JP2001505759A - 対象を過電流から保護するための、過電流低減を有する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、電力設備において、対象（１）を、ネットワーク（３）又は高圧電力設備に含まれる別の機器からの過電流から保護するための装置及び方法に関する。本発明の装置は、対象とネットワーク／機器との間のラインに設けられたスイッチング装置（４）を含む。対象とネットワーク／機器との間のライン（２）は、対象（１）に向かう過電流を減少するための装置（５）に接続されている。この装置（５）は、過電流状態を検出する装置（１１、１２、１３）の補助により、過電流を、スイッチング装置（４）の遮断時間よりもかなり短い期間内に減少するために作動できる。

Description

【発明の詳細な説明】 対象を過電流から保護するための、過電流低減を有する装置及び方法 技術分野 本発明は、電力ネットワーク又は電力設備内の別の機器に接続された対象(obj ect)を障害と関連した過電流から保護するための、電力設備（プラント）の装置 に関する。この装置は、対象とネットワーク／機器との間のラインにスイッチン グ装置を備えている。本発明は、更に、対象を過電流から保護するための方法を 含む。 背景技術 問題の電気対象は、好ましくは、障害と関連した過電流、即ち、実際には短絡 電流に対して保護する必要がある磁気回路を持つ装置により形成される。一例と して、対象は、変圧器(transformer)又は反応器(reactor)であってもよい。本発 明は、中電圧または高電圧との接続において適用することを意図している。ＩＥ Ｃ規範(norm)によれば、中電圧は、１ｋＶ〜７２．５ｋＶの電圧に関するのに対 し、高電圧は、７２．５ｋＶより大きい電圧に関する。かくして、送電レベル、 サブ送電レベル、及び配電レベルが含まれる。 人々が頼りにしている、この性質を持つ従来技術の電力設備では、問題の対象 を保護するため、従来の遮断器（スイッチング装置）は、遮断時にガルバーニ分 離(galvanic separation)を行う設計を備えている。この回路遮断器は、非常に 高い電流及び電圧を遮断できるように設計されていなければならず、大きな慣性 を持つ比較的かさばる設計を持ち、そのため、遮断時間が比較的長い。主に対象 になる過電流は、被保護対象との接続時に発生する短絡電流、例えば、被保護対 象の電流絶縁システムの障害の結果として生じる短絡電流であると指摘される。 このような障害は、外部ネットワーク／機器の障害電流(fault current)（短絡 電流）が、対象に発生したアーク(arc)を通って流れる傾向があるということを 意味する。これは、非常に大きな絶縁破壊をもたらす場合がある。スウェーデン の電力ネットワークについて、ディメンジョニング(dimensioning)短絡電流／障 害電流は６３ｋＡであると言うことができる。実際には、短絡電流の量は、４０ ｋＡ〜５０ｋＡ程度である。 絶縁遮断器の一つの問題点は、その遮断時間が長いということである。完全に 遮断を行うためのディメンジョニング遮断時間（ＩＥＣ規範）は、１５０ｍｓで ある。この遮断時間を実際の場合に応じて５９ｍｓ〜１３０ｍｓ以下に短くする には困難が伴う。その結果、被保護対象に障害がある場合、回路遮断器に遮断を 行わせるのに必要な全期間に亘り、この対象を通って非常に高い電流が流れる。 この期間中、外部電力ネットワークの全障害電流により、被保護対象にかなりの 負荷が加わる。被保護対象が損傷しないようにするため及び被保護対象に関して 完全な遮断を行うため、従来技術によれば、遮断器の遮断時間中、対象が大きな 損傷を被ることなく、対象に短絡電流／障害電流が流れるように対象を形成した 。被保護対象の短絡電流（障害電流）は、対象それ自体が発生した障害電流及び ネットワーク／機器から放出された追加電流からなると指摘される。対象それ自 体が発生した障害電流は、回路遮断器の機能による影響を受けず、ネットワーク ／機器からの障害電流は回路遮断器の作動に左右される。被保護対象を、かなり 長い期間に亘って高い短絡電流／障害電流に耐えることができるように形成する 必要があるため、設計上更に高価になり且つ性能が低下するという大きな欠点が もたらされる。 現在の変圧器及び反応器は、保護に関し、上述した従来の回路遮断器の機能の 他に、高いインダクタンスによるそれ自体の固有の過渡的電流制限性能に依存し ている。本発明は、このような従来の変圧器及び反応器に適用できるけれども、 以下に更に詳細に説明する本発明の新たな変圧器及び反応器に特に有利に適用で きる。これらの新たな変圧器及び反応器は、その設計により、インダクタンス／ インピーダンスが従来の変圧器及び反応器よりも低く、従って、過電流に対する それ自体の保護並びに変圧器／反応器の前後夫々に配置された電気ユニットに対 する保護を行う誘導電流制限ユニットを同様の高い程度に形成できない。このよ うな非従来型の変圧器及び反応器では、保護装置が迅速に作動して障害による損 傷効果を制限することが特に重要であるということは勿論のことである。 理解を簡単にするため、従来の電力変圧器を以下に説明する。ここに述べるこ とは全て要旨であり、反応器に関しても適用できる。反応器は、単相反応器及び 三相反応器として設計できる。絶縁及び冷却に関し、変圧器の実施例と原理的に 同様の実施例が提供される。かくして、空気絶縁型、オイル絶縁型、自己冷却式 加圧オイル冷却式等の反応器が利用できる。 反応器は一つの巻線（相毎に）を持ち且つ鉄製コア付きで又はなしの両方で設 計できるけれども、以下の説明は、大部分において、反応器とも関連している。 従来の電力変圧器は、変圧器コア（下文においてコアと呼ぶ）を有し、このコ アは、通常はシリコーン鉄(silicone iron)でできた、多くの場合に延伸積層シ ートでできている。コアは、一つ以上のコア・ウインドウを形成するヨークによ り接続された多数のコア・リムを有する。このようなコアを持つ変圧器は、多く の場合、コア変圧器と呼ばれている。コア・リムの周りには多数の巻線が設けら れている。これらの巻線は、通常は、一次巻線、二次巻線、及び制御巻線と呼ば れる。電力変圧器に関し、これらの巻線は、実際には、常に同心に配置されてお り、コア・リムの長さに沿って分配されている。コア変圧器は、コイルをできる だけ密に巻くため、通常は、円形コイル並びにテーパしたコイルリム形材を有す る。 更に、場合によっては、他の種類のコア設計、例えば、いわゆるシェル型変圧 器に含まれるコア設計が用いられる。これらの変圧器は、概して、矩形のコイル 及び矩形のリム形材を有する。 従来の電力変圧器は、問題の電力範囲の下側領域で、特に１VA〜１０００MVA の範囲で、場合によっては、回避不能の固有の損失を空気冷却によりなくすよう に設計されている。接触に対して保護するため、及びおそらくは変圧器の外部磁 界を減少するため、多くの場合、通気開口部を備えた外ケーシングが設けられて いる。 しかしながら、従来の電力変圧器の多くは、オイル冷却式である。その理由の 一つは、オイルが、絶縁媒体としての付加的な非常に重要な機能を備えているた めである。従って、オイル冷却式でオイル絶縁式の従来の電力変圧器は、外部タ ンクによって取り囲まれていなければならない。このタンクには、以下の説明か ら明らかなように、非常に高い要求がなされる。 従来のオイル絶縁式電力変圧器は、オイルの水冷装置を備えて製造される場合 もある。 本説明の以下の部分は、大部分が、従来のオイル充填型電力変圧器に関する。 上述の巻線は、直列に接続された多数の巻回部を形成する直列に接続された一 つ又はそれ以上のコイルから形成されている。更に、これらのコイルには、コイ ルの端子間で切り換えを行うことがができる特殊装置が設けられている。このよ うな装置は、ねじ継手を用いて、又は更に多くの場合ではタンクの近くで作動で きる特殊スイッチを用いて切り換えを行うように設計されているのがよい。電圧 が加わっている変圧器について切り換えを行うことができる場合には、切り換え 装置は、オンロードタップ切換器(on-load tap changer)と呼ばれ、これに対し 、それ以外の場合には、消勢タップ切換器(de-energized tap changer)と呼ばれ る。 オイル冷却式−オイル絶縁式電力変圧器に関し、上の電力範囲では、オンロー ドタップ切換器の遮断エレメントは、オイルで充填した特殊な容器内に配置され る。この容器は、変圧器のタンクに直接連結されている。遮断エレメントは、モ ータ駆動式回転シャフトによって純粋に機械的に作動され、接点が開いている場 合の切り換え中に迅速に移動し、接点を閉じようとする場合にはゆっくりと移動 するように構成されている。しかしながら、オンロードタップ切換器は、このよ うに、実際の変圧器タンク内に配置されている。作動中、電弧や火花が発生する 。これによって容器内のオイルが劣化する。電弧を少なくして、すすが発生しな いしないようにし、かつ、接点の摩耗を少なくするために、オンロードタップ切 換器は、通常は、変圧器の高電圧側に接続される。