JP2004064842A - Current limiting device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気回路の短絡事故等で発生する過電流を抑制する限流器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図13は本出願人が既に出願している限流器(特願2000−303450)と類似の限流器の正断面図、図14は図13の限流器の側断面図である。
図において、1Aは上面がN極、下面がS極に着磁された角柱状の第1の永久磁石、1Bは第1の永久磁石1Aに対向し上面がS極、下面がN極に着磁された角柱状の第2の永久磁石、2A,2Bは互いに対向しているとともに、第1の永久磁石1Aおよび第2の永久磁石1Bを挟持した珪素鋼板からなる第1および第2の鉄心である。第1および第2の永久磁石1A,1Bは着磁されていることで、第1および第2の鉄心2A,2B内に作る磁場は強いが、もし一方の永久磁石1A,1Bの極性が逆であれば、鉄心2A,2B内に作る磁場は弱められる。ここで、第1の永久磁石1A、第2の永久磁石1B、第1の鉄心2Aおよび第2の鉄心2Bにより、閉磁気回路を構成している。
3は第1および第2の鉄心2A,2Bの外側に導線が単層状態で巻かれたコイル、6Aはコイル3の第1の端子、6Bはコイル3の第2の端子である。なお、コイル3は導線を多層状態に巻いて構成してもよい。そして、コイル3に電流が流れていない場合、第1および第2の鉄心2A,2Bは第1および第2の永久磁石1A,1Bにより磁気飽和されている。
【0003】
図15は第1の鉄心2AのB−H特性図、図16は第2の鉄心2BのB−H特性図である。なお、Hは磁界強度、Bは磁束密度を示す。
この限流器では、コイル3に電流が流れていない場合、第1の鉄心2Aの磁界Hの強さはHA1、第2の鉄心2Bの磁界Hの強さはHB1になるよう構成されている。第1の鉄心2Aの磁界Hの強さがHA1のときは、第1の鉄心2Aは図15から分かるように磁気飽和状態にあり、鉄心2BのHがHB1のときは、鉄心2Bは図16から分かるように磁気飽和状態にあるので、限流器のインダクタンスは小さい。
コイル3の第1の端子6Aから交流の負荷電流が流れ込むとコイル3には磁束が発生し、第1の鉄心2Aは一層磁気飽和し、負荷電流のピーク時において、第1の鉄心2Aの磁界Hの強さはHA2に移動する。これに対して、第2の鉄心2Bは、減磁し、第2の鉄心2Bの磁界Hの絶対値は負荷電流のピーク時において、HB2に減少するが、飽和領域にある。
【0004】
次に、コイル3の第2の端子6Bから負荷電流が流れ込むと、第1の鉄心2Aは、減磁され、電流ピーク時において磁界HはHA3に減少するが、飽和領域にある。また、第2の鉄心2Bの磁界Hは電流ピーク時においてHB3になり、第2の鉄心2Bは一層磁気飽和する。
上記のように、負荷電流通電時には、いずれの方向の電流が流れても第1の鉄心2A、第2の鉄心2Bは磁気飽和しているので、限流器のインダクタンスは低い状態にある。
【0005】
次に、短絡電流のような過大な電流がコイル3に流れた場合について説明する。
コイル3の第1の端子6Aから短絡電流が流れ込むと、コイル3には大きな磁束が発生し、第1の鉄心2Aの磁界Hは電流ピーク時にHA4になり、第1の鉄心2Aは一層大きく飽和する。これに対して、第2の鉄心2Bの磁界Hの強さは、磁気飽和領域の飽和境界点であるHB6から右側の領域内であるHB4である。
第2の鉄心2Bでは磁界HがHB6の右側の領域に入ると磁気飽和が解け、B−H線の傾斜角度が大きい領域に入るために、限流器のインダクタンスが大きくなり短絡電流が抑制される。
【0006】
次に、コイル3の第2の端子6Bから短絡電流が流れ込むと、第2の鉄心2Bの磁界Hは電流ピーク時にHB5になり、第2の鉄心2Bは一層大きく飽和する。これに対して、第1の鉄心2Aの磁界Hの強さは、磁気飽和領域の飽和境界点であるHA6の左側の領域内であるHA5になる。
第2の鉄心2Aでは磁界HがHA6の左側の領域に入ると磁気飽和が解け、B−H線の傾斜角度が大きい領域に入るために、限流器のインダクタンスが大きくなり短絡電流が抑制される。
【0007】
