JP2001505758A - 過電流低減および電流制限によって対象物を過電流に対して保護する装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、電力設備において電力ネットワーク（３）に接続された対象物（１）または電力設備の中に含まれるその他の機器を故障に関連する過電流から保護する装置および装置に関するものである。前記装置は、前記対象物とネットワーク／機器との間のライン（２）中に配置された開閉装置（４）を含む。対象物と開閉装置との間のライン（２）が対象物（１）に向かう過電流の低減構造（５）に対して接続され、この過電流低減構造（５）は、開閉装置（４）の遮断時間より実質的に短い時間中に、過電力状態検出構造（１１−１３）の支援によって過電流低減のために作動する。

Description

【発明の詳細な説明】 過電流低減および電流制限によって対象物を過電流に 対して保護する装置および方法 発明の分野および先行技術 本発明は、電力設備の電力ネットワークに接続された物体または電力設備の中 に含まれるその他の機器を故障に関連する過電流から保護するために電力設備の 中に備えられる装置であって前記物体とネットワーク／機器との間のライン中に 配置された開閉装置を含む装置に関するものである。さらに本発明は物体を過電 流から保護する方法に関するものである。 問題の電気的対象物は、故障に関連する電流、すなわち実際上短絡電流に対す る保護を必要とする磁気回路を有する回転電機、例えば発電機、モータ（同期お よび非同期モータ）または同期補償器によって形成される。下記に詳細に説明す るように、この回転電機の構造は通常技術および非通常技術に基づいている。 本発明は中電圧または高電圧に関連して適用されるものとする。ＩＥＣ規格に よれば、中電圧は１−７２．５ｋＶを指し、これに対して高電圧は＞７２．５ｋ Ｖを指す。従って、送電、二次送電、および配電レベルが含まれる。 この種の先行技術の電力設備においては、問題の対象物の保護のために、回路 遮断に際して動電分離を生じるような設計の通常の回路遮断器（開閉装置）を使 用してきた。この回路遮断器は非常に高い電流と電圧を遮断できるように設計さ れなければならないので、この種の回路遮断器は比較的大きな慣性を有する大型 設計となり、これがその比較的長い遮断時間に反映する。主として目的とされる 過電流は保護される対象物の電気絶縁系統中の故障の結果として生じる短絡電流 である事を指摘しよう。このような故障は、外部ネットワーク／機器の故障電流 （短絡電流）が対象物の中に生じた電弧を通して流れようとする事を意味する。 その結果非常に大きな破壊電圧を生じる。スエーデンの電力ネットワークの場合 、限界短絡電流／故障電流は６０ｋＡである。実際に短絡電流は４０−５０ｋＡ に達する事ができる。 前記の回路遮断器ついての問題点はその長い遮断時間である。完全に実行され た遮断の限界遮断時間（ＩＥＣ規格）は１５０ミリ秒（ｍｓ）である。この遮断 時間を実際の場合に対応して５０−１３０ｍｓ以下まで低減させる事は困難を伴 う。その結果非保護対象物中に故障が存在する場合、回路遮断器の遮断動作に必 要な全体時間中に対象物を通して非常に高い電流が流れる。この時間中に、外部 電流ネットワークの全故障電流が非保護対象物に対して大きな負荷を加える。非 保護対象物に対する損害と完全破壊を防止するため、先行技術によれば非保護対 象物が回路遮断器の遮断時間中に大きな損害を受ける事なく短絡電流／故障電流 を通す事ができるように対象物を構成してきた。被保護対象物中の短絡電流（故 障電流）は、故障電流に対する対象物そのものの寄与と、ネットワーク／機器か ら発生する電流追加分とから成る事を事を注意しよう。故障電流に対する対象物 そのものの寄与は回路遮断器の動作によっては影響されないが、故障電流に対す るネットワーク／機器からの寄与は回路遮断器の動作に依存する。被保護対象物 を相当の時間中、高い短絡電流／故障電流に耐えるように被保護対象物を構成し なければならない事は、高価な設計と性能の減退の形の大きな不利益をもたらす 。 本明細書における回転電機は、主として下記において全体的に電力ネットワー クと呼ばれる配電ネットワークおよび送電ネットワークに接続するための発電機 として使用される同期電機を含むものとする。また同期電機はモータとして使用 され、また位相補償および電圧制御のために機械的アイドリング電機として使用 される。またこの技術分野は二重被給電機械、非同期コンバータ・カスケード、 外部電極電機、および同期磁束電機を含む。 このコンテキストにおける磁気回路はエア・ワウンドとする事ができるが、垂 直または配向された積層シートまたはその他の、例えば無定形物質または粉体ベ ース物質の磁気鉄心を含む事ができ、または交流磁束を可能とするためのその他 任意の機器、巻線、冷却系統を含む事ができ、また電機の固定子または回転子、 またはその両方の中に配置する事ができる。 従って本発明の主たる意図は、あらゆる種類の高電圧電力ネットワークに対し て直接に接続される非通常型回転電機を保護するにある。このような電機はその 磁気回路がネジ込み型導線を有するように設計され、この導線が固体絶縁素子に よって絶縁されまたこの導線の中にアースが合体される。 非通常型電機を説明のため、まず同期電機によって代表される回転電機を簡単 に説明する。この説明の第１部分はこの種の電機の磁気回路および先行技術によ るその構成法に関するものである。磁気回路は多くの場合に固定子の中に配置さ れるのであるから、下記において磁気回路を原則的に積層シート金属鉄心を有す る固定子として説明する。この磁気回路の巻線を固定子巻線と呼び、また積層鉄 心中に巻き込むために配置されたスロットを固定子スロットまたは単にスロット と呼ぶ。 多くの同期電機は回転子中に磁界巻線を有し、この場合、主磁束は直流電流に よって発生され、また固定子中に交流巻線を有する。同期電機は原則的に３相設 計であって、本発明は主としてこの種の電機に関するものである。場合によって は同期電機は突極を有するように設計される。しかし、２極または４極ターボ発 電機および二重給電型電機については円筒形回転子が使用される。後者は回転子 中に交流巻線を有し、またこれは電力ネットワークの電圧レベルに対応するよう に設計する事ができる。 大型同期電機の固定子本体はしばしば溶接構造の鋼板で製造される。積層鉄心 は原則的にワニス処理された０．３５または０．５ｍｍ電機鋼板から成る。少な くとも中型または大型電機については、放射方向通気および冷却のため、積層鉄 心は放射方向または軸方向通気チャンネルを有するパッケージ状に分割される。 大型電機の場合、鋼板はセグメント状に打ち抜かれ、これらのセグメントが固定 子本体に対してクサビ／ダブテールによって固着される。積層鉄心は加圧フィン ガーおよび加圧プレートによって保持される。固定子巻線が積層鉄心中のスロッ トの中に配置され、これらのスロットは原則的に長方形または台形の断面を有す る。 多相交流巻線は単層巻線としてまたは２層巻線として設計される。単層巻線の 場合、スロットあたり１つだけコイル辺が存在し、２層巻線の場合、スロットあ たり２つのコイル辺が存在する。コイル辺とは、導線が高さおよび／または幅に おいて一緒に成されまた１つの共通コイル絶縁素子、すなわちアースに対する電 機の定格電圧に耐えるための絶縁素子を備えた１つまたは２つの導線を言うもの とする。２層巻線は通常、ダイヤモンド巻線として設計されるが、対応の単層巻 線はダイヤモンド巻線または平型巻線として設計される。ダイヤモンド巻線の場 合、単一のコイルスパン（または場合によっては２つのコイルスパン）が生じる が、平型巻線は同心巻線として設計される。すなわち大きく変動するコイルスパ ンを有する。コイルスパンとは、極ピッチに関連してまたは中間スロットピッチ の数において同等のコイルに属する２つのコイル辺間の円形測定された間隔を意 味するものとする。通常、巻線に所望の特性を与えるために、種々のコーディン グ変数、例えば分数ピッチが使用される。 巻線の型は、スロット中のコイル、すなわちコイル辺を固定子外部において、 すなわちコイル末端において相互に連結する方法を示す。代表的なコイル辺はい わゆるレーべル・バーによって形成される。この場合、レーべル・バーの一部が 冷媒のために中空に成されていた。レーべル・バーは複数の長方形の、並列に接 続された銅の導線から成り、これらのバーがスロットにそって３６０°交差配置 される。５４０°の交差配置およびその他の交差配置を有するリングランド・バ ーも存在する。循環電流を防止するために交差配置が必要である。各ストランド の間に、薄い絶縁素子、例えばエポキシ／ファイバグラスが存在する。スロット と導線間の主絶縁素子は例えばエポキシ／ファイバグラス／雲母から成り、また 外部に電界の平衡のために使用される薄い半導体アース電位層を有する。鋼板の 堆積の外部には外側半導体アース電位層を有しないが、放射方向電界を軸方向電 界に変換するためのいわゆるコロナ保護ワニスの形の電界制御素子を有する。