障害電流の送電を制限する技術
高電圧送電網と一緒に有利に使用できる新タイプの超伝導障害電流制限器が提供される。障害電流制限器は、送電網に接続する２つの端子に電気的に接続される。超伝導回路は接地から電気的に絶縁された筐体又はタンク内に収容される。その結果、筐体と超伝導回路との間の電圧及び筐体と端子との間の電圧差が現在の構成の場合に存在する電圧差より大幅に小さくなる。いくつかの実施形態においては、筐体は端子の一つに電気的に接続されるが，他の実施形態では、筐体は前記端子から電気的に絶縁される。超伝導回路を他の同様の回路組み合わせて様々な送電網構成に対処することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、障害電流の伝送を制限する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力送電及び配電網においては、障害電流状態が起こり得る。障害電流状態は網内の障害又は短絡によって生じる網を流れる電流の急激な変化（サージ）である。障害の原因には、網への落雷、悪天候又は倒木による送電線の地絡などが含まれる。障害が起こると、大きな負荷が瞬間的に現れる。これに応答して網はこの負荷、即ちこの場合には障害に多量の電流（過電流）を供給する。このサージ又は障害電流状態は網又は網に接続された機器を損傷し得るため望ましくない。特に、網及び網に接続された機器が燃えることがあり、場合によっては爆発することもある。
【０００３】
電力機器を障害電流による損傷から保護するために使用されているシステムの一つは回路遮断器である。障害電流が検出されたとき、回路遮断器は回路を機械的に開き、過電流の流れを遮断する。
【０００４】
障害電流を制限する別のシステムは超伝導障害電流制限器（「ＳＣＦＣＬ」）である。一般に、ＳＣＦＣＬは臨界温度レベルＴc、臨界磁界レベルＨc及び臨界電流レベルＩcより低い場合に殆ど零の抵抗値を示す超伝導回路を備える。これらの条件の少なくとも一つが上記の臨界レベルを超える場合には、この回路はクエンチされ、抵抗性を示す。
【０００５】
通常動作中、ＳＣＦＣＬの超伝導回路はＴc，Ｈc及びＩcより低く維持される。傷害時に、これらの条件の一つ以上が臨界レベルＴc，Ｈc及びＩcより高くなる。そのとき瞬時にＳＣＦＣＬの超伝導回路はクエンチされ、その抵抗値が急激に増大し、それによって障害電流の伝導が制限される。若干の時間遅延後及び短絡障害の解消後に、Ｔc，Ｈc及びＩcは正常値に戻され、網及びＳＣＦＣＬを経て電流が流される。
【０００６】
電力送電網に現在使用されている超伝導障害電流制限器は障害電流を制限できるが十分ではない。例えば、ＳＣＦＣＬは高電圧送電網をサポートし得ない。加えて、従来のＳＣＦＣＬはその技術的な欠陥のために大きな設置面積を必要とする。従って、新しいタイプのＳＣＦＣＬが必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
これから、障害電流の送電を制限する技術を説明する。一つの特定の模範的な実施形態において、この技術は障害電流の送電を制限する新しいタイプの装置によって実現することができる。この装置は、接地電位から電気的に絶縁されるように接地から電気的に減結合された筐体と、少なくとも一つが一つ以上の電流搬送線に電気的に接続された第１及び第２の端子と、及び前記筐体内に収容され且つ前記第１及び第２の端子に電気的に接続された第１の超伝導回路とを備えている。
【０００８】
この特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記筐体は電気的に絶縁性の材料からなるものとし得る。
【０００９】
更にこの特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記筐体は電気的に導電性とし得る。
【００１０】
この特定の模範的な実施形態の他の実施例によれば、前記筐体は前記第１及び第２の端子から電気的に絶縁することができる。
【００１１】
この特定の模範的な実施形態の追加の実施例によれば、前記第１の端子に第１の電圧が存在し、前記第２の端子に第２の電圧が存在し、前記筐体は前記第１及び第２の電圧の間の電圧である。
【００１２】
この特定の模範的な実施形態の他の追加の実施例によれば、前記筐体は前記第１及び第２の端子の一つに電気的に接続されている。
【００１３】
この特定の模範的な実施形態の更に別の実施例によれば、前記装置は、前記筐体と前記接地との間に配置され、前記筐体を支持する支持体を更に備え、前記支持体によって前記筐体を接地から電気的に絶縁している。
【００１４】
この特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記装置は、前記超伝導回路を所定の温度より低く維持するために前記筐体内に冷却剤を更に備えている。
【００１５】
更にこの特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記装置は、前記筐体がその上に支持されたプラットフォームを備え、前記プラットフォームは接地から電気的に絶縁されている。
【００１６】
更にこの特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記装置は。第２の筐体と、第３及び第４の端子と、前記第２の筐体内に収容された第２の超伝導回路とを更に備え、前記第２の超伝導回路は前記第３及び第４の端子に電気的に接続され、前記第２の超伝導回路は前記プラットフォームにより支持されている。
【００１７】
更にこの特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記装置は、前記筐体及び前記第２の筐体が電気的に絶縁されるように、前記筐体と前記プラットフォームとの間に置かれた支持体を更に備えることができる。
【００１８】
この特定の模範的な実施形態の他の実施例によれば、前記第３及び第４の端子の各々は一つ以上の配電線に電気的に接続されている。
【００１９】
この特定の模範的な実施形態の追加の実施例によれば、前記第３の端子は前記第１及び第２の端子の一つに電気的に接続されている。
【００２０】
この特定の模範的な実施形態の他の追加の実施例によれば、前記装置は、少なくとも一つが一つ以上の電流搬送線に電気的に接続された第３及び第４の端子と、前記筐体内に収容され且つ前記第３及び第４の端子に電気的に接続された第２の超伝導回路とを更に備えている。
【００２１】
この特定の模範的な実施形態の更に別の実施例によれば、前記装置は、少なくとも一つが一つ以上の電流搬送線に電気的に接続された第５及び第６の端子と、前記筐体内に収容され且つ前記第５及び第６の端子に電気的に接続された第３の超伝導回路とを更に備えている。
【００２２】
この特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記第１の超伝導回路と前記筐体との間の隙間長が２５０ｃｍ未満である。
【００２３】
この特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記第１の超伝導回路と前記筐体との間の隙間長が約８〜２５ｃｍである。
【００２４】
別の特定の実施形態においては、障害電流を制限する手法は、第１及び第２の端子を一つ以上の電流搬送線に電気的に接続するステップと、障害電流を通す通路を与えるために筐体内に収容された超伝導回路を前記第１及び第２の端子に電気的に接続するステップと、前記筐体を接地から電気的に絶縁するステップとを備える。
【００２５】
この特定の実施形態の別の実施例によれば、前記手法は、前記筐体を前記第１及び第２の端子から電気的に絶縁するステップを更に備えることができる。
【００２６】
更にこの特定の実施形態の別の実施例によれば、前記手法は導電性の筐体を使用し、前記筐体を前記第１及び第２の端子の一つに電気的に接続するステップを更に備えることができる。
【００２７】
別の特定の実施形態において、障害電流を制限する手法は、筐体と複数のブッシング絶縁体を備え、前記筐体は外気に露出し、接地電位に維持され、接地から第１の垂直距離だけ離間されている回路遮断機を用意するステップと、前記回路遮断機に電気的に結合された、筐体と第１及び第２の端子と前記筐体内に収容され前記第１及び第２の端子に電気的に結合された第１の超伝導回路を備える障害電流制限器を用意するステップを備え、前記筐体は前記接地から前記第１の垂直距離大きい第２の垂直距離だけ離間されている。
【００２８】
本発明はこれから添付図面に示される模範的な実施形態について詳細に説明される。本発明は模範的な実施形態について以下に説明されるが、本発明はこれらに限定されないものと理解されたい。本明細書に開示された技術にアクセスする当業者は、本明細書に開示された技術の範囲に含まれる追加の種々の実施、変更及び具体化並びに他の応用分野を認識でき、この点に関し本開示は極めて有意義である。
【００２９】
本発明の理解を容易にするために、添付図面を参照して説明する。これらの図はカバラ寿司も正しい寸法比で描かれていない。更に、これらの図は本発明を限定するものでなく、単なる例示であるものと解釈されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による模範的な超伝導障害電流制限（ＳＣＦＣＬ）システムを示す。
【図１Ｂ】本発明のＳＣＦＣＬシステムに収容し得る模範的な障害電流制限ユニットを示す。
【図２】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムを示す。
【図３Ａ】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムを示す。
【図３Ｂ】本発明の別の実施形態による内部シャントリアクタを用いる別の模範的なＳＣＦＣＬシステムを示す。
【図３Ｃ】本発明の別の実施形態による外部シャントリアクタを用いる別の模範的なＳＣＦＣＬシステムを示す。
【図４Ａ】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムの側面図を示す。
【図４Ｂ】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムの上面図を示す。
【図５Ａ】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムの側面図を示す。
【図５Ｂ】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムの上面図を示す。
【図６】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムを示す。
【図７】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本明細書には、超伝導障害電流制限器のいくつかの実施形態が紹介される。当業者は、本明細書に開示されるこれらの実施形態は説明のための単なる例示であることを理解されたい。説明を簡単明瞭にするために、既に知られている部品、特徴及び機能は説明が省略されるかもしれない。
【００３２】
図１Ａ及び１Ｂを参照すると、本発明の一実施形態による模範的な超伝導障害電流制限（ＳＣＦＣＬ）システム１００が示されている。本実施形態において、ＳＣＦＣＬシステム１００は一つ以上のモジュール１１０を備えることができる。しかし、本発明のＳＣＦＣＬシステム１００は任意の数のモジュール１１０を含むことができる。例えば、ＳＣＦＣＬシステム１００は互いに同一の３つの単相モジュールを有することができる。これらのモジュールは直列に又は並列に接続することができる。説明を簡単明瞭にするために、ＳＣＦＣＬシステム１００の説明は一つの単相モジュール１１０に限定する。
【００３３】
ＳＣＦＣＬシステム１００のモジュール１１０はその中にチャンバを画成する筐体又はタンク１１２を備えることができる。一実施形態において、筐体又はタンク１１２は熱的に及び／又は電気的に絶縁性のタンク、例えばガラス繊維又は他の電気絶縁材料製のタンクとすることができる。本実施形態において、タンク１１２は内層及び外層１１２ａ及び１１２ｂとそれらの間に介挿された電気絶縁媒体とからなる金属タンク１１２である。
【００３４】
