JP2009140639A

JP2009140639A - 分流型超電導限流器

Info

Publication number: JP2009140639A
Application number: JP2007313303A
Authority: JP
Inventors: Satoru Yagiu; 悟柳父; Mikihiko Endo; 幹彦遠藤
Original assignee: Tokyo Denki University
Current assignee: Tokyo Denki University
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2027-12-04
Also published as: JP5019322B2

Abstract

【課題】外部電源を要せずに転流用スイッチの開極および投入を自動で行うことができる分流型超電導限流器を提供する。
【解決手段】限流用固定コイル４が通電された際に電磁反発板１７との間に発生する電磁反発力により電流遮断器３を開極するとともに投入部２０のばね２５を蓄勢し、その後、ばね２５が放勢して伸長するとともに通気口２６を通して空気室３２に外部から空気を取り入れることにより蓋体２３およびこれに連結された可動接触子１１の移動速度を抑制しながら可動接触子１１を固定接触子９に近づく方向に移動させて電流遮断器３を閉極させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電路に流れる短絡電流などの過大な電流を抑制する分流型超電導限流器に関する。

従来、超電導素子と転流用スイッチとが直列に接続され、これらと並列に限流用固定コイルが接続された分流型超電導限流器が知られている。

このような分流型超電導限流器において、通常通電時は、超電導素子が超電導状態にあって限流用固定コイルが短絡しており、超電導素子を介して電路に電流が流れる。短絡事故などによって電路に過大電流が流れると、超電導素子が超電導状態から非超電導状態（高抵抗状態）に転換するので電流が限流用固定コイル側に転流し、分流型超電導限流器が高インピーダンス状態となり、電路に流れる過大電流を抑制する。また、この際、転流用スイッチを駆動させ、超電導素子に流れる電流を遮断することにより、超電導素子の消費エネルギーを軽減している。

通常、分流型超電導限流器では、転流用スイッチとして、高速で駆動する特殊なスイッチを用いる必要がある。一般的な高速遮断器を転流用スイッチとして用いた場合、この高速遮断器の遮断部は大地間の絶縁のため上方に配置され、遮断部を動作させる駆動部は大地側に配置される。このように遮断部と駆動部とが離れて配置されるため、遮断部を高速で動作させることが難しく、また、仮に高速で動作させることができたとしても、大きなエネルギーを必要とするため駆動部が大型化し、コストも増大する。