上記のように、コイル3の短絡電流通電時には、いずれの方向の電流が流れても一方の鉄心2A,2Bの磁気飽和が解かれるので、限流器のインダクタンスは高い状態になり、短絡電流が抑制される。図17は、こうして限流器により短絡電流が限流された様子を示す図である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の限流器では、例えば短絡電流に直流分が含まれている場合においても高インダクタンス状態を確保して短絡電流を抑制しており、その確保のために第1の鉄心2Aおよび第2の鉄心2Bでは、磁路に対して垂直方向の断面積を大きくしなければならず、またこの大きな断面積を有する鉄心2A,2Bを磁気飽和させるために永久磁石1A,1Bの断面積も大きくしなければならず、全体が大型化すると共に重量が大きくなってしまうという問題点があった。
【0009】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、小型化および軽量化できる等の限流器を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る限流器は、対向した一対の第1の鉄心および第2の鉄心と、前記第1の鉄心と前記第2の鉄心との間に第1の鉄心および第2の鉄心の磁場を強めるように極性配置されて設けられた第1の永久磁石および第2の永久磁石とから構成された閉磁気回路と、
前記第1の鉄心および前記第2の鉄心の外周に巻回されたコイルを備え、
前記コイルに電流が流れていないとき、およびコイルに負荷電流が通電中のときには、前記第1の鉄心および前記第2の鉄心は磁気飽和し、前記コイルに短絡電流が流れたときには、前記第1の鉄心および前記第2の鉄心の何れかで磁気飽和が解かれるようになっている限流器であって、
前記閉磁気回路には、前記コイルに前記短絡電流が流れたときにおいて、磁気飽和が解かれた前記第1の鉄心または前記第2の鉄心がコイルに流れる電流の増加に伴い磁気飽和する磁気飽和調整手段が施されている。
【0011】
この発明に係る限流器では、磁気飽和調整手段は、第1の鉄心および第2の鉄心の磁路断面積を調整するものである。
【0012】
この発明に係る限流器では、磁気飽和調整手段は、第1の永久磁石および第2の永久磁石の磁路断面積を調整するものである。
【0013】
この発明に係る限流器では、磁気飽和調整手段は、第1の鉄心および第2の鉄心の材質を調整するものである。
【0014】
この発明に係る限流器は、対向した一対の第1の鉄心および第2の鉄心と、前記第1の鉄心と前記第2の鉄心との間に第1の鉄心および第2の鉄心の磁場を強めるように極性配置されて設けられた第1の永久磁石および第2の永久磁石とから構成された閉磁気回路と、
前記第1の鉄心および前記第2の鉄心の外周に巻回されたコイルを備え、
前記コイルに電流が流れていないとき、およびコイルに負荷電流が通電中のときには、前記第1の鉄心および前記第2の鉄心は磁気飽和し、前記コイルに短絡電流が流れたときには、前記第1の鉄心および前記第2の鉄心の何れかで磁気飽和が解かれるようになっている限流器であって、
前記コイルでは、コイルの導線の巻数を調整することで、前記コイルに前記短絡電流が流れたときにおいて、磁気飽和が解かれた前記第1の鉄心または前記第2の鉄心がコイルに流れる電流の増加に伴い磁気飽和するようになっている。
【0015】
この発明に係る限流器では、アーク電圧発生後にアーク電圧が増大する開閉器が直列に接続される。
【0016】
この発明に係る限流器では、複数の分岐開閉器のそれぞれが限流器に直列に接続される。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、この発明について説明するが、従来のものと同一、または相当部材については同一符号を付して説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1の限流器の正断面図、図2は図1の限流器の側断面図である。
図において、1Aは上面がN極、下面がS極に着磁された角柱状の第1の永久磁石、1Bは第1の永久磁石1Aに対向し上面がS極、下面がN極に着磁された角柱状の第2の永久磁石、2C,2Dは互いに対向しているとともに、第1の永久磁石1Aおよび第2の永久磁石1Bを挟持した珪素鋼板からなる第1および第2の鉄心である。第1および第2の永久磁石1A,1Bは着磁されていることで、第1および第2の鉄心2C,2D内に作る磁場は強いが、もし一方の永久磁石1A,1Bの極性が逆であれば、鉄心2C,2D内に作る磁場は弱められる。ここで、第1の永久磁石1A、第2の永久磁石1B、第1の鉄心2Cおよび第2の鉄心2Dにより、閉磁気回路を構成している。
3は第1および第2の鉄心2C,2Dの外側に導線を単層状態で巻かれたコイル、6Aはコイル3の第1の端子、6Bはコイル3の第2の端子である。なお、コイル3は導線を多層状態に巻いて構成してもよい。
【0018】