こ れはコイル末端の絶縁がアースに対して高い電位で生じる事を意味する。電界制 御はしばしばコイル末端区域にコロナを発生させる問題点を示し、これは破壊的 な場合がある。 原則としてすべての大型電機は２層巻線と対応の大きなコイルとを有するよう に設計される。各コイルの一方の辺が一方の層の中に配置され、他方の辺が他方 の層の中に配置される。またこれは、コイルがコイル端において相互に交差する 事を意味する。２層以上が使用されると、これらの交差が巻線の作用を困難にし 、またコイル端を破壊する。 前述した内容は回転電機に関する古典的な技術に属するものと言う事ができよ う。 この数１０年間に、回転電機に対して先行技術の設計および製造におけるより も高い電圧に関する要求が増大している。先行技術において良好なコイル生産性 を有する同期電機について達成できる最大電圧レベルは約２５−３０ｋＶである 。また一般に、電力ネットワークに対する同期電機／発電機の接続はΔ／Ｙ接続 されたいわゆるステップアップ変圧器を介して実施されなければならない事は周 知である。これは、電力ネットワークの電圧が原則的に回転電機の電圧より高い レベルにあるからである。従ってこの変圧器は同期電機と共に、電力設備の一体 的部分を成す。変圧器は余分のコストを成し、またシステムの全体効率が低下さ れ るという欠点を伴なう。従ってはるかに高い電圧の電機を製造する事が可能なら ば、ステップアップ変圧器を省略する事ができよう。 同期電機の設計に関する新しいアプローチの試みが特にエレクトロテヒニカ誌 １９７０、第１号、ｐｐ６−８に掲載の論文「水−油冷ターボ発電機ＴＶＭ−３ ００」、米国特許第４，４２９，２４４号「発電機の固定子」、およびソ連特許 文献ＣＣＣＰ特許９５５３６９に記載のされている。 エレクトロテヒニカ誌に掲載の水−油冷同期電機は２０ｋＶまでの電圧用であ る。この論文は油／紙絶縁素子から成る新規な絶縁システムを開示し、この絶縁 システムは固定子を完全に油の中に浸漬させる事ができる。この場合、油は絶縁 体として使用されると同時に冷媒として使用される。固定子中の油が回転子に向 かって漏出する事を防止するため、鉄心の内側面に誘電性油分離リングが備えら れている。固定子の巻線は油／紙絶縁体を備えた楕円形中空形状の導線から成る 。絶縁体を備えたコイル辺がクサビによって長方形断面を有するスロットの中に 固着される。中空導線中においても固定子壁体の孔の中においても、冷媒として 油が使用される。しかしこのような冷却システムは、コイル端において油と電気 との多数の接続部を伴なう。また厚い絶縁体は導線の曲率半径を増大させ、その 結果として巻線張り出しの寸法を増大させる。 前記の米国特許は、固定子巻線用の台形スロットを備えた積層薄板の磁気鉄心 を含む同期電機の固定子部分に関するものである。中立点に最も近く配置された 巻線部分の配置される回転子の内側に向かって固定子巻線の絶縁の必要性が小さ くなるのでスロットは先細を成す。さらに、鉄心の内側面に最も近い固定子部分 は誘電性油分離円筒体を成す。この部分はこのリングを有しない電機に対して磁 化要求を増大する。固定子巻線は、各コイル層について同一直径の油浸漬ケーブ ルから成る。これらのコイル層は、スロット中にクサビで固着されたスペーサに よって相互に分離される。この巻線について特殊な事は、この巻線が直列に接続 された２つのいわゆる半巻線から成る事である。２つの半巻線の一方が絶縁スリ ーブの中に配置され定心される。固定子巻線の導線は周囲の油によって冷却され る。システム中のこのように大量の油を使用する問題点は、漏れの危険性と、故 障条件から生じる多量の清掃作業である。スロットの外部に配置された絶縁スリ ーブ部分は円筒形部分と円錐形末端とを有し、この円錐形末端の機能はケーブル が積層鉄心から出る区域において電界強さを制御するにある。 ソ連特許９５５３６９から明かなように、同期電機の定格電圧を上昇させよう とする他の試みとして、油冷却固定子巻線はすべての層について同一サイズの通 常の高圧ケーブルを含む。ケーブルは、ケーブルの断面に対応しケーブル固定用 および冷媒用のスペースを有する円形放射方向開口として形成された固定子スロ ットの中に配置される。巻線の放射方向に配置された各層が絶縁管によって包囲 されまたその中に固定される。絶縁スペーサがこれらの管を固定子スロットの中 に固定する。油冷の故に、この場合にも油冷媒を内部エアギャップに対して密封 するために、内部誘電リングが必要とされる。このソ連特許明細書に図示の構造 は絶縁部品または固定子スロットを減少させない。この構造は各固定子スロット の間に非常に薄い放射方向ウエストを含み、これは大きなスロットから漏れる流 れを意味し、これが電機の磁化要求に大きく影響する。 前述した各参照文献による電機の設計は、固定子中の電磁物質が最適に使用さ れない事を意味する。固定子の歯部は磁気の観点からはコイル辺のケーシングに 対してできるだけ近く隣接しなければならない。各放射方向水準において最大幅 を有する固定子歯部を備える事が望ましい。歯部の幅は電機の損失に大きく影響 し、従って必要な磁化に影響するからである。これは特に高電圧電機にとって重 要である。スロットあたりの導線の数が高電圧に伴なって多くなるからである。 本発明の目的 本発明の主目的は対象物の保護を改良し従って対象物に対する負荷を低減させ る装置および方法を提供するにある。これは、対象物そのものが最大限度の短絡 電流／故障電流に比較的長い時間耐えるように設計される必要がない事を意味す る。 本発明の第２の目的は、回転電機に対して十分な保護を与えるような保護装置 および保護法を提供するにある。この装置の設計は非通常設計原理に基づき、こ れはこの設計が現在の通常電機と同程度の内部および外部から発生する故障関連 過電流に対する抵抗性を有しない事を意味する。 発明の概要 本発明によれば、前記の目的は、対象物と開閉装置との間のラインが過電流低 減構造に対して接続され、この過電流低減構造は開閉装置の遮断時間より実質的 に短い時間中に過電力状態検出構造の支援によって過電流低減のために作動し、 またラインに対する過電流低減構造の接続点と対象物との間に電流リミッタが配 置される事によって達成される。 このようにして、本発明は遮断のために最後に動電流分断を生じる開閉装置の みに依存するのでなく、過電流の実際の遮断を生じるのでなく、被保護対象物が 実質的に低いひずみを受け従って小量の損傷を受ける程度に過電流を低減させる 急速作動型過電流低減構造を使用する原理に基づいている。従って、過電流／故 障電流の減少とは、開閉装置が動電流分断を成す際に、被対象物中への全エネル ギー注入量が過電流低減構造の存在しない場合よりもはるかに小となるであろう 事を意味する。さらに電流制限器の存在によって対象物への（または対象物から の）故障電流がさらに低減させられる。またこの電流制限器は、過電流／故障電 流を全部遮断する事なく対象物に加えられるひずみを劇的に減少させるように迅 速に電流低減を実施するような構造を有する。 本発明の好ましい実施態様によれば、前記の過電流低減構造は過電流をアース またはネットワーク／機器より低い電位を有するその他のユニットに分流するた めの過電流過電流転流器を含む。 本発明による電流制限器は一定または可変インダクタンスおよび／または抵抗 またはその他のインピーダンスによる電流制限に基づいている。 請求の範囲においてさらに詳細に定義されるように、本発明はケーブルテクノ ロジーによって設計された磁気回路を有する回転電機に適用される。これらの電 機は一部の条件において、電位的故障に対して敏感となる。これらの設計は例え ば、現在電力分野で使用される通常の構造よりも低いインピーダンスを与えられ る事ができる。これは、現在の通常の電機によって示されるよりも故障関連過電 流に対する低い抵抗性を意味する。また電機が最初から今日の通常の電機よりも 高い電圧で作動するように設計されていれば、これによって生じる高い電界から 生じる絶縁システムに対する歪みがもちろん大きくなる。これはこのような電機 がより効率的であり、より経済的であり、機械的に軽く、信頼度が高く、運転コ ストが低くなり、一般に通常の電機よりも経済的であり、またこのような電機は 他の電磁装置に対して接続する事なく運転できる事を意味するが、このような電 機はその電流遮断の結果を除去しまた少なくとも低減させるための電気的保護に 関して大きな要求を提出する。従って本発明による保護装置とこのように設計さ れた回転電機との組合せはプラント全体の最適化を意味する。 本発明によって意図される電機は、上述したΔ／Ｙ接続ステップアップ変圧器 が除去されうる程度に高い電圧で作動する。すなわち先行技術の電機よりも相当 に高い電圧を有する電機は、あらゆる型の高電圧で作動する電力ネットワークに 直接に接続する事ができるように意図されたものである。これは回転電機を備え たシステムの投資コストを低下させ、システムの全体効率を増大させうる事を意 味する。 本発明による回転電機は固定子に対する熱応力を大幅に低下させる。