タンク１１２内には、一つ以上の障害電流制限ユニット１２０（明瞭且つ簡単化のためにブロックとして示されている）を収容することができる。本実施形態においては、モジュール１１０は単相障害電流制限ユニット１２０を有する単相モジュール１１０とすることができる。別の実施例においては、モジュール１１０は３つの単相障害電流制限ユニット１２０を有する３層モジュールとすることができる。図１Ｂに示すように、障害電流制限ユニット１２０内には一つ以上の超伝導回路１２２及び第１及び第２のエンドキャップ１２４及び１２６を配置することができる。第１及び第２のエンドキャップ１２４及び１２６は、一例では、コロナシールドとすることができる。本実施形態においては、障害電流制限ユニット１２０はタンク１１２から２５０ｃｍ以下の隙間長を有することができる。好ましくは、隙間長は８−２５ｃｍとすることができる。本明細書において、隙間長とは一つ以上の超伝導回路１２２とタンク１１２との管の間の最短距離をいう。
【００３５】
図１Ａを参照するに、モジュール１１０は一つ以上の電気ブッシング１１６を備えることもできる。ブッシング１１６は内部導体(図示せず)及び外部絶縁体を備えることができる。ブッシング１１６の遠方端は、ＳＣＦＣＬも１１０を送電網（図示せず）に結合するために、端子１４４及び１４６によりそれぞれの電流搬送線１４２に結合することができる。電流搬送線１４２は一つの位置から別の位置に（例えば電流源から電流エンドユーザに）電力を伝送するのに使用される送電線又は電流分配線とすることができる。ブッシング１１６内の内部導体はブッシング１１６の端子１４４及び１４６を障害電流制限ユニット１２０に接続することができる。一方、外部絶縁体は筐体又はタンク１１２を内部導体から絶縁するために使用され、それによってタンク１１２及び端子１４４及び１４６を異なる電位にすることが可能になる。必要に応じ、ＳＣＦＣＬモジュール１１０は、電気ブッシング１１６内に含まれる導体間を接続するために、オプションの内部シャントリアクタ１１８又は外部シャントリアクタ１４８又はその両方を備えることができる。しかし、本発明は、内部シャントリアクタ１１８又は外部シャントリアクタ１４８又はその両方を備えないＳＣＦＣＬも１１０を排除するものではない。
【００３６】
一以上の障害電流制限ユニット１２０の温度はタンク１１２内に含まれる冷却剤１１４によって所望の温度範囲に維持することができる。一例では、障害電流制限ユニット１２０は低い温度、例えば−７７°Ｋに維持するのが望ましい。このような低温度に維持するために、冷却剤１１４として液体窒素又はヘリウムガスを使用することができる。他の例では、一以上の障害電流制限ユニット１２０の温度は他の温度範囲に維持するのが望ましことがあり、気体状又は液体状の他の種類の冷却剤を使用することもできる。例えば、障害電流制限ユニット１２０の温度は室温に維持するのが望ましいことがある。このような場合には、冷却剤１１４として室温に維持された空気を使用することもできる。冷却剤１１４はタンク１１２に結合されたフィードライン（図示せず）及びポート１１５を介してタンク１１２に供給することができる。本発明において、フィードライン及びポート１１５は熱的に及び／又は電気的に絶縁性の材料からなるものとするのが好ましい。しかし、本発明は熱的に及び／又は電気的に導電性の材料からなるフィードライン及びポートのいずれも排除しない。フィードライン及びポート１１５がタンク１１２又はそれに含まれる任意の構成要素の接地を与えない場合には、それらは任意の種類の材料からなるものとすることができる。
【００３７】
本実施形態においては、タンク１１２はオプションの外部支持体１３４によって接地から支持することができる。一方、障害電流制限ユニット１２０はオプションの内部支持体１３２によってタンク１１２から支持することができる。障害電流制限ユニット１２０は他の何らかの構成要素によってタンク１１２から支持することもできるので、内部支持体１３２はオプションとすることができることは当業者に理解されよう。内部支持体１３２を含む場合にも、内部支持体１３２は障害電流制限ユニット１２０を必ずしもその底面からではなく障害電流制限ユニット１２０の側面又は上面から支持することができる。同様に、タンク１１２も他の何らかの構成要素によって接地から支持することができる。更に、外部支持体１３４を含む場合にも、外部支持体１３４はタンク１１２を必ずしもタンク１１２の底面からではなくタンク１１２の側面又は上面から支持することができる。
【００３８】
内部支持体１３２及び外部支持体１３４を含む場合には、これらの支持体の各々は熱的に及び／又は電気的に絶縁性の材料からなるものとするのが好ましい。しかし、本発明は熱的に及び／又は電気的に伝導性の内部支持体１３２及び外部支持体１３４を排除するものではない。熱的に及び／又は電気的に伝導性の外部支持体１３４を使用する場合には、タンク１１２を接地から電気的に絶縁するために支持体１３４と接地との間に電気的に絶縁性の材料を設けるのが望ましい。
【００３９】
１つ以上のＳＣＦＣＬモジュール１１０を有するＳＣＦＣＬシステム１００は配電網に組み込むことができる。タンク１１２は送電線１４２に電気的に接続することができる。しかし、タンク１１２は接地から絶縁体として作用し得る空気によって又はオプションの外部支持体１３４によって電気的に減結合するができる。上述したように、タンク１１２はいくつかの実施例においては金属タンク１１２とすることができる。これらの実施例においては、タンク１１２は典型的には端子１４４及び１４６に近い電圧に浮かせることができる。通常動作中、送電線１４２ａ、１４２ｂの電圧はほぼ同一のままであるので、タンク１０４の電圧は送電線１４２で送電される電圧とほぼ同じになり得る。障害時に、メタルタンクの電圧は送電線１４２ａ及び１４２ｂ間の電圧になり得る。
【００４０】
通常動作中、送電線１４２からの電流は、第１の端子１４４からブッシング１１６及び障害電流制限ユニット１２０を経て第２の端子１４６へと、ＳＣＦＣＬモジュール１１０を経て伝送される。障害電流制限ユニット１２０内の超伝導回路１２２は臨界温度（Ｔｃ）、臨界磁界（Ｈｃ）及び臨界電流（Ｉｃ）以下に維持され、超伝導状態に維持される。従って、その抵抗値はシステムインピーダンスに比較して無視できるほど小さくなる。障害が起こると、モジュール１１０に伝送される障害電流が動作パラメータ、温度（Ｔｃ）、磁界（Ｈｃ）及び電流（Ｉｃ）の少なくとも一つを臨界制限値Ｔｃ，Ｈｃ又はＩｃより上に増大し得る。超伝導回路１２２の抵抗値は増大し、ＳＣＦＣＬモジュール１１０を経て伝送される障害電流は所定の値、好ましくは約５０％に減少される。ＳＣＦＣＬによる電流制限は、システムオペレータの仕様に応じて、１０％から９０％の範囲で変化させることができる。障害電流の減衰後、超伝導回路１２２は超伝導状態に戻ることができ、よってほぼ零抵抗の状態に戻ることができる。
【００４１】
本発明においては、モジュール１１０のタンク１１２は接地から電気的に減結合される。更に、高電圧設計の問題はモジュール１１０の外部で、例えば絶縁体として作用し得る空気によって解決することができる。その結果、さもなければ高電圧下で動作するように収容しなければならないタンク１１２内の高電圧ブッシング設計及び特高電圧設計は不要にすることができる。従って、モジュール１１０の設計を簡単化することができる。更に、モジュール１１０の大きさを大幅に小さくすることができる。モジュール１１０のタンク１１２が導電材料からなる場合でも、タンク１１２は、例えばタンク１１２を接地から切り離し、タンク１１２を接地に対して電気的に浮かせることによって非零電位に維持することができる。タンク１１２は、タンクと送電網と接地の間の電気絶縁量に基づく異なる電圧にすることができる。いくつかの実施例においては、支持構造１３２及び１３４はモジュール１１０と接地との間の分圧器を構成し、タンク１１２の電位は接地より高く端子電圧より低い値にすることができる。
【００４２】
本発明においては、モジュール１１０は以下の模範的な仕様を有するのが好ましい。
・ 定格制限障害電流における障害時の最大電圧＝１０ｋＶrms
・ 最大負過電流＝１２ｋＡrms
・ 最大障害電流＝４０ｋＡrms
・ 定格制限障害電流における障害時の最大インピーダンス＝０．２５Ω
【００４３】
換言すれば、電流制限モジュール１１０のインピーダンスは障害時に０．２５Ωに増大し得る。モジュール１１０は４０ＫＡrmsの最大電流に耐え得る。これらの値に基づいて、モジュール１１０の両端間の最大電圧は０．２５Ω×４０ｋＡrms、即ち１０ｋＶrmsになり得る。これらのパラメータを知っていれば、様々なシステム電圧を使用し、さもなければ発生し得る最大障害電流より低い最大障害電流を有する様々な送電網を設計することができる。
【００４４】
送電網が１３８ｋＶのシステム電圧、１２００Ａの最大負過電流、及び６３ｋＡの障害送電線を有する３相システムを必要とする場合、これらの特性に基づいて、以下の仕様を算出することができる。
・ 相電圧（システム電圧／√３と定義される）は８０ｋＶである。
・ システム短絡インピーダンスは相電圧を最大障害電流で除算することにより計算され、８０ｋＶ／６３ｋＶ＝１．２６Ωである。
・ ＳＣＦＣＬモジュールにより許容される最大障害電流は４０ｋＡであるから、電流低減要件は少なくとも（６３ｋＡ−４０ｋＡ）／６３ｋＡ、即ち３７％である。
【００４５】
４０ｋＡ未満の最大障害電流を達成するために、送電網のインピーダンスは８０ｋＶ／４０ｋＡ、即ち２Ωより大きくし得る。ＳＣＦＣＬモジュールの数は、所望のインピーダンス（２．０Ω）からシステム短絡インピーダンス（１．２６Ω）を減算し、その結果を０．２５Ω（１つのＳＣＦＣＬモジュールのインピーダンス）で除算することによって決定することができる。余裕を考慮すると、必要とされる１０ｋＶのＳＣＦＣＬモジュールの数は４になる。これに基づいて、全てのモジュールの合計ＳＣＦＣＬモジュールインピーダンスは４×０．２５＝１．０Ωになる。この場合、制限障害電流は８０ｋＶ／（１．２６Ω＋１．０Ω）で与えられ、３５ｋＡになる。達成される障害電流の低減は（６３ｋＡ−３５ｋＡ）／６３ｋＡで与えられ、４４％である。
【００４６】
表１は利用できる他の構成を示す。以下に示す実施形態では制限電流は４０ｋＡ未満に維持される。各構成のシステム電圧ひいては相電圧を変化させて、必要とされるＳＣＦＣＬの数を計算した。これに基づいて、制限電流及び制限電流の低減率を計算した。
【００４７】
表１：種々のシステム構成に対する要件
【表１】
【００４８】
１つ以上のモジュール１００を備えるＳＣＦＣＬシステム１００は多くの利点をもたらす。上述したように、モジュール１１０の大きさは接地に電気的に結合されるモジュールの大きさに比較して大幅に小さくすることができる。例えば、本発明のＳＣＦＣＬモジュール１１０は２５０ｃｍ以下の隙間長を有し得る。一実施例においては、隙間長は８−１５ｃｍとすることができる。上述したように、隙間長は１つ以上の超伝導回路１２２とタンク１１２との間の最短距離とすることができる。これは接地に電気的に結合されるタンクと相違する点である。後者の場合には、隙間長は９０インチにもなり得る。
【００４９】
後者の場合における大きな隙間長は超伝導回路とタンクとの間のアーク通路に起因する。障害状態時に、タンク内の温度が大きく増大し得る。冷却剤として液体窒素を使用する場合、温度上昇によって液体窒素が窒素気泡になり得る。超伝導回路電圧からの高電界によって窒素気泡は超伝導回路からタンクに向かって整列させられる。窒素ガスは液体窒素に比較して弱い電気絶縁体であるから、窒素気泡は超伝導回路とタンクとの間にアークフラッシュオーバを発生し得る弱い絶縁通路を与え得る。タンクが接地電位に維持される場合、超伝導回路、タンク及び接地を窒素気泡を介して接続するアーク通路が形成され得る。その結果として、高電圧破壊が発生し、別の障害を生じ得る。このような通路の形成を防ぐ一つの方法は隙間長を増大させ、それによってタンクと超伝導回路との間に完全な通路が形成される確率を減少させるものである。しかしながら、タンクと超伝導回路との間の距離を増大させると、必然的にＳＣＦＣＬモジュールの設置面積が増大する。本実施形態においては、窒素気泡が超伝導回路からタンクに向かって整列する場合でも、接地電圧レベルより高く維持されたタンクによってアーク電流が超伝導回路から接地へ流れるのを阻止することができる。従って、本実施形態のＳＣＦＣＬシステム１００は、より小さい設置面積であるにも係わらず、追加の障害を防止することができ、送電及び配電システムに緊急に必要とされている超高電圧性能を有するコンパクトなＳＣＦＣＬ装置を提供する。
【００５０】
より小さい寸法はまた縦向き又は横向きモジュールを可能にする。ここで、縦向き又は横向きはモジュール１１０の高さ対幅のアスペクト比に関する。一実施例においては、モジュール１１０は背が高く薄いモジュール、即ち縦向きモジュールとすることができる。別の例においては、モジュール１１０は短く幅の広い寸法を有する横向きモジュールとすることができる。
【００５１】
