故障電流制限装置

故障電流制限装置は、故障発生時にグリッドを保護するために使われる非線形回路素子です。これは、通常の電流レベルでは低インピーダンスで動作し、故障が発生すると高インピーダンスになります。通常運転と故障時の切り替えは、他のデバイスを保護するため超高速で動作する必要があり、電源の連続供給を保証しなければなりません。

superconducting_props

高速切り替えは、超電導で達成できます。故障発生時はクエンチによって超電導から抵抗状態に遷移し、必要とされる超高速切り替えが可能となります。

Opera-3dの有限要素モデルを使って、超電導のクエンチによる局所的温度上昇、伝播をシミュレーション出来ます。超電導のクリティカル電流密度は、超電導から常電導状態に遷移するマテリアル特性を表す温度と磁束密度の関数で定義されます。電磁場と熱解析を電気回路上のコイルと連成させ、コイル巻線に流れる電流を計算します。さらに、導電性のフォーマ、シールドなど必要な構造物を含める場合には、Opera-3dの過渡解析ソルバーと連成させフル解析します。連成解析よって、クエンチ過程の非線形的挙動をモデル化でき、詳細に調べることができます。

twisted cable

クエンチプロセスはきわめて非線形性が強いため、効果的シミュレーションをする上で、マテリアル特性を局所フィールドと温度の関数でモデリングすることが必須です(物質によっては、クエンチプロセスで何倍のオーダーで特性が変化します)。Opera-3dでは超電導材のクリティカル電流密度を温度と磁場の関数テーブルとして定義し、特性を完全に表すことができます。Opera-3dは、高レベルの異方性と非線形性をもった複雑な超電導ケーブルで構成されるシステムをシミュレーションできます。低温超電導(LTS)、高温超電導(HTS)ともにモデル化することができます。また、クエンチモジュールには、住友電気工業株式会社のHTS材の特性が含まれています。

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