電機の一 時的過負荷はそれほど危険でなくなり、電機を損傷を生じるおそれなく、より長 い期間、過負荷運転する事が可能となる。これは、発電所の所有者にとって大き な利点になる。今日、発電所の所有者は電機の操作上の擾乱に際して、法律によ って定められた送電必要条件を保証するため、迅速に他の装置に切り替えなけれ ばならないからである。本発明による設計の回転電機を使用する場合、電機を電 力ネットワークに接続するためにシステム中に変圧器が含まれる必要がないので 、保守費用が大幅に低下される。 また本発明は電力ネットワークに直接に接続される同期補償装置を含む。 回転電機の出力を増大するため、交流コイル中の電流を増大する試みが成され ている事は知られている。これは、導電性材料を最適化する事により、すなわち 長方形回転子スロットの中に長方形導線を緊密に封入する事によって実施されて いた。その目的は、絶縁材料の量を増大しまたより温度抵抗性で、従って高価な 絶縁材料を使用する事によって、前記のようにして生じる温度上昇を処理するに あった。また高温と絶縁材料に対する磁界負荷は絶縁体の寿命に関する問題を生 じた。例えば雲母テープの含浸層を含む高圧装置に使用される比較的厚い壁体の 絶縁層においては、部分放電が深刻な問題を生じる。このような絶縁層の製造に 際して、空洞、細孔などが容易に発生し、絶縁体に高電解強さを加えた時にこれ らの中に内部コロナ放電が発生する。これらのコロナ放電は材料を徐々劣化させ 、絶縁体を通しての放電を生じるに至る。 回転電機の出力を技術的にまた経済的に調整可能に増大するためには、絶縁体 が前記のような現象によって放電しないようにしなければならない。これは、空 洞と細孔のリスクが最小限となるように製造された絶縁システムを使用して達成 する事ができる。そのため、巻線中に含まれる少なくとも１つの導線回りの絶縁 システムが前記絶縁材料から成る絶縁層を含み、この絶縁層の回りに半導体物質 の外側層が配置される。この絶縁層の内側に内側半導体物質層が配置される。前 記の少なくとも１つの導線は前記の半導体内側層の内部に配置される。 優れた熱抵抗を得るためには、内側層と外側層の少なくとも一方が絶縁物質と 同程度の熱膨張計数を有する事が望ましい。実際上、内側層および外側層と絶縁 物質は実質的に同等の熱膨張計数を有する。これは、内側層と外側層が絶縁物質 に対して界面全体にそって接合されているので、絶縁物質と内側層および外側層 が一体的部品を成し、相異なる熱膨張による欠陥が生じない事を意味する。絶縁 層の回りに配置された内側および外側の半導体層が等電位面を成し、従って絶縁 物質中の電界が絶縁物質全体にわたって均等に分布される事の結果として、絶縁 層に対する電機負荷が増大する。外側半導体層はアースまたはその他の低電位に 対して適当に接続されている。これは、このようなケーブルの場合に絶縁物質の 外側層がケーブルの全長にそってアース電位に保持される事を意味する。 また外側半導体層は導線の長さにそって適当な箇所で切断され、切断された各 部が直接にアース電位に接続される。外側半導体層の回りに、他の層、ケーシン グなど、例えば金属シールドおよび保護マントルを配置する事ができる。本発明 の改良として、コイルとスロットを備え、これらのコイルをスロットの中に長方 形ではなく丸く配置する事ができる。コイルの断面を丸くする事により、これら のコイルは一定の磁界によって包囲され、磁気分離を生じるような集中が避けら れる。またコイル中の電界がコイルの断面全体に均等に分布され、絶縁体に対す る局所的負荷が大幅に軽減される。さらに、コイルグルーブあたりのコイルの辺 数が増大して、導線中の電流を増大させる事なく電圧の増大が生じるように、円 形コイルをスロットの中に配置する方が容易である。 また導線を小部分、いわゆるストランドによって構成する事によって改良が得 られる。これらのストランドは相互に絶縁され、少数のストランドのみが非絶縁 状態に残されて、内側半導体層と接触し、導線と同一電位にする事ができる。 外側半導体層は、導線の長さにそって電位に等化が得られるような電機特性を 示さなければならない。しかし、外側層は電流が表面にそって流れるような導電 特性を示してはならない。これは損失を伴い従って望ましくない熱負荷を生じる からである。内側半導体層は電位等化を補償するのに十分な導電性を有して、こ の内側層の外側において電界の等化を生じなければならないが、他方そのために は抵抗が過度に小さくない必要がある。内側および外側層の抵抗は、１０^-6Ωｃ ｍ、適当には１０^-3−１０００Ωｃｍ、好ましくは１−５００Ωｃｍの範囲内と する事が好ましい。 巻線を形成するために可撓性のケーブルを使用する事は、巻線作業がケーブル 挿入操作によって実施され、ケーブルが磁気鉄心のスロットの開口の中に挿入さ れる事を意味する。 外側半導体層はアース電位またはその他の比較的低い電位に接続されるのであ るから、この外側層は本質的に電界をこの層の内部に囲い込むように作用する。 電界を絶縁体の中に包囲するように外側および内側の半導体層によって包囲され た固体絶縁層を含む絶縁システムを使用する事は先行技術と比較して実質的な改 良を示し、液体またはガス絶縁物質を使用する必要を完全に無くす。 回転電機をあらゆる型の高圧電力ネットワークに直接に接続する際に生じる問 題点を解決するため、本発明による電機は下記の多くの特徴を有し、これらの特 徴の故に本発明の電機は伝統的なテクノロジーおよび最近発表されたテクノロジ ーに関して先行技術と実質的に区別される。 −前述のように、巻線は１つまたは複数の固体絶縁導線を含むケーブルから成 り、絶縁層の回りに導電層を含む。この種の二、三の代表的導線はＸＬＰＥケー ブル（架橋ポリエチレン）またはＥＰゴム絶縁層を有するケーブル（ＥＰ＝エチ レン−プロピレン）である。しかし、ケーブルは導線のストランドおよび半導体 層に関する限りさらに改良されなければならない。 −好ましくは円形断面を有するケーブルが使用される。しかし、封入密度をさ らに高めるためには、他の断面を有するケーブルを使用する事もできる。 −このようなケーブルを使用する事により、磁気鉄心はスロットと歯部に関連 して本発明の新規な最適手法で設計する事が可能である。 −磁気鉄心の最良使用のため、トラッピング絶縁によって巻線を実施する。 −スロットの設計が巻線のケーブルの断面に適合させられ、これらのスロット は軸方向および相互に放射方向に延在する複数の円筒形開口として形成され、固 定子巻線の層間を走る開いたウエストを備える。 −溝の設計は配置されるケーブルの断面に対して調節される。 −スロットの設計はスロットのトラッピング絶縁に適合させられる。 −ストランドに関する改良は、巻線の導線が非絶縁ストランドおよび絶縁スト ランドの複数層から成り、これらの層が相互に結合されるが必ずしも相互に交差 されていないように構成されるにある。 −外側ケーシングに関する改良は、外側ケーシングが導線の長さにそって適当 箇所において切断され、切断された各部分がアース電位に直接に接続されるにあ る。 −巻線は好ましくはコイル端の数を減少させるため、好ましくは多層同心ケー ブル巻線として実施される。 これらの特徴は先行技術による電機に対して下記のような多数の利点を有する 。 −トラッピング絶縁は、放射方向伝搬とは独立にほとんど一定の歯部幅を使用 できる事を意味する。 −このようなケーブルの使用は、巻線の外側半導体層がその全長にそってアー ス電位に保持される事を意味する。 −重要な利点は、外側半導体層の外側のコイル端区域において電界がゼロに近 い事、および外側半導体層がアース電位にある時、電界を制御する必要がない事 である。これは、鉄心の中においても、コイル端区域においても、またはその遷 移区域においても電界集中が得られない事を意味する。 −絶縁および非絶縁の結合ストランドと、非交差ストランドの混合はそれぞれ 低い追加コストを含む。 要約すれば、本発明による回転電機は対応の先行技術の電機に対して多数の重 要な利点を示す。第１に本発明の電機はあらゆる型の高圧電力ネットワークに対 して直接に接続できる。第２の利点は、巻線全体においてアース電位が常に保持 される事にあり、これはコイル端区域がコンパクトに成されまたコイル端区域の 支承手段が実際にアース電位で適用される事を意味する。さらに重要な利点は油 ベース絶縁と冷却システムがなくなる事である。これは密封の問題が生じる事な くまた前述の誘電リングが必要ない事を意味する。また１つの利点は強制冷却全 体がアース電位で実施できる事である。本発明による回転電機の場合、設置の観 点からスペースおよび重量の大きな節約が得られる。本発明の電機についてもス テップアップ変圧器にっいても先行技術の絶縁設計を使用しないからである。 本発明、特に本発明による方法のさらに他の利点および特徴は下記の説明およ び請求の範囲から明かである。 図面の簡単な説明 以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明するが、本発明はこれに 限定されない。