これは、遮断される必要のあ る電流及び接続される必要のある電流の夫々が、オンロードタップ切換器を高電 圧側に接続した場合の方が、オンロードタップ切換器を低電圧側に接続した場合 よりも小さいためである。従来のオイル充填式電力変圧器の障害の統計によれば 、障害を発生するのは、多くの場合、オンロードタップ切換器である。 オイル冷却式−オイル絶縁式電力変圧器の低電力範囲内では、オンロードタッ プ切換器やこれら変換器の遮断器は、タンク内に配置される。このことは、作動 中の電弧等によるオイルの劣化に伴う上述の問題点がオイルシステム全体に影響 を及ぼすということを意味する。 従来の電力変圧器と本発明が提供しようとする非従来型変圧器との間の大きな 相違は、絶縁についての状態に関する。この理由により、絶縁システムがそれ自 体従来の電力変圧器として形成されている理由を第１図を参照して更に詳細に説 明する。 加えられた又は誘導された電圧の観点から見ると、おおまかには、巻線に亘っ て一定の電圧が巻線の各巻回部に等しく分配されている、即ち、巻回部電圧は、 全ての巻回部について等しいと言うことができる。 しかしながら、電位の観点から見ると、状況は全く異なる。第６図による巻線 ２７の下端であると仮定する巻線の一端は、通常はアースに接続されている。し かしながら、このことは、各ターンの電位が、アース電位に最も近いターンにお ける略ゼロ・ボルトから、巻線の他端側のターンの電位で印加電圧に対応する電 位まで線形に上昇することを意味する。 巻線の他にコア２８を備えた第６図では、電界分布に関する等電位線２９の簡 略化された基本的な図が従来の巻線について示しており、同図は、巻線の下側部 分が接地電位であると仮定した例を示している。この電位分布は、絶縁システム の組成を決定する。これは、巻線の隣接した巻回部間及び各巻回部とアースとの 間の両方に十分な絶縁を与えるのに必要であるためである。かくして、添付図面 は、巻線の上部分に最高の絶縁負荷が加えられていることを示す。コアに対する 巻線の設計及び位置は、このようにして、コアウィンドウの電界分布によって実 質的に決定される。 通常は、個々のコイルの巻回部を互いに合わせて幾何学的にコヒーレントなユ ニットにし、他のコイルから物理的に離す。コイル間の距離は、コイル間に生ぜ しめることができる絶縁耐力によっても決まる。かくして、このことは、コイル 間では適当な絶縁距離もまた必要とされるということを意味する。以上によれば 、コイル内に局部的に発生する電位からの、電界内にある他の導電性対象に対す る十分な絶縁距離も必要とされる。 かくして、個々のコイルについて、物理的に隣接した導体エレメント間の内部 電圧差が比較的低いのに対し、他のコイルを含む他の金属製対象に関する外部電 圧差は比較的高いということが以上の説明から明らかである。電圧差は、磁気誘 導によって誘起された電圧、並びに変圧器の外部接続部分に接続された外部電気 システムが発生する静電容量によって分配された電圧によって決定される。外部 から進入する電圧の種類には、作動電圧の他に落雷電圧(lightening over-volta ges)及びスイッチングオーバー電圧(switching over-voltages)が含まれる。 コイルの電流リードでは、導体の周りの漏れ磁界(magnetic leakage field)に より追加の損失が生じる。これらの損失をできるだけ低く抑えるため、特に高電 力範囲にある電力変圧器について、導体は、通常は、多数の導体エレメントに分 割される。これらの導体エレメントは、多くの場合、ストランドと呼ばれる。こ れらのストランドは、作動中並列に接続されている。これらのストランドは、各 ストランドにおける誘導電圧ができるだけ同じになり、かつ、各ストランド対間 の誘導電圧の差が内部を循環する電流成分を損失の観点から妥当なレベルにまで 下げられるように、置き換えられなければならない。 従来の変圧器を設計するとき、一般的な目的は、いわゆる変圧器ウィンドウに よって制限された所与の面積内に、できるだけ大量の導電体を設けることである 。変圧器ウィンドウは、一般的には、できるだけ高いフィルファクター(fillfac tor)を持つと説明される。利用可能な空間には、導電体に加え、コイルと関連し た絶縁体も含まれる。絶縁体は、一部がコイル間の内部にあり且つ一部が磁気コ アを含む他の金属製構成要素に付着している。 一部がコイル／巻線内にあり、一部がコイル／巻線と他の金属製部品との間に ある絶縁システムは、通常は、個々の導体エレメントに最も近くに固体セルロー ス又はワニスを基材とした絶縁体として設計され、その外側には、ガス状の絶縁 体が設けられる。絶縁体及び恐らくは支持部品を含む巻線は、このようにして、 変圧器の活性電磁部品内及びその周りで生じた高い電界強度が加えられる大きな 容積を提供する。絶縁破壊の危険を最小にして且つ良好なディメンジョニングを 達成する絶縁耐力を予め決定できるようにするためには、絶縁体の性質の良好な 知識が必要とされる。絶縁性を変化させたり低下させたりすることがない周囲環 境を得ることもまた重要である。 従来の高圧電力変圧器について現在広く用いられている絶縁システムは、固体 絶縁体としてセルロース材料を含み、液状絶縁体として変圧器オイルを含む。変 圧器オイルは、いわゆる鉱質オイルを基材としたオイルである。 変圧器オイルには二つの機能がある。というのは、絶縁機能に加え、実際には 、変圧器の損失熱を除去することによってコア、巻線、等の冷却に寄与するため である。オイルの冷却には、オイルポンプ、外部冷却エレメント、及び膨張継手 、等を必要とする。 変圧器の外部接続部と直接的に接続されたコイル／巻線との間の電気的接続部 をブッシュと呼び、これは、タンクを通した導電性接続部を目的とする。これは 、オイル充填式電力変圧器の場合には、実際の変圧器を取り囲む。ブッシュは、 タンクに固定された別体の構成要素であり、タンクの外側及び内側の両方につい ての絶縁の必要条件に耐えると同時に、発生する電流負荷に耐えなければならず 、電流力(current forces)を発生するように設計されている。 更に、巻線に関して上述した絶縁システムについての必要条件と同じ必要条件 が、コイル間、ブッシュとコイルとの間の必要な内部接続部、様々な種類の切り 換えスイッチ、及びブッシュに適用されるということもまた指摘されなければな らない。 従来の電力変圧器の内部の全ての金属製構成要素は、通常は、電流搬送導体を 除き、所与の接地電位に接続されている。このようにして、高電位の電流リード と接地との間の容量電圧分布による、望ましからぬ制御困難な電位上昇の危険が 回避される。このような望ましからぬ電位の上昇は、部分的な放電、いわゆるコ ロナを引起す。コロナは、通常の納入試験(acceptance tests)中に現れ、これは 、定格データと比較して、電圧及び周波数を部分的に上昇する。コロナは、作動 中に損傷をもたらす。 変圧器の個々のコイルは、短絡プロセス中に発生する電流及びその結果として の電流力により発生する任意の応力に耐えることができるような機械的ディメン ジョニングを備えていなければならない。通常は、コイルは、発生した力を個々 のコイルの各々内に吸収するように設計されている。このことは、通常の作動中 、コイルの寸法をその通常の機能について最適にできないということを意味する 。 オイル充填式電力変圧器の狭い電圧範囲及び電力範囲内で、巻線はいわゆるシ ート巻線として設計されている。このことは、上述の個々の導体に代えて薄いシ ートを使用できるということを意味する。シートを巻いた電力変圧器は、最大２ ０ｋＶ〜３０ｋＶ電圧及び最大２０ＭＷ〜３０ＭＷの電力について製造される。 高電力範囲内の従来の電力変圧器の絶縁システムは、設計が比較的複雑である ことに加え、絶縁システムの性質を最良の方法で使用するために特別の製造方法 を必要とする。良好な絶縁を得るため、絶縁システムは、含水量が低くなければ ならず、絶縁体の固体部品は周囲のオイルで十分に含浸していなければならず、 「ガス」ポケットが固体部品に残る危険を最小にしなければならない。この条件 を確保するため、巻線を含むコア全体に、特殊な乾燥−含浸プロセスをタンク内 に下ろす前に実施する。この乾燥−含浸プロセスの後、変圧器をタンク内に下ろ し、次いでこのタンクをシールする。オイルで充填する前に、変圧器を含浸した タンクから全ての空気を抜かなければならない。これは、特殊な真空処理と関連 して行われる。これを実施したとき、オイルの充填が行われる。 従来のオイル充填式変圧器の予定寿命(promised service life)を得ることが できるようにするため、ほぼ完全な真空が得られるまでポンプで排出することが 真空処理と関連して必要とされる。かくして、変圧器を包囲するタンクを完全真 空用に設計するというこの前提要件は、材料及び製造に要する時間を大量に消費 する。 オイル充填式電力変圧器で放電が生じた場合又は変圧器の任意の部分の温度の 局部的な大幅な上昇が生じた場合、オイルが分解し、ガス状発生物がオイルに溶 解する。従って、変圧器は、通常は、オイルに溶解したガスを検出するための監 視装置を備えている。 