この限流器では、コイル3に短絡電流が流れたときにおいて、磁気飽和が解かれた第1の鉄心2Cまたは第2の鉄心2Dがコイル3に流れる電流の増加に伴い磁気飽和する磁気飽和調整手段が施されている。具体的には、鉄心2C,2Dの磁路断面積を従来の鉄心2A,2Bと比較して小さくしてある。
図3は従来の第1の鉄心2Aおよび実施の形態1の第1の鉄心2CにおけるB−H特性図であり、両者の特性図は同じであるが、第1の鉄心2C、第2の鉄心2Dを通る磁束量は断面積が減少した分、従来のものと比較して減少する。ここで、実線矢印は従来例、点線矢印は実施の形態1のそれぞれの磁界Hの値であり、HA1はコイル3に電流が流れていない場合の第1の鉄心2Cの磁界Hの強さ、HA2は第1の端子6Aからコイル3に流れる負荷電流がピーク時での磁界Hの強さ、HA3は第2の端子6Bからコイル3に逆方向に流れる負荷電流がピーク時での磁界Hの強さである。
【0019】
鉄心2C,2Dの断面積を小さくしたことで、図3から分かるように、この実施の形態1の限流器での(HA1−HA2)の値、および(HA1−HA3)の値はともに、従来のものと比較して大きくなる。
この限流器では、例えばコイル3の第2の端子6Bから短絡電流が流れ込むと、磁気飽和していた第1の鉄心2Cは磁気飽和が解け、飽和境界点HA6の左側の領域内で、B−H線の傾斜角度が大きい領域に入るために、限流器のインダクタンスが大きくなり短絡電流が抑制される。但し、鉄心2C,2Dの断面積が従来のものと比較して小さくなっているので、限流時のインダクタンスは小さいが、そのインダクタンスは飽和状態におけるインダクタンスよりも格段に大きい。限流時のインダクタンスが小さいことにより、限流電流が大きくなるため、飽和境界点HA7に至る。磁気飽和すると限流器のインダクタンスが非常に小さくなり、限流電流はさらに増大する。
短絡電流の減少期間では、第1の鉄心2Cの磁界Hが減少し、飽和境界点HA7より右側の領域に再び入ると、インダクタンスが大きくなるので、短絡電流は再び抑制される。
図4はこのときの短絡電流が限流された様子を示す図である。この図4から、短絡発生後、短絡電流は大きく抑制されることが分かる。なお、図4の領域Aは飽和境界点HA6と飽和境界点HA7との間の磁気非飽和領域に対応し、領域Bは第1の鉄心2Aの磁界Hが飽和境界点HA7の左側の磁気飽和領域内であるときに対応し、図4の領域Cは飽和境界点HA6と飽和境界点HA7との間の磁気非飽和領域に対応する。なお、HA8では領域Bでの頂点に対応する。
なお、この実施の形態では、従来の鉄心2A,2Bと比較して鉄心2C,2Dの磁路断面積が一様に小さくしたが、第1の鉄心と第2の鉄心とが空間を介して対向した部分のみを円弧状に切り欠くことで鉄心の磁路断面積を小さくするようにしてもよい。
【0020】
上記構成の限流器4は、図5に示すように開閉器5に直列に接続される。この開閉器5として、例えば気中式配線用遮断器のような気中式開閉器、半導体式開閉器、真空遮断器が用いられる。
これらの内、限流器4の負荷側の開閉器5として気中式開閉器が用いられた場合には、遮断時、気中式開閉器の接点間にアークが発生する。このアークはある時間の間、接点間に膠着した後、駆動される。この膠着している時間Tiは膠着時間と呼ばれる。膠着時間の後、アークは気中式開閉器の内部で発生する磁場により駆動され大きく引き伸ばされ、図6に示すようにアーク電圧(換言するとアーク抵抗)が高くなり、電流が遮断される。
【0021】
ところで、気中式開閉器の膠着時間は遮断電流変化率(di/dt)の影響を受ける。気中式開閉器では遮断電流変化率が大きい場合、膠着時間が長くなるという現象がある。膠着時間が長くなると、接点からの金属蒸気の放出が多くなるため、遮断性能が大きく低下する。
この実施の形態では、限流器4で遮断電流変化率が小さく抑えられているので、膠着時間が短くなる。その結果、アークは速く駆動され、遮断が容易に行われるので、遮断性能が低い気中式開閉器の適用が可能となる。
なお、この発明は交流回路の短絡電流の抑制に大きな効果を発揮するのは勿論であるが、直流回路の短絡電流の立ち上がり速度の抑制にも大きな効果を発揮することは言うまでもないことである。
【0022】
なお、コイル3については、図7および図8に示すように、断面形状が矩形状のコイル3Aであってもよい。
【0023】
実施の形態2.
図9はこの実施の形態の限流器4が組み込まれた他の例を示す電気回路図である。
この実施の形態では、限流器4の負荷側には複数の開閉器5A,5B,5Cが接続される。このように構成することで、複数の開閉器5A,5B,5Cに対し、限流器4の数は1個で済むので、コンパクト、低コストの限流遮断システムを構築できる。
【0024】
実施の形態3.