図面において、 第１図は本発明の基本的原理を示す概略図、 第２ａ−ｄ図は本発明による保護装置を使用した場合と使用しない場合の故障 電流とエネルギーの時間に対する展開を示すグラフ、 第３図は本発明による装置の第１実施態様の概略回路図、 第４図乃至第９図は電流制限器に関して、部分的には第３図と類似するそれぞ れ相違する本発明の他の実施態様の回路図、 第１０図は過電流低減構造の他の設計を示す概略回路図、 第１１図は発電機、変圧器およびこれらに接続された電力ネットワークを含む 発電所に適用された本発明の装置を示す概略回路図、 第１２図は本発明による保護装置によって保護するに適した型の回転電機の磁 気回路の巻線を形成するためのケーブルの一部破断斜視図、また 第１３図は本発明による保護装置を使用するに適した回転電機中の磁気回路の セクタ／極ピッチの実施態様の軸方向断面図である。 好ましい実施態様の詳細な説明 被保護対象物１を含む発電プラントを第１図に図示する。下記に説明するよう に、この対象物は例えば発電機から成る。この対象物はライン２によって外部配 電ネットワーク３に接続されている。３で示す装置は、配電ネットワークでなく 、発電所中に収容されたその他の装置から成る事ができる。この発電所は、対象 物１の中に故障が生じてネットワーク／装置３から対象物１に向かって故障電流 を発生し、この故障電流が対象物を通して流れる際に、主として対象物１そのも のがネットワーク／装置３からの故障電流に対して保護されるように構成されて いる。前記の故障は対象物１中において形成された短絡である場合がある。短絡 は２または２以上の地点間の意図されない電流導通路である。短絡は例えば電弧 から成る。この短絡とその結果としての激しい電流は相当の損害をもたらし、場 合によっては対象物１の全体的破壊を生じる可能性がある。 少なくともある種の型の被保護電気対象物１の場合、この対象物に対して有 害な短絡電力／故障電力が被保護対象物からネットワーク／装置３に向かって流 れる可能性のある事はすでに指摘されている。本発明の発明の主旨の範囲内にお いて、本発明の装置は、対象物に向かって流れる外部電力から対象物を保護する ためのみならず、対象物の中を反対方向に流れる内部故障電力から対象物を保護 する目的で使用されるものである。この点については下記においてはさらに詳細 に説明する。 下記において、数字３は説明の簡単のため外部電力ネットワークから成るもの と記載されている。しかし、故障を生じた時に対象物１を通る激しい電力を生じ る限りこのようなネットワークではなくその他二、三の装置を含む事ができるも のと留意されたい。 対象物１とネットワーク３の間のライン２の中に通常の回路遮断器が配置され ている。この回路遮断器はライン２の中に過電流を生じた事実を表示する状況を 検出するための少なくとも１つのそれ自体のセンサを含んでいる。このような状 態は電流／電圧の故障のみならず、故障の存在する事を示すその他の状態である 。例えばセンサは電弧センサとする事ができ、また短絡音響を記録するセンサな どとする事ができる。センサが一定レベル以上の過電流を表示する場合、回路遮 断器４が生かされて対象物１とネットワーク３との間の接続を遮断する。しかし 回路遮断器４は全短絡電流／故障電流を遮断しなければならない。従って遮断器 は高度の要件を満たすように設計されなければならず、これは実際上遮断器が比 較的ゆっくりと作動する事を意味する。第２ａ図の電流／時間ダイヤグラムにつ いて説明すれば、時間ｔ_faultにおいて対象物１の中に故障、例えば短絡が生じ た時、第１図において数字２で示すライン２の中を流れる故障電流が急速に電流 量ｉ１をとる。この故障電流ｉ１は前記の時間ｔ_fault後の少なくとも１５０ｍ ｓ以内の時間ｔ１において回路遮断器４によって遮断される。第２ｂ図はダイヤ グラムｉ２／ｔを示し、従って短絡の結果として被保護対象物１の中に発生した エネルギーを示す。従って短絡電流の結果として発生する対象物中へのエネルギ ー注入は第２ｄ図中の外側長方形の全面積によって表される。 この点について述べれば、第２ａ図乃至第２ｃ図に示す故障電流は極端値の包 絡線を表す。説明の簡単のためダイヤグラムの中には一方の極性のみを示した。 回路遮断器４は、金属接点の分離によって動電流分断を生じるような設計であ る。従って、回路遮断器４は原則として電弧消去のための補助装置を必要とする 。 本発明によれば、対象物１と開閉装置４との間のライン２は、対象物１に向か う過電流を減少させる構造５に接続されている。この構造は、回路遮断器４の遮 断時間より実質的に短い時間中に過電流状態を検出する構成によって過電流を減 少させるように作動する。従ってこの構造５は、なんらの動電流分断を実施する 必要のないように設計されている。従って、ネットワーク３から被保護対象物１ に流れる電流を完全に除去する必要なく非常に急速に電流を低下させるための条 件が作られる。第２ｂ図は第２ａ図の場合と異なり、本発明による過電流減少構 造５が時間ｔ_faultにおける短絡電流の発生に際して生かされ、時間ｔ２におい て過電流をレベルｉ２まで低下させる動作を示す。従って時間間隔ｔ_fault−ｔ ２は過電流低下構造５の反作用時間を示す。構造５のタスクは故障電流を遮断す るのではなく単に低下させるのであるから、この構造は極めて迅速に反作用させ られ、この点については下記にさらに詳細に説明する。例えば、レベルｉ１から レベルｉ２への電流低下は、許容不能の過電流状態が検出された後１ｍｓまたは 数ms以内に実施される事を注意すべきである。従ってこの場合、電流減少を１ｍ ｓ以下の短時間で、好ましくは１マイクロ秒より迅速に実施する事が意図されて いる。 第１図に見られるように、本発明の装置はライン２の中に配置された電流リミ ッタ６を含み、このリミッタはライン２に対する構造５の接続点と対象物１との 間においてライン２の中に配置されている。この電流リミッタは、主として対象 物に向かう方向における電流制限のために作動するが、二、三の故障の場合には 、対象物から離れる方向への電流制限のために作動するように構成されている。 ま た電流リミッタ６は、過電流減少構造５と同程度に迅速にまたはより以上に迅速 に電流制限動作に入るように構成される。電流リミッタ６に対するひずみを低下 させるようにした他の方法によれば、電流リミッタ６はネットワーク３から対象 物１への過電流が過電流減少構造５によって低減されてしまうまで電流制限のた めに生かされないように設計する事もできるが、もちろん電流リミッタ６は回路 遮断器４が電流を遮断する時より早く電流制限のために生かされなければならな い。前記の説明から明らかなように、過電流減少構造５によって減少された電流 が電流リミッタ６を通して流れてさらに減少させられるように電流リミッタ６を ライン２に接続する事が適当である。 第２ｂ図は電流リミッタ６の動作を示す。この図においては、電流リミッタ６ が時間ｔ３において電流制限動作に入る事が示され、またこれは過電流減少構造 ５によって減少された電流ｉ２の持続時間が実質的に制限され、すなわち時間間 隔ｔ２−ｔ３に制限されている事を意味する。この場合にも、第２図のグラフは 純粋に図表的であると見なされなければならない事を注意しよう。電流リミッタ ６が作動される時間ｔ３をより早くし、過電流減少構造５の動作時間ｔ２より早 くする事ができる。第２ｂ図から明らかなように、時間ｔ３後の故障電流はレベ ルｉ３まで減少されている。この残存故障電流ｉ３は最終的に時間ｔ１において 回路遮断器４によって遮断される。しかし、故障電流ｉ３は電流リミッタ６の適 当なサイズの結果として比較的低いので、この故障電流は問題の対象物およびそ の他の発電所の部分によって耐える事ができる。前記の故障電流によるネットワ ーク３からのエネルギー注入が被保護対象物１中において発生する故障電流をそ れぞれ減少させまたは低下させる結果は、第２ｄ図において斜線で示した面積に よって表される。注入エネルギーの劇的な減少の達成された事が明らかである。 この関連において、特定のモデルに従ってエネルギーは電流の平方に比例して増 大するのであるから、電流の半分の減少はエネルギー注入を１／４に低下させる 事を指摘しよう。第２ｃ図においては、故障電流が装置５を通して流れる傾向を 示す。また第２ｃ図においては、全故障電流ｉ１の一部ｉ３が時間ｔ３後におい ても電流リミッタ６を通して流れ続ける状態が示されている。 実際に構造５と電流リミッタ６の構成は、構造５が故障電流と電圧を低下させ 、これがさらに電流リミッタ６によって実質的に低いレベルまで制限されるよう に考案されている。電流リミッタに関する限りその実際の作動時間は１ｍｓであ り、また構造５がリミッタ６を通る電流を少なくとも実質的に低いレベルまで減 少させた後においてのみ電流リミッタ６が電流を制限するように構成する事も可 能である。先に述べたようにこれは必要事項ではないが逆のケースも可能であろ う。 第３図においては本発明の構造をさらに詳細に説明する。本発明は直流（およ びＨＶＤＣ＝高圧直流）接続にも交流電流接続にも応用可能である事を注意しよ う。