重量のため、大型の電力変圧器はオイルなしで輸送される。そのため、顧客が 変圧器を現場接地するためには真空処理を新たに行う必要がある。更に、これは 、何等かの作用を行うため又は検査のためにタンクを開放する度毎に行わなけれ ばならない。 これらのプロセスには非常に長い時間と費用がかかり、製造及び修理のかなり の部分を占めると同時に大量の資源にアクセスする必要があるということは明ら かである。 従来の電力変圧器の絶縁体は、変圧器の総容積の大部分を占める。高電力範囲 の従来の電力変圧器については、数10立方メートルの量のオイルは珍しくない。 ディーゼルオイルと或る程度似た性質を持つオイルは低粘度の流体(thinlyfluid )であり、発火点が比較的低い。かくして、例えば内部での放電等の意図せぬ加 熱が生じ、その結果オイルが漏れた場合には、オイル並びにセルロースは、無視 できぬ火災源を構成するということは明らかである。 更に、特に従来のオイル充填式電力変圧器では、非常に大きな輸送上の問題点 があるということが明らかである。従来の高電力範囲のオイル充填式電力変圧器 の総オイル量は４０ｍ³〜５０ｍ³であり、最大３０ｔ〜４０ｔの重量を持つ。従 来の高電力範囲の電力変圧器については、タンクにオイルを入れないで行われる 場合が多い。変圧器の外部設計は、例えば橋の下やトンネルを通過するといった 現在の輸送経路に合わせなければならない。 オイル充填式電力変圧器に関する従来技術の限界及び問題点について説明でき ることの概要を以下に手短に説明する。 従来のオイル充填式電力変圧器は、変圧器を収容するようになった外部タンク を含み、変圧器は、コイルを含む変圧器コア、絶縁及び冷却用のオイル、様々な 種類の機械的支持装置、等を含む。タンクには、非常に大きな機械的要求が課せ られている。これは、オイルなしで変圧器に装着した状態で真空処理を施して実 際上完全真空にできなければならないためである。外部タンクに課せられた必要 を満たすには、非常に精密な製造プロセス及び試験プロセスが必要とされる。更 に、タンクは、変圧器の外部に設けられた手段が、同じ電力についてのいわゆる 「乾式」変圧器よりも遙かに大型になるということを意味する。更に、大型の外 部手段は、通常は、かなりの輸送上の問題をはらんでいる。 従来のオイル充填式電力変圧器は、通常は、いわゆる加圧オイル冷却式である 。この冷却方法は、オイルポンプ、外部冷却エレメント、膨張容器、及び膨張継 手等へのアクセスを必要とする。 従来のオイル充填式電力変圧器は、変圧器の外部接続部と、タンクに固定され たブッシュの形態の隣接して接続されたコイル／巻線との間に電気的接続部を備 えている。ブッシュは、タンクの外側及び内側の両方に関する任意の絶縁の必要 に耐えるように設計されている。 従来のオイル充填式電力変圧器は、導体が多数の導体エレメントに分割された コイル／巻線と、ストランドとを有し、各ストランドに誘起される電圧ができる だけ同一になるように、かつ、各ストランド対間の誘起電圧の差ができるだけ小 さくなるようにする。 従来のオイル充填式電力変圧器は、一部がコイル／巻線内にあり且つ一部がコ イル／巻線と他の金属製部品との間にある絶縁システムを有する。このシステム は、固体セルロース又はワニスを基材とした、個々の導体エレメントに最も近い 絶縁体として設計されている。このシステムの外側には、固体セルロース及び液 状の、場合によってはガス状の絶縁体が設けられている。更に、絶縁システムの 含水量が非常に低いことが極めて重要である。 従来のオイル充填式電力変圧器は、オンロードタップ切換器を一体の部品とし て含む。この切換器はオイルによって取り囲まれており、通常の電圧制御を行う ため、変圧器の高電圧巻線に接続されている。 従来のオイル充填式電力変圧器には、内部の部分放電、いわゆるコロナ、オン ロードタップ切換器の火花、及び他の障害状態と関連した無視できぬ火災の危険 がある。 従来のオイル充填式電力変圧器は、通常は、オイルに溶解したガスを監視する ための監視装置を含む。オイルへのガスの溶解は、オイル内で放電が生じた場合 及び温度が局部的に上昇した場合に発生する。 従来のオイル充填式電力変圧器は、事故によって損傷が生じた場合にオイル漏 れが起こり、環境の重大な汚染を引き起こす。 本発明の第１の目的は、対象を良好に保護する装置および方法を提供すること にある。すなわち、比較的長期間にわたって短絡電流や障害電流の最大値に耐え られるように対象自体を設計する必要がない装置および方法を提供することにあ る。 本発明の第２の目的は、変圧器及び反応器の形態の電気対象に対して適切な保 護が得られるように保護装置及び方法を設計することである。対象の設計は、非 従来型の設計原理に基づいており、このことは、この設計が、障害と関連した内 部並びに外部の過電流に対する抵抗が、今日の従来型変圧器及び反応器と同じ設 計でないということを意味する。しかしながら、本発明は、従来型変圧器及び反 応器に関しても適用できるようになっているということは勿論のことである。 発明の開示 本発明によれば、上述の目的は、対象とスイッチング装置との間のラインに過 電流低減装置が接続されており、この過電流低減装置は、過電流状態検出装置の 補助により、過電流をスイッチング装置の遮断時間よりもかなり短い期間内に減 少するように作動できる装置によって達成される。 かくして、本発明は、遮断の目的で、最終的にガルバーニ分離を行うスイッチ ング装置だけに依存するのでなく、その代わりに、迅速に作動する過電流低減装 置を使用するという原理に基づいている。過電流低減装置は、過電流を実際に遮 断するのでないにも拘わらず、被保護対象にかなり減少させた応力が加わり、従 って、損傷量が小さいような程度にまで、過電流を減少する。従って、過電流／ 障害電流を減少させるということは、スイッチング装置がガルバーニ分離を行っ たとき、被保護対象に注入する総エネルギが、過電流低減装置が設けられていな い場合と比較して遙かに小さいということを意味する。 従って、本発明の好ましい実施例によれば、過電流低減装置は、アース、又は ネットワーク／機器よりも低電位の別のユニットに過電流を分流するための過電 流分流加減器を含むように設計されている。 本発明の特に好ましい実施例によれば、過電流低減装置によって既に減少され た電流が、被保護対象に流入する期間を減少するための方策が講じられる。この 目的のため、本装置は、回路遮断器と対象との間のラインに別の回路遮断器が配 置されている。この別の回路遮断器は、スイッチング装置よりも低い電圧及び電 流で遮断を行うように設計されており、及び従って、遮断時間がスイッチング装 置よりも短いように設計されている。これは、移動に対する必要が小さく、回路 遮断器の可動接点の重量が小さいためである。前記別の回路遮断器は、被保護対 象に向かう又は被保護対象から遠ざかる過電流が過電流低減装置によって減少さ れるまでは遮断を行わないように構成されている。更に詳細には、別の回路遮断 器の可動接点に必要な移動は、電圧が比較的低いため、小さい。これに対し、接 点の重量は、低い電流が大きな接触面積を必要としないために低く抑えることが できる。 請求の範囲に更に詳細に定義されているように、本発明は、非従来技術、即ち ケーブル技術によって製造された変圧器及び反応器に適用できる。これらの装置 は特定の状態では、電気的障害に対して敏感になる。このような設計は、例えば 、今日、動力の分野でありきたりであると考えられているよりもインピーダンス を 低くできる。このことは、内部並びに外部の障害電流に対する抵抗が今日の従来 の装置と同じでないということを意味する。また、本装置が、今日の従来の装置 よりも高い電圧で作動を開始するように設計されている場合には、結果的に発生 する高い電界によって装置の電気絶縁システムに加わる歪みが大きくなることは 勿論である。このことは、本装置が更に効率的であり、更に経済的であり、機械 的に軽量であり、信頼性が高く、製造費が安価であり、従来の装置よりも全体に 経済的であり、問題の装置の絶縁破壊による結果をなくす又は少なくとも減少す るように適切な電気的保護を必要とする装置等の他の電磁装置への通常の接続な しで管理できるということを意味する。本発明による保護装置及びこのようにし て設計された装置、好ましくは変圧器又は反応器の組み合わせは、電力設備全体 の最適化を意味する。 本願で意図している非従来型変圧器は、上述した従来技術のオイル充填式電力 変圧器と関連した欠点、問題点、及び制限を持たない、定格動力が数１００ｋＶ Ａ〜最大１０００ＭＶＡ以上で、定格電圧が３ｋＶ〜非常に高い伝送電圧、例え ば４００ｋＶ〜８００ｋＶの電力変圧器である。 本発明は、変圧器／反応器の少なくとも一つの巻線を、内外の電位等化半導体 (potential-equalizing semiconductor)層によって取り囲まれた固体絶縁体を含 むように設計することによって、電力設備全体の電界を導体内に維持する可能性 が提供されるという理解に基づいている。