報告書番号

H05

タイトル（和文）

SN転移型超電導限流器の電力系統導入のための特性評価に関する研究

タイトル（英文）

study of the Characterization of Super-to-Normal Transition Type Fault Current Limiters to Introduce to Electric Distribution Systems

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

限流器は，常時はインピーダンスを発生せず，系統に故障が発生した際に瞬時にインピーダンスを出現させ，故障電流を抑制する電力機器である。これまでに様々な限流器が提案され，原理検証試験なども実施されているが，実系統に導入されているものはほとんどない。限流器に超電導技術を適用することにより，常時の損失を低減するとともに，系統に発生した故障を第一波で自ら検出し，限流することが可能となる。特に超電導－常電導転移を利用したSN転移型超電導限流器は原理も簡単であり，構成が簡素であることから，実現が有望な機器である。しかし，これまでのところ，限流動作確認試験程度しか行われておらず，系統導入を検討するためには限流動作の他にも，様々なデータが必要とされている。
SN転移型超電導限流器に用いられるYBCO薄膜についても，臨界電流密度Jcの向上や臨界電流密度分布の均一化など，高性能化が図られてきている。YBCO薄膜の臨界電流密度の評価方法に誘導法という非接触の手法が用いられている。これは試料に電極等を取り付けずに臨界電流密度分布を評価できる手法であるが，実際に通電した際の臨界電流値との比較などは行われていない。
これらの状況を踏まえ，SN転移型超電導限流器の系統導入にあたっての課題として，（a）限流要素であるYBCO薄膜の高性能化と特性評価，（b）限流要素の高信頼性の確保，（c）大容量化（直並列接続技術の開発），（d）系統における動作／不動作特性の検証・評価，についてとりまとめた。
SN転移型超電導限流器を配電系統に導入することを前提とし，限流器の構成要素となるYBCO薄膜の特性評価やSN転移型超電導限流器の電力系統シミュレータでの各種現象に対する応答性などを確認する研究を行い，系統への導入可能性を検証した。
（a）限流要素であるYBCO薄膜の高性能化と特性評価として，産業技術総合研究所が開発した塗布熱分解法（MOD法）によるYBCO薄膜を用い，直流臨界電流を測定して誘導法との比較を行い，それらがほぼ一致することを明示し，誘導法による臨界電流密度から通電可能な電流値を推定できることを明らかにした。
（b）限流要素の高信頼性の確保として，YBCO薄膜の劣化要因を抽出し，その対策を検討し，YBCO薄膜の高信頼性の確保のための知見を得た。
（c）大容量化（直並列接続技術の開発）として，YBCO薄膜をAlN基板上にNi薄膜を蒸着したバイパス回路に接続させる構造の限流素子を4つ直列に接続した限流モジュールを電力系統シミュレータに導入し，系統における様々な挙動に対するSN転移型超電導限流器の応動を明らかにした。各種条件の限流動作を確認し，直列接続による大容量化技術を検証した。
（d）系統における動作／不動作特性の検証・評価として，日本の配電系統の運用に対するSN転移型超電導限流器の系統導入時の挙動を明らかにした。また，SN転移型限流器の動作時の簡単な熱解析モデルを用い，実験結果とよく一致するEMTP解析モデルを作成するとともに，20～40直列の限流モジュールを用いて限流動作時に素子が破壊する試験を行い，直列数が増加しても素子が破壊する電圧値が低下しないことを明らかにした。
これらの結果，YBCO薄膜を用いたSN転移型超電導限流器において，要素であるYBCO薄膜の特性評価を実施し，SN転移型超電導限流器への適用可能性を検証した。また，今後のSN転移型超電導限流器を電力系統に導入する際の可能性を検証することが可能なデータを取得した。

概要 （英文）

The fault current limiter (FCL) is new concept power apparatus that it does not appear impedance during normal operation of power system and appears impedance rapidly just after fault of power system and regulates the fault current. Until now, many kinds of FCL were suggested and examination test of basic concept were conducted but FCL introduced in real power system are nothing. Applying the superconducting technology for FCL, it is possible to reduce loss for normal operation, to detect and to limit the fault by itself just after fault generation. Especially, the SN transition type superconducting FCL is simple for both of concept and construction, so it is possibility to realize. But FCL had tested only examination of operation test against only fault and many kinds of data not only fault operation are necessary in order to estimate the FCL to introduce power system.
With regard to YBCO thin film for FCL, high critical current density (Jc) and high Jc distribution are realized. For the estimation of Jc, induced current method that is contact-less measurement method are used. This method if effective because it is not necessary the current contact, but the comparison between induced current method and transport current method is not enough.
I estimated the YBCO thin film characteristic of the element of SN SCFCL by the comparison between induced current method and transport current method and showed good agreement between them. I also verified the behavior of the SN SCFCL in distribution line using SN SCFCL module connected four elements in power system simulator under distribution system operation mode. Moreover, I made EMTP analysis model and compared with current limiting analysis and experimental results, and they agreed very well.
From these results, I examined the characteristic of YBCO thin film and verified the applicability of SCFCL to the distribution power system. I obtained many data for evaluation of SCFCL to the power system.

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