システム１００内に２つ以上のモジュール１１０を含める場合には、高電圧及び／又は高電流用途向けに設計をカスタマイズするために、複数の小寸法モジュール１１０を直列に及び／又は並列に結合することができる。加えて、ＳＣＦＣＬ装置を障害状態中に高電圧で試験することが電力会社によって要求されるが、その厳しい試験要件は本発明のモジュール１１０によって満たすことができ、本発明によれば各モジュールを個別に試験することができる。保守又は修理作業は使用されているモジュール１１０を除去する及び／又は新しいモジュール１１０と交換することによって行うことができる。本実施形態のモジュール１１０は単相モジュール１００ａとすることができる。別の実施例では、モジュールは３相モジュールとすることができる。単相モジュールは送電線ＳＣＦＣＬを設計する際に有利である。一方、３相モジュールは低電圧分配システム用に使用することができる。
【００５２】
図２を参照すると、本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステム２００が示されている。本実施形態のＳＣＦＣＬシステム２００は前実施形態のシステム１００に類似することは当業者に認識されよう。更に、本実施形態のＳＣＦＣＬシステム２００は図１Ａ及び１Ｂに示されるＳＣＦＣＬシステム１００に含まれるコンポーネントに類似する多くのコンポーネントを含む。従って、前実施形態のＳＣＦＣＬシステム１００の符号及び説明は本実施形態のＳＣＦＣＬシステム２００にも同様に適用される。
【００５３】
モジュール２１０は、ＳＣＦＣＬシステム１００のモジュール１１０と異なり、障害電流制限ユニット１２０及びタンク１１２を送電線１４２ａ及び１４２ｂの一つに接続する導電性ロッド２１６を備える。従って、タンク１１２は通常状態中も障害状態中も端子１４４及び１４６の一つと同じ電位に維持することができる。
【００５４】
ＳＣＦＣＬシステムが複数のＳＣＦＣＬモジュールを備える場合には、これらのモジュールは種々の構成に配置することができる。図３Ａを参照すると、本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステム３００ａが示されている。装置３００ａは複数のＳＣＦＣＬモジュール３１０i〜３１０iiiを備えるＳＣＦＣＬシステムとすることができる。本実施形態のＳＣＦＣＬシステム３００ａは前実施形態で記載したコンポーネントに類似するコンポーネントを含むことができることは当業者に認識されよう。明瞭のために、類似の特徴の説明は省略しよう。従って、本実施形態のＳＣＦＣＬシステム３００ａの説明は前実施例形態のＳＣＦＣＬシステムの説明と一緒に読まれたい。
【００５５】
図３Ａに示されるように、本実施形態のＳＣＦＣＬシステム３００ａは複数のＳＣＦＣＬモジュール、好ましくは３つの単相ＳＣＦＣＬモジュール３００i〜３００iiiを備えることができる。各モジュール３１０i〜３１０iiiは互いに類似するとともに前実施形態で記載したモジュールに類似するものとし得る。必要に応じ、一つ以上のモジュール３１０i〜３１０iiiは内部及び／又は外部シャントリアクタを含むことができるが、本実施形態は一つ以上のモジュール３１０i〜３１０iiiが内部及び／又は外部シャントリアクタを含まないものを排除しない。
【００５６】
各モジュール３１０i〜３１０iiiのタンク３１２は間隔を置いて配置するとともに接地から電気的に減結合することができる。必要に応じ、各タンク３１２は電気的に及び／又は熱的に絶縁性の支持体３３４ａ及び３３４ｂ及びプラットフォーム３３６によって支持することができる。ＳＣＦＣＬシステム３００は冷却剤を冷却剤フィードライン３５４を経て各タンクに供給する冷却材供給源２５２も備えることができる。
【００５７】
各モジュール３１０i〜３１０iiiは直列に配置された単相モジュールである。従って、電流は第１のモジュール３１０iを経て第２のモジュール３１０iiに流れ、次いで第３のモジュール３１０iiiに流れ得る。このような直列構成は表１に示す構成を生成するために使用することができる。上述したＳＣＦＣＬモジュールと同様に、各モジュール３１０i〜３１０iiiは横向き又は縦向きにすることができる。
【００５８】
図３Ｂにおいて、別の模範的なＳＣＦＣＬシステム３００Ｂのモジュール３１０i〜３１０iiiも縦向き又は横向きにすることができる。しかし、各モジュール３１０i〜３１０iiiは外部シャントリアクタを含まない。代わりに、各モジュール３１０i〜３１０iiiは内部シャントリアクタを含むことができる。図３ｃにおいて、更に別の模範的なＳＣＦＣＬシステム３００ｄのモジュール３１０i〜３１０iiiも縦向き又は横向きにすることができる。しかし、単一の外部シャントリアクタ３４８を用いて送電線３１５ａ及び３１５ｂを接続することができる。
【００５９】
前実施形態のＳＣＦＣＬシステム１００及び２００のタンク１１２と同様に、本実施形態のＳＣＦＣＬシステムのタンク３１２は金属のような導電材料又はガラス繊維のような絶縁材料からなるものとし得る。更に、タンク３１２は接地から及び／又は端子３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ，３４４ｂ、３４６ａ及び３４６ｂから電気的に減結合される。導電性タンク３１２の場合には、各タンク３１２の電圧は通常動作中送電線３２１５ａ及び３１５ｂの電圧で又はほぼその電圧で電気的に浮かせることができる。障害の場合には、各タンク３１２はその端子３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ，３４４ｂ、３４６ａ及び３４６ｂの各々に存在する電圧の間の電圧で電気的に浮いた状態になる。タンク３１２は共通のプラットフォーム３３６上に置くことができるため、障害の場合に各タンクを異なる電位で電気的に浮いた状態になるように、絶縁支持体３３４ａ及び３３４ｂを用いてタンク３１２を互いに電気的に絶縁することができる。
【００６０】
他の実施形態においては、タンク３１２は導電性であり、各タンク１１２はそれぞれの端子３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ，３４４ｂ、３４６ａ及び３４６ｂの一つに接続される。この場合には、障害の場合にタンク３１２をプラットフォーム３３６から絶縁するとともに互いに絶縁するために絶縁支持体３３４ｂを使用することができ、各タンクを異なる電位にすることができる。一実施例では、一つのタンクをプラットフォーム３３６に電気的に接続し、他のタンクはプラットフォームから電気的に絶縁することができる。
【００６１】
図４Ａ及び４Ｂを参照すると、本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステム４００の側面図及び上面図がそれぞれ示されている。本実施形態においては、ＳＣＦＣＬシステム４００は第１乃至第６の単相超伝導障害電流制限モジュール４１０i，４１０ii，４１０iii，４１０iv，４１０v及び４１０viを備えることができる。ＳＣＦＣＬモジュール４１０i，４１０ii，４１０iii，４１０iv，４１０v及び４１０viの各々は前実施形態のＳＣＦＣＬシステム１００，２００及び３００に含まれるＳＣＦＣＬモジュールの各々に類似するものとし得る。
【００６２】
図４Ｂに示されるように、ＳＣＦＣＬモジュール４１０i，４１０ii，４１０iii，４１０iv，４１０v及び４１０viは直列及び並列接続に配置されている。例えば、第１及び第４のＳＣＦＣＬモジュール４１０i及び４１０ivを並列に電気的に接続することができ、第２及び第５のＳＣＦＣＬモジュール４１０ii及び４１０vを並列に電気的に接続することができ、第３及び第６のＳＣＦＣＬモジュール４１０iii及び４１０viを並列に電気的に接続することができる。同時に、第１及び第４のＳＣＦＣＬモジュール４１０i及び４１０ivを第２及び第５のＳＣＦＣＬモジュール４１０ii及び４１０vに直列に接続し、第２及び第５のＳＣＦＣＬモジュール４１０ii及び４１０vを第３及び第６のＳＣＦＣＬモジュール４１０iii及び４１０viに直列に接続することができる。このような構成はもっと高い電流を許容するため（並列構成のおかげ）及びもっと高い電圧を許容するため（直列構成のおかげ）に使用できる。ＳＣＦＣＬモジュール４１０i，４１０ii，４１０iii，４１０iv，４１０v及び４１０viは任意の組み合わせの直列及び並列接続に配置することができるため、本発明はこの特定の構成に限定されないことは当業者に理解されよう。更に、ＳＣＦＣＬモジュールの数は特定の数に限定されない。
【００６３】
図５Ａ及び５Ｂを参照すると、本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステム５００の側面図及び上面図がそれぞれ示されている。本実施形態においては、ＳＣＦＣＬシステム５００はＳＣＦＣＬモジュール５１０を備える。本実施形態のＳＣＦＣＬモジュール５１０は、例えばガラス繊維又はＧ１０などの熱的に及び／又は電気的に絶縁性の材料からなるタンク５１２を備えることができる。しかし、本発明においては、例えば金属タンク５１２のような導電性タンク５１２も排除されない。タンク５１２が導電材料からなる場合でも、タンク５１２は接地から電気的に絶縁し、減結合することができる。いくつかの実施例では、タンク５１２は端子５１７ａ〜５１７ｆのすべてから絶縁することができ、他の実施例では端子５１７の正確に一つに電気的に結合することができる。
【００６４】
タンク５１２内には複数のＳＣＦＣＬユニット５１０i，５１０ii及び５１０iiiが配置される。ＳＣＦＣＬユニット５１０i，５１０ii及び５１０iiiの各々は前実施形態に記載したＳＣＦＣＬユニットに類似するものとし得る。更に、本実施形態のＳＣＦＣＬユニット５１０i，５１０ii及び５１０iiiは前実施形態に記載した構成の一以上の構成に配置することができる。各ユニット５１０i，５１０ii及び５１０iiiは単相ユニットとすることができ、好ましくは各ユニット５１０i，５１０ii及び５１０iiの位相は隣接するユニット５１０i，５１０ii及び５１０iiiの位相と相違させることができる。例えばユニット５２０iはユニット５２０iiと異なる位相を有することができる。一方、ユニット５２０iはユニット５２０iiiの位相と同じ又は異なる位相を有することができる。いくつかの実施例では、３つのモジュールがタンク５１２内に収容され、各モジュールは３相電力システムの一つの相とする。この実施例では、各相は他の２つの相からそれぞれ１２０°だけオフセットされる。更に、ＳＣＦＣＬユニット５２０i，５２０ii及び５２０iiiは縦向き又は横向きに配置することができる。
【００６５】
超伝導障害電流制限ユニット５２０i，５２０ii及び５２０iiiの温度は所望の温度に維持することができる。例えば、超伝導障害電流制限ユニット５２０iは、タンク５１２に導入される冷却剤１１４、例えば液体窒素又は別の冷却剤（気体又は液体状）によって低い温度（例えば〜７７ｋ）に維持することができる。冷却剤１１３は、導入時に、タンク５１２に結合されたフィードライン３５４及びポート５１５を経てタンク５１２に導入することができる。前実施形態と同様に、フィードライン及びポートは絶縁性フィードラインとし得るが、導電性フィードラインも本発明では排除されない。
【００６６】
ＳＣＦＣＬユニット５２０i，５２０ii及び５２０iiiの各々は電気ブッシング５１６にも結合される。各ユニットのこの電気ブッシング５１６は内部シャントリアクタ（図示せず）により互いに結合することができる。また、前実施形態のＳＣＦＣＬのように、ブッシング５１６は外部シャントリアクタ５４６により互いに結合することもできる。更に別の実施例においては、ＳＣＦＣＬモジュール５２０iは内部及び外部シャントリアクタの両方を備えることもでき、各ＳＣＦＣＬユニット５２０i，５２０ii及び５２０iiiのブッシング５１６は内部及び外部シャントリアクタの両方で互いに結合することができる。更に、ブッシング５１６は端子５１７で送電線に結合し、よってＳＣＦＣＬシステム５００を送電網（図示せず）に結合することができる。
【００６７】
各ＳＣＦＣＬユニット５２０i，５２０ii及び５２０iiiの各々はオプションの内部支持体１３２によって支持することができる。一方、ＳＣＦＣタンク５１２は一つ以上のオプションの外部支持体３３４ａ及び３３４ｂによって支持することができる。本実施形態の大きなＳＣＦＣＬシステム５００を収容するために、オプションのプラットフォーム３３６を含めることもできる。前実施形態と同様に、内部及び外部支持体１３２及び３３４ａ及び３３４ｂ及びプラットフォーム３３６（もし含まれるなら）は熱的に及び／又は電気的に絶縁性の構造とすることができる。しかし、本実施形態においては、タンク５１２及びフィードライン３５４と同様に、熱的に及び／又は電気的に伝導性の構造も本発明では排除されない。
