様に堅固な完全なＦＣＬを形成することを可能にする。
【００５１】
以上の明細において、特に重要と思われる本発明の特徴に注目するよう努力してきたが、理解されるように、出願人は、特に強調する、しないにかかわらず、上で言及し及び／又は図示する特許可能な特徴に関する保護を求めるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】障害電流制限器において使用される、本発明の導体素子を示す概略図である。
【図２】導体素子の一部の概略的な斜視図である。
【図３】代替の導体素子の断面図である。
【図４】導体素子の軸に沿う概略断面図である。
【図５】蓄熱体の本体間の境界の近傍における、図２の素子の概略断面図である。
【図６】本発明の導体素子が障害電流制限器において利用される種々の構成の概略図である。
【図７】本発明の導体素子が障害電流制限器において利用される種々の構成の概略図である。
【図８】本発明の導体素子が障害電流制限器において利用される種々の構成の概略図である。
【図９】本発明の導体素子が障害電流制限器において利用される種々の構成の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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