上記各実施の形態では、磁気飽和調整手段として、第1の鉄心2Cおよび第2の鉄心2Dの磁路断面積を調整したものであったが、この実施の形態では、磁気飽和調整手段としてコイル3の導線の巻数を調整する手段を採用した例である。図10はこの発明の実施の形態3の限流器における鉄心2A,2BのB−H特性図であり、この限流器のB−H特性図は従来のものと同じであるが、第1の鉄心2A、第2の鉄心2Bを通る磁束量は導線の巻数が減少した分減少する。
ここで、実線矢印は従来例、点線矢印は実施の形態3のそれぞれの磁界Hの値であり、HA1はコイル3に電流が流れていない場合の第1の鉄心2Aの磁界Hの強さ、HA2は第1の端子6Aからコイル3に流れる負荷電流がピーク時での磁界Hの強さ、HA3は第2の端子6Bからコイル3に逆方向に流れる負荷電流がピーク時での磁界Hの強さである。
コイル3の導線の巻数を小さくしたことで、図10から分かるように、この実施の形態3の限流器での(HA1−HA2)の値、および(HA1−HA3)の値はともに、従来のものと比較して小さくなる。
この限流器では、例えばコイル3の第2の端子6Bから短絡電流が流れ込むと、磁気飽和していた鉄心2Aは磁気飽和が解けて、飽和境界点HA6の左側の領域内で、B−H線の傾斜角度が大きい領域に入るために、限流器のインダクタンスが大きくなり短絡電流が抑制される。但し、コイル3の導線の巻数が従来のものと比較して小さくなっているので、限流時のインダクタンスは小さいが、そのインダクタンスは飽和状態におけるインダクタンスよりも格段に大きい。限流時のインダクタンスが小さいことにより、限流電流が大きくなるため、磁気飽和に至る。磁気飽和すると限流器のインダクタンスは非常に小さくなり、限流電流が一定期間突出した、先に説明した図4の波形図が得られる。
【0025】
実施の形態4.
この実施の形態では、磁気飽和調整手段として、第1の永久磁石1A、第2の永久磁石1Bの磁路断面積を小さくする手段を採用した例である。
図11はこの発明の実施の形態4の限流器における鉄心2A,2BのB−H特性図であり、この限流器のB−H特性図は従来のものと同じであるが、第1の永久磁石1A、第2の永久磁石1Bの断面積を小さくした分、第1の鉄心2A、第2の鉄心2Bを通る磁束量は減少する。
ここで、実線矢印は従来例、点線矢印は実施の形態4のそれぞれの磁界Hの値であり、また各記号は図10と同様である。
この限流器では、例えばコイル3の第2の端子6Bから短絡電流が流れ込むと、磁気飽和していた鉄心2Aは磁気飽和が解けて、飽和境界点HA6の左側の領域内で、B−H線の傾斜角度が大きい領域に入るために、限流器のインダクタンスが大きくなり短絡電流が抑制される。但し、第1の永久磁石1A、第2の永久磁石1Bの発生磁束が少ないことにより、限流開始までの時間が速くなる。これに伴い、一旦限流した後の磁気飽和に至るまでの時間が短くなる。磁気飽和すると限流器のインダクタンスは非常に小さくなり、限流電流が一定期間突出した、先に説明した図4の波形図が得られる。
【0026】
実施の形態5.
この実施の形態では、磁気飽和調整手段として、第1の鉄心、第2の鉄心の材料を例えば電磁軟鉄のような珪素鋼板と比較して磁気的性能が低い材料を用いる手段を採用した例である。
図12はこの発明の実施の形態5の限流器における鉄心のB−H特性図であり、珪素鋼板を用いた鉄心のB−H特性に対して、この実施の形態の鉄心は、太い破線で示すように、飽和磁束密度が低下し、また磁気非飽和領域での直線の傾きが小さく、磁気飽和領域での直線の傾きが大きい。ここで、実線矢印は従来例、点線矢印は実施の形態5のそれぞれの磁界Hの値であり、また各記号は図10と同様である。
この限流器では、例えばコイル3の第2の端子6Bから短絡電流が流れ込むと、磁気飽和していた鉄心2Cは磁気飽和が解けて、飽和境界点HA6の左側の領域内で、B−H線の傾斜角度が大きい領域に入るために、限流器のインダクタンスが大きくなり短絡電流が抑制される。但し、鉄心に発生する磁束は少ないので、限流時のインダクタンスは小さいが、このインダクタンスは飽和状態におけるインダクタンスよりも格段に大きい。限流時のインダクタンスが小さいことにより、限流電流が大きくなるので、磁気飽和に至る。磁気飽和すると限流器のインダクタンスは非常に小さくなり、限流電流が一定期間突出した、先に説明した図4の波形図が得られる。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る限流器によれば、対向した一対の第1の鉄心および第2の鉄心と、前記第1の鉄心と前記第2の鉄心との間に第1の鉄心および第2の鉄心の磁場を強めるように極性配置されて設けられた第1の永久磁石および第2の永久磁石とから構成された閉磁気回路と、
前記第1の鉄心および前記第2の鉄心の外周に巻回されたコイルとを備え、
前記コイルに電流が流れていないとき、およびコイルに負荷電流が通電中のときには、前記第1の鉄心および前記第2の鉄心は磁気飽和し、前記コイルに短絡電流が流れたときには、前記第1の鉄心および前記第2の鉄心の何れかで磁気飽和が解かれるようになっている限流器であって、