【００６８】
本実施形態の超伝導障害電流制限器５００はいくつかの利点をもたらす。例えば、高電圧設計要件の大部分は空気及び空隙絶縁中の外部支持構造に移行される。更に、ＳＣＦＣＬ５００はタンク５１２内のユニット５２０i，５２０ii及び５２０iiiの間により短い内部空隙を必要とするとともに、より短く低い定格電圧のブッシング５１６を必要とする。更に、３相モジュールの設置は３つの単相モジュールの設置において発生し得る空間利用の冗長性を除去できる。特に、ＳＣＦＣＬの全体寸法はよりコンパクトに軽量にすることができる。このようなＳＣＦＣＬシステム５００は小さい設置面積が望ましい場合に魅力的である。更にＳＣＦＣＬシステム５００はデバイスレベルモジュール設計の一部分とすることができる。このようなモジュールは、高電流及び高電圧用に複数のユニットを並列及び／又は直列に接続することによってより大きなユニットを構成するのに使用することができる。
【００６９】
図６を参照すると、本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステム６００が示されている。ＳＣＦＣＬシステム６００は図５に示すＳＣＦＣＬシステムに類似している。しかし、本実施形態のＳＣＦＣＬシステム６００のタンク６１２は導電性で、接地に電気的に結合されている。従って、タンク６１２は接地電位に維持される。支持体１３２はオプションでタンク６１２とユニット５２０i−５２０iiiとの間で電気的絶縁体にすることができる。
【００７０】
図７を参照すると、本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステム７００が示されている。本実施形態においては、ＳＣＦＣＬシステム７００は３相システムであり、３つの単相モジュール７１０を備える。更に、システム７００は回路遮断機７７０の近くに設けられる。本実施形態のＳＣＦＣＬシステム７００は３つの単相モジュール１１０を備えるが、説明を簡単明瞭にするために２つのモジュール７１０のみが示されている。
【００７１】
ＳＣＦＣＬシステム７００に隣接する回路遮断機７７０は筐体７７２及びタンクアセンブリ７７１を含むことができる。図に示されるように、筐体７７２は接地から第１の垂直距離ｙ1だけ離間することができる。一方、タンクアセンブリ７７１は第１の円筒タンク７７４を備えることができる。図に示されていないが、タンクアセンブリ７７１は第２及び第３の円筒タンクを含むことができる。タンクアセンブリ７７１は複数のブッシング絶縁体７７６も含むことができる。回路遮断機７７０のタイプに応じて、ブッシング絶縁体７７６の数は変えることができる。例えば、３相回路遮断機７７０は１対の第１相のブッシング絶縁体７７６a-i及び７７６a-ii、１対の第２相のブッシング絶縁体７７６b-i及び７７６b-ii及び１対の第３相のブッシング絶縁体（図示せず）を備えることができる。各ブッシング絶縁体に複数の電流変成器７７８を結合することができる。
【００７２】
上述したように、本実施形態のＳＣＦＣＬシステム７００は３相システムであり、３つの単相モジュール７１０を備える。第１のモジュール７１０は第１相のブッシング絶縁体対７７６a-i及び７７６a-iiの一つに結合することができ、第２のモジュール７１０は第２相のブッシング絶縁体対７７６b-i及び７７６b-iiの一つに結合することができ、第３のモジュール７１０は第３相のブッシング絶縁体対（図示せず）の一つに結合することができる。
【００７３】
本実施形態のＳＣＦＣＬモジュール７１０の各々は図１に示すＳＣＦＣＬシステムのＳＣＦＣＬモジュール１１０に類似するものとし得る。例えば、本実施形態の各モジュール７１０は、接地から離間され非接地電位に維持することができるタンク７１２を備えることができる。図に示されるように、タンク７１２は接地から第２の垂直距離ｙ2だけ離間させることができる。更に、タンク７１２は回路遮断機７７０から水平方向に横方向距離ｘだけ離間させることができる。
【００７４】
タンク７１２内には１つ以上の障害電流制限ユニット７２０を設けることができ、各モジュール７１０は１つ以上のブッシング７１６及び１つ以上のオプションの内部又は外部シャントリアクタ７１８及び７４８を備えることができる。本実施形態の各モジュール７１０は図１で説明したモジュールに類似するものとし得るので、追加の説明は省略する。
【００７５】
本実施形態のＳＣＦＣＬシステム７００は回路遮断機７７０に隣接して配置することができる。好ましくは、各モジュール７１０のタンク７１２は接地電位に維持される回路遮断機７７０の筐体７７２又は他の部分の上方に配置される。例えば、タンク７１２はブッシング絶縁体７７６a-i，７７６a-ii，７７６b-i，７７６b-ii,…と水平方向７８０に整列させることができ、あるいは、それらの上方に配置することができる。従って、第２の垂直距離ｙ2は第１の垂直距離ｙ1より大きいものとし得る。タンク７１２をブッシング絶縁体７７６a-i，７７６a-ii，７７６b-i，７７６b-ii,…の近く又は上方に配置することによって、回路遮断機７７０の上部空間を利用することができる。
【００７６】
更に、タンク７１２と回路遮断機７７０との間の横方向間隔ｘを最小にすることができる。タンク７１２をブッシング絶縁体７７６a-i，７７６a-ii，７７６b-i，７７６b-ii,…と整列させることによって、又はそれらの上方に配置することによって、横方向間隔ｘを減少させても、タンク７１２と筐体７７２との間の間隔を拡大することができる。例えば、タンク７１２と筐体７７２との間の間隔は垂直方向に沿って拡大することができる。その過程で、タンク７１２と筐体７７２との間に空気により適切な電気絶縁を与えることができる。従って、ＳＣＦＣＬシステム７００及び回路遮断機７７０は横方向により密に詰め込むことができ、電気的絶縁に妥協することなく設置面積要件を最少にすることができる。
【００７７】
接地電位に維持されるタンクを有するＳＣＦＣＬシステムにおいては、タンクは通常接地に接触させる。このようなシステムでは、回路遮断機７７０とタンクとの間の横方向距離ｘは適切な電気的絶縁を与えるために大きくしなければならない。従って、ＳＣＦＣＬシステム及び回路遮断機７７０は大きな設置面積を必要とする。
【００７８】
障害電流を制限する装置のいくつかの実施形態について説明した。本発明はここに開示する特定の実施形態により制限されないことは当業者に認識されよう。実際、ここに開示した実施形態に加えて、本発明の他の様々な実施形態及び変更例が当業者に、以上の開示及び添付図面の開示から明らかになるであろう。従って、このような他の実施形態及び変更例は本発明の範囲に含まれることが意図されている。更に、本発明は特定の目的に対する特定の環境における特定の実施と関連して記載されているが、当業者は、その有用性がこれに限定されず、本発明は任意の数の目的に対して任意の数の環境において有利に実施できることを認識されよう。従って、後記の特許請求の範囲はここに記載する本発明の範囲の広さ及び精神を考慮して解釈すべきである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、障害電流の伝送を制限する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力送電及び配電網においては、障害電流状態が起こり得る。障害電流状態は網内の障害又は短絡によって生じる網を流れる電流の急激な変化（サージ）である。障害の原因には、網への落雷、悪天候又は倒木による送電線の地絡などが含まれる。障害が起こると、大きな負荷が瞬間的に現れる。これに応答して網はこの負荷、即ちこの場合には障害に多量の電流（過電流）を供給する。このサージ又は障害電流状態は網又は網に接続された機器を損傷し得るため望ましくない。特に、網及び網に接続された機器が燃えることがあり、場合によっては爆発することもある。
【０００３】
電力機器を障害電流による損傷から保護するために使用されているシステムの一つは回路遮断器である。障害電流が検出されたとき、回路遮断器は回路を機械的に開き、過電流の流れを遮断する。
【０００４】
障害電流を制限する別のシステムは超伝導障害電流制限器（「ＳＣＦＣＬ」）である。一般に、ＳＣＦＣＬは臨界温度レベルＴc、臨界磁界レベルＨc及び臨界電流レベルＩcより低い場合に殆ど零の抵抗値を示す超伝導回路を備える。これらの条件の少なくとも一つが上記の臨界レベルを超える場合には、この回路はクエンチされ、抵抗性を示す。
【０００５】
通常動作中、ＳＣＦＣＬの超伝導回路はＴc，Ｈc及びＩcより低く維持される。傷害時に、これらの条件の一つ以上が臨界レベルＴc，Ｈc及びＩcより高くなる。そのとき瞬時にＳＣＦＣＬの超伝導回路はクエンチされ、その抵抗値が急激に増大し、それによって障害電流の伝導が制限される。若干の時間遅延後及び短絡障害の解消後に、Ｔc，Ｈc及びＩcは正常値に戻され、網及びＳＣＦＣＬを経て電流が流される。
【０００６】
電力送電網に現在使用されている超伝導障害電流制限器は障害電流を制限できるが十分ではない。例えば、ＳＣＦＣＬは高電圧送電網をサポートし得ない。加えて、従来のＳＣＦＣＬはその技術的な欠陥のために大きな設置面積を必要とする。従って、新しいタイプのＳＣＦＣＬが必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
これから、障害電流の送電を制限する技術を説明する。一つの特定の模範的な実施形態において、この技術は障害電流の送電を制限する新しいタイプの装置によって実現することができる。この装置は、接地電位から電気的に絶縁されるように接地から電気的に減結合された筐体と、少なくとも一つが一つ以上の電流搬送線に電気的に接続された第１及び第２の端子と、及び前記筐体内に収容され且つ前記第１及び第２の端子に電気的に接続された第１の超伝導回路とを備えている。
【０００８】
この特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記筐体は電気的に絶縁性の材料からなるものとし得る。
【０００９】
更にこの特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記筐体は電気的に導電性とし得る。
【００１０】
この特定の模範的な実施形態の他の実施例によれば、前記筐体は前記第１及び第２の端子から電気的に絶縁することができる。
【００１１】
この特定の模範的な実施形態の追加の実施例によれば、前記第１の端子に第１の電圧が存在し、前記第２の端子に第２の電圧が存在し、前記筐体は前記第１及び第２の電圧の間の電圧である。
【００１２】
この特定の模範的な実施形態の他の追加の実施例によれば、前記筐体は前記第１及び第２の端子の一つに電気的に接続されている。
【００１３】
この特定の模範的な実施形態の更に別の実施例によれば、前記装置は、前記筐体と前記接地との間に配置され、前記筐体を支持する支持体を更に備え、前記支持体によって前記筐体を接地から電気的に絶縁している。
【００１４】
この特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記装置は、前記超伝導回路を所定の温度より低く維持するために前記筐体内に冷却剤を更に備えている。
【００１５】
更にこの特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記装置は、前記筐体がその上に支持されたプラットフォームを備え、前記プラットフォームは接地から電気的に絶縁されている。
【００１６】
更にこの特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記装置は。第２の筐体と、第３及び第４の端子と、前記第２の筐体内に収容された第２の超伝導回路とを更に備え、前記第２の超伝導回路は前記第３及び第４の端子に電気的に接続され、前記第２の超伝導回路は前記プラットフォームにより支持されている。
【００１７】
更にこの特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記装置は、前記筐体及び前記第２の筐体が電気的に絶縁されるように、前記筐体と前記プラットフォームとの間に置かれた支持体を更に備えることができる。
【００１８】
この特定の模範的な実施形態の他の実施例によれば、前記第３及び第４の端子の各々は一つ以上の配電線に電気的に接続されている。
【００１９】
この特定の模範的な実施形態の追加の実施例によれば、前記第３の端子は前記第１及び第２の端子の一つに電気的に接続されている。
【００２０】