そこで、超電導素子が超電導状態から非超電導状態に転換して電流が限流用固定コイルに流れた際に発生する磁界による電磁反発力を用いて転流用スイッチを開極させる分流型超電導限流器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この分流型超電導限流器では、転流用スイッチを開極するための操作機構や外部電源を必要とせず、かつ高速動作が可能となる。
特開２００５−５０７３７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された分流型超電導限流器では、転流用スイッチの開極後、その開極状態を維持する機構が設けられているが、転流用スイッチを閉極（再閉路）するための投入動作を自動的に行うことはできなかった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、外部電源を要せずに転流用スイッチの開極および投入を自動で行うことができる分流型超電導限流器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の分流型超電導限流器は、超電導素子と、固定接触子およびこの固定接触子に対向する可動接触子を有する電流遮断器とが直列に接続された直列回路と、前記直列回路に並列に接続された円筒状の限流用固定コイルと、前記可動接触子に連結されるとともに前記限流用固定コイルの一方の端面に対向して配置され、前記限流用固定コイルが通電された際に前記限流用固定コイルとの間に発生する電磁反発力により前記可動接触子を前記固定接触子から離れる方向に移動させて前記電流遮断器を開極させる電磁反発板と、前記電磁反発板に連結された絶縁板と、通気口と逆止弁が設けられた排気口とを有する底壁と、前記底壁の一方面に立設された筒状の側壁と、前記可動接触子に連結され、前記側壁内に往復摺動可能に設けられた蓋体と、前記底壁の前記一方面側の前記側壁外において前記底壁上に立設され前記絶縁板を支持する弾性体とを有し、前記電磁反発力により前記電磁反発板とともに前記可動接触子が前記固定接触子から離れる方向に移動する際に、前記可動接触子に連動して移動する前記蓋体により前記底壁と前記側壁と前記蓋体とで囲まれた空気室内の空気を前記排気口および前記通気口を通して外部に押し出すとともに、前記電磁反発板に連動して移動する前記絶縁板により前記弾性体を圧縮して蓄勢した後、前記弾性体が放勢して伸長するとともに前記通気口を通して前記空気室内に外部から空気を取り入れることにより前記蓋体およびこれに連結された前記可動接触子の移動速度を抑制しながら前記可動接触子を前記固定接触子に近づく方向に移動させて前記電流遮断器を閉極させる投入手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明の分流型超電導限流器は、超電導素子と、固定接触子およびこの固定接触子に対向する可動接触子をそれぞれ有する複数の電流遮断器が互いに並列に接続された並列回路とが直列に接続された第１の回路と、複数の前記電流遮断器に対応する複数の円筒状の限流用固定コイルが互いに直列に接続され、前記第１の回路に並列に接続された第２の回路と、前記各電流遮断器の前記各可動接触子に連結されるとともに前記各限流用固定コイルの一方の端面に対向して配置され、前記各限流用固定コイルが通電された際に前記各限流用固定コイルとの間に発生する電磁反発力により前記各可動接触子を前記各電流遮断器の対応する前記各固定接触子から離れる方向に移動させて前記各電流遮断器を開極させる電磁反発板と、前記電磁反発板に連結された絶縁板と、通気口と逆止弁が設けられた排気口とを有する底壁と、前記底壁の一方面に立設された筒状の側壁と、前記各可動接触子に連結され、前記側壁内に往復摺動可能に設けられた蓋体と、前記底壁の前記一方面側の前記側壁外において前記底壁上に立設され前記絶縁板を支持する弾性体とを有し、前記電磁反発力により前記電磁反発板とともに前記各可動接触子が対応する前記各固定接触子から離れる方向に移動する際に、前記各可動接触子に連動して移動する前記蓋体により前記底壁と前記側壁と前記蓋体とで囲まれた空気室内の空気を前記排気口および前記通気口を通して外部に押し出すとともに、前記電磁反発板に連動して移動する前記絶縁板により前記弾性体を圧縮して蓄勢した後、前記弾性体が放勢して伸長するとともに前記通気口を通して前記空気室内に外部から空気を取り入れることにより前記蓋体およびこれに連結された前記各可動接触子の移動速度を抑制しながら前記各可動接触子を対応する前記各固定接触子に近づく方向に移動させて前記各電流遮断器を閉極させる投入手段とを備えることを特徴とする。

本発明の分流型超電導限流器によれば、外部電源を要せずに転流用スイッチの開極および投入を自動で行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。以下の図面の記載において、同一または同等の部分には同一または同等の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る分流型超電導限流器を電気的に示す接続図、図２は、第１の実施の形態に係る分流型超電導限流器の電流遮断器および投入部を示す構成図、図３は、図２に示す電流遮断器および投入部の開極時の動作を説明するための図、図４は、図２に示す電流遮断器および投入部の投入時の動作を説明するための図である。

図１に示すように第１の実施の形態に係る分流型超電導限流器は、電路１の途中に設けられ、超電導素子２と電流遮断器３とが直列に接続され、この超電導素子２と電流遮断器３との直列回路に並列に限流用固定コイル４が接続された電気的な構成を有する。

超電導素子２は、通常通電時は超電導状態にあって電流を流し、短絡事故などによって電路１に過大電流が流れると超電導状態から非超電導状態（高抵抗状態）に変化する公知の超電導体からなる。

電流遮断器３は、図２に示すような公知の真空バルブ等からなり、分流型超電導限流器の転流用スイッチとして機能する。

電流遮断器３は、遮断室５を有する。この遮断室５は、絶縁体からなる筒状の絶縁容器６と、この絶縁容器６の両端に設けられた金属製の蓋体７，８とで真空気密に構成されている。蓋体７には、固定接触子９が端部に固着された固定導電棒１０が固定されている。蓋体８には、固定接触子９と対向して接離自在の可動接触子１１が端部に固着された可動導電棒１２が軸方向に移動可能に貫通している。図１に示すように、固定導電棒１０は、超電導素子２の一端に接続され、可動導電棒１２は、電路１に接続されている。

可動導電棒１２にはベローズ１３が取付けられ、遮断室５内を真空気密に保持しながら可動導電棒１２の軸方向の移動を可能にしている。また、このベローズ１３の上部には金属製のアークシールド１４が設けられ、ベローズ１３がアーク蒸気で覆われることを防止している。また、固定接触子９、可動接触子１１を覆うように、遮断室５内に金属製のアークシールド１５が設けられ、これにより絶縁容器６がアーク蒸気で覆われることを防止している。