交流を含む多相構造においては、ライン２は多相交流システム中の多相の１ つを成すとみなす事ができる。しかし、本発明による装置は、エラー検出の場合 にすべての相が本発明による保護機能を受けるように、または故障電流の得られ た単数または複数の相においてのみ電流制限を受けるように構成できる事を注意 しなければならない。 第３図から明かなように、全体として５で示す過電流低減構造は過電流をアー ス８またはネットワーク３よりも低電位の他のユニットに分流するための過電流 過電流転流器７を含む。従って、過電流過電流転流器は、ライン２の中を流れる 電流が保護される対象物に到達しないように、この電流の少なくとも実質的部分 を分流する目的で、アースまたはその他の低電位ユニット８への短絡を成す電流 デバイダを構成するものとみなす事ができる。対象物１の中において深刻な故障 、例えば過電流過電流転流器７が生じる事のできるのと同程度の短絡が生じた場 合、一般的に故障電流が過電流過電流転流器７に近づくに従ってこの過電流転流 器の作用の結果としてネットワーク３から対象物１に流れる電流の半分が低減さ れる 言う事ができる。第２ｂ図と比較して、この図においてｉ１の約半分として示さ れている電流レベルｉ２は発生する最悪のケースと言う事ができよう。正常状態 において、目的は、過電流過電流転流器７が被保護対象物１中の短絡故障に対応 するより以上の導通性を有する短絡回路を成し、従って故障電流の主要部分が過 電流過電流転流器７によってアースまたはその他の低電位に分流されるようにす るにある。このようにして、通常故障の場合、対象物１中へのエネルギー注入は 、低電流レベルｉ２と短い時間間隔ｔ２−ｔ３との故に第２ｄ図に図示の場合よ りも実質的に小さくなる。 過電流過電流転流器７は、アース８または低電位ユニット、対象物１、および ネットワーク３間のライン２との間に接続されたスイッチ手段を含む。このスイ ッチ手段は、制御部材９と開閉部材１０とを含む。このスイッチ部材は例えば少 なくとも１つの半導体素子、例えばサイリスタから成り、このサイリスタは常態 において開き、アースに対して遮断しているが、制御部材９によって非常に短時 間で能動導通状態にもたらされて、アースに対する分岐によって電流低減を成す 事ができるように形成される。 また第３図に示すように、過電流状態検出構造は、保護機能の作動を必要とす るような過電流状態を検出するに適した少なくとも１つの、好ましくは数個のセ ンサ１１−１３を含む事ができる。また第３図から明らかなように、これらのセ ンサは、対象物１の中にまたはその近傍に配置されたセンサ１３を含む。さらに 、過電流検出構造は、この構造５とライン２の接続点の上流においてライン２中 の過電流状態を検出するように成されたセンサ１１を含む。また下記に説明され るように、検出される対象物１に向かってライン２の中を流れる電流、すなわち 過電流低減構造５によって低減された電流を検出するためのセンサ１２が備える 事が適当である。さらにセンサ１２、並びにセンサ１３は、対象物１の中に磁気 的に貯蔵されたエネルギーが対象物位置から遠ざかる方向の電流を生じる場合、 対 象物１から離れる方向にライン２の中を流れる電流を検出できる事を注意しよう 。 センサ１１−１３は必ずしも電流検出センサおよび／または電圧検出センサの みによって構成される必要ない事を注意しよう。本発明の主旨の範囲内において 、これらのセンサは、一般に保護機能の開始を必要とするような性質の故障の発 生を示す任意の状態を検出する性質を有する事ができる。 対象物１から離れる方向に流れる故障電流が発生した場合、この装置において はその制御ユニット１４が他のブレーカ６（開いていれば）を閉じるように制御 しまたさらに過電流低減構造５を生かして短絡電流がこの構造５によって分流さ れるように設計されている。対象物１が例えば変圧器から成るように考案されて いる場合、対象物１中の短絡発生に際して、短絡がまず変圧器中への激しい電流 の流れを生じ、これが検出されて構造５を生かして電流の分流を生じるように作 動する。変圧器１に向かって流れる電流が所要程度まで低減された時、電流リミ ッタ６が電流を低減させるが、この際に制御ユニット１４によって、発電器１の 中に磁気的に貯蔵されたエネルギーが発電器１から流出して構造５を通して分岐 される時間より早くならないように制御される。 さらに、この装置は全体として１４で示す制御ユニットを含む。この制御ユニ ットはセンサ１１−１３、過電流低減構造５および電流リミッタ６に対して接続 されている。この操作においては、制御ユニット１４が１つまたは複数のセンサ １１−１３から、対象物１へ向かう許容不能の故障電流の発生を示す信号を受け た時、過電流低減構造５が許容の電流低減を迅速に生じるように直ちに制御され る。制御ユニット１４は、センサ１２によって電流または電圧が十分に低減され た時に電流リミッタ６を制御し、過電流が所定レベル以下に落ちた時に電流遮断 を生じるように構成されている。このような設定により、リミッタ６がその限度 に適しない高電流を遮断するタスクを与えられない程度に実際に電流が低減され てしまうまでは、制限器６は電流を制限させられない。しかしこの実施態様にお いては、電流低減構造５が電流を低減するように制御された一定時間後に電流リ ミッタ６が電流を制御するように設定する事も可能である。 回路遮断器４は過電流状態を検出するためそれ自体の検出器構造を含む事がで き、あるいは回路遮断器４は同一センサ１１−１３からの情報に基づいて制御ユ ニット１４を通して制御されて、過電流低減構造５の操作を制御する事ができる 。 第３図に図示の実施態様において、電流リミッタ６はライン２の中に備えられ たインダクタンス２７によって形成される。このようなコイルによって得られる インダクタンスの結果、電流がある程度増大すると、逆起電力が発生し、これが 電流の増大に対して反作用する。このような実施態様の利点は、この構造が極め て簡単であり、また故障の生じた時に制御する必要なく対象物１に向かう電流を 迅速に制限できる事にある。 本発明の装置の構造を前述のように説明したので、下記においてはその動作を 説明する。故障の不存在において、回路遮断器は閉鎖されているが、過電流低減 構造５のスイッチ手段１０が開かれている。すなわち非導通状態にある。この状 態において、スイッチ手段１０は導通状態に偶発的にもたらされる事のない程度 の電気力を有しなければならない。従って、大気条件（雷）または接続手段によ ってライン２の中に表れる過電圧状態は非導通状態にある閉鎖手段１０の電圧力 を越える事ができない。その目的から、前記手段１０の前後に並列に少なくとも １つのサージ・アレスタ２２を接続するのが適当である。この実施例において、 このようなサージ・アレスタがスイッチ手段１０の両側に図示されている。従っ てこれらのサージ・アレスタは、さもなければスイッチ手段１０中の不慮の貫通 を生じる危険性のあるような過電圧を分岐する事を目的としている。 過電流状態がセンサ１１−１３のいずれかまたは回路遮断器４のそれ自体のセ ンサによって記録された時（もちろん、回路遮断器４それ自体のセンサからの清 報は本発明による過電流低減構造５の制御のベースとして使用できるものと了解 されたい）またこの過電流状態が対象物１の深刻な故障を予想される程度の大き さである場合、回路遮断器４の遮断機能が始動される。さらに制御ユニット１４ が過電流低減構造５を制御してこのような低減を実施し、またこの制御はスイッ チ手段１０を制御部材９を通して電気的導通状態に切り替える事によって実施さ れる。前述のようにこの動作は極めて迅速に生じる。すなわち回路遮断器４によ る遮断時間の一部の時間で生じる。その理由から、スイッチ手段１０が短絡電流 の少なくとも大部分、実際上、ほとんどをアースまたはその他の低電位に分岐す る事により、被保護対象物はネットワーク３からの全短絡電流から即刻救助され る。また電流リミッタ６も対象物１に向かって（また場合によっては対象物１か ら）ライン２の中に流れる電流を制限する迅速な動作に入る事ができる。 このような事象が生じた時、最後の手段回路遮断器４によって遮断が実施され る。 第１実施態様による過電流低減構造５および電流リミッタ６は繰り返し作動す る事ができるように設計されている事を注意しなければならない。従ってセンサ １１−１３によって回路遮断器４が閉じた事が確認された時、スイッチ手段１０ が非導通状態にリセットされまた電流リミット６が準備されるので、次に回路遮 断器４が閉じた時、保護装置は完全に作動状態にある。他の実施態様によれば、 構造５は再作動するために１つまたは複数の部品を交換する必要のある場合があ る。 第４図は電流リミッタ６ａの他の実施態様を示す。この実施態様はインダクタ ンス２８とコンデンサ２９とを含み、これらのインダクタンスとコンデンサが一 緒に共振回路を成し、この回路が共振に際して非常に高いインピーダンスを生じ る。これらのインダクタンスとコンデンサは相互に並列に接続されている。ライ ン２の中に接続されているインダクタンス２８の前後にスイッチ３０とコンデン サ２９とが並列に接続されている。