JP2792182B2 - 過電流限流装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は電気機器の過電流保護に用いる限流装置に関
する。

「従来の技術」 従来、電気系統事故、過負荷、機器の運転投入時など
による過電流に対して、電気機器を保護するために用い
られる過電流限流装置は、電気系統に接続されたまま用
いられ、そのため正常運転においても限流装置は作用し
たままになっている。

電気機器が超電導機の場合、超電導機はある臨界電流
以上の過電流が流れると、クエンチと呼ばれる超電導状
態から高抵抗の常電導状態へ転移を起し、機器の焼損あ
るいは運転不能の状態へ陥いるため、過電流を臨界電流
以下に制限する限流装置が必要である。一般に超電導機
の臨界電流値は使用される定格電流値に対して高くない
ため、過電流は大きく制限する必要がある。

このような大きな限流作用をする限流装置を従来通り
電気系統に接続したままで用いると、電気系統のインピ
ーダンスを高め正常な運転ができない結果となる。その
ため過電流発生時にのみ限流作用をする限流装置が必要
である。

第３図に過電流発生時にのみ限流作用を示す限流装置
として一般に考えられる例を示す。同図において１は限
流コイル、２は限流コイルに並列に接続した超電導体、
７は説明のために電気機器として接続した超電導変圧器
である。

この構成において、正常時は限流コイル１が並列に接
続された超電導体２によって短絡されているため、限流
作用を示さないようになっている。過電流発生時に超電
導体２がクエンチを起し高抵抗状態となるので、限流コ
イル１が短絡状態から開放され限流作用を現わすように
したものである。

「発明が解決しようとする課題」 上記の第３図に示す一般に考えられる方法は、実際に
は超電導体２のクエンチしたあとにおける超電導状態へ
の復帰が困難であり、一番最初の過電流発生において、
過電流発生時にのみ限流作用を示す限流装置として作用
したあと、正常電流値に戻った時点でも超電導体２が高
抵抗の常電導状態のまま残り、結果として限流装置が電
気系統に接続されたままの状態に陥いってしまう問題が
ある。

本発明は限流装置のこのような事態を起さないように
し、過電流時のみに確実に動作する限流装置を提供する
ものである。

「課題を解決するための手段」 本発明は、限流コイルに超電導体を並列に接続した構
成をもつ限流装置において、限流コイルの鉄心に制御コ
イルを設け、制御コイルに流れる電流で鉄心の磁束変化
の動作点を鉄心の飽和領域へ移動させて、鉄心の磁束変
化量の減少で超電導体にかかる電圧を低減させて超電導
体を超電導状態に復帰させるものである。

本発明を第１図に基づいて説明する。

同図において１は限流コイル、２は限流コイル１と並
列に接続された超電導体、３は限流コイル１と電磁結合
されている制御コイル、４は限流コイル１と制御コイル
３が巻かれている鉄心、５は電流を計測するための変流
器、６は変流器よりの出力を受けて制御コイル３に制御
電流を供給するための制御装置、７は説明のために電気
機器として接続した超電導変圧器である。

「作用」 本発明の作用を第１図および第２図（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）に基づいて説明する。

第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はともに第１図におけ
る限流コイル１の両端ａ−ｂ間の電圧波形を示し、すな
わち超電導体２に印加されている電圧波形である。

第２図（ａ）は過電流発生によって超電導体２がクエ
ンチを起し、限流コイル１に電流が転移し、さらに過電
流が抑制された後における電圧波形である。超電導体２
が超電導状態に復帰しない間は、この電圧波形が継続し
ており、従って限流装置が過電流制限の後も電気系統に
接続されたままの形で残されている状態を示す。