また、可動導電棒１２の可動接触子１１が固着された側とは反対側の端には、絶縁体からなる可動ロッド１６の一端が連結されている。可動ロッド１６には、アルミニウム等の導体からなる電磁反発板１７が、その略中心を可動ロッド１６が貫通するように固定されている。

電流遮断器３には、図２に示すように、可動ロッド１６および電磁反発板１７を介して、投入部２０が連結されている。

投入部２０は、底壁２１と、底壁２１の図示上面に立設された筒状の側壁２２と、可動ロッド１６の他端に連結され、側壁２２内に往復摺動可能に設けられた蓋体２３と、電磁反発板１７の図示下面に固定された環状の絶縁板２４と、底壁２１の図示上面の側壁２２外において底壁２１上に立設され絶縁板２４を支持する弾性体である複数のばね２５とを備える。側壁２２の内周面と蓋体２３の外周面とは、図示しないシールリング等によりシールされている。

底壁２１には、通気口２６と排気口２７とが設けられている。排気口２７には、逆止弁２８が設けられている。逆止弁２８は、弁本体２９と、排気口２７を開閉する弁体３０と、弁体３０を支持するばね３１とを備え、外部から底壁２１と側壁２２と蓋体２３とで囲まれた空気室３２内に向かう空気の流れを止める。空気室３２内から外部に向かう流れは、止められずに流通する。

電流遮断器３と電磁反発板１７との間には、円筒状に形成された限流用固定コイル４が、その一方の端面が電磁反発板１７に対向し、その中央開口部を可動導電棒１２および可動ロッド１６が貫通するように配置されている。図１に示すように、限流用固定コイル４の一端は超電導素子２の他端に接続され、限流用固定コイル４の他端は可動導電棒１２に接続されている。

次に、第１の実施の形態に係る分流型超電導限流器の動作について説明する。

通常通電時は、投入部２０のばね２５の弾性力により、可動接触子１１と固定接触子９とが接触する位置に可動導電棒１２が保持されており、電流遮断器３が閉極している。したがって、電路１に、限流用固定コイル４を介することなく、超電導素子２と電流遮断器３との直列回路を介して電流が流れる。

この通常状態から、短絡事故などによって電路１に過大電流が流れると、超電導素子２に過大電流が流れ、超電導素子２が超電導状態から非超電導状態（高抵抗状態）に転換するので、電流が限流用固定コイル４側に転流する。

限流用固定コイル４に電流が流れると磁界が発生し、これにより限流用固定コイル４と電磁反発板１７との間に電磁反発力が発生する。この電磁反発力により、図３に示すように、電磁反発板１７が図示下方に高速で移動する。

電磁反発板１７には可動ロッド１６を介して可動導電棒１２が連結されているので、可動接触子１１が固定接触子９から離れる方向に移動し、電流遮断器３が開極される。これにより、超電導素子２と電流遮断器３との直列回路に電流が流れず、限流用固定コイル４のみを介して電流が流れるため、分流型超電導限流器が高インピーダンス状態となり、電路１に流れる過大電流を抑制する。

また、電磁反発板１７が図示下方に移動する際には、可動ロッド１６を介して電磁反発板１７に連結された蓋体２３も連動して図示下方に移動し、空気室３２内の空気を通気口２６および排気口２７を通じて外部に押し出す。さらに、この際、電磁反発板１７に連結された絶縁板２４も図示下方に移動するので、ばね２５が圧縮されて蓄勢される。

その後、図４に示すように、ばね２５が放勢して伸長することにより、絶縁板２４および電磁反発板１７が図示上方に移動し、可動ロッド１６を介して電磁反発板１７に連結された可動導電棒１２および蓋体２３も図示上方に移動することで、電流遮断器３の閉極状態に戻る。このようにして、電流遮断器３の投入動作は自動的に行われる。

この投入動作時において、通気口２６を通して空気室３２に外部から空気が取り入れられる。なお、このとき逆止弁２８により排気口２７は閉じられ、通気口２６のみから空気室３２に空気が流入する。この際、空気室３２内の気圧が外部の気圧よりも低い状態となるため、蓋体２３にばね２５による弾性力と反対の方向の力が加わる。これにより、蓋体２３、およびこれに可動ロッド１６と可動導電棒１２とを介して連結された可動接触子１１の図示上方への移動速度を抑制することができる。