従ってスイッチ３０とコンデンサ２９はライ ン２中に配置されたインダクタンス２８に対して非並列に接続されている。従っ てスイッチ３０とコンデンサ２９は相互に直列に配置されている。従ってカプラ ３０は１つまたは複数の接点を有し、これらの接点は適当な作動部材３１によっ て、制御ユニット１４を通してそれぞれ閉鎖または開放するように制御される。 第４図に図示の電流リミッタ６ａは下記のように作動する。正常作動状態にお いて、スイッチ３０は開かれている。電流リミッタ６ａのインピーダンスは、イ ンダクタのインダクタンスおよび抵抗によって与えられる。十分な大きさの故障 電流の場合、制御ユニット１４が過電流の分岐のためにスイッチ手段１０を閉じ るように制御し、また制御ユニット１４がスイッチ３０を閉鎖状態に制御するの でコンデンサ２９が結合され、また電流周波数に対して調整されるべき並列共振 回路が形成される。電流リミット６ａのインピーダンスは共振に際して非常にに 高くなる。第２ｂ図との比較から明らかなように、電流レベルｉ３までの大きな 電流軽減が見られる。 第５図においては、電流リミッタの他の実施態様６ｂが図示されている。この 実施態様は相互に直列に接続されたインダクタンス３２とコンデンサ３３を含む 直列共振回路と、コンデンサ３３の前後に並列に接続されたスイッチ３４とに基 づいている。スイッチ３４の単数または複数の接点を作動するための作動部材３ ５が制御ユニット１４から制御される。正常動作において、コンデンサ３３の前 後のスイッチ３４は開かれている。直列共振（例えば５０Ｈｚ）を成すようにコ ンデンサ３３と直列に接続されたコイル３２は非常に小さいインピーダンスを有 する。過渡的故障電流がコイル３２によって阻止される。故障に際して、コンデ ンサ３３とインダクタンス３２の前後の電圧が増大する。コンデンサ３３の前後 のスイッチ３４を閉鎖する事によって、コンデンサは短絡される。これは全イン ピーダンスの劇的な増大を生じこの故に電流が制限される。 第５図に図示のように、例えば巻線の短絡部分または同一鉄心上に配置された 巻線によって、インダクタンス３２を可変的にする事ができる。このようにして 、正常負荷において、電流リミッタの前後の電圧降下を最小限にするように電流 リミッタ６ｂを連続的に調整する事が可能になる。第５図の実施態様の他の変更 例はコンデンサ３３前後のスイッチ３４の代わりに自己トリガ火花ギャップを使 用するにある。このようにして自己トリガリング機能が得られる。すなわちこの 実施態様はなんらかの制御ユニットからの特殊の制御を必要としない意味で受動 的となる。 第６図に図示の実施態様において、電流制限器６ｃはライン２の中に配置され たスイッチ３６と、このスイッチの前後に並列に配置されたコンデンサ３７およ び抵抗３８とを含み、これらのコンデンサと抵抗は相互に並列に接続されている 。スイッチ３６は実際上真空回路遮断器の特性を有し、電弧電圧を増大しまた制 限抵抗３８の中への転流を生じるために横方向コイル９を備える。制御ユニット １４は、作動部材４０を介してスイッチ３６を制御するように配置されている。 第７図は機械的スイッチ４１によって形成される電流制限器６ｄを示し、この 制限器は多数のアークチャンバから成る転流要素４２を有する機械的スイッチ４ １によって形成される。これらのアークチャンバは抵抗性物質から成る。スイッ チ４１が開く時、電弧が抵抗性アークチャンバを短絡する。電弧がアークチャン バの中に移動する際に、電弧は多数のサブアークに分割される。このようにして アークが接点間の抵抗性通路の長さを増大し、抵抗の増大が得られる。 前述したのと同様に、制御ユニット１４は作動部材４３を介してスイッチ４１ を制御するように構成されている。 第８図は電流制限器のさらに他の実施態様６ｅを示す。この実施態様において 、この制限器は急速半導体スイッチ４４と、相互に並列の電流制限インピーダン ス４５および電圧制限素子４６とを含み、後者は例えばバリスターとする事がで きる。半導体スイッチ４４はゲートターンオフ・サイリスタ（ＧＴＯサイリスタ ） によって構成する事ができる。電流制限インピーダンスとして抵抗が使用される 。バリスター４６は、電流が制限されている時に過電圧を制限する。正常負荷状 態において、電流が半導体４４を通して流れる。故障が検出されると、半導体ス イッチ４４が制御ユニット１４による制御のもとに、好ましくは適当な作動部材 ４７を介して開かれ、電流が抵抗４５に分流される。 最後に電流制限器６ｆを第９図に示す。この制限器はライン２中に接続された コイル４８を含む。このコイル４８は鉄心４９を有する反応器の中に含まれる。 反応器の鉄心４９とコイル４８との間に、超電導管状スクリーン５０が備えられ ている。正常状態において、超電導スクリーン５０は鉄心をコイルから遮断して いるので、インダクタンスが比較的低い。電流が一定レベルを超えると、超電導 が停止し、インダクタンスが劇的に増大する。このようにして、強力な電流制限 が得られる。 第９図の実施態様において、コイルからの鉄心の遮蔽がメッスナー効果によっ て生じる。第９図の実施態様の利点は、電流制限器６ｆに関する限り、正常動作 において小インダクタンスが得られる事にある。この実施態様の欠点は、超電導 を得るために、例えば液体窒素によって非常な低温まで冷却する必要のある事で ある。 前記の実施態様４乃至９のすべての実施態様においては、第３図の設計に対す る電流制限器の相違点のみを詳細に説明した。他の部品については、第３図に関 する説明を参照されたい。 第１０図は過電流低減構造５の他の実施態様を示す。第３図に図示のような半 導体スイッチ手段を使用する代わりに、第１０図による実施態様は電極２３間の ギャップ１４の中に存在する媒体を制御部材９ａによって導電性を与える段階を 含むように構成されている。この制御部材９ａは、ギャップ２４中の媒体または その一部を導通状態に成しまたは少なくとも導通状態を開始させるため部材２５ の動作を制御するように構成されている。この実施例において前記部材２５は、 ギャップ２４中の媒体のイオン化またはプラズマ化を生じまたは少なくとも助長 する事によってこの媒体に導電性を与えるように構成されている。好ましくは、 部材２５が少なくとも１つのレーザを含み、このレーザがギャップ１４中の媒体 に対するエネルギー供給によってイオン化を生じる。第１０図から明かなように 、レーザビーム束の必要な偏光のためにミラー２６を使用する事ができる。この 点について、第１０図のこの実施態様の構成においては、電極ギャップ全体の中 に手段２５が単独でイオン化／プラズマ化を生じるのではない事を指摘しよう。 すなわち、ギャップに加えられた電界がイオン／プラズマ形成に役立つのであっ て、ギャップ中の媒体の一部のみが部材２５によってイオン化され、その後、ギ ャップ中の電界がギャップ全体の中にプラズマを形成させるという事である。こ の関連において、電極ギャップの中には、種々のガスまたはガス混合物から成る 媒体のみならず真空も存在する事を指摘しなければならない。真空の場合、レー ザによるイオン化開始が少なくとも一方の電極において生じ、従ってこれが電極 ギャップ中のイオン化環境／プラズマ環境の設立のための電子またはイオン伝動 体として作用する。 第１１図に図示の実施態様は、発電機１ｂが変圧器１ａを介して電流ネットワ ーク３ａに接続されている意味において通常の実施態様である。従って保護され る対象物は変圧器１ａと発電機１ｂである。過電流低減構造５ａ、電流制限器６ ｇおよび通常の回路遮断器４ａは図示のように、第１図の場合と同様に配置され る。従ってこの点については、第１図に関する説明を参照されたい。発電機１ｂ に対する過電流低減構造５ｃおよび電流制限器６ｉの保護機能についても同様で ある。従ってこの場合、発電機１ｂは第１図の対象物１と同等とみなされ、また 変圧器１ａは第１図の装置３と同等とみなされよう。従って過電流低減構造５ｃ および電流制限器６ｉは通常の回路遮断器４ｂと共に変圧器１ａから離れる方向 の急激な電流に対して発電機１ｂを保護する事ができよう。 第１１図の追加的アスペクトとして、追加的過電流低減構造５ｂが対応の電流 制限器６ｈと組合わされている。図示のように、変圧器１ａの両側に過電流低減 構造５ａと５ｂが配置されている。この場合、電流制限器６ｇと６ｈはそれぞれ 、過電流低減構造５ａおよび５ｂと反応器１ａとの接続部分の中に配置されてい る事を指摘しよう。追加的過電流低減構造５ｂは、発電機１ｂから変圧器１ａへ の電流から、変圧器１ａを保護するためのものである。図から明かなように、回 路遮断器４ｂは、対象物１ａと１ｂとの間のどの方向において保護機能が望まし いかと関係なく、電流を遮断する事ができる。 第１２図と第１３図において、磁気回路または高電圧を有する回転電気装置が 任意の中間ステップアップ変圧器を使用する事なく、高圧電カネットワーク３に 直接に接続可能であるようにした意味で、第１１図の実施態様と相違する「非通 常型」実施態様を下記に説明する。 非通常型磁気回路を製造する事のできる重要な条件は導線とケーシングの両方 について固体絶縁された導線ケーブルを巻線として使用するにある。