内半導体層内には、少なくとも一つの 導電体が配置されている電気導体は、本発明によれば、適当には、固体絶縁体の 最内部分とその内側に配置された半導体層との間の境界層に有害な電位差を発生 しないように、導電性接点が内半導体層と接触するように構成されている。この ような電力変圧器は、従来のオイル充填式変圧器と比較して大きな利点を提供す る。冒頭に記載したように、本発明は、磁性体製のコイルを持つ又は持たない反 応器に適用される概念を提供する。 従来のオイル充填式電力変圧器／反応器と本発明による電力変圧器／反応器と の間の本質的な相違は、巻線が、かくして、外部及び内部の電位層によって包囲 されており、少なくとも一つの電気導体が内電位層の内部に配置された固体絶縁 体を含むということである。前記電位層は、半導体材料から形成されている。半 導体という概念の定義を以下に説明する。好ましい実施例によれば、巻線は、可 撓性ケーブルの形態で設計されている。 作動電圧が非常に高い高電圧ネットワークに接続された本発明による電力変圧 器／反応器で必要な高い電圧レベルでは、電気的負荷及び発生する熱による負荷 は、絶縁体に過酷な要求を求める。いわゆる部分放電、ｐｄは、一般的には、高 圧設備の絶縁体に対して重大な問題を生じることが知られている。絶縁層にキャ ビティ、小孔、等が形成されると、内部コロナ放電が高い電圧で発生し、これに よって絶縁体が徐々に劣化し、最終的には、絶縁体を通して電気的絶縁破壊が生 じる。これは、例えば電力変圧器の重大な絶縁破壊をもたらすことがわかってい る。 本発明は、とりわけ、半導体電位層が同様の熱的特性を提供し、これらの層が 固体絶縁体に堅固に連結されていることが極めて重要であるという認識に基づい ている。本願で考えている熱的特性は、熱膨張に関する。従って、内外の半導体 層及び中間絶縁体は良好に一体化されていなければならず、即ち様々な負荷で生 じる温度変化とは独立して境界層のほぼ全体に亘って互いに良好に接触していな ければならない。かくして、周囲半導体層を含む絶縁体は、温度勾配で、モノリ シック部品を構成し、絶縁体及びこれを取り囲む層が様々な温度で膨張すること により生じる欠陥が発生しない。材料に加わる電気的負荷は、絶縁体の周囲の半 導体層が等電位面を構成し、従って、絶縁体の電界が絶縁体に亘って均等に分配 されることにより減少する。 本発明によれば、上述した現象による絶縁体の破壊が起こらないようにしなけ ればならない。これは、半導体層絶縁システム及び中間絶縁層を使用することに よって行うことができる。中間絶縁層は、キャビティや小孔が形成される危険を 最小にするように、例えばＸＬＰＥ（架橋させたポリエチレン）及びＥＰ−ゴム （ＥＰ＝エチレン−プロピレン）等の適当なプラスチック材料製の押出し層で製 造される。かくして、絶縁体は、高い絶縁破壊強度を持つ低損失材料である。 高電圧伝送用ケーブルは、内外の半導体層を備えた押出し絶縁体を有する導体 を持つように設計されていることが知られている。電気エネルギを伝送する場合 、絶縁体に欠陥が発生しないようにすることが昔から目的とされてきた。しかし ながら、高電圧伝送用ケーブルでは、ケーブルの長さに沿った電位は変化しない が、電位は、原理的に同じレベルにあり、このことは、高い電気応力が絶縁体に 作用するということを意味する。伝送用ケーブルには、電位を等しくするための 一つの内半導体層及び一つの外半導体層が設けられている。 かくして、巻線には、本発明によれば、固体絶縁体及び周囲電位等化層が設け られており、これによって、電界が巻線内に保持された変圧器／反応器を得るこ とができる。小さな被絶縁部品、いわゆるストランドから導体を構成することに よって、追加の改善を得ることができる。これらのストランドを小さく且つ円形 に作ることによって、ストランドを横切る磁界が、界に関して一定の形状をとり 、渦電流の発生を最小にする。 本発明によれば、巻線は、かくして、好ましくは、多数のストランドからなる 少なくとも一つの導体及びこれらのストランドの周りの内半導体層を含むケーブ ルの形態で製造される。この内半導体層の外側には、固体の押出し絶縁体の形態 の、ケーブルの主絶縁体が設けられており、この絶縁体の周りには、外半導体層 が設けられている。ケーブルは、特定の接続部において、追加の外層及び内層を 有する。例えば、本明細書中で「内」及び「外」と呼ぶこれらの二つの層間の固 体絶縁体に別の等電位化半導体層を配置できる。このような場合には、この追加 の層は中間電位にある。 本発明によれば、外半導体層は、導体に沿った等電位化を行う電気的性質を示 す。しかしながら、半導体層は、層に電気が誘導され、前記電流により望ましか らぬ熱負荷を生じる導電的性質を示さない。しかしながら、層の導電的性質は、 外層が等電位面を形成できるのに十分でなければならない。内半導体層は、等電 位化を行うことができ、従って、内層の外側の電界に関する等化を行うことがで きるのに十分な導電性を示さなければならない。これに関し、層は、導体の表面 の凹凸を等しくし、層は、高い表面仕上げの等電位面を剛性絶縁体に対する境界 層に形成できるような性質を持っているのが重要である。内層には、様々な厚さ を持つように形成できるが、導体及び固体絶縁体に関して均等な表面を形成する ため、層の厚さが０．５ｍｍ〜１ｍｍでなければならない。しかしながら、内層 は、層が電圧の誘導に寄与する高い導電性を示してはならない。内外層について の抵抗は、１０^-6Ωｃｍ〜１００ｋΩｃｍの範囲内になければならず、適当には 、１０^-3Ωｃｍ〜１０００Ωｃｍの範囲内になければならず、好ましくは、１Ω ｃｍ〜５００Ωｃｍの範囲内になければならない。更に、内外層の各々は、ケー ブル１ｍ当りの５０μΩ〜５ＭΩの範囲の抵抗を示さなければならない。 かくして、変形例及び磁気回路の巻線としての全く新たな使用分野では、この ようなＸＬＰＥケーブル又はＥＰゴム絶縁体でできたケーブル、又は相当するケ ーブルを本発明に従って使用する。 このようなケーブルを構成する巻線は、電界分布のため、絶縁の観点から見て 、従来の変圧器／反応器巻線に加えられた条件とは全く異なる条件が課せられる 。上述のケーブルを使用することによって提供された利点を使用するため、発明 による変圧器／反応器の接地に関し、他の可能な実施例がある。これは、従来の オイル充填式電力変圧器に適用できる実施例とは異なる。これらの方法は、別の 特許出願の要旨である。 本発明による電力変圧器／反応器の巻線について、導体の少なくとも一つのス トランドが絶縁されておらず且つ内半導体層と良好に電気的に接触するように配 置されているということが重要であり且つ必要である。かくして、内層は常に導 体の電位にある。 残りのストランドに関し、全部又は幾分かが例えばワニス処理を施すことによ って絶縁されているのがよい。 上述したケーブルでできた変圧器巻線又は反応器巻線は、従来の電力変圧器／ 反応器と本発明による電力変圧器／反応器との間で、電界分布に関し、大幅に異 なっている。本発明に従ってケーブル状に形成した巻線の決定的に重要な利点は 、電界が巻線内に閉じ込められており、かくして外半導体層の外側に電界がない ということである。電流搬送導体が発生する電界は、本質的に、固体の主絶縁体 内だけに発生する。設計上の観点及び製造上の観点の両方から見て、これは、以 下に列挙する大きな利点をもたらす。 −変圧器の巻線は、電界分布を考慮せずに形成でき、背景技術で言及したストラ ンドの位置の変更が省略される。 −電界分布を考慮せずに変圧器のコア設計を行うことができる。 −巻線の電気絶縁用のオイルを必要とせず、即ち巻線を取り囲む媒体は空気であ る。 −変圧器の外接続部と隣接して接続されたコイル／巻線との間で電気的接続を行 うための特別の接続部を必要としない。これは、電気接続部が、従来の電力設備 とは異なり、巻線と一体化されているためである。 −本発明による電力変圧器に必要な製造技術及び試験技術が、従来の電力変圧器 ／反応器よりもかなり簡単である。これは、背景技術の説明で説明した含浸処理 、乾燥処理、及び真空処理が必要とされないためである。 更に、本発明の利点及び特徴、詳細には本発明による方法に関する利点及び特 徴は、以下の説明及び請求の範囲から明らかになる。 図面の簡単な説明 本発明の一実施例を添付図面を参照して以下に詳細に説明する。 第１図は、本発明による解決策の裏側にある基本的特徴を例示する概略図であ り、 第２ａ図〜第２ｄ図は、本発明による保護装置を備えている場合及び備えてい ない場合の障害電流の発生及びエネルギの発生を概略に比較的に示すダイヤグラ ムであり、 第３図は、本発明による装置の考え得る設計を示す概略図であり、 第４図は、過電流低減装置の可能な設計を示す概略図であり、 第５図は、発電機、変圧器、及びこれらに接続された電力ネットワークを含む 電力設備に適用された本発明による装置を示す概略図であり、 第６図は、従来の電力変圧器／反応器の巻線の周りの電界分布を示す図であり 、 第７図は、本発明による電力変圧器／反応器の巻線で使用されたケーブルの一 例を示す図であり、 第８図は、本発明による電力変圧器の一実施例を例示する図である。 発明を実施するための最良の形態 被保護対象１を含む電力設備を第１図に示す。