この特定の模範的な実施形態の他の追加の実施例によれば、前記装置は、少なくとも一つが一つ以上の電流搬送線に電気的に接続された第３及び第４の端子と、前記筐体内に収容され且つ前記第３及び第４の端子に電気的に接続された第２の超伝導回路とを更に備えている。
【００２１】
この特定の模範的な実施形態の更に別の実施例によれば、前記装置は、少なくとも一つが一つ以上の電流搬送線に電気的に接続された第５及び第６の端子と、前記筐体内に収容され且つ前記第５及び第６の端子に電気的に接続された第３の超伝導回路とを更に備えている。
【００２２】
この特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記第１の超伝導回路と前記筐体との間の隙間長が２５０ｃｍ未満である。
【００２３】
この特定の模範的な実施形態の別の実施例によれば、前記第１の超伝導回路と前記筐体との間の隙間長が約８〜２５ｃｍである。
【００２４】
別の特定の実施形態においては、障害電流を制限する手法は、第１及び第２の端子を一つ以上の電流搬送線に電気的に接続するステップと、障害電流を通す通路を与えるために筐体内に収容された超伝導回路を前記第１及び第２の端子に電気的に接続するステップと、前記筐体を接地から電気的に絶縁するステップとを備える。
【００２５】
この特定の実施形態の別の実施例によれば、前記手法は、前記筐体を前記第１及び第２の端子から電気的に絶縁するステップを更に備えることができる。
【００２６】
更にこの特定の実施形態の別の実施例によれば、前記手法は導電性の筐体を使用し、前記筐体を前記第１及び第２の端子の一つに電気的に接続するステップを更に備えることができる。
【００２７】
別の特定の実施形態において、障害電流を制限する手法は、筐体と複数のブッシング絶縁体を備え、前記筐体は外気に露出し、接地電位に維持され、接地から第１の垂直距離だけ離間されている回路遮断機を用意するステップと、前記回路遮断機に電気的に結合された、筐体と第１及び第２の端子と前記筐体内に収容され前記第１及び第２の端子に電気的に結合された第１の超伝導回路を備える障害電流制限器を用意するステップを備え、前記筐体は前記接地から前記第１の垂直距離大きい第２の垂直距離だけ離間されている。
【００２８】
本発明はこれから添付図面に示される模範的な実施形態について詳細に説明される。本発明は模範的な実施形態について以下に説明されるが、本発明はこれらに限定されないものと理解されたい。本明細書に開示された技術にアクセスする当業者は、本明細書に開示された技術の範囲に含まれる追加の種々の実施、変更及び具体化並びに他の応用分野を認識でき、この点に関し本開示は極めて有意義である。
【００２９】
本発明の理解を容易にするために、添付図面を参照して説明する。これらの図はカバラ寿司も正しい寸法比で描かれていない。更に、これらの図は本発明を限定するものでなく、単なる例示であるものと解釈されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による模範的な超伝導障害電流制限（ＳＣＦＣＬ）システムを示す。
【図１Ｂ】本発明のＳＣＦＣＬシステムに収容し得る模範的な障害電流制限ユニットを示す。
【図２】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムを示す。
【図３Ａ】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムを示す。
【図３Ｂ】本発明の別の実施形態による内部シャントリアクタを用いる別の模範的なＳＣＦＣＬシステムを示す。
【図３Ｃ】本発明の別の実施形態による外部シャントリアクタを用いる別の模範的なＳＣＦＣＬシステムを示す。
【図４Ａ】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムの側面図を示す。
【図４Ｂ】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムの上面図を示す。
【図５Ａ】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムの側面図を示す。
【図５Ｂ】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムの上面図を示す。
【図６】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムを示す。
【図７】本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本明細書には、超伝導障害電流制限器のいくつかの実施形態が紹介される。当業者は、本明細書に開示されるこれらの実施形態は説明のための単なる例示であることを理解されたい。説明を簡単明瞭にするために、既に知られている部品、特徴及び機能は説明が省略されるかもしれない。
【００３２】
図１Ａ及び１Ｂを参照すると、本発明の一実施形態による模範的な超伝導障害電流制限（ＳＣＦＣＬ）システム１００が示されている。本実施形態において、ＳＣＦＣＬシステム１００は一つ以上のモジュール１１０を備えることができる。しかし、本発明のＳＣＦＣＬシステム１００は任意の数のモジュール１１０を含むことができる。例えば、ＳＣＦＣＬシステム１００は互いに同一の３つの単相モジュールを有することができる。これらのモジュールは直列に又は並列に接続することができる。説明を簡単明瞭にするために、ＳＣＦＣＬシステム１００の説明は一つの単相モジュール１１０に限定する。
【００３３】
ＳＣＦＣＬシステム１００のモジュール１１０はその中にチャンバを画成する筐体又はタンク１１２を備えることができる。一実施形態において、筐体又はタンク１１２は熱的に及び／又は電気的に絶縁性のタンク、例えばガラス繊維又は他の電気絶縁材料製のタンクとすることができる。本実施形態において、タンク１１２は内層及び外層１１２ａ及び１１２ｂとそれらの間に介挿された電気絶縁媒体とからなる金属タンク１１２である。
【００３４】
タンク１１２内には、一つ以上の障害電流制限ユニット１２０（明瞭且つ簡単化のためにブロックとして示されている）を収容することができる。本実施形態においては、モジュール１１０は単相障害電流制限ユニット１２０を有する単相モジュール１１０とすることができる。別の実施例においては、モジュール１１０は３つの単相障害電流制限ユニット１２０を有する３層モジュールとすることができる。図１Ｂに示すように、障害電流制限ユニット１２０内には一つ以上の超伝導回路１２２及び第１及び第２のエンドキャップ１２４及び１２６を配置することができる。第１及び第２のエンドキャップ１２４及び１２６は、一例では、コロナシールドとすることができる。本実施形態においては、障害電流制限ユニット１２０はタンク１１２から２５０ｃｍ以下の隙間長を有することができる。好ましくは、隙間長は８−２５ｃｍとすることができる。本明細書において、隙間長とは一つ以上の超伝導回路１２２とタンク１１２との管の間の最短距離をいう。
【００３５】
図１Ａを参照するに、モジュール１１０は一つ以上の電気ブッシング１１６を備えることもできる。ブッシング１１６は内部導体(図示せず)及び外部絶縁体を備えることができる。ブッシング１１６の遠方端は、ＳＣＦＣＬも１１０を送電網（図示せず）に結合するために、端子１４４及び１４６によりそれぞれの電流搬送線１４２に結合することができる。電流搬送線１４２は一つの位置から別の位置に（例えば電流源から電流エンドユーザに）電力を伝送するのに使用される送電線又は電流分配線とすることができる。ブッシング１１６内の内部導体はブッシング１１６の端子１４４及び１４６を障害電流制限ユニット１２０に接続することができる。一方、外部絶縁体は筐体又はタンク１１２を内部導体から絶縁するために使用され、それによってタンク１１２及び端子１４４及び１４６を異なる電位にすることが可能になる。必要に応じ、ＳＣＦＣＬモジュール１１０は、電気ブッシング１１６内に含まれる導体間を接続するために、オプションの内部シャントリアクタ１１８又は外部シャントリアクタ１４８又はその両方を備えることができる。しかし、本発明は、内部シャントリアクタ１１８又は外部シャントリアクタ１４８又はその両方を備えないＳＣＦＣＬも１１０を排除するものではない。
【００３６】
一以上の障害電流制限ユニット１２０の温度はタンク１１２内に含まれる冷却剤１１４によって所望の温度範囲に維持することができる。一例では、障害電流制限ユニット１２０は低い温度、例えば−７７°Ｋに維持するのが望ましい。このような低温度に維持するために、冷却剤１１４として液体窒素又はヘリウムガスを使用することができる。他の例では、一以上の障害電流制限ユニット１２０の温度は他の温度範囲に維持するのが望ましことがあり、気体状又は液体状の他の種類の冷却剤を使用することもできる。例えば、障害電流制限ユニット１２０の温度は室温に維持するのが望ましいことがある。このような場合には、冷却剤１１４として室温に維持された空気を使用することもできる。冷却剤１１４はタンク１１２に結合されたフィードライン（図示せず）及びポート１１５を介してタンク１１２に供給することができる。本発明において、フィードライン及びポート１１５は熱的に及び／又は電気的に絶縁性の材料からなるものとするのが好ましい。しかし、本発明は熱的に及び／又は電気的に導電性の材料からなるフィードライン及びポートのいずれも排除しない。フィードライン及びポート１１５がタンク１１２又はそれに含まれる任意の構成要素の接地を与えない場合には、それらは任意の種類の材料からなるものとすることができる。
【００３７】
本実施形態においては、タンク１１２はオプションの外部支持体１３４によって接地から支持することができる。一方、障害電流制限ユニット１２０はオプションの内部支持体１３２によってタンク１１２から支持することができる。障害電流制限ユニット１２０は他の何らかの構成要素によってタンク１１２から支持することもできるので、内部支持体１３２はオプションとすることができることは当業者に理解されよう。内部支持体１３２を含む場合にも、内部支持体１３２は障害電流制限ユニット１２０を必ずしもその底面からではなく障害電流制限ユニット１２０の側面又は上面から支持することができる。同様に、タンク１１２も他の何らかの構成要素によって接地から支持することができる。更に、外部支持体１３４を含む場合にも、外部支持体１３４はタンク１１２を必ずしもタンク１１２の底面からではなくタンク１１２の側面又は上面から支持することができる。
【００３８】
内部支持体１３２及び外部支持体１３４を含む場合には、これらの支持体の各々は熱的に及び／又は電気的に絶縁性の材料からなるものとするのが好ましい。しかし、本発明は熱的に及び／又は電気的に伝導性の内部支持体１３２及び外部支持体１３４を排除するものではない。熱的に及び／又は電気的に伝導性の外部支持体１３４を使用する場合には、タンク１１２を接地から電気的に絶縁するために支持体１３４と接地との間に電気的に絶縁性の材料を設けるのが望ましい。
【００３９】
１つ以上のＳＣＦＣＬモジュール１１０を有するＳＣＦＣＬシステム１００は配電網に組み込むことができる。タンク１１２は送電線１４２に電気的に接続することができる。しかし、タンク１１２は接地から絶縁体として作用し得る空気によって又はオプションの外部支持体１３４によって電気的に減結合するができる。上述したように、タンク１１２はいくつかの実施例においては金属タンク１１２とすることができる。これらの実施例においては、タンク１１２は典型的には端子１４４及び１４６に近い電圧に浮かせることができる。通常動作中、送電線１４２ａ、１４２ｂの電圧はほぼ同一のままであるので、タンク１０４の電圧は送電線１４２で送電される電圧とほぼ同じになり得る。障害時に、メタルタンクの電圧は送電線１４２ａ及び１４２ｂ間の電圧になり得る。
【００４０】
通常動作中、送電線１４２からの電流は、第１の端子１４４からブッシング１１６及び障害電流制限ユニット１２０を経て第２の端子１４６へと、ＳＣＦＣＬモジュール１１０を経て伝送される。障害電流制限ユニット１２０内の超伝導回路１２２は臨界温度（Ｔｃ）、臨界磁界（Ｈｃ）及び臨界電流（Ｉｃ）以下に維持され、超伝導状態に維持される。従って、その抵抗値はシステムインピーダンスに比較して無視できるほど小さくなる。障害が起こると、モジュール１１０に伝送される障害電流が動作パラメータ、温度（Ｔｃ）、磁界（Ｈｃ）及び電流（Ｉｃ）の少なくとも一つを臨界制限値Ｔｃ，Ｈｃ又はＩｃより上に増大し得る。超伝導回路１２２の抵抗値は増大し、ＳＣＦＣＬモジュール１１０を経て伝送される障害電流は所定の値、好ましくは約５０％に減少される。ＳＣＦＣＬによる電流制限は、システムオペレータの仕様に応じて、１０％から９０％の範囲で変化させることができる。障害電流の減衰後、超伝導回路１２２は超伝導状態に戻ることができ、よってほぼ零抵抗の状態に戻ることができる。