前記閉磁気回路には、前記コイルに前記短絡電流が流れたときにおいて、磁気飽和が解かれた前記第1の鉄心または前記第2の鉄心がコイルに流れる電流の増加に伴い磁気飽和する磁気飽和調整手段が施されているので、限流器の小型化、軽量化が可能となる。
【0028】
また、この発明に係る限流器によれば、磁気飽和調整手段は、第1の鉄心および第2の鉄心の磁路断面積を調整するものなので、従来のものと比較して第1の鉄心および第2の鉄心の磁路断面積を小さくすることで、限流器の小型化、軽量化が可能となる。
【0029】
また、この発明に係る限流器によれば、磁気飽和調整手段は、第1の永久磁石および第2の永久磁石の磁路断面積を調整するものなので、従来のものと比較して第1の永久磁石および第2の永久磁石の磁路断面積を小さくすることで、限流器の小型化、軽量化、およびコスト低減が可能となる。
【0030】
また、この発明に係る限流器によれば、磁気飽和調整手段は、第1の鉄心および第2の鉄心の材質を調整するものなので、低コストの磁気的性能が低い材料を用いることが可能となる。
【0031】
また、この発明に係る限流器によれば、対向した一対の第1の鉄心および第2の鉄心と、前記第1の鉄心と前記第2の鉄心との間に第1の鉄心および第2の鉄心の磁場を強めるように極性配置されて設けられた第1の永久磁石および第2の永久磁石とから構成された閉磁気回路と、
前記第1の鉄心および前記第2の鉄心の外周に巻回されたコイルを備え、
前記コイルに電流が流れていないとき、およびコイルに負荷電流が通電中のときには、前記第1の鉄心および前記第2の鉄心は磁気飽和し、前記コイルに短絡電流が流れたときには、前記第1の鉄心および前記第2の鉄心の何れかで磁気飽和が解かれるようになっている限流器であって、
前記コイルでは、コイルの導線の巻数を調整することで、前記コイルに前記短絡電流が流れたときにおいて、磁気飽和が解かれた前記第1の鉄心または前記第2の鉄心がコイルに流れる電流の増加に伴い磁気飽和するようになっているので、導線の巻数を従来のものと比較して少なくすることで、限流器の小型化、軽量化、およびコスト低減が可能となる。
【0032】
また、この発明に係る限流器によれば、アーク電圧発生後にアーク電圧が増大する開閉器が直列に接続されるので、遮断電流が小さな開閉器で大きな電流を限流遮断できる限流遮断システムを構築することができる。
【0033】
また、この発明に係る限流器によれば、複数の分岐開閉器のそれぞれが限流器に直列に接続されるので、遮断電流が小さな開閉器で大きな電流を限流遮断でき、しかもコンパクト、低コストの限流遮断システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1の限流器の正断面図である。
【図2】図1の限流器の側断面図である。
【図3】図1の限流器の第1の鉄心のB−H特性図である。
【図4】図1の限流器の電流波形図である。
【図5】図1の限流器が組み込まれた電気回路図である。
【図6】図5の限流器のアーク電圧特性図である。
【図7】実施の形態1の限流器の他の例の正断面図である。
【図8】図7の限流器の側断面図である。
【図9】図1の限流器が組み込まれた他の例を示す実施の形態2の電気回路図である。
【図10】実施の形態3の限流器の第1の鉄心のB−H特性図である。
【図11】実施の形態4の限流器の第1の鉄心のB−H特性図である。
【図12】実施の形態5の限流器の第1の鉄心のB−H特性図である。
【図13】従来の限流器の正断面図である。
【図14】図13の限流器の側断面図である。
【図15】図13の限流器の第1の鉄心のB−H特性図である。
【図16】図13の限流器の第2の鉄心のB−H特性図である。
【図17】図9の限流器の電流波形図である。
【符号の説明】
1A 第1の永久磁石、1B 第2の永久磁石、3,3A コイル、4 限流器、5 開閉器、2A,2C 第1の鉄心、2B,2D 第2の鉄心。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a current limiter for suppressing an overcurrent generated due to a short circuit accident of an electric circuit or the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 13 is a front sectional view of a current limiter similar to the current limiter (Japanese Patent Application No. 2000-303450) filed by the present applicant, and FIG. 14 is a side sectional view of the current limiter of FIG.