以下に説明するように、この対 象は、例えば、変圧器又は反応器を含む。この対象は、ライン２を介して外部配 電ネットワーク３に接続されている。このようなネットワークの代わりに、参照 番号３を附したユニットは、電力設備に含まれる任意の他の機器によって形成さ れていてもよい。ここで言及する電力設備は、障害が対象１で発生し、ネットワ ーク／機器３から対象１に向かう障害電流が発生し、そのため障害電流が対象を 通って流れる場合に、ネットワーク／機器３からの障害電流に対する保護が与え られようとするのが主に対象１それ自体であるという性質を持つ電力設備である と考えられる。前記障害は、対象１内で形成された短絡からなる場合がある。短 絡は、二つ又はそれ以上の箇所間の意図せぬ伝導路である。短絡は、例えば、電 弧を含む。この短絡及びその結果発生する激しい電流即ちバイオレント電流(vio lent current)によりかなり大きな損傷がもたらされ、場合によっては、対象１ が全体として破壊される。 少なくとも或る種の被保護電気対象１については、問題の対象にとって有害な 短絡電流／障害電流を、被保護対象からネットワーク／機器３に向かって流すこ とができるということが既に指されている。本発明の範疇では、外部で発生し、 対象に向かって流れる障害電流ばかりでなく、対象内で逆方向に流れる内部障害 電流からも対象を保護するため、保護の目的で使用されるようになっている。こ れを以下に更に詳細に論じる。 以下では、説明を簡単にするため、参照番号３は、常に、外部電力ネットワー クからなるものとして言及する。しかしながら、障害が存在する場合に対象１を 通るバイオレント電流を発生する限り、このようなネットワークの代わりに任意 の他の機器が含まれるということに留意しなければならない。 従来の回路遮断器４がライン２内に対象１とネットワーク３との間に配置され ている。この回路遮断器は、ライン２に過電流が流れたことを示す環境を検出す るための少なくとも一つのセンサがそれ自体に設けられている。このような環境 は、電流／電圧であるが、障害が直ちに起こることを示す他の環境も含まれる。 例えば、センサは、電弧センサ又は短絡音を記録するセンサ、等であるのがよい 。過電流が所定レベル以上であることをセンサが示したとき、回路遮断器４を作 動し、対象１とネットワーク３との間の接続を断つ。しかしながら、回路遮断器 ４は、短絡電流／障害電流を完全に断たなければならない。かくして、回路遮断 器は、高度の要求を満たすように設計されていなければならない。このことは、 実際には、回路遮断器が比較的ゆっくりと作動するということを意味する。第２ ａ 図には、障害、例えば対象１の短絡が時間ｔ_faultに生じた場合、第１図で参照 番号２を附したライン中の障害電流が迅速にｉ1の値をとることが電流／時間ダ イヤグラムに示してある。この障害電流ｉ1を回路遮断器４によってｔ1で遮断す る。ｔ1は、ｔ_fault後、少なくとも１５０ｍｓ内にある。第２ｄ図は、ｉ²ｔの ダイヤグラムを示す。従って、被保護対象１で短絡により発生したエネルギのダ イヤグラムを示す。従って、短絡の結果として対象に注入されたエネルギは、第 ２ｄ図の外矩形の全体面積によって表される。 これに関し、第２ａ図、第２ｂ図、及び第２ｃ図の障害電流及び第２ｄ図の電 流は、極値の包絡線を表すと指摘される。簡略化を図る目的のため、ダイヤグラ ムには一方の極性だけが示してある。 回路遮断器４は、金属製の接点を分離することによってガルバーニ分離を行う ように設計された回路遮断器である。従って、回路遮断器４は、大抵の場合、電 弧を消失させるのに必要な補助機器を備えている。 本発明によれば、対象１とスイッチング装置４との間のライン２は、装置１に 向かう過電流を減少するための全体に参照番号５を附した装置に接続されている 。この装置は、過電流状態検出装置の助けにより、回路遮断器４の遮断時間より もかなり短い期間内で過電流を減少するように作動できる。従って、この装置５ は、ガルバーニ分離を行う必要が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１に向かって流れる電流を完全になくす必要なしに、電流 の減少を非常に迅速に行う条件を提供する。第２ｂ図は、第２ａ図による場合と は対照的に、時間ｔ_faultでの短絡電流発生時に本発明による過電流低減装置５ が作動し、過電流を時間ｔ2でレベルｉ2まで減少することを示す。従って、時間 間隔ｔ_fault−ｔ2は、過電流低減装置５の反応時間を示す。装置５が遮断を行う のでなく障害電流を減少させるだけであるため、装置５は、極めて迅速に再作動 できる。これを以下に更に詳細に論じる。一例として、受け入れることのできな い過電流状態が検出された後、レベルｉ1からレベルｉ2までの電流の減少を１ｍ ｓ又は数ｍｓ内で行おうとするものであると言うことができる。この場合、１ｍ ｓ以下の短い時間で、好ましくは、１μｓ以下で更に迅速に電流の減少を行うこ とを目的とする。 第１図から明らかなように、全体に参照番号６を附した別の回路遮断器がライ ン２内で回路遮断器４と対象１との間に配置されている。この別の回路遮断器は 、回路遮断器４よりも低い電圧及び電流を遮断するように設計されており、その 結果、回路遮断器よりも短い遮断時間で作動するように設計できる。別の回路遮 断器６は、ネットワーク３からの過電流が対象１に向かった後、過電流低減装置 ５によって減少されるまでは遮断を行わないが、回路遮断器４よりもかなり早期 に遮断を行うように構成されている。別の回路遮断器６は、この別の回路遮断器 を通って流れる電流が、過電流低減装置５によって減少された電流であり、この 電流は、従って、この別の回路遮断器によって遮断されるように、ライン２に接 続されていなければならないということが以上の説明から明らかである。 第２ｂ図は、別の回路遮断器６の作用を示す。この回路遮断器は、更に詳細に 述べると、時間ｔ3で遮断を行うように設計されている。このことにより、過電 流低減装置５によって減少された電流ｉ2の持続時間の範囲が実質的に定められ る、即ち、ｔ2−ｔ3に定められるということを意味する。この結果、ネットワー ク３の障害電流により被保護対象１に注入されたエネルギは、第２ｄ図で斜線を 附した表面積によって表される。エネルギ注入が大幅に減少されることが明らか である。これに関し、特定のモデルによれば、エネルギは電流の二乗に従って増 大するため、電流が半分に減少すると注入エネルギが四分の一に減少すると指摘 される。第２ｃ図には、障害電流が装置５を通って流れる態様が示してある。 装置５及び別の回路遮断器６は、装置５が、別の回路遮断器６によって遮断さ れるべき障害電流及び電圧を大幅に低いレベルまで減少するようにディメンジョ ニングされるものと考えられる。別の回路遮断器６についての実際の遮断時間は １ｍｓである。しかしながら、ディメンジョニングは、回路遮断器６を通る電流 を装置５が少なくともかなりの程度まで減少した後でなければ回路遮断器６が遮 断を行わないように行われなければならない。 装置を具体化する方法が第３図に更に詳細に示してある。この場合、本発明は 、直流電流（ＨＶＤＣ＝高圧直流を含む）接続部及び交流接続部に適用できると 指摘される。後者の場合には、参照番号２を附したラインは、多相交流システム の一つの相を形成するものと考えることができる。しかしながら、本発明による 装置は、障害が検出された場合に本発明による保護機能が全ての相に加えられる か或いは、障害電流が生じた相だけに電流減少が加えられるかのいずれかである ように実施できる。ということに留意しなければならない。 第３図から、全体に参照番号５を附した過電流低減装置は、過電流をアース８ 又はネットワーク３よりも低電位の別のユニットに分流するための分流加減器７ を含むことが明らかである。かくして、過電流分流加減器は、ライン２を流れる 電流の少なくとも大部分を分流し、保護されるべき対象１にこの電流が届かない ようにする目的で、アース又は他の低電位部８に対して短絡を迅速に形成する電 流分割器を形成するものと考えられる。対象１に重大な障害が生じた場合、例え ば、過電流分流加減器７が形成できる短絡と同じ大きさの短絡が生じた場合、概 括的に述べると、障害が過電流分流加減器７の近くで生じた場合、過電流分流加 減器７により、ネットワーク３から対象１へ流れる電流を半分に減少できる。従 って、第２ｂ図と比較すると、この図にｉ1の約半分の量であると示してある電 流レベルｉ2が最悪のケースであることがわかる。通常の状態では、過電流分流 加減器７の目的は、保護されるべき対象１での短絡障害と対応する導電性よりも 導電性が高い短絡を発生し、その結果、障害電流の主部を過電流分流加減器７を 介してアース又は他の低電位部に分流できなければならない。従って、このこと から、通常の障害の場合には、障害が発生している対象１内へのエネルギの注入 が、第２ｄ図に示すエネルギ注入よりもかなり小さくなるということが明らかで ある。これは、低い電流レベルｉ2並びに短い時間間隔ｔ2−ｔ3のためである。 