【００４１】
本発明においては、モジュール１１０のタンク１１２は接地から電気的に減結合される。更に、高電圧設計の問題はモジュール１１０の外部で、例えば絶縁体として作用し得る空気によって解決することができる。その結果、さもなければ高電圧下で動作するように収容しなければならないタンク１１２内の高電圧ブッシング設計及び特高電圧設計は不要にすることができる。従って、モジュール１１０の設計を簡単化することができる。更に、モジュール１１０の大きさを大幅に小さくすることができる。モジュール１１０のタンク１１２が導電材料からなる場合でも、タンク１１２は、例えばタンク１１２を接地から切り離し、タンク１１２を接地に対して電気的に浮かせることによって非零電位に維持することができる。タンク１１２は、タンクと送電網と接地の間の電気絶縁量に基づく異なる電圧にすることができる。いくつかの実施例においては、支持構造１３２及び１３４はモジュール１１０と接地との間の分圧器を構成し、タンク１１２の電位は接地より高く端子電圧より低い値にすることができる。
【００４２】
本発明においては、モジュール１１０は以下の模範的な仕様を有するのが好ましい。
・ 定格制限障害電流における障害時の最大電圧＝１０ｋＶrms
・ 最大負過電流＝１２ｋＡrms
・ 最大障害電流＝４０ｋＡrms
・ 定格制限障害電流における障害時の最大インピーダンス＝０．２５Ω
【００４３】
換言すれば、電流制限モジュール１１０のインピーダンスは障害時に０．２５Ωに増大し得る。モジュール１１０は４０ＫＡrmsの最大電流に耐え得る。これらの値に基づいて、モジュール１１０の両端間の最大電圧は０．２５Ω×４０ｋＡrms、即ち１０ｋＶrmsになり得る。これらのパラメータを知っていれば、様々なシステム電圧を使用し、さもなければ発生し得る最大障害電流より低い最大障害電流を有する様々な送電網を設計することができる。
【００４４】
送電網が１３８ｋＶのシステム電圧、１２００Ａの最大負過電流、及び６３ｋＡの障害送電線を有する３相システムを必要とする場合、これらの特性に基づいて、以下の仕様を算出することができる。
・ 相電圧（システム電圧／√３と定義される）は８０ｋＶである。
・ システム短絡インピーダンスは相電圧を最大障害電流で除算することにより計算され、８０ｋＶ／６３ｋＶ＝１．２６Ωである。
・ ＳＣＦＣＬモジュールにより許容される最大障害電流は４０ｋＡであるから、電流低減要件は少なくとも（６３ｋＡ−４０ｋＡ）／６３ｋＡ、即ち３７％である。
【００４５】
４０ｋＡ未満の最大障害電流を達成するために、送電網のインピーダンスは８０ｋＶ／４０ｋＡ、即ち２Ωより大きくし得る。ＳＣＦＣＬモジュールの数は、所望のインピーダンス（２．０Ω）からシステム短絡インピーダンス（１．２６Ω）を減算し、その結果を０．２５Ω（１つのＳＣＦＣＬモジュールのインピーダンス）で除算することによって決定することができる。余裕を考慮すると、必要とされる１０ｋＶのＳＣＦＣＬモジュールの数は４になる。これに基づいて、全てのモジュールの合計ＳＣＦＣＬモジュールインピーダンスは４×０．２５＝１．０Ωになる。この場合、制限障害電流は８０ｋＶ／（１．２６Ω＋１．０Ω）で与えられ、３５ｋＡになる。達成される障害電流の低減は（６３ｋＡ−３５ｋＡ）／６３ｋＡで与えられ、４４％である。
【００４６】
表１は利用できる他の構成を示す。以下に示す実施形態では制限電流は４０ｋＡ未満に維持される。各構成のシステム電圧ひいては相電圧を変化させて、必要とされるＳＣＦＣＬの数を計算した。これに基づいて、制限電流及び制限電流の低減率を計算した。
【００４７】
表１：種々のシステム構成に対する要件
【表１】
【００４８】
１つ以上のモジュール１００を備えるＳＣＦＣＬシステム１００は多くの利点をもたらす。上述したように、モジュール１１０の大きさは接地に電気的に結合されるモジュールの大きさに比較して大幅に小さくすることができる。例えば、本発明のＳＣＦＣＬモジュール１１０は２５０ｃｍ以下の隙間長を有し得る。一実施例においては、隙間長は８−１５ｃｍとすることができる。上述したように、隙間長は１つ以上の超伝導回路１２２とタンク１１２との間の最短距離とすることができる。これは接地に電気的に結合されるタンクと相違する点である。後者の場合には、隙間長は９０インチにもなり得る。
【００４９】
後者の場合における大きな隙間長は超伝導回路とタンクとの間のアーク通路に起因する。障害状態時に、タンク内の温度が大きく増大し得る。冷却剤として液体窒素を使用する場合、温度上昇によって液体窒素が窒素気泡になり得る。超伝導回路電圧からの高電界によって窒素気泡は超伝導回路からタンクに向かって整列させられる。窒素ガスは液体窒素に比較して弱い電気絶縁体であるから、窒素気泡は超伝導回路とタンクとの間にアークフラッシュオーバを発生し得る弱い絶縁通路を与え得る。タンクが接地電位に維持される場合、超伝導回路、タンク及び接地を窒素気泡を介して接続するアーク通路が形成され得る。その結果として、高電圧破壊が発生し、別の障害を生じ得る。このような通路の形成を防ぐ一つの方法は隙間長を増大させ、それによってタンクと超伝導回路との間に完全な通路が形成される確率を減少させるものである。しかしながら、タンクと超伝導回路との間の距離を増大させると、必然的にＳＣＦＣＬモジュールの設置面積が増大する。本実施形態においては、窒素気泡が超伝導回路からタンクに向かって整列する場合でも、接地電圧レベルより高く維持されたタンクによってアーク電流が超伝導回路から接地へ流れるのを阻止することができる。従って、本実施形態のＳＣＦＣＬシステム１００は、より小さい設置面積であるにも係わらず、追加の障害を防止することができ、送電及び配電システムに緊急に必要とされている超高電圧性能を有するコンパクトなＳＣＦＣＬ装置を提供する。
【００５０】
より小さい寸法はまた縦向き又は横向きモジュールを可能にする。ここで、縦向き又は横向きはモジュール１１０の高さ対幅のアスペクト比に関する。一実施例においては、モジュール１１０は背が高く薄いモジュール、即ち縦向きモジュールとすることができる。別の例においては、モジュール１１０は短く幅の広い寸法を有する横向きモジュールとすることができる。
【００５１】
システム１００内に２つ以上のモジュール１１０を含める場合には、高電圧及び／又は高電流用途向けに設計をカスタマイズするために、複数の小寸法モジュール１１０を直列に及び／又は並列に結合することができる。加えて、ＳＣＦＣＬ装置を障害状態中に高電圧で試験することが電力会社によって要求されるが、その厳しい試験要件は本発明のモジュール１１０によって満たすことができ、本発明によれば各モジュールを個別に試験することができる。保守又は修理作業は使用されているモジュール１１０を除去する及び／又は新しいモジュール１１０と交換することによって行うことができる。本実施形態のモジュール１１０は単相モジュール１００ａとすることができる。別の実施例では、モジュールは３相モジュールとすることができる。単相モジュールは送電線ＳＣＦＣＬを設計する際に有利である。一方、３相モジュールは低電圧分配システム用に使用することができる。
【００５２】
図２を参照すると、本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステム２００が示されている。本実施形態のＳＣＦＣＬシステム２００は前実施形態のシステム１００に類似することは当業者に認識されよう。更に、本実施形態のＳＣＦＣＬシステム２００は図１Ａ及び１Ｂに示されるＳＣＦＣＬシステム１００に含まれるコンポーネントに類似する多くのコンポーネントを含む。従って、前実施形態のＳＣＦＣＬシステム１００の符号及び説明は本実施形態のＳＣＦＣＬシステム２００にも同様に適用される。
【００５３】
モジュール２１０は、ＳＣＦＣＬシステム１００のモジュール１１０と異なり、障害電流制限ユニット１２０及びタンク１１２を送電線１４２ａ及び１４２ｂの一つに接続する導電性ロッド２１６を備える。従って、タンク１１２は通常状態中も障害状態中も端子１４４及び１４６の一つと同じ電位に維持することができる。
【００５４】
ＳＣＦＣＬシステムが複数のＳＣＦＣＬモジュールを備える場合には、これらのモジュールは種々の構成に配置することができる。図３Ａを参照すると、本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステム３００ａが示されている。装置３００ａは複数のＳＣＦＣＬモジュール３１０i〜３１０iiiを備えるＳＣＦＣＬシステムとすることができる。本実施形態のＳＣＦＣＬシステム３００ａは前実施形態で記載したコンポーネントに類似するコンポーネントを含むことができることは当業者に認識されよう。明瞭のために、類似の特徴の説明は省略しよう。従って、本実施形態のＳＣＦＣＬシステム３００ａの説明は前実施例形態のＳＣＦＣＬシステムの説明と一緒に読まれたい。
【００５５】
図３Ａに示されるように、本実施形態のＳＣＦＣＬシステム３００ａは複数のＳＣＦＣＬモジュール、好ましくは３つの単相ＳＣＦＣＬモジュール３００i〜３００iiiを備えることができる。各モジュール３１０i〜３１０iiiは互いに類似するとともに前実施形態で記載したモジュールに類似するものとし得る。必要に応じ、一つ以上のモジュール３１０i〜３１０iiiは内部及び／又は外部シャントリアクタを含むことができるが、本実施形態は一つ以上のモジュール３１０i〜３１０iiiが内部及び／又は外部シャントリアクタを含まないものを排除しない。
【００５６】
各モジュール３１０i〜３１０iiiのタンク３１２は間隔を置いて配置するとともに接地から電気的に減結合することができる。必要に応じ、各タンク３１２は電気的に及び／又は熱的に絶縁性の支持体３３４ａ及び３３４ｂ及びプラットフォーム３３６によって支持することができる。ＳＣＦＣＬシステム３００は冷却剤を冷却剤フィードライン３５４を経て各タンクに供給する冷却材供給源２５２も備えることができる。
【００５７】
各モジュール３１０i〜３１０iiiは直列に配置された単相モジュールである。従って、電流は第１のモジュール３１０iを経て第２のモジュール３１０iiに流れ、次いで第３のモジュール３１０iiiに流れ得る。このような直列構成は表１に示す構成を生成するために使用することができる。上述したＳＣＦＣＬモジュールと同様に、各モジュール３１０i〜３１０iiiは横向き又は縦向きにすることができる。
【００５８】
図３Ｂにおいて、別の模範的なＳＣＦＣＬシステム３００Ｂのモジュール３１０i〜３１０iiiも縦向き又は横向きにすることができる。しかし、各モジュール３１０i〜３１０iiiは外部シャントリアクタを含まない。代わりに、各モジュール３１０i〜３１０iiiは内部シャントリアクタを含むことができる。図３ｃにおいて、更に別の模範的なＳＣＦＣＬシステム３００ｄのモジュール３１０i〜３１０iiiも縦向き又は横向きにすることができる。しかし、単一の外部シャントリアクタ３４８を用いて送電線３１５ａ及び３１５ｂを接続することができる。
【００５９】
前実施形態のＳＣＦＣＬシステム１００及び２００のタンク１１２と同様に、本実施形態のＳＣＦＣＬシステムのタンク３１２は金属のような導電材料又はガラス繊維のような絶縁材料からなるものとし得る。更に、タンク３１２は接地から及び／又は端子３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ，３４４ｂ、３４６ａ及び３４６ｂから電気的に減結合される。導電性タンク３１２の場合には、各タンク３１２の電圧は通常動作中送電線３２１５ａ及び３１５ｂの電圧で又はほぼその電圧で電気的に浮かせることができる。障害の場合には、各タンク３１２はその端子３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ，３４４ｂ、３４６ａ及び３４６ｂの各々に存在する電圧の間の電圧で電気的に浮いた状態になる。タンク３１２は共通のプラットフォーム３３６上に置くことができるため、障害の場合に各タンクを異なる電位で電気的に浮いた状態になるように、絶縁支持体３３４ａ及び３３４ｂを用いてタンク３１２を互いに電気的に絶縁することができる。
【００６０】
他の実施形態においては、タンク３１２は導電性であり、各タンク１１２はそれぞれの端子３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ，３４４ｂ、３４６ａ及び３４６ｂの一つに接続される。この場合には、障害の場合にタンク３１２をプラットフォーム３３６から絶縁するとともに互いに絶縁するために絶縁支持体３３４ｂを使用することができ、各タンクを異なる電位にすることができる。一実施例では、一つのタンクをプラットフォーム３３６に電気的に接続し、他のタンクはプラットフォームから電気的に絶縁することができる。