In the drawing, 1A is a prismatic first permanent magnet whose upper surface is magnetized to the N pole and the lower surface is magnetized to the S pole. 1B is opposed to the first
[0003]
FIG. 15 is a BH characteristic diagram of the
This current limiter is configured such that when no current flows through the
When an AC load current flows from the
[0004]
Next, when a load current flows from the
As described above, when the load current is supplied, the
[0005]
Next, a case where an excessive current such as a short-circuit current flows through the
When a short-circuit current flows from the
In the
[0006]
Next, when a short-circuit current flows from the
In the
[0007]
As described above, when the short-circuit current flows through the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the current limiting device having the above-described configuration, for example, even when a short-circuit current includes a DC component, a high inductance state is ensured to suppress the short-circuit current. In the
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a current limiting device that can be reduced in size and weight.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The current limiter according to the present invention includes a pair of opposed first and second iron cores, and a magnetic field between the first and second iron cores between the first and second iron cores. A closed magnetic circuit composed of a first permanent magnet and a second permanent magnet provided in a polar arrangement so as to enhance
A coil wound around an outer periphery of the first core and the second core;
When no current is flowing through the coil and when a load current is flowing through the coil, the first core and the second core are magnetically saturated, and when a short-circuit current flows through the coil, the first core is A current limiter wherein magnetic saturation is solved in any one of the iron core and the second iron core,
In the closed magnetic circuit, when the short-circuit current flows through the coil, the first core or the second core whose magnetic saturation has been released has a magnetic saturation that is magnetically saturated with an increase in current flowing through the coil. Adjusting means are provided.
[0011]
In the current limiter according to the present invention, the magnetic saturation adjusting means adjusts a magnetic path cross-sectional area of the first iron core and the second iron core.
[0012]
In the current limiter according to the present invention, the magnetic saturation adjusting means adjusts a magnetic path cross-sectional area of the first permanent magnet and the second permanent magnet.
[0013]
In the current limiter according to the present invention, the magnetic saturation adjusting means adjusts the material of the first iron core and the second iron core.
[0014]
The current limiter according to the present invention includes a pair of opposed first and second iron cores, and a magnetic field between the first and second iron cores between the first and second iron cores. A closed magnetic circuit composed of a first permanent magnet and a second permanent magnet provided in a polar arrangement so as to enhance
A coil wound around an outer periphery of the first core and the second core;
When no current is flowing through the coil and when a load current is flowing through the coil, the first core and the second core are magnetically saturated, and when a short-circuit current flows through the coil, the first core is A current limiter wherein magnetic saturation is solved in any one of the iron core and the second iron core,
In the coil, by adjusting the number of turns of the conductor of the coil, when the short-circuit current flows through the coil, the first core or the second core whose magnetic saturation has been released has a current flowing through the coil. Magnetic saturation occurs with the increase.
[0015]
In the current limiter according to the present invention, a switch whose arc voltage increases after the arc voltage is generated is connected in series.
[0016]
In the current limiter according to the present invention, each of the plurality of branch switches is connected in series to the current limiter.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described. The same or corresponding members as those of the related art will be denoted by the same reference numerals.
FIG. 1 is a front sectional view of the current limiting device according to
In the drawing, 1A is a prismatic first permanent magnet whose upper surface is magnetized to the N pole and the lower surface is magnetized to the S pole. 1B is opposed to the first
[0018]
In this current limiter, when a short-circuit current flows through the
FIG. 3 is a BH characteristic diagram of a
[0019]
As can be seen from FIG. 3, by reducing the cross-sectional area of iron cores 2C and 2D, the value of (HA1-HA2) and the value of (HA1-HA3) in the current limiter of the first embodiment are both: It is larger than the conventional one.
In this current limiter, for example, when a short-circuit current flows from the
In the short-circuit current decreasing period, when the magnetic field H of the first iron core 2C decreases and enters the region on the right side of the saturation boundary point HA7 again, the inductance increases, and the short-circuit current is suppressed again.
FIG. 4 is a diagram showing a state where the short-circuit current is limited at this time. It can be seen from FIG. 4 that after the occurrence of the short circuit, the short circuit current is greatly suppressed. 4 corresponds to a magnetically unsaturated region between the saturation boundary point HA6 and the saturation boundary point HA7, and a region B corresponds to the magnetic saturation of the
In this embodiment, the magnetic cores 2C and 2D have a uniformly smaller magnetic path cross-sectional area than the
[0020]
The
When an aerial switch is used as the
[0021]
By the way, the stagnation time of the aerial switch is affected by the breaking current change rate (di / dt). In the case of an aerial switch, there is a phenomenon that the stagnation time becomes longer when the breaking current change rate is large. If the sticking time is long, the release of metal vapor from the contacts increases, so that the blocking performance is greatly reduced.
In this embodiment, since the breaking current change rate is suppressed small by the
It is needless to say that the present invention not only exerts a great effect in suppressing the short-circuit current of the AC circuit, but also exerts a great effect in suppressing the rising speed of the short-circuit current in the DC circuit.
[0022]
As shown in FIGS. 7 and 8, the coil 3A may be a coil 3A having a rectangular cross section.
