最適電磁・熱構造ポーラス安定化材導入による抵抗型超伝導限流器実現への挑戦

通过引入最佳电磁和热结构多孔稳定材料来实现电阻式超导限流器的挑战

• 批准号: 20J12165
• 负责人: 結城 光平
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J12165/
• 关键词: 超伝導限流器; ポーラス体; 核沸騰; ホットスポット; 復帰時間; 安定化材; 沸騰熱伝達

本研究は抵抗型超伝導限流器に利用される希土類系銅酸化物超伝導体(REBCO)線材の安定化材に金属ポーラス体を利用することで，抵抗型超伝導限流器実現の課題であった限流・復帰性能のトレードオフ解消を目指している．本年度（2021年度）は，ポーラス安定化材とREBCO線材の接合に利用する材料（接合材料）が沸騰熱伝達性能に与える影響を考察するため，膜沸騰状態における液体窒素と接合材料間の局所的な接触領域での熱バランスに注目したモデルを作成した．その結果，熱伝導率が極端に低い絶縁性エポキシを利用することで，熱伝導による固液接触部への入熱量が除熱量に対し非常に小さく蒸気膜が崩壊しやすいことを示した．そこで次に絶縁性エポキシ厚さおよびポーラス安定化材孔径を決定するため，熱抵抗とポーラス安定化材内の気液対向流に注目したモデルを作成し，絶縁性エポキシ厚さとポーラス安定化材構造を最適化し，復帰時間を裸面のREBCO線材の30%以下まで短縮することに成功した．更に，実機体系における限流・復帰性能を実験および数値解析双方より評価し，最も典型的な6.6 kV/400 A定格では目標の限流・復帰性能を達成可能であることを示した．一方，大容量6.6 kV/2 kA定格の場合，限流動作時の熱負荷が大きくREBCO線材内でホットスポットが発生することで，復帰性能の低下に繋がることが明らかとなった．これは絶縁性エポキシを利用した際にはポーラス安定化材へ電流が転流せず，熱負荷の低減が図られないことが一因であると考えられたため，ホットスポットの温度上昇抑制に向けてポーラス安定化材への電流転流を可能にする「電流転流型ポーラス安定化材付REBCO線材」を提案し性能を評価した．その結果，従来構造に対し，電流焼損までの耐熱負荷が2倍程度まで増加し， 1 s以内の高速復帰が実現可能であることが示された．

In this paper, the application of metal dopant in the resistive superconducting current limiter (RSFCL) using rare earth-based copper oxide superconducting conductor (REBCO) wire and stabilizing material is studied. This year (2021), the use of materials (bonding materials) for the bonding of stabilized materials and REBCO wires has been investigated. The effects of boiling heat on the performance of the bonding materials have been investigated. The contact areas between the liquid and bonding materials have been investigated. As a result, the thermal conductivity is extremely low, and the solid-liquid contact portion of the thermal conductivity is extremely low. The pore diameter of the insulating material is determined, the thermal resistance is determined, and the liquid flow in the stabilizing material is determined. The structure of the insulating material is optimized, and the re-heating time is shortened by less than 30% of the bare REBCO wire. In addition, both sides of the evaluation of the current limiting and re-transmission performance of the actual machine system, the most typical 6.6 kV/400 A fixed voltage, the current limiting and re-transmission performance of the purpose can be achieved. On the other hand, in the case of large capacity 6.6 kV/2 kA fixed state, the thermal load during current limiting operation is large, and the thermal load in REBCO line material is low. The current flow pattern of stabilized REBCO wire is proposed for the purpose of reducing the thermal load. As a result, the heat resistance load of current burning is increased by 2 times, and the high speed recovery within 1 s is possible.

项目成果

Impact of Current Transfer to Porous Stabilizer on Recovery Performance of Resistive-Type Superconducting Fault Current Limiters Using REBCO Tapes

多孔稳定器的电流传输对使用 REBCO 胶带的电阻型超导故障限流器恢复性能的影响

• DOI: 10.1109/tasc.2021.3131539
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity
• 影响因子: 1.8
• 作者: Yuki Kohei;Ito Satoshi;Hashizume Hidetoshi
• 通讯作者: Hashizume Hidetoshi

ポーラス安定化材への電流転流による抵抗型超伝導限流器用REBCO線材の復帰性能向上

通过电流换向多孔稳定材料提高电阻超导限流器REBCO线的恢复性能

• 发表时间: 2021
• 作者: 川崎 渉;武田 貴志;星野 哲久;松田若菜;関修平;芥川 智行;結城 光平
• 通讯作者: 結城 光平

Impact of current relocation to porous stabilizer on recovery performance of resistive-type superconducting fault current limiters using REBCO tape

电流迁移到多孔稳定器对使用 REBCO 胶带的电阻型超导故障限流器恢复性能的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 岩崎加奈子;藤山知之;上田壮志;中田慎也;パクミンジョン;三好千香;堀田-平島範子;一久綾;柿﨑美代;杉山文博;水野聖哉;阿部学;﨑村建司;高橋智;松田道行;船戸弘正;柳沢正史;井上瞳;磯部理美;Kohei Yuki
• 通讯作者: Kohei Yuki

抵抗型超伝導限流器の高速復帰に向けたポーラス安定化材付REBCO線材の電磁・熱特性に関する検討

电阻型超导限流器高速恢复多孔稳定材料REBCO线电磁热特性研究

• 发表时间: 2020
• 作者: 岩崎加奈子;藤山知之;上田壮志;中田慎也;パクミンジョン;三好千香;堀田-平島範子;一久綾;柿﨑美代;杉山文博;水野聖哉;阿部学;﨑村建司;高橋智;松田道行;船戸弘正;柳沢正史;井上瞳;磯部理美;Kohei Yuki;井上瞳;結城 光平
• 通讯作者: 結城 光平

Effect of Electrical and Thermal Properties of Porous-Stabilized REBCO Tape on Recovery Performance

多孔稳定 REBCO 胶带的电性能和热性能对恢复性能的影响

• DOI: 10.1109/tasc.2021.3058567
• 发表时间: 2021
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity
• 影响因子: 1.8
• 作者: Yuki Kohei;Ito Satoshi;Hashizume Hidetoshi
• 通讯作者: Hashizume Hidetoshi