過電流分流加減器７は、アース８又は前記低電位部と、対象１とネットワーク ３との間のライン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及びスイッチ部材１０を含む。このスイッチ部材は、例えば、少 なくとも一つの半導体構成要素、例えばサイリスタによって形成されているのが よい。サイリスタで形成されたスイッチは、通常の状態では開放しており、即ち アースに関して絶縁しているが、制御部材９を介して、非常に短い時間で導通状 態になる。これは、アースに分流することによって電流の減少を行うためである 。 第３図は、過電流状態検出装置が、保護機能の活性化を必要とするこのような 過電流状態を検出するのに適した少なくとも一つの好ましくは幾つかのセンサ１ １−１３を備えているのがよいということを示す。更に、第３図から明らかなよ うに、これらのセンサには、対象１に又は対象１の近くに配置された参照番号１ ３を附したセンサが含まれる。更に、検出装置は、過電流低減装置５とライン２ の接続部の上流でライン２の過電流状態を検出するようになったセンサ１１を含 む。以下に説明するように、保護されるべき対象１に向かってライン２を流れる 電流、即ち過電流低減装置５によって減少された電流を検出するため、別のセン サ１２を設けるのが適当である。更に、センサ１２並びにおそらくはセンサ１３ は、例えば、対象１内に磁気的に蓄えられたエネルギが対象１から遠ざかる方向 に差し向けられた電流を発生した場合に、対象１から遠ざかる方向でライン２を 流れる電流を検出できることが指摘される。 センサ１１−１３は、必ずしも、電流及び／又は電圧だけを検出するセンサで ある必要はないと指摘される。センサが、概括的に述べると、保護機能の開始を 必要とする性質の障害が発生したことを示す任意の状態を検出できる性質を備え ていてもよいということは、本発明の範疇にある。 障害電流が対象１から遠ざかる方向に流れるような障害が発生した場合には、 装置は、その制御ユニット１４が別の回路遮断器６を、この別の回路遮断器が開 いた状態にある場合に閉じるように制御し、これに加えて過電流低減装置５は、 短絡電流がこれによって分流できるように駆動される。 例えば、対象１が変圧器からなるものと考えられる場合には、変圧器内で短絡 が生じた場合の機能は、先ず最初に短絡により変圧器内へのバイオレント電流が 発生し、これを検出し、分流を行う目的で装置５を駆動する。変圧器１に向かっ て流れる電流を必要な程度に減少させたときには、回路遮断器６により遮断を行 うが、電流は制御ユニット１４によって制御される。電流の制御は、これが起こ った場合に、変圧器１内に磁気的に蓄えられたエネルギが変圧器１から遠ざかる 方向に流れ、装置５を介して分流される離れる時間よりも早期でないように制御 される。 更に、装置は、全体に参照番号１４を附した制御ユニットを含む。この制御ユ ニットは、センサ１１−１３に接続されており、過電流低減装置に接続されてお り、別の回路遮断器６に接続されている。制御ユニット１４は、受け入れること のできない障害電流が対象１に向かって発生したことを示す信号を一つ又はそれ 以上のセンサ１１−１３を介して受け取ったとき、過電流低減装置５を直ちに制 御し、必要な電流減少を迅速に行うように作動する。制御ユニット１４は、電流 又は電圧が十分な程度にまで減少したことをセンサ１２が検出したとき、回路遮 断器６を制御してこれを作動し、過電流が所定レベル以下である場合に遮断を行 うように構成されているのがよい。このような設計により、回路遮断器６は、前 記目的について適切にディメンジョニングされていない場合にこのような高い電 流を遮断する仕事が回路遮断器６に与えられない程度にまで電流が実際に減少す るまでは遮断を行わない。しかしながら、この実施例は、過電流低減装置を制御 して電流減少を行った後、所定期間遮断するように回路遮断器６が制御されるよ うに変更できる。 回路遮断器４には、過電流状態等を検出するための検出装置がそれ自体に設け られているのがよい。又は、回路遮断器は、同じセンサ１１−１３からの情報に 基づいて制御ユニット１４を介して制御されるのがよい。これは、更に、過電流 低減装置の作動を制御する。 別の回路遮断器６は、金属製接点を持つスイッチ１５を有することが第３図に 示してある。このスイッチ１５は、制御ユニット１４によって制御される作動部 材１６によって、遮断位置と閉位置との間で作動できる。分路ライン１７がこの スイッチ１５と並列に接続されている。前記分路ラインには、接点からの電流の 伝導を分路ライン１７で引き受けることによって、スイッチ１５の接点の分離時 に電弧を発生させないようになった一つ又はそれ以上の構成要素１８が設けられ ている。これらの構成要素は、電流を遮断又は制限できるように設計されている 。かくして、構成要素１８の目的は、分路ライン１７の伝導路を通常は切った状 態に保持しなければならないけれども、スイッチ１５を開こうとする場合には分 路ラインを閉じることによって電流をスイッチ１５から分流し、これによって電 弧が発生しないようにするか或いは発生した電弧が効率的に消弧されるようにす ることである。構成要素１８は、制御の目的で制御ユニット１４に接続された一 つ又はそれ以上の関連した制御部材１９を有する。本発明の一実施例によれば、 前記構成要素１８は、制御可能な半導体構成要素、例えば、必要な避雷器(surge arrester)３０を持つＧＴＯサイリスタである。 保護されるべき対象１まで分路ライン１７によって形成された電流伝導路をガ ルバーニ分離するための断路器２０が前記一つ又はそれ以上の構成要素１８と直 列に配置されている。この断路器２０は、作動部材２１を介して制御ユニット１ ４によって制御される。断路器２０は、第３図には、分路ライン１７自体に配 置されているものとして示してある。必ずしもこのような構成でなくてもよいと いうことは勿論のことである。更に、断路器２０は、前記一つ又はそれ以上の構 成要素１８に直接に接続することによって、前記直列接続によって形成された伝 導路を実際にガルバーニ分離し、従って、電流が構成要素１８を通って流れる可 能性がない限り、ライン２に配置されていてもよい。 以上説明した装置は、以下に説明するように作動する。障害がない場合には、 回路遮断器４は、別の回路遮断器６のスイッチ１５と全く同様に閉じてある。分 路ライン１７の構成要素１８は、非伝導状態にある。断路器２０は閉じられてい る。最後に、過電流低減装置５のスイッチ手段１０が開いている。即ち、非伝導 状態にある。この状態では、スイッチ手段１０は、勿論、適当な電流強度を備え ていなければならない。これは、スイッチが不時に伝導状態にならないようにす るためである。従って、大気状態（電撃）又は接続手段のためにライン２に発生 した過電流状態は、非伝導状態のスイッチ手段１０の電圧強度を越える。この目 的のため、少なくとも一つの避雷器２２をスイッチ手段１０と並列に接続するの が適当である。例では、このような避雷器がスイッチ手段１０の両側に示してあ る。従って、避雷器にはこのような過電圧を分流する目的があり、これが設けら れていない場合には、スイッチ手段１０が意図せずに壊れる危険がある。 過電流状態がセンサ１１−１３のうちの幾つか又は回路遮断器４自体のセンサ （回路遮断器４自体のセンサからの情報は、過電流低減装置５を本発明に従って 制御する上でのベースとして使用できるということは理解されよう）によって記 録され、この過電流状態の大きさが対象１に重大な障害を与えることが予想され る大きさである場合には、回路遮断器４に関して遮断作動が開始される。更に、 制御ユニット１４は、過電流低減装置５を制御し、このような電流減少を行う。 これは、更に詳細には、制御部材９によってスイッチ手段１０を電気的伝導状態 にすることによって行われる。上述したように、これは非常に迅速に、即ち、回 路遮断器４による遮断に必要な時間の数分の一で行うことができる。これは、ス イッチ手段１０が電流の少なくとも大部分を、実際には主部を、アース又は他の 低電位部に分流するため、保護されるべき対象１がネットワーク３からの全短絡 電流から直ちに解放されるためである。別の回路遮断器６を通って対象１に向か って流れる電流が、スイッチ手段１０の駆動と回路遮断器６の作動との間の時間 差によって、又はライン２を流れる電流を例えばセンサ１２によって検出するこ とによって、純粋な時間に基づいて定めることができる必要な程度にまで減少さ れると直ちに、スイッチ１５の作動部材１６が制御ユニット１４によって制御さ れ、スイッチ１５の接点を開く。消弧するため、又は電弧が発生しないようにす るため、構成要素１８、例えばＧＴＯサイリスタ又はガススイッチは、制御部材 １９によって、分路ライン１７を導電性にするように制御される。スイッチ１５ を開き、及びかくしてガルバーニ分離を行うとき、構成要素１８を再び制御し、 分路ライン１７を非伝導状態にする。このようにして、ネットワーク３から対象 １への電流を効率的に遮断する。分路ライン１７を非伝導状態にした後、これに 加えて、ガルバーニ分離が断路器２０によって行われる。これは、断路器の作動 部材１６を制御ユニット１４から制御することによって行うことができる。