[0023]
FIG. 9 is an electric circuit diagram showing another example in which the
In this embodiment, a plurality of
[0024]
In each of the above embodiments, the magnetic saturation cross-sectional areas of the first iron core 2C and the second iron core 2D are adjusted as the magnetic saturation adjusting means. In this embodiment, however, a coil is used as the magnetic saturation adjusting means. This is an example in which means for adjusting the number of turns of the conductive wire of No. 3 is adopted. FIG. 10 is a BH characteristic diagram of
Here, the solid arrow indicates the value of the magnetic field H of the conventional example, the dotted arrow indicates the value of the magnetic field H of the third embodiment, and HA1 indicates the intensity of the magnetic field H of the
As can be seen from FIG. 10, by reducing the number of turns of the conductor of the
In this current limiter, for example, when a short-circuit current flows from the
[0025]
This embodiment is an example in which a means for reducing the magnetic path cross-sectional area of the first
FIG. 11 is a BH characteristic diagram of
Here, the solid arrows indicate the values of the magnetic field H of the conventional example, the dotted arrows indicate the values of the respective magnetic fields H of the fourth embodiment, and the symbols are the same as in FIG.
In this current limiter, for example, when a short-circuit current flows from the
[0026]
In this embodiment, as the magnetic saturation adjusting means, an example in which the material of the first iron core and the second iron core is made of a material whose magnetic performance is lower than that of a silicon steel sheet such as electromagnetic soft iron is adopted. is there.
FIG. 12 is a BH characteristic diagram of the iron core in the current limiter according to the fifth embodiment of the present invention. In contrast to the BH characteristic of the iron core using a silicon steel plate, the iron core according to the fifth embodiment has a thick broken line. As shown by, the saturation magnetic flux density decreases, the inclination of the straight line in the magnetically unsaturated region is small, and the inclination of the straight line in the magnetically saturated region is large. Here, the solid arrows indicate the values of the magnetic field H of the conventional example, the dotted arrows indicate the values of the respective magnetic fields H of the fifth embodiment, and the symbols are the same as in FIG.
In this current limiter, for example, when a short-circuit current flows from the
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the current limiter according to the present invention, the first core and the second core opposed to each other, and the first core between the first core and the second core. A closed magnetic circuit composed of a first permanent magnet and a second permanent magnet arranged in a polar arrangement so as to enhance the magnetic field of the iron core and the second iron core;
A coil wound around the outer periphery of the first core and the second core,
When no current is flowing through the coil and when a load current is flowing through the coil, the first core and the second core are magnetically saturated, and when a short-circuit current flows through the coil, the first core is A current limiter wherein magnetic saturation is solved in any one of the iron core and the second iron core,
In the closed magnetic circuit, when the short-circuit current flows through the coil, the first core or the second core whose magnetic saturation has been released has a magnetic saturation that is magnetically saturated with an increase in current flowing through the coil. Since the adjusting means is provided, the current limiter can be reduced in size and weight.
[0028]
According to the current limiter of the present invention, the magnetic saturation adjusting means adjusts the magnetic path cross-sectional areas of the first iron core and the second iron core. By reducing the magnetic path cross-sectional area of the second iron core, the current limiter can be reduced in size and weight.
[0029]
According to the current limiter according to the present invention, the magnetic saturation adjusting means adjusts the magnetic path cross-sectional areas of the first permanent magnet and the second permanent magnet. By reducing the magnetic path cross-sectional areas of the permanent magnet and the second permanent magnet, it is possible to reduce the size, weight, and cost of the current limiter.
[0030]
Further, according to the current limiter according to the present invention, the magnetic saturation adjusting means adjusts the materials of the first iron core and the second iron core, so that a low-cost material having low magnetic performance can be used. It becomes.
[0031]
Further, according to the current limiter according to the present invention, the first iron core and the second iron core are provided between the pair of the first iron core and the second iron core opposed to each other, and the first iron core and the second iron core. A closed magnetic circuit composed of a first permanent magnet and a second permanent magnet provided in a polar arrangement so as to increase the magnetic field of the iron core;
A coil wound around an outer periphery of the first core and the second core;
When no current is flowing through the coil and when a load current is flowing through the coil, the first core and the second core are magnetically saturated, and when a short-circuit current flows through the coil, the first core is A current limiter wherein magnetic saturation is solved in any one of the iron core and the second iron core,
In the coil, by adjusting the number of turns of the conductor of the coil, when the short-circuit current flows through the coil, the first core or the second core whose magnetic saturation has been released has a current flowing through the coil. Since magnetic saturation is caused by the increase, the number of turns of the conductor is reduced as compared with the conventional one, so that the current limiter can be reduced in size, weight, and cost.
[0032]
Further, according to the current limiter according to the present invention, the switches whose arc voltage increases after the arc voltage is generated are connected in series, so that the current limiter can cut off a large current with a switch having a small breaking current. Can be constructed.