このようにして、電流遮断器３は、開極してから所定時間後に自動的に投入される。開極から投入までの時間は、通気口２６の口径の大きさを予め調整することにより設定され、０．０１秒〜０．２秒程度とすることが、電流遮断器３の再閉路責務に対応するために好ましい。

上記説明のように第１の実施の形態によれば、限流用固定コイル４が通電された際に電磁反発板１７との間に発生する電磁反発力により電流遮断器３を開極するとともに投入部２０のばね２５を蓄勢し、その後、ばね２５が放勢して伸長するとともに通気口２６を通して空気室３２に外部から空気を取り入れることにより蓋体２３およびこれに連結された可動接触子１１の移動速度を抑制しながら可動接触子１１を固定接触子９に近づく方向に移動させて電流遮断器３を閉極させるので、電流遮断器３の開極および投入を自動で行うことができる。また、外部電源を必要としないため、装置の簡素化、小型化、およびコストの削減が可能となる。

（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る分流型超電導限流器を電気的に示す接続図、図６は、第２の実施の形態に係る分流型超電導限流器の電流遮断器および投入部を示す構成図である。図５および図６において、図１および図２との対応部分には同一符号を付し、詳細説明を省略する。

図５に示すように第２の実施の形態に係る分流型超電導限流器は、図１に示した分流型超電導限流器に対し、電流遮断器３と並列に接続された電流遮断器４０と、限流用固定コイル４に直列に接続された限流用固定コイル４１とが追加された電気的な構成を有する。

図６に示すように、第２の実施の形態では、電流遮断器３，４０が並列に配置されて電磁反発板１７に連結され、さらに投入部２０に連結されている。

電流遮断器４０は、遮断室４２と、絶縁容器４３と、蓋体４４，４５と、固定接触子４６と、固定導電棒４７と、可動接触子４８と、可動導電棒４９と、ベローズ５０と、アークシールド５１，５２とを備え、電流遮断器３と同様に構成されている。

電流遮断器４０の可動導電棒４９の可動接触子４８が固着された側とは反対側の端には、絶縁体からなる可動ロッド５３の一端が連結されている。可動ロッド５３は、電磁反発板１７を貫通するようにして電磁反発板１７に固定されている。可動ロッド５３の他端は、投入部２０の蓋体２３に固定されている。

電流遮断器４０と電磁反発板１７との間には、円筒状に形成された限流用固定コイル４１が、その一方の端面が電磁反発板１７に対向し、その中央開口部を可動導電棒４９および可動ロッド５３が貫通するように配置されている。

上記のように構成された第２の実施の形態の分流型超電導限流器において、通常通電時は、投入部２０のばね２５の弾性力により、可動接触子１１，４８が固定接触子９，４６に接触する位置に可動導電棒１２，４９が保持されており、電流遮断器３，４０がともに閉極している。したがって、電路１に、限流用固定コイル４，４１を介することなく、超電導素子２と電流遮断器３，４０とを介して電流が流れる。

この通常状態から、短絡事故などによって電路１に過大電流が流れると、超電導素子２に過大電流が流れ、超電導素子２が超電導状態から非超電導状態（高抵抗状態）に転換するので、電流が限流用固定コイル４，４１側に転流する。

限流用固定コイル４，４１に電流が流れると磁界が発生し、これにより限流用固定コイル４，４１と電磁反発板１７との間に電磁反発力が発生する。この電磁反発力により電流遮断器３，４０を開極し、その後投入する動作については、上記第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

第２の実施の形態によれば、複数の電流遮断器３，４０を並列に接続したので、第１の実施の形態と同様の効果に加えて、分流型超電導限流器の電流容量を増大することができる。

なお、第２の実施の形態では、電流遮断器およびこれに対応する限流用固定コイルをそれぞれ２つ接続した例を示したが、電流遮断器および限流用固定コイルの数はこれに限らない。さらに多くの電流遮断器を用いれば、電流遮断器の数に伴って電流容量を増大することができる。

また、本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る分流型超電導限流器を電気的に示す接続図である。第１の実施の形態に係る分流型超電導限流器の電流遮断器および投入部を示す構成図である。図２に示す電流遮断器および投入部の開極時の動作を説明するための図である。図２に示す電流遮断器および投入部の投入時の動作を説明するための図である。本発明の第２の実施の形態に係る分流型超電導限流器を電気的に示す接続図である。第２の実施の形態に係る分流型超電導限流器の電流遮断器および投入部を示す構成図である。