【００６１】
図４Ａ及び４Ｂを参照すると、本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステム４００の側面図及び上面図がそれぞれ示されている。本実施形態においては、ＳＣＦＣＬシステム４００は第１乃至第６の単相超伝導障害電流制限モジュール４１０i，４１０ii，４１０iii，４１０iv，４１０v及び４１０viを備えることができる。ＳＣＦＣＬモジュール４１０i，４１０ii，４１０iii，４１０iv，４１０v及び４１０viの各々は前実施形態のＳＣＦＣＬシステム１００，２００及び３００に含まれるＳＣＦＣＬモジュールの各々に類似するものとし得る。
【００６２】
図４Ｂに示されるように、ＳＣＦＣＬモジュール４１０i，４１０ii，４１０iii，４１０iv，４１０v及び４１０viは直列及び並列接続に配置されている。例えば、第１及び第４のＳＣＦＣＬモジュール４１０i及び４１０ivを並列に電気的に接続することができ、第２及び第５のＳＣＦＣＬモジュール４１０ii及び４１０vを並列に電気的に接続することができ、第３及び第６のＳＣＦＣＬモジュール４１０iii及び４１０viを並列に電気的に接続することができる。同時に、第１及び第４のＳＣＦＣＬモジュール４１０i及び４１０ivを第２及び第５のＳＣＦＣＬモジュール４１０ii及び４１０vに直列に接続し、第２及び第５のＳＣＦＣＬモジュール４１０ii及び４１０vを第３及び第６のＳＣＦＣＬモジュール４１０iii及び４１０viに直列に接続することができる。このような構成はもっと高い電流を許容するため（並列構成のおかげ）及びもっと高い電圧を許容するため（直列構成のおかげ）に使用できる。ＳＣＦＣＬモジュール４１０i，４１０ii，４１０iii，４１０iv，４１０v及び４１０viは任意の組み合わせの直列及び並列接続に配置することができるため、本発明はこの特定の構成に限定されないことは当業者に理解されよう。更に、ＳＣＦＣＬモジュールの数は特定の数に限定されない。
【００６３】
図５Ａ及び５Ｂを参照すると、本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステム５００の側面図及び上面図がそれぞれ示されている。本実施形態においては、ＳＣＦＣＬシステム５００はＳＣＦＣＬモジュール５１０を備える。本実施形態のＳＣＦＣＬモジュール５１０は、例えばガラス繊維又はＧ１０などの熱的に及び／又は電気的に絶縁性の材料からなるタンク５１２を備えることができる。しかし、本発明においては、例えば金属タンク５１２のような導電性タンク５１２も排除されない。タンク５１２が導電材料からなる場合でも、タンク５１２は接地から電気的に絶縁し、減結合することができる。いくつかの実施例では、タンク５１２は端子５１７ａ〜５１７ｆのすべてから絶縁することができ、他の実施例では端子５１７の正確に一つに電気的に結合することができる。
【００６４】
タンク５１２内には複数のＳＣＦＣＬユニット５１０i，５１０ii及び５１０iiiが配置される。ＳＣＦＣＬユニット５１０i，５１０ii及び５１０iiiの各々は前実施形態に記載したＳＣＦＣＬユニットに類似するものとし得る。更に、本実施形態のＳＣＦＣＬユニット５１０i，５１０ii及び５１０iiiは前実施形態に記載した構成の一以上の構成に配置することができる。各ユニット５１０i，５１０ii及び５１０iiiは単相ユニットとすることができ、好ましくは各ユニット５１０i，５１０ii及び５１０iiの位相は隣接するユニット５１０i，５１０ii及び５１０iiiの位相と相違させることができる。例えばユニット５２０iはユニット５２０iiと異なる位相を有することができる。一方、ユニット５２０iはユニット５２０iiiの位相と同じ又は異なる位相を有することができる。いくつかの実施例では、３つのモジュールがタンク５１２内に収容され、各モジュールは３相電力システムの一つの相とする。この実施例では、各相は他の２つの相からそれぞれ１２０°だけオフセットされる。更に、ＳＣＦＣＬユニット５２０i，５２０ii及び５２０iiiは縦向き又は横向きに配置することができる。
【００６５】
超伝導障害電流制限ユニット５２０i，５２０ii及び５２０iiiの温度は所望の温度に維持することができる。例えば、超伝導障害電流制限ユニット５２０iは、タンク５１２に導入される冷却剤１１４、例えば液体窒素又は別の冷却剤（気体又は液体状）によって低い温度（例えば〜７７ｋ）に維持することができる。冷却剤１１３は、導入時に、タンク５１２に結合されたフィードライン３５４及びポート５１５を経てタンク５１２に導入することができる。前実施形態と同様に、フィードライン及びポートは絶縁性フィードラインとし得るが、導電性フィードラインも本発明では排除されない。
【００６６】
ＳＣＦＣＬユニット５２０i，５２０ii及び５２０iiiの各々は電気ブッシング５１６にも結合される。各ユニットのこの電気ブッシング５１６は内部シャントリアクタ（図示せず）により互いに結合することができる。また、前実施形態のＳＣＦＣＬのように、ブッシング５１６は外部シャントリアクタ５４６により互いに結合することもできる。更に別の実施例においては、ＳＣＦＣＬモジュール５２０iは内部及び外部シャントリアクタの両方を備えることもでき、各ＳＣＦＣＬユニット５２０i，５２０ii及び５２０iiiのブッシング５１６は内部及び外部シャントリアクタの両方で互いに結合することができる。更に、ブッシング５１６は端子５１７で送電線に結合し、よってＳＣＦＣＬシステム５００を送電網（図示せず）に結合することができる。
【００６７】
各ＳＣＦＣＬユニット５２０i，５２０ii及び５２０iiiの各々はオプションの内部支持体１３２によって支持することができる。一方、ＳＣＦＣタンク５１２は一つ以上のオプションの外部支持体３３４ａ及び３３４ｂによって支持することができる。本実施形態の大きなＳＣＦＣＬシステム５００を収容するために、オプションのプラットフォーム３３６を含めることもできる。前実施形態と同様に、内部及び外部支持体１３２及び３３４ａ及び３３４ｂ及びプラットフォーム３３６（もし含まれるなら）は熱的に及び／又は電気的に絶縁性の構造とすることができる。しかし、本実施形態においては、タンク５１２及びフィードライン３５４と同様に、熱的に及び／又は電気的に伝導性の構造も本発明では排除されない。
【００６８】
本実施形態の超伝導障害電流制限器５００はいくつかの利点をもたらす。例えば、高電圧設計要件の大部分は空気及び空隙絶縁中の外部支持構造に移行される。更に、ＳＣＦＣＬ５００はタンク５１２内のユニット５２０i，５２０ii及び５２０iiiの間により短い内部空隙を必要とするとともに、より短く低い定格電圧のブッシング５１６を必要とする。更に、３相モジュールの設置は３つの単相モジュールの設置において発生し得る空間利用の冗長性を除去できる。特に、ＳＣＦＣＬの全体寸法はよりコンパクトに軽量にすることができる。このようなＳＣＦＣＬシステム５００は小さい設置面積が望ましい場合に魅力的である。更にＳＣＦＣＬシステム５００はデバイスレベルモジュール設計の一部分とすることができる。このようなモジュールは、高電流及び高電圧用に複数のユニットを並列及び／又は直列に接続することによってより大きなユニットを構成するのに使用することができる。
【００６９】
図６を参照すると、本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステム６００が示されている。ＳＣＦＣＬシステム６００は図５に示すＳＣＦＣＬシステムに類似している。しかし、本実施形態のＳＣＦＣＬシステム６００のタンク６１２は導電性で、接地に電気的に結合されている。従って、タンク６１２は接地電位に維持される。支持体１３２はオプションでタンク６１２とユニット５２０i−５２０iiiとの間で電気的絶縁体にすることができる。
【００７０】
図７を参照すると、本発明の別の実施形態による別の模範的なＳＣＦＣＬシステム７００が示されている。本実施形態においては、ＳＣＦＣＬシステム７００は３相システムであり、３つの単相モジュール７１０を備える。更に、システム７００は回路遮断機７７０の近くに設けられる。本実施形態のＳＣＦＣＬシステム７００は３つの単相モジュール１１０を備えるが、説明を簡単明瞭にするために２つのモジュール７１０のみが示されている。
【００７１】
ＳＣＦＣＬシステム７００に隣接する回路遮断機７７０は筐体７７２及びタンクアセンブリ７７１を含むことができる。図に示されるように、筐体７７２は接地から第１の垂直距離ｙ1だけ離間することができる。一方、タンクアセンブリ７７１は第１の円筒タンク７７４を備えることができる。図に示されていないが、タンクアセンブリ７７１は第２及び第３の円筒タンクを含むことができる。タンクアセンブリ７７１は複数のブッシング絶縁体７７６も含むことができる。回路遮断機７７０のタイプに応じて、ブッシング絶縁体７７６の数は変えることができる。例えば、３相回路遮断機７７０は１対の第１相のブッシング絶縁体７７６a-i及び７７６a-ii、１対の第２相のブッシング絶縁体７７６b-i及び７７６b-ii及び１対の第３相のブッシング絶縁体（図示せず）を備えることができる。各ブッシング絶縁体に複数の電流変成器７７８を結合することができる。
【００７２】
上述したように、本実施形態のＳＣＦＣＬシステム７００は３相システムであり、３つの単相モジュール７１０を備える。第１のモジュール７１０は第１相のブッシング絶縁体対７７６a-i及び７７６a-iiの一つに結合することができ、第２のモジュール７１０は第２相のブッシング絶縁体対７７６b-i及び７７６b-iiの一つに結合することができ、第３のモジュール７１０は第３相のブッシング絶縁体対（図示せず）の一つに結合することができる。
【００７３】
本実施形態のＳＣＦＣＬモジュール７１０の各々は図１に示すＳＣＦＣＬシステムのＳＣＦＣＬモジュール１１０に類似するものとし得る。例えば、本実施形態の各モジュール７１０は、接地から離間され非接地電位に維持することができるタンク７１２を備えることができる。図に示されるように、タンク７１２は接地から第２の垂直距離ｙ2だけ離間させることができる。更に、タンク７１２は回路遮断機７７０から水平方向に横方向距離ｘだけ離間させることができる。
【００７４】
タンク７１２内には１つ以上の障害電流制限ユニット７２０を設けることができ、各モジュール７１０は１つ以上のブッシング７１６及び１つ以上のオプションの内部又は外部シャントリアクタ７１８及び７４８を備えることができる。本実施形態の各モジュール７１０は図１で説明したモジュールに類似するものとし得るので、追加の説明は省略する。
【００７５】
本実施形態のＳＣＦＣＬシステム７００は回路遮断機７７０に隣接して配置することができる。好ましくは、各モジュール７１０のタンク７１２は接地電位に維持される回路遮断機７７０の筐体７７２又は他の部分の上方に配置される。例えば、タンク７１２はブッシング絶縁体７７６a-i，７７６a-ii，７７６b-i，７７６b-ii,…と水平方向７８０に整列させることができ、あるいは、それらの上方に配置することができる。従って、第２の垂直距離ｙ2は第１の垂直距離ｙ1より大きいものとし得る。タンク７１２をブッシング絶縁体７７６a-i，７７６a-ii，７７６b-i，７７６b-ii,…の近く又は上方に配置することによって、回路遮断機７７０の上部空間を利用することができる。
【００７６】
更に、タンク７１２と回路遮断機７７０との間の横方向間隔ｘを最小にすることができる。タンク７１２をブッシング絶縁体７７６a-i，７７６a-ii，７７６b-i，７７６b-ii,…と整列させることによって、又はそれらの上方に配置することによって、横方向間隔ｘを減少させても、タンク７１２と筐体７７２との間の間隔を拡大することができる。例えば、タンク７１２と筐体７７２との間の間隔は垂直方向に沿って拡大することができる。その過程で、タンク７１２と筐体７７２との間に空気により適切な電気絶縁を与えることができる。従って、ＳＣＦＣＬシステム７００及び回路遮断機７７０は横方向により密に詰め込むことができ、電気的絶縁に妥協することなく設置面積要件を最少にすることができる。
【００７７】
接地電位に維持されるタンクを有するＳＣＦＣＬシステムにおいては、タンクは通常接地に接触させる。このようなシステムでは、回路遮断機７７０とタンクとの間の横方向距離ｘは適切な電気的絶縁を与えるために大きくしなければならない。従って、ＳＣＦＣＬシステム及び回路遮断機７７０は大きな設置面積を必要とする。
【００７８】