[0033]
Further, according to the current limiter according to the present invention, since each of the plurality of branch switches is connected in series with the current limiter, a large current can be subjected to current limit interruption with a switch having a small interruption current, and furthermore, compactness is achieved. It is possible to construct a low-cost current limiting circuit system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view of a current limiter according to
FIG. 2 is a side sectional view of the current limiter of FIG. 1;
FIG. 3 is a BH characteristic diagram of a first iron core of the current limiter of FIG. 1;
FIG. 4 is a current waveform diagram of the current limiter of FIG. 1;
FIG. 5 is an electric circuit diagram incorporating the current limiter of FIG. 1;
6 is an arc voltage characteristic diagram of the current limiter of FIG.
FIG. 7 is a front sectional view of another example of the current limiter of the first embodiment.
FIG. 8 is a side sectional view of the current limiter of FIG. 7;
FIG. 9 is an electric circuit diagram of a second embodiment showing another example in which the current limiter of FIG. 1 is incorporated.
FIG. 10 is a BH characteristic diagram of a first iron core of the current limiter according to the third embodiment.
FIG. 11 is a BH characteristic diagram of a first iron core of the current limiter according to the fourth embodiment.
FIG. 12 is a BH characteristic diagram of a first iron core of the current limiter according to the fifth embodiment.
FIG. 13 is a front sectional view of a conventional current limiter.
FIG. 14 is a side sectional view of the current limiter of FIG. 13;
FIG. 15 is a BH characteristic diagram of a first iron core of the current limiter of FIG. 13;
FIG. 16 is a BH characteristic diagram of a second iron core of the current limiter of FIG.
FIG. 17 is a current waveform diagram of the current limiter of FIG. 9;
[Explanation of symbols]
1A 1st permanent magnet, 1B 2nd permanent magnet, 3,3A coil, 4 current limiter, 5 switch, 2A, 2C 1st core, 2B, 2D 2nd core.
Claims (7)
前記第1の鉄心および前記第2の鉄心の外周に巻回されたコイルを備え、
前記コイルに電流が流れていないとき、およびコイルに負荷電流が通電中のときには、前記第1の鉄心および前記第2の鉄心は磁気飽和し、前記コイルに短絡電流が流れたときには、前記第1の鉄心および前記第2の鉄心の何れかで磁気飽和が解かれるようになっている限流器であって、
前記閉磁気回路には、前記コイルに前記短絡電流が流れたときにおいて、磁気飽和が解かれた前記第1の鉄心または前記第2の鉄心がコイルに流れる電流の増加に伴い磁気飽和する磁気飽和調整手段が施されている限流器。A pair of opposing first and second iron cores, and polar arrangements are provided between the first and second iron cores so as to enhance the magnetic field of the first and second iron cores. A closed magnetic circuit composed of a first permanent magnet and a second permanent magnet
A coil wound around an outer periphery of the first core and the second core;
When no current is flowing through the coil and when a load current is flowing through the coil, the first core and the second core are magnetically saturated, and when a short-circuit current flows through the coil, the first core is A current limiter wherein magnetic saturation is solved in any one of the iron core and the second iron core,
In the closed magnetic circuit, when the short-circuit current flows through the coil, the first core or the second core whose magnetic saturation has been released has a magnetic saturation that is magnetically saturated with an increase in current flowing through the coil. Current limiter with adjusting means.
前記第1の鉄心および前記第2の鉄心の外周に巻回されたコイルを備え、
前記コイルに電流が流れていないとき、およびコイルに負荷電流が通電中のときには、前記第1の鉄心および前記第2の鉄心は磁気飽和し、前記コイルに短絡電流が流れたときには、前記第1の鉄心および前記第2の鉄心の何れかで磁気飽和が解かれるようになっている限流器であって、
前記コイルでは、コイルの導線の巻数を調整することで、前記コイルに前記短絡電流が流れたときにおいて、磁気飽和が解かれた前記第1の鉄心または前記第2の鉄心がコイルに流れる電流の増加に伴い磁気飽和するようになっている限流器。A pair of opposing first and second iron cores, and polar arrangements are provided between the first and second iron cores so as to enhance the magnetic field of the first and second iron cores. A closed magnetic circuit composed of a first permanent magnet and a second permanent magnet
A coil wound around an outer periphery of the first core and the second core;
When no current is flowing through the coil and when a load current is flowing through the coil, the first core and the second core are magnetically saturated, and when a short-circuit current flows through the coil, the first core is A current limiter wherein magnetic saturation is solved in any one of the iron core and the second iron core,
In the coil, by adjusting the number of turns of the conductor of the coil, when the short-circuit current flows through the coil, the first core or the second core whose magnetic saturation has been released has a current flowing through the coil. A current limiter that is magnetically saturated with the increase.
Priority Applications (1)
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JP2002217702A JP2004064842A (en) | 2002-07-26 | 2002-07-26 | Current limiting device |
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