符号の説明

１電路
２超電導素子
３，４０電流遮断器
４，４１限流用固定コイル
５，４２遮断室
６，４３絶縁容器
７，８，４４，４５蓋体
９，４６固定接触子
１０，４７固定導電棒
１１，４８可動接触子
１２，４９可動導電棒
１３，５０ベローズ
１４，１５，５１，５２アークシールド
１６，５３可動ロッド
１７電磁反発板
２０投入部
２１底壁
２２側壁
２３蓋体
２４絶縁板
２５ばね
２６通気口
２７排気口
２８逆止弁
２９弁本体
３０弁体
３１ばね
３２空気室

Claims

超電導素子と、固定接触子およびこの固定接触子に対向する可動接触子を有する電流遮断器とが直列に接続された直列回路と、
前記直列回路に並列に接続された円筒状の限流用固定コイルと、
前記可動接触子に連結されるとともに前記限流用固定コイルの一方の端面に対向して配置され、前記限流用固定コイルが通電された際に前記限流用固定コイルとの間に発生する電磁反発力により前記可動接触子を前記固定接触子から離れる方向に移動させて前記電流遮断器を開極させる電磁反発板と、
前記電磁反発板に連結された絶縁板と、通気口と逆止弁が設けられた排気口とを有する底壁と、前記底壁の一方面に立設された筒状の側壁と、前記可動接触子に連結され、前記側壁内に往復摺動可能に設けられた蓋体と、前記底壁の前記一方面側の前記側壁外において前記底壁上に立設され前記絶縁板を支持する弾性体とを有し、前記電磁反発力により前記電磁反発板とともに前記可動接触子が前記固定接触子から離れる方向に移動する際に、前記可動接触子に連動して移動する前記蓋体により前記底壁と前記側壁と前記蓋体とで囲まれた空気室内の空気を前記排気口および前記通気口を通して外部に押し出すとともに、前記電磁反発板に連動して移動する前記絶縁板により前記弾性体を圧縮して蓄勢した後、前記弾性体が放勢して伸長するとともに前記通気口を通して前記空気室内に外部から空気を取り入れることにより前記蓋体およびこれに連結された前記可動接触子の移動速度を抑制しながら前記可動接触子を前記固定接触子に近づく方向に移動させて前記電流遮断器を閉極させる投入手段と
を備えることを特徴とする分流型超電導限流器。
超電導素子と、固定接触子およびこの固定接触子に対向する可動接触子をそれぞれ有する複数の電流遮断器が互いに並列に接続された並列回路とが直列に接続された第１の回路と、
複数の前記電流遮断器に対応する複数の円筒状の限流用固定コイルが互いに直列に接続され、前記第１の回路に並列に接続された第２の回路と、
前記各電流遮断器の前記各可動接触子に連結されるとともに前記各限流用固定コイルの一方の端面に対向して配置され、前記各限流用固定コイルが通電された際に前記各限流用固定コイルとの間に発生する電磁反発力により前記各可動接触子を前記各電流遮断器の対応する前記各固定接触子から離れる方向に移動させて前記各電流遮断器を開極させる電磁反発板と、
前記電磁反発板に連結された絶縁板と、通気口と逆止弁が設けられた排気口とを有する底壁と、前記底壁の一方面に立設された筒状の側壁と、前記各可動接触子に連結され、前記側壁内に往復摺動可能に設けられた蓋体と、前記底壁の前記一方面側の前記側壁外において前記底壁上に立設され前記絶縁板を支持する弾性体とを有し、前記電磁反発力により前記電磁反発板とともに前記各可動接触子が対応する前記各固定接触子から離れる方向に移動する際に、前記各可動接触子に連動して移動する前記蓋体により前記底壁と前記側壁と前記蓋体とで囲まれた空気室内の空気を前記排気口および前記通気口を通して外部に押し出すとともに、前記電磁反発板に連動して移動する前記絶縁板により前記弾性体を圧縮して蓄勢した後、前記弾性体が放勢して伸長するとともに前記通気口を通して前記空気室内に外部から空気を取り入れることにより前記蓋体およびこれに連結された前記各可動接触子の移動速度を抑制しながら前記各可動接触子を対応する前記各固定接触子に近づく方向に移動させて前記各電流遮断器を閉極させる投入手段と
を備えることを特徴とする分流型超電導限流器。