これ らの事項が全て起こったとき、回路遮断器４による遮断が最後の事項として行わ れる。第１実施例による過電流低減装置並びに別の回路遮断器６は、繰り返し作 動できる。かくして、回路遮断器４で遮断が行われたことをセンサ１１−１３に よって確認したとき、スイッチ手段１０を非伝導状態に再設定し、スイッチ１５ 及び断路器２０を再び閉じ、そのため、回路遮断器４を次に閉じるとき、保護装 置は完全に作動可能である。しかしながら、別の実施例によれば、過電流低減装 置５は、再び作動するために一つ又はそれ以上の部品を交換することを必要とす るものと考えられる。 本発明の別の実施例によれば、過電流低減装置５を閉じた状態にすると直ちに 一つ又はそれ以上の構成要素１８を伝導状態にできると指摘される。これは、ス イッチ１５がその後作動されようとされまいと行われる。次いで、構成要素１８ を、上述したように、制御ユニット１４を介して、或いは装置５を閉じるのに伴 う制御機能によって作動する。 第４図は、過電流低減装置５の変形例を示す。第３図に示す半導体スイッチ手 段を用いる代わりに、第４図による実施例は、電極２３間の隙間に存在する媒体 に制御部材９ａによって導電性を与えようとすることを含む。この制御部材は、 隙間２４内の媒体又はその一部を伝導状態にすることを少なくとも開始するよう に部材２５の作動を制御するように構成されている。前記部材２５は、この例で は、媒体をイオン化／プラズマ化するか或いは媒体のイオン化／プラズマ化を少 なくとも補助することによって、隙間２４内の媒体に導電性を与えるように構成 されている。部材２５は少なくとも一つのレーザーを含み、このレーザーは、隙 間２４内の媒体にエネルギを供給することによってイオン化を行う。第４図から 明らかなように、レーザービーム束の必要なだけ変向するため、鏡２６を使用で きる。これに関し、第４図による実施例は、手段２５だけで電極ギャップ全体に イオン／プラズマを発生するのではないと指摘される。かくして、隙間に亘って 加えられた電界がイオン／プラズマの形成に寄与しなければならず、隙間内の媒 体の一部だけが部材２５によってイオン化され、そのため、その後、隙間内の電 界によりプラズマが隙間全体に発生する。これと関連し、電極ギャップには、様 々なガス又はガス混合物からなる媒体ばかりでなく、真空があってもよいと指摘 される。真空の場合には、レーザーによる開始は、少なくとも一方の電極で起こ り、これは、従って、電極として及び電極ギャップ内にイオン化環境／プラズマ を発生するためのイオントランスミッターとして機能する。 第５図は、発電機１ｂが変圧器１ａを介して電力ネットワーク3aに連結されて いるという意味で従来の実施例を示す。従って、保護されるべき対象は、変圧 器１ａ及び発電機１ｂによって表される。過電流低減装置５ａ及び別の回路遮断 器６ａ、及び通常の回路遮断器４ａは、図示のように、第１図に示す対象１が第 ５図による対象１ａを形成するものと考えられる場合について、第１図に示すの と同様に配置されている。従って、これに関しては、第１図に関してなされた説 明を参照されたい。同じことが、発電機１ｂに関する過電流低減装置５ｃ及び別 の回路遮断器６ｃの保護機能についてもいえる。この場合、変圧器１ａは、従っ て、第１図の対象１と等価であると考えられ、これに対し、発電機１ｂは第１図 の機器３と等価であると考えられる。かくして、過電流低減装置５ｃ及び別の回 路遮断器６を従来の回路遮断器４ｂと組み合わせて発電機１ｂから遠ざかる方向 に流れるバイオレント電流から変圧器１を保護する。 第５図の追加の特徴として、関連する別の回路遮断器６ｂを有する追加の過電 流低減装置５ｂが存在する。この図からわかるように、過電流低減装置５ａ及び ５ｂが変圧器１ａの両側に設けられている。この場合、別の回路遮断器６ａ及び ６ｂが、前記過電流低減装置５ａ及び５ｂと変圧器１ａとの間の接続部に夫々配 置されていると指摘される。別の電流減少装置５ｂは、変圧器１ａを発電機１ｂ から変圧器からに向かう電流から保護するようになっている。わかるように、回 路遮断器４ｂは、保護機能が所望の対象１ａ及び１ｂ間の方向とは別個に遮断を 行うことができる。 次に、第６図、第７図、及び第８図を参照し、非従来型設計の変圧器／反応器 の形態の本発明による一実施例を説明する。 第７図は、本発明による乾式電力変圧器反応器に含まれる巻線で使用できるケ ーブルの一例を示す。このようなケーブルは、内半導体層３２が周囲に配置され た多数のストランド３１からなる少なくとも一つの導体３０を含む。この内半導 体層の外側には、適当には押出しによって形成された固体絶縁体の形態の主ケー ブル絶縁体３３が設けられており、押出し成形された固体絶縁体は、外半導体層 ３４によって包囲されている。ケーブルには、上述したように、特別の目的で、 例えば高過ぎる電気応力が変圧器／反応器の他の領域に加わらないようにするた め、他の追加の層を設けることができる。幾何学的寸法の観点から、問題のケー ブルの導電性領域は、８０ｍｍ²〜３０００ｍｍ²であり、ケーブルの外径は２０ ｍｍ〜２５０ｍｍである。 上述したケーブルから製造された電力変圧器／反応器の巻線は、コアの成形方 法に拘わらず、単相電力変圧器／反応器、三相電力変圧器／反応器、及び多相電 力変圧器／反応器について使用できる。一実施例を第８図に示す。この図には、 三相積層コア変圧器が例示されている。コアは、従来の方法で、三つのコア・リ ム３５、３６、及び３７及び保持ヨーク３８及び３９を含む。図示の実施例では 、コア・リム及びヨークは、両方とも、テーパ断面を有する。 ケーブルで形成された巻線がコア・リムの周囲に同心に配置されている。第８ 図に示す実施例は、この図に示すように、三つの同心の巻線巻回部４０、４１、 及び４２を有する。最も内側の巻線巻回部４０は一次巻線を提供し、他の二つの 巻線巻回部４１及び４２は、二次巻線を提供する。細部に亘って詳細に描くこと によって図が混み合わないようにするため、巻線の接続部は示してない。その代 わりに、図は、図示の実施例において、幾つかの様々な機能を持つ離間バー４３ 及び４４が巻線の周りの所定の箇所に配置されていることを示す。これらの離間 バーは、冷却や支持等を行うために同心の巻線巻回部間に所定の空間を提供する ようになった絶縁体で形成されているのがよい。これらの離間バーは、巻線の接 地システムの部分を形成するため、導電体で形成してもよい。 本明細書中上述した説明は、本発明が依拠する本発明の概念を単に例示しよう とするものであるということに着目すべきである。かくして、本発明の範囲から 逸脱することなく細部に亘る変更を施すことができるということは当業者に明ら かである。一例として、スイッチ手段１０、即ち機械的スイッチとして使用でき ると言うことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 ー、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 (72)発明者 ベルティル、ベルググレン スエーデン国ベステロウス、レンベルガガ タン、２ビー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 電力ネットワーク（３）又は電力設備に設けられた他の機器に接続され た対象（１）を、障害と関連した過電流から保護するための、前記対象と前記ネ ットワーク／機器との間のライン（２）のスイッチング装置（４）を含む、電力 設備の装置において、 前記対象と前記スイッチング装置との間の前記ライン（２）は、過電流低減装 置（５）に接続されており、この過電流低減装置は、過電流状態検出装置（１１ 、１２、１３）の補助により、過電流を前記スイッチング装置の遮断時間よりも かなり短い期間内に減少するように駆動可能である、ことを特徴とする装置。 ２． 前記スイッチング装置（４）は、回路遮断器によって形成されている、 ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ３． 前記過電流低減装置（５）は、アース（８）又は前記ネットワーク／機 器よりも電位がかなり低い別のユニットに過電流を分流するための過電流分流加 減器（７）を含む、ことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の装置 。 ４． 前記過電流分流加減器（７）は、前記アース又は前記低電位部と、前記 対象（１）と前記ネットワーク／機器（３）との間の前記ラインとの間に接続さ れたスイッチ手段を含む、ことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置。 ５． 前記スイッチ（１０）は少なくとも一つの半導体構成要素を有する、こ とを特徴とする請求の範囲４項に記載の装置。 ６． 前記スイッチ（１０ａ）は、電極ギャップ（２４）と、この電極ギャッ プ又はこの電極ギャップの少なくとも一部を導電性にするか或いは少なくとも導 電性を賦与し始めるための手段（２５）とを含む、ことを特徴とする請求の範囲 第４項に記載の装置。 ７． 