障害電流を制限する装置のいくつかの実施形態について説明した。本発明はここに開示する特定の実施形態により制限されないことは当業者に認識されよう。実際、ここに開示した実施形態に加えて、本発明の他の様々な実施形態及び変更例が当業者に、以上の開示及び添付図面の開示から明らかになるであろう。従って、このような他の実施形態及び変更例は本発明の範囲に含まれることが意図されている。更に、本発明は特定の目的に対する特定の環境における特定の実施と関連して記載されているが、当業者は、その有用性がこれに限定されず、本発明は任意の数の目的に対して任意の数の環境において有利に実施できることを認識されよう。従って、後記の特許請求の範囲はここに記載する本発明の範囲の広さ及び精神を考慮して解釈すべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
障害電流の送電を制限する装置であって、前記装置は、
接地電位から電気的に絶縁されるように接地から電気的に減結合された筐体、
少なくとも一つが一つ以上の電流搬送線に電気的に接続された第１及び第２の端子、及び
前記筐体内に収容され且つ前記第１及び第２の端子に電気的に接続された第１の超伝導回路を、
備える装置。
【請求項２】
前記筐体は電気的に絶縁性の材料からなる、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記筐体は電気的に導電性である、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記筐体は前記第１及び第２の端子から電気的に絶縁されている、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記第１の端子に第１の電圧が存在し、前記第２の端子に第２の電圧が存在し、前記筐体は前記第１及び第２の電圧の間の電圧にある、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記筐体は前記第１及び第２の端子の一つに電気的に接続されている、請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記筐体と前記接地との間に配置され、前記筐体を支持する支持体を更に備え、前記支持体が前記筐体を接地から電気的に絶縁している、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記超伝導回路を所定の温度より低く維持するために前記筐体内に冷却剤を更に備える、請求項１記載の装置。
【請求項９】
その上に前記筐体が支持されたプラットフォームを備え、前記プラットフォームは接地から電気的に絶縁されている、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
第２の筐体と、第３及び第４の端子と、前記第２の筐体内に収容された第２の超伝導回路とを更に備え、
前記第２の超伝導回路は前記第３及び第４の端子に電気的に接続され、前記第２の超伝導回路は前記プラットフォームにより支持されている、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記筐体及び前記第２の筐体が電気的に絶縁されるように前記筐体と前記プラットフォームとの間に支持体を更に備える、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記第３及び第４の端子の各々は一つ以上の配電線に電気的に接続されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
前記第３の端子は前記第１及び第２の端子の一つに電気的に接続されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１４】
少なくとも一つが一つ以上の電流搬送線に電気的に接続された第３及び第４の端子、及び
前記筐体内に収容され且つ前記第３及び第４の端子に電気的に接続された第２の超伝導回路、
を更に備える、請求項１記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも一つが一つ以上の電流搬送線に電気的に接続された第５及び第６の端子、及び
前記筐体内に収容され且つ前記第５及び第６の端子に電気的に接続された第３の超伝導回路、
を更に備える、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記第１の超伝導回路と前記筐体との間の隙間長が２５０ｃｍ未満である、請求項１記載の装置。
【請求項１７】
前記第１の超伝導回路と前記筐体との間の隙間長が約８〜２５ｃｍである、請求項１５記載の装置。
【請求項１８】
障害電流の送電を制限する方法であって、該方法は、
第１及び第２の端子を一つ以上の電流搬送線に電気的に接続するステップ、
障害電流を通す通路を与えるために筐体内に収容された超伝導回路を前記第１及び第２の端子に電気的に接続するステップ、及び
前記筐体を接地から電気的に絶縁するステップを備える、方法。
【請求項１９】
前記筐体を前記第１及び第２の端子から電気的に絶縁するステップを更に備える、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
導電性の筐体を使用し、前記筐体を前記第１及び第２の端子の一つに電気的に接続するステップを更に備える、請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
障害電流を制限する方法であって、該方法は
筐体と複数のブッシング絶縁体を備え、前記筐体は外気に露出し、接地電位に維持され、接地から第１の垂直距離だけ離間されている回路遮断機を用意するステップと、
前記回路遮断機に電気的に結合された、筐体と第１及び第２の端子と前記筐体内に含まれ前記第１及び第２の端子に電気的に結合された第１の超伝導回路とを備える障害電流制限器を用意するステップと、を備え、
前記筐体は前記接地から第２の垂直距離だけ離間させ、前記第２の垂直距離は前記第１の垂直距離より大きくする、方法。
【請求項１】
障害電流の送電を制限する装置であって、前記装置は、
接地電位から電気的に絶縁されるように接地から電気的に減結合された筐体、
少なくとも一つが一つ以上の電流搬送線に電気的に接続された第１及び第２の端子、及び
前記筐体内に収容され且つ前記第１及び第２の端子に電気的に接続された第１の超伝導回路を、
備える装置。
【請求項２】
前記筐体は電気的に絶縁性の材料からなる、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記筐体は電気的に導電性である、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記筐体は前記第１及び第２の端子から電気的に絶縁されている、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記第１の端子に第１の電圧が存在し、前記第２の端子に第２の電圧が存在し、前記筐体は前記第１及び第２の電圧の間の電圧にある、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記筐体は前記第１及び第２の端子の一つに電気的に接続されている、請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記筐体と前記接地との間に配置され、前記筐体を支持する支持体を更に備え、前記支持体が前記筐体を接地から電気的に絶縁している、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記超伝導回路を所定の温度より低く維持するために前記筐体内に冷却剤を更に備える、請求項１記載の装置。
【請求項９】
その上に前記筐体が支持されたプラットフォームを備え、前記プラットフォームは接地から電気的に絶縁されている、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
第２の筐体と、第３及び第４の端子と、前記第２の筐体内に収容された第２の超伝導回路とを更に備え、
前記第２の超伝導回路は前記第３及び第４の端子に電気的に接続され、前記第２の超伝導回路は前記プラットフォームにより支持されている、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記筐体及び前記第２の筐体が電気的に絶縁されるように前記筐体と前記プラットフォームとの間に支持体を更に備える、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記第３及び第４の端子の各々は一つ以上の配電線に電気的に接続されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
前記第３の端子は前記第１及び第２の端子の一つに電気的に接続されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１４】
少なくとも一つが一つ以上の電流搬送線に電気的に接続された第３及び第４の端子、及び
前記筐体内に収容され且つ前記第３及び第４の端子に電気的に接続された第２の超伝導回路、
を更に備える、請求項１記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも一つが一つ以上の電流搬送線に電気的に接続された第５及び第６の端子、及び
前記筐体内に収容され且つ前記第５及び第６の端子に電気的に接続された第３の超伝導回路、
を更に備える、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記第１の超伝導回路と前記筐体との間の隙間長が２５０ｃｍ未満である、請求項１記載の装置。
【請求項１７】
前記第１の超伝導回路と前記筐体との間の隙間長が約８〜２５ｃｍである、請求項１５記載の装置。
【請求項１８】
障害電流の送電を制限する方法であって、該方法は、
第１及び第２の端子を一つ以上の電流搬送線に電気的に接続するステップ、
障害電流を通す通路を与えるために筐体内に収容された超伝導回路を前記第１及び第２の端子に電気的に接続するステップ、及び
前記筐体を接地から電気的に絶縁するステップを備える、方法。
【請求項１９】
前記筐体を前記第１及び第２の端子から電気的に絶縁するステップを更に備える、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
導電性の筐体を使用し、前記筐体を前記第１及び第２の端子の一つに電気的に接続するステップを更に備える、請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
障害電流を制限する方法であって、該方法は
筐体と複数のブッシング絶縁体を備え、前記筐体は外気に露出し、接地電位に維持され、接地から第１の垂直距離だけ離間されている回路遮断機を用意するステップと、
前記回路遮断機に電気的に結合された、筐体と第１及び第２の端子と前記筐体内に含まれ前記第１及び第２の端子に電気的に結合された第１の超伝導回路とを備える障害電流制限器を用意するステップと、を備え、
前記筐体は前記接地から第２の垂直距離だけ離間させ、前記第２の垂直距離は前記第１の垂直距離より大きくする、方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１２−５３１８８１（Ｐ２０１２−５３１８８１Ａ）
【公表日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１７６８３（Ｐ２０１２−５１７６８３）
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３９６４６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１５１５８３
【国際公開日】平成２２年１２月２９日（２０１０．１２．２９）
【出願人】（５００２３９１８８）ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド (69)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３９６４６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１５１５８３
【国際公開日】平成２２年１２月２９日（２０１０．１２．２９）
【出願人】（５００２３９１８８）ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド (69)
【Ｆターム（参考）】
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