第２図（ｂ）は（ａ）の状態の時に、制御装置６より
制御コイル３に制御電流が流された瞬間における電圧波
形である。

限流コイル１は鉄心４の磁束変化量に対応してリアク
タンスが生じ電圧が発生している。制御コイル３に制御
電流を流すことによって鉄心４の磁束変化の動作点を鉄
心４の飽和領域へ移動し、磁束変化量を減少させ、限流
コイル１の発生電圧を減少させている。

第２図（ｃ）は超電導体２が超電導状態に復帰した時
点以降における電圧波形で超電導体２による短絡状態と
なるため電圧は零である。

超電導体２がその臨界電流値以上の過電流によりクエ
ンチし常電導状態へ転移したあと、仮りに過電流がその
臨界電流値以下になっても、超電導体２に印加されてい
る電圧がある値以上に高い場合は、再び超電導状態への
復帰が困難である。

上記、第２図（ｂ）で述べた作用によって強制的に超
電導体２に印加されている電圧を低減し、これにより確
実に安定した動作で超電導体２を超電導状態へ復帰させ
ることができる。

制御装置６は変流器３よりの電流を監視し、一旦過電
流が流れて、正常電流値に戻った時点で制御電流を制御
コイル３に供給し、また限流コイル１の両端ａ−ｂ間の
電圧零にて制御電流を停止させるようになっている。第
２図（ａ）の状態から制御電流供給によって（ｃ）の状
態へ移行する時間は、超電導体２が超電導状態へ復帰す
る時間であるが、本方式は瞬時で確実な動作を行わせる
ことができる。これにより限流装置が電気系統に接続さ
れたままの状態に陥いってしまうことを解消すことがで
きる。

「実施例」 本発明の実施例を第１図に基づいて説明する。超電導
体２としてニオブチタン合金系の交流用超電導線材によ
る無誘導コイルを用い、保護対象機器として超電導変圧
器７とした例である。

ここで、超電導体２のクエンチに到る臨界電流値が超
電導変圧器のクエンチに到る臨界電流値より低くなるよ
う選定してあり、また予測される過電流に対して、限流
コイル１を超電導変圧器７のクエンチに到る臨界電流値
以下に電流を制限するように設計してある。

この構成によって、超電導変圧器７を事故過電流に対
してクエンチを起すことなく運転でき、事故原因解消後
ただちに限流コイル１が変流器５、制御装置６、制御コ
イル３の作用によって短絡され電気系統から切離される
ようにした実施例である。

「発明の効果」 上述したように電気機器が超電導機の場合は特に過電
流耐量が低いため、限流作用の大きな限流装置の設置が
必要となるが、これを電気系統に接続したままで用いる
と正常時の機器の運転に支障が生ずる。そこで、過電流
時にのみ作用する限流装置の設置が欠かせない。本発明
はこのような機能をもつ限流装置を提供するもので産業
上の利用効果は非常に高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の限流装置の構成を示す説明図、第２
図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の動作を説明するた
めの電圧波形の図、第３図は従来の限流装置の構成を示
す説明図である。 第１図、第３図において、１は限流コイル、２は超電導
体、３は制御コイル、４は鉄心、５は変流器、６は制御
装置、７は超電導変圧器である。 第２図において、（ａ）は超電導体２が常電導状態であ
るときに限流コイル１の両端に発生している電圧波形、
（ｂ）は（ａ）の状態の時に制御コイル３に制御装置６
より制御電流を流した瞬間における限流コイル１の両端
に発生する過渡的な電圧波形、（ｃ）は超電導体２が超
電導状態に復帰した後における限流コイル１の両端の電
圧波形であり零であることを示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】限流コイルに超電導体を並列に接続した構
   成をもつ限流装置において、当該限流コイルの鉄心に制
   御コイルを設け、前記制御コイルに流れる電流で前記鉄
   心の磁束変化の動作点を前記鉄心の飽和領域へ移動させ
   て、前記鉄心の磁束変化量の減少で前記超電導体にかか
   る電圧を低減させて前記超電導体を超電導状態に復帰さ
   せることを特徴とする過電流限流装置。