前記電極ギャップを導電性にするか或いは前記電極ギャップに少なくと も導電性を賦与し始めるための前記手段（２５）は、前記隙間又はその一部にプ ラズマを形成する、ことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の装置。 ８． 前記電極ギャップ又はその一部を導電性にするか或いは前記電極ギャッ プに少なくとも導電性を賦与し始めるための前記手段（２５）は、少なくとも一 つのレーザーを有する、ことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。 ９． 前記スイッチング装置（４）と前記対象との間のラインに配置された別 の回路遮断器（６）を有し、この別の回路遮断器は、前記過電流低減装置（５） と前記対象（１）との間に配置されており、前記スイッチング装置（４）よりも 低い電圧及び電流で遮断を行うようになっており、従って、前記スイッチング装 置よりも短い遮断時間で作動でき、前記別の回路遮断器は、前記対象（１）に向 かう又は前記対象から遠ざかる過電流を前記過電流低減装置（５）によって減少 させた場合に前記スイッチング装置よりもかなり早期に遮断を行うようになって いる、ことを特徴とする請求の範囲第１項及至第８項のいずれかに記載の装置。 １０． 前記対象（１）に向かう又はこれから遠ざかる過電流が、前記検出装 置（１１、１２、１３）によって、所定レベル以下であることが表示された場合 に遮断を行う目的で前記別の回路遮断器（６）を駆動するため、前記検出装置及 び前記別の回路遮断器に接続された制御ユニット（１４）を有する、ことを特徴 とする請求の範囲第９項に記載の装置。 １１． 前記別の回路遮断器（６）はスイッチ（１５）を有し、前記スイッチ （１５）の接点の分離時に電弧が発生しないようにするための一つ又はそれ以上 の構成要素（１８）を持つ分路ライン（１７）が前記スイッチと並列に接続され ており、分路ライン（１７）に対して前記接点からの電流の伝導をなくすように して電弧の発生を防止することを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項に 記載の装置。 １２． 前記分路ライン（１７）の前記一つ又はそれ以上の構成要素は、前記 制御ユニット（１４）による制御により閉じて伝導状態にすることができる、こ とを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の装置。 １３． 前記一つ又はそれ以上の構成要素（１８）は、制御可能な半導体構成 要素によって形成されている、ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の装 置。 １４． 前記一つ又はそれ以上の構成要素（１８）には、少なくとも一つの避 雷器（３０）が設けられている、ことを特徴とする請求の範囲第１１項、第１２ 項、および第１３項のいずれかに記載の装置。 １５． ガルバーニ分離を行うための断路器（２０）が前記一つ又はそれ以上 の構成要素（１８）と直列に配置されている、ことを特徴とする請求の範囲第１ １項及至第１４項のいずれかに記載の装置。 １６． 前記断路器（２０）は、前記スイッチ（１５）が制御されて閉じられ た後に開放されるようにこの断路器を制御するため、前記制御ユニット（１４） に接続されており、前記一つ又はそれ以上の構成要素（１８）は、前記分路ライ ン（１７）を遮断する状態に置かれている、ことを特徴とする請求の範囲第１５ 項に記載の装置。 １７． 少なくとも一つの避雷器（２２）が過電流低減装置（５）に並列に接 続されている、ことを特徴とする請求の範囲第１項及至第１６項のいずれかに記 載の装置。 １８． 前記対象を二つの側から保護するため、前記対象の両側に二つの過電 流低減装置が配置されている、ことを特徴とする請求の範囲第１項及至第１７項 のいずれかに記載の装置。 １９． 前記過電流低減装置（５）及び前記過電流状態検出装置（１１、１２ 、１３）に接続された制御ユニット（１４）を有し、この制御ユニット（１４） は、保護の理由のために必要な場合に、前記過電流状態検出装置からの情報に基 づい て過電流低減装置を制御してこれを閉じるように構成されている、ことを特徴と する請求の範囲第１項に記載の装置。 ２０． 一つの同じ制御ユニット（１４）が、前記過電流状態検出装置（１１ 、１２、１３）、前記過電流低減装置（５）、及び前記別の回路遮断器（６）か らの情報に基づいて制御を行うように構成されている、ことを特徴とする請求項 １９及び請求の範囲第１０項、第１２項、および第１６項のいずれかに記載の装 置。 ２１． 前記被保護対象（１）は、磁気回路を持つ電気装置によって形成され ている、ことを特徴とする請求の範囲第１項及至第２０項のいずれかに記載の装 置。 ２２． 前記対象は、変圧器又は反応器によって形成されている、ことを特徴 とする請求の範囲第２１項に記載の装置。 ２３． 磁気回路を備えた前記電気装置は、高電圧、適当には７２．５ｋＶ及 びそれ以上について設計されている、ことを特徴とする請求の範囲第２１項また は第２２項に記載の装置。 ２４． 前記電気装置の前記磁気回路は、ケーブルによって形成された巻線を 含む、ことを特徴とする請求の範囲第１９項及至第２３項のいずれか一項に記載 の装置。 ２５． 前記装置の少なくとも一つの巻線は、少なくとも一つの導体（３０） 及びこの導体の周りに設けられた固体絶縁体材料からなる製電気絶縁体（３３） を含み、半導体材料の外層（３４）が前記絶縁体の周りに配置されており、半導 体材料の内層（３２）が前記絶縁体（３３）の内側に配置されており、前記少な くとも一つの導体（３０）は、前記内層（３２）の内側に配置されている、こと を特徴とする請求の範囲第２１項及至第２４項のいずれかに記載の装置。 ２６． 前記内層及び外層（３２、３４）のうちの少なくとも一方の熱膨張率 が前記絶縁体とほぼ等しい、ことを特徴とする請求の範囲第２５項に記載の装置 。 ２７． 前記内層（３２）は、少なくとも一つの導体（３０）と電気的に接触 している、ことを特徴とする請求の範囲第２５項又は第２６項に記載の装置。 ２８． 前記外層（３４）は、本質的に等電位面を形成する、ことを特徴とす る請求の範囲第２５項、第２６項、および第２７項のいずれかに記載の装置。 ２９． 前記内外の半導体層（３２、３４）及び前記絶縁体（３３）は、ほぼ 全面に亘って互いに結合されている、ことを特徴とする請求の範囲第２５項及至 第２８項のいずれかに記載の装置。 ３０． 前記導体（３０）のストランド（３１）の少なくとも一つが絶縁され ておらず、前記内半導体層（３２）と電気的に接触するように構成されている、 ことを特徴とする請求の範囲第２５項に記載の装置。 ３１． 前記ケーブルは、８０ｍｍ²〜３０００ｍｍ²の伝導面積を持つように 製造されており、前記ケーブルの外径は、２０ｍｍ〜２５０ｍｍである、ことを 特徴とする請求の範囲第２５項及至第３０項のいずれかに記載の装置。 ３２． 前記対象は、リム及びヨークを持つ磁性体製コアを含む電力変圧器／ 反応器として設計されている、ことを特徴とする請求の範囲第２２項及至第３１ 項のいずれかに記載の装置。 ３３． 前記電力変圧器／反応器は、コアなしで（中空に）形成されている、 ことを特徴とする請求の範囲第２１項及至第３２項のいずれかに記載の装置。 ３４． ガルバニックに分離された少なくとも２つの巻線を有し、前記巻線は 同軸に巻回されている、ことを特徴とする請求の範囲第２１項及至第３３項のい ずれかに記載の装置。 ３５． 変圧器又は反応器の形態の対象を障害関連過電流に対して保護するた めの、請求の範囲第１項及至第３４項のいずれかに記載の装置の使用。 ３６． 電力ネットワーク（３）又は電力設備に含まれる他の機器に接続され た対象（１）を、障害と関連した過電流から保護するための、前記対象と前記ネ ットワーク／機器との間のライン（２）にスイッチング装置（４）が配置された 、電力設備での方法において、 過電流の検出を目的とした装置（１１、１２、１３）によって過電流状態が検 出された場合に、前記スイッチング装置（４）の遮断時間よりもかなり短い期間 内に過電流を減少するために、前記対象（１）と前記スイッチング装置（４）と の間で前記ラインに接続された過電流低減装置（５）が駆動される、ことを特徴 とする方法。 ３７． 過電流を、前記過電流低減装置（５）によって、アース（８）又は前 記ネットワーク／機器よりも低電位の別のユニットに分流する、ことを特徴とす る請求の範囲第３６項に記載の方法。 ３８． 前記スイッチング装置と前記対象との間、及び前記過電流低減装置（ ５）と前記対象（１）との間でラインに配置された回路遮断器（６）は、前記対 象（１）に向かう又は前記対象から遠ざかる過電流が前記過電流低減手段（５） によって減少されるまで遮断を行わない、ことを特徴とする請求の範囲第３６項 または第３７項にに記載の方法。 ３９． 変圧器又は反応器の形態の対象を保護するため、前記過電流低減装置 （５）を含む前記保護装置が接続される、ことを特徴とする請求の範囲第３６項 、第３７項、および第３８項のいずれかに記載の方法。