このような ケーブルは他の電力技術分野において標準ケーブルとして使用されている。前述 のように、このような標準型ケーブルの改良型実施態様が固定子巻線として使用 されている。本発明の説明のため、まず標準型ケーブルの簡単な説明を行う。内 側電流搬送導線は複数の非絶縁ストランドを含む。これらのストランドの回りに 、半導体内側ケーシングが配置される。この半導体内側ケーシングの回りに、固 体絶縁物質の絶縁層が配置される。このような固体絶縁物質の例は、架橋ポリエ チレン（ＸＬＰＥ）、あるいはエチレン−プロピレン（ＥＰ）ゴムである。この 絶縁層が外側半導体層によって包囲され、この外側層がさらに金属被覆およびマ ントルによって包囲される。このようなケーブルを下記において電力ケーブルと 呼ぶ。 他の改良型ケーブルの好ましい実施態様を第１２図に図示する。ケーブル５１ は付図において電流搬送導線５２を含み、この導線５２は交差された非絶縁スト ランドと絶縁ストランドとを含む。電気機械的に交差された固体絶縁ストランド も可能である。この導線の回りに、内側半導体層またはケーシング５３が存在し 、このケーシングが固体絶縁物質の層５４によって包囲されている。好ましい実 施態様において巻線として使用されるケーブルは金属被覆および外側シースを有 しない。外側半導体層中の誘導電流とこれに伴なう損失を避けるため、外側半導 体層は好ましくはコイル端において、すなわちシート・スタックから末端巻線へ の移行部分において切断される。切断された各部分がアースに接続され、このよ うにして外側半導体層５５はケーブルの全長にわたってアース電位に保持される 。これは、これはコイル端の固体絶縁巻線の回りにおいて、接触可能面および一 定の使用期間後に汚れた表面がアースに対して無視可能の電位を有するにすぎず 、また従って無視可能の電場を有する事を意味する。 回転電気機器を最適化するため、磁気回路のそれぞれスロットおよび歯部の設 計が決定的重要性を有する。前述のように、スロットはコイル辺のケーシングに 対してできるだけ近接して接続されなければならない。また各放射方向レベルに おける歯部はできるだけ幅広い事が望ましい。これは電気機器の損失、磁化要件 などを最小限にするために重要である。 例えば前述のケーブルのような巻線導線に関しては、積層磁気鉄心を二、三の 観点から最適化する十分な可能性がある。下記において、回転電気機器の固定子 の磁気回路について述べる。第１３図は本発明による電気機器の扇形心線／極ピ ッチ５６の軸方向断面図を示す。回転子極を備えた回転子が５７で示されている 。通常のように、固定子は扇形シートから成る導電性シートの積層鉄心で構成さ れる。鉄心の放射方向外側末端の後部５８から、複数の歯部５９が放射方向内側 に回転子に向かって延在する。歯部の間に対応数のスロット６０が配置されてい る。 本発明によるケーブル５１を使用すれば、特に高圧電気機器のスロットの深さを 先行技術において可能な以上に深くする事ができる。回転子に向かって各巻線層 のケーブル絶縁の必要性が低下するのであるから、スロットは回転子に向かって その断面積が減少する。付図から明らかなように、スロットは実質的に各巻線層 の回りの円形軸線から成り、各層の間に狭いウエスト部分６３を備える。言い換 えれば、これらのスロットと断面は「サイクル・チェーン・スロット」と呼ぶ事 ができる。このような高電圧機械においては比較的多数の層が必要とされ、また 絶縁と外側半導体に関連して実際のケーブルサイズの可能性が制限されるので、 実際上それぞれケーブル絶縁と固定子スロットの望ましい連続的減少を達成する 事は困難である。第１３図に図示の実施態様において、ケーブル絶縁体の相異な る３サイズを有するケーブルが使用され、それぞれ対応のサイズを有する３セク ション６４、６５、６６の中に配置されている。すなわち実際上変形サイクル・ チェーン・スロットが得られる。またこの図は、固定子の歯部がスロットの深さ 全体にそって実際的に一定の放射方向幅を有するように成形できる事を示してい る。 他の実施態様において、巻線として使用されるケーブルは前述のような通常の 電力ケーブルとする事ができる。次に金属シールドおよびケーブルの被覆を剥が す事によって、外側半導体シールドの研摩を実施する。 本発明の主旨の範囲内において、使用されるケーブルサイズに対応して、また その絶縁、外側半導体層などに関連して、いわゆるサイクル・チェーン・スロッ トのその他多数の実施態様が存在する。 前述のように、回転電気器機の固定子および／または回転子の中に磁気回路を 配置する事ができる。しかし磁気回路の設計は、この磁気回路が固定子の中に配 置されるか回転子の中に配置されるかとは関係なく、おおむね前記の説明に対応 する。 巻線に関しては、多層型同心ケーブル巻線と記載される巻線を使用する事は好 ましい。このような巻線は、すべてのコイルを放射方向に相互の外側に配置され た同一グループの中に配置する事によって、コイル端の交差の数を最小限にした ものを意味する。またこのようにして固定子巻線の製造と各スロットの中への巻 線を挿入するための簡単な方法が得られる。 本発明は前記の説明のみに限定されるようにものなく、その主旨の範囲内にお いて任意に変更実施できる。例えば前記のスイッチ手段１０として機械的スイッ チを使用できる事を注意すべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｈ 9/04 Ｈ０２Ｈ 9/04 Ａ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＫ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ (72)発明者 ヤン、イスベルイ スエーデン国ベステロウス、カルルスガタ ン、27 (72)発明者 マーツ、レイヨン スエーデン国ベステロウス、ヒブラルガタ ン、５ (72)発明者 リー、ミン スエーデン国ベステロウス、ヘグビー、ス コグスベーグ、１ (72)発明者 アンデルス、スネソン スエーデン国オカルプ、フビランス、ア レ、６ (72)発明者 ダン、ウィンドマール スエーデン国ビティンゲ、スメドストルペ ット、18

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 電力設備の電力ネットワーク（３）に接続された対象物（１）または電 力設備の中に含まれるその他の機器を故障に関連する過電流から保護するために 電力設備の中に備えられる装置であって前記対象物とネットワーク／機器との間 のライン（２）中に配置された開閉装置（４）を含む装置において、対象物と開 閉装置との間のライン（２）が過電流低減構造（５）に対して接続され、この過 電流低減構造は開閉装置の遮断時間より実質的に短い時間中に過電力状態検出構 造（１１−１３）の支援によって過電流低減のために作動し、またライン（２） に対する過電流低減構造（５）の接続点と対象物（１）との間に電力リミッタ（ ６）が配置される事を特徴とする過電流から電力設備の機器を保護する装置。 ２． 前記の開閉装置（４）が回路遮断器によって形成される事を特徴とする 請求項１に記載の装置。 ３． 前記の過電流低減構造（５）は過電流をアース（８）またはネットワー ク／機器より低い電位を有するその他のユニットに分流するための過電流過電流 転流器（７）を含む事を特徴とする請求項１または２に記載の装置。 ４． 過電流過電流転流器（７）は、アースまたは前記低電位と、対象物（１ ）とネットワーク／機器（３）との間のラインとの間に接続されたスイッチ手段 （１０）を含む事を特徴とする請求項３に記載の装置。 ５． 前記スイッチ（１０）は少なくとも１つの半導体素子を含む事を特徴と する請求項４に記載の装置。 ６． スイッチ（１０ａ）が電極ギャップ（２４）と、この電極ギャップまた は少なくともその一部に導電性を与えまたは少なくとも導電性を開始するための 手段（２５）とを含む事を特徴とする請求項４に記載の装置。 ７． 前記電極ギャップに導電性を与えまたは少なくとも導電性を開始する手 段（２５）は、前記ギャップまたはその一部にプラズマの形をとらせるように構 成される事を特徴とする請求項６に記載の装置。 ８． 前記電極ギャップに導電性を与えまたは少なくとも導電性を開始する手 段（２５）は少なくとも１つのレーザを含む事を特徴とする請求項７に記載の装 置。 ９． 前記電力リミッタ（６）は少なくとも１つのインダクタンスおよび／ま たは抵抗またはその他のインピーダンスを含む事を特徴とする請求項１乃至８に 記載の装置。 １０． 前記電力リミッタ（６ａ、６ｂ）はインダクタンス（２８、３２）と コンデンサ（２９、３３）とを含み、これらのインダクタンスとコンデンサが一 緒に、共振に際して高インピーダンスを発生する共振回路を形成する事を特徴と する請求項１乃至９のいずれかに記載の装置。 １１． 前記インダクタンス（２８）とコンデンサ（２９）が相互に並列に接 続されている事を特徴とする請求項１０に記載の装置。 １２． ラインの中に備えられたインダクタンス（２８）の前後にスイッチ （３０）とコンデンサ（２９）が並列に接続されている事を特徴とする請求項１ １に記載の装置。 １３． インダクタンス（３２）とコンデンサ（３３）が相互に直列に接続さ れている事を特徴とする請求項１１に記載の装置。 １４． 前記コンデンサ（３３）を短絡する構造（３４）が前記コンデンサ（ ３３）の前後に並列に接続されている事を特徴とする請求項１３に記載の装置。 １５． 前記コンデンサ（３３）を短絡する構造がスイッチ（３４）から成る 事を特徴とする請求項１４に記載の装置。 １６． 前記コンデンサを短絡する構造が火花ギャップから成る事を特徴とす る請求項１４に記載の装置。 １７． 電流制限器（６ｃ）がライン（２）中に配置されたスイッチ（３６） と、前記スイッチに対して並列にまた相互に並列に接続されたコンデンサ（３７ ）および抵抗（３８）とを含む事を特徴とする請求項９に記載の装置。 １８． 電流制限器（６ｄ）がライン（２）中に配置されたスイッチ（４１） と、少なくとも１つの抵抗性アーク・チャンバを含む転流構造（４２）とを含む 事を特徴とする請求項９に記載の装置。 １９． 電流制限器（６ｅ）がライン（２）中に配置されたスイッチ（４４） と前記スイッチの前後に並列に接続された電流制限インピーダンス（４５）とを 含み、前記インピーダンスの前後に電流制限素子（４６）が並列に接続されてい る事を特徴とする請求項９に記載の装置。 ２０． 電流制限器（６ｆ）がライン中に接続されたコイル（４８）を含み、 前記コイルは鉄心（４９）を有する反応器の中に含まれ、前記鉄心とコイルとの 間に超電導スクリーン（５０）が備えられ、前記超電導スクリーンは正常運転に 際して前記鉄心を前記コイルから遮蔽し、従ってインダクタンスが比較的低いが 、電流が所定水準を超えると、超電導が中断し、インダクタンスが劇的に増大す る事を特徴とする請求項９に記載の装置。 ２１． 前記電流制限器は、過電流状態が検出された時に電流制限のために生 かされるように構成されている事を特徴とする請求項１乃至２０のいずれかに記 載の装置。 ２２． 過電流状態の検出構造からの情報に基づいて電流制限器を生かすよう に構成された制御ユニット１４を含む事を特徴とする請求項２１に記載の装置。 ２３． 前記制御ユニット（１４）が請求項１２、１５、１８または１９にお いて定義されたスイッチの動作によって電流制限器を生かすように構成されてい る事を特徴とする請求項２２に記載の装置。 ２４． 対象物（１）に向かうまたは対象物から離れる過電流の過電流低減構 造（５）による低減後に、しかし開閉装置（４）よりも早期に、電流制限器（６ ）が電流制限のために生かされるように構成されている事を特徴とする請求項１ 乃 至２３のいずれかに記載の装置。 ２５． 対象物（１）に向かうまたは対象物から離れる過電流が検出構造によ り特定水準以下にある事が表示された時、制御ユニット（１４）が電流制限器を 生かすように構成されている事を特徴とする請求項２２乃至２４のいずれかに記 載の装置。 ２６． 対象物を両側から保護するために対象物の両側に２つの過電流低減構 造が配置されている事を特徴とする請求項１乃至２５のいずれかに記載の装置。 ２７． 過電流低減構造（５）と過電流状態検出構造（１１乃至１３）とに接 続された制御ユニット（１４）を含み、前記制御ユニットは、保護上の理由から 正当化される場合には、前記過電流状態検出構造からの情報の支援によって前記 過電流低減構造を閉鎖するように制御する事を特徴とする請求項１に記載の装置 。 ２８． 同一の制御ユニットが前記過電流状態検出構造（１１乃至１３）から の情報に基づいて、過電流低減構造（５）と電流制限器（６）とを制御する事を 特徴とする請求項２２、２３、２５または２７のいずれかに記載の装置。 ２９． 被保護対象物（１）が電磁回路を備えた回転電機によって形成される 事を特徴とする請求項１乃至２８のいずれかに記載の装置。 ３０． 前記回転電機が発電機、モータまたは同期補償器によって形成される 事を特徴とする請求項２９に記載の装置。 ３１． 発電機が水力発電機またはターボ発電機である事を特徴とする請求項 ３０に記載の装置。 ３２． 前記回転電機の磁気回路が高電圧用に設計されている事を特徴とする 請求項２９乃至３１のいずれかに記載の装置。 ３３． 磁気回路は、少なくとも１つの電流搬送導線（５２）を有する巻線（ ５１）を含み、、前記導線の回りに固体絶縁物質の絶縁層（５４）が配置され、 半導体物質の外側層（５５）が前記絶縁層の回りに配置され、また半導体物質の 内側層（５３）が前記絶縁層（５４）の内側に配置され、また前記少なくとも１ つの導線が前記内側層（５３）の内側に配置されている事を特徴とする請求項２ ９乃至３２のいずれかに記載の装置。 ３４． 前記内側層および外側層（５３、５５）の少なくとも１つが前記絶縁 物質と実質的に同等の熱膨張係数を有する事を特徴とする請求項３３に記載の装 置。 ３５． 前記内側層（５３）が少なくとも１つの導線（５２）と電気的に接触 する事を特徴とする請求項３３または３４に記載の装置。 ３６． 前記外側層（５５）が本質的に等電位面を成す事を特徴とする請求項 ３３乃至３６のいずれかに記載の装置。 ３７． 回転電機の磁気回路がケーブル（５１）によって形成された巻線を含 む事を特徴とする請求項２９乃至３６のいずれかに記載の装置。 ３８． 回転電機が好ましくは３６ｋＶまたはこれ以上の高電圧用に設計され た電力ネットワーク（３）に直接に接続される事を特徴とする請求項２９乃至３ ７のいずれかに記載の装置。 ３９． 磁気回路が巻線用のスロット（６０）を有する１つまたは複数の鉄心 （５６）を含む事を特徴とする請求項２９乃至３８のいずれかに記載の装置。 ４０． 巻線が金属シールドおよびマントルを含む事を特徴とする請求項３３ に記載の装置。 ４１． 磁気回路が回転電機の固定子および／または回転子の中に配置されて いる事を特徴とする請求項２９乃至４０のいずれかに記載の装置。 ４２． 外側半導体層（５５）がアース電位に接続されている事を特徴とする 請求項３３乃至３６のいずれかに記載の装置。 ４３． 外側半導体層（５５）が複数の部分に切断され、これらの各部分がア ース電位に接続されている事を特徴とする請求項３３乃至４２のいずれかに記載 の装置。 ４４． 外側半導体層（５５）のアース電位への接続と関連して、スロット（ ６０）の中およびコイル端区域中の半導体層外部の電界がゼロに近くなる事を特 徴とする請求項３３または４３のいずれかに記載の装置。 ４５． ケーブルが数本の導線から成る場合、これらの導線が交差させられる 事を特徴とする請求項３３乃至４４のいずれかに記載の装置。 ４６． 単数または複数の電流搬送導線（５２）が複数層状に撚られた非絶縁 ワイヤおよび絶縁ワイヤを含む事を特徴とする請求項３３乃至４５のいずれかに 記載の装置。 ４７． 単数または複数の電流搬送導線（５２）が複数層状に交差された非絶 縁ワイヤおよび絶縁ワイヤを含む事を特徴とする請求項３３乃至４６のいずれか に記載の装置。 ４８． スロット（６０）が複数の円筒形開口（６２）によって形成され、こ れらの円筒形開口がその間の狭いウエスト部分（６３）によって分離されている 事を特徴とする請求項３９に記載の装置。 ４９． スロット（６０）の断面積が鉄心の背部（５８）から連続的に減少す るように設計されている事を特徴とする請求項４８に記載の装置。 ５０． スロット（６０）の断面積が積層鉄心の背部（５８）から不連続的に 減少するように設計されている事を特徴とする請求項４８に記載の装置。 ５１． 磁気回路を有する回転電機を故障に関連する過電流に対して保護する ための請求項１乃至５０のいずれかに記載の装置の使用。 ５２． 電力設備において電力ネットワーク（３）に接続された対象物（１） または電力設備の中に含まれるその他の機器を故障に関連する過電流から保護す るための方法において、開閉装置（４）が前記対象物とネットワーク／機器との 間のラインの中に配置され、 前記方法は、 前記対象物（１）と前記開閉装置（４）との間においてラインに接続された過 電流低減構造（５）が、検出構造（１１乃至１３）によって過電流状態の検出さ れた時に、前記開閉装置（４）の遮断時間より実質的に短い時間内に過電流低減 のために生かされる事を特徴とする方法。 ５３． 過電流が過電流低減構造（５）によってアース（８）またはネットワ ーク／機器より低電位のその他のユニットに分流される事を特徴とする請求項５ ２に記載の方法。 ５４． 対象物（１）に向かう方向または対象物から離れる方向の過電流が過 電流低減構造（５）によって低減された後に、開閉装置と対象物（１）との間に また過電流低減構造（５）と対象物（１）との間に配置された電流制限器（６） が遮断のために作動される事を特徴とする請求項５２または５３に記載の方法。 ５５． 磁気回路を有する回転電機の形の対象物、特に発電機、モータまたは 同期補償器の保護のために過電流低減構造が使用される事を特徴とする請求項５ ２乃至５４のいずれかに記載の方法。