JP2879850B2 - 限流素子 - Google Patents
限流素子Info
- Publication number
- JP2879850B2 JP2879850B2 JP63085777A JP8577788A JP2879850B2 JP 2879850 B2 JP2879850 B2 JP 2879850B2 JP 63085777 A JP63085777 A JP 63085777A JP 8577788 A JP8577788 A JP 8577788A JP 2879850 B2 JP2879850 B2 JP 2879850B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil
- current
- current limiting
- circuit
- limiting element
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
- H02H9/023—Current limitation using superconducting elements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、交流電路における過電流を電磁的に抑制す
る限流素子に関する。
る限流素子に関する。
（従来の技術） この種の従来の技術としては、特開昭60−74932号の
リアクトル作動形限流装置が一般的に知られている。こ
の限流装置の回路構成について、第６図を参照して説明
する。この限流装置は、送電線路31,32の間に、磁束を
通すための鉄心33、この鉄心33に巻かれた第１のコイル
34、第１のコイル34に直列接続されたしゃ断器38、鉄心
33に巻かれた第２のコイル35、事故発生時の過大電流を
検出してしゃ断器38をトリップさせる変流器39、しゃ断
器38の極間を保護するサージ抑制器37、第１のコイル34
を保護するサージ抑制器36を構成したものである。
リアクトル作動形限流装置が一般的に知られている。こ
の限流装置の回路構成について、第６図を参照して説明
する。この限流装置は、送電線路31,32の間に、磁束を
通すための鉄心33、この鉄心33に巻かれた第１のコイル
34、第１のコイル34に直列接続されたしゃ断器38、鉄心
33に巻かれた第２のコイル35、事故発生時の過大電流を
検出してしゃ断器38をトリップさせる変流器39、しゃ断
器38の極間を保護するサージ抑制器37、第１のコイル34
を保護するサージ抑制器36を構成したものである。
定常動作時においては、しゃ断器38は閉じており、第
１のコイル34と第２のコイル35とに電流が流れる。第１
のコイル34と第２のコイル35は第一の強度の磁束を生
じ、しかも互いに打消し合うように逆向きに巻かれてい
る。このため、コイルインダクタンスは最小値を示し、
正常に負荷側に給電する。
１のコイル34と第２のコイル35とに電流が流れる。第１
のコイル34と第２のコイル35は第一の強度の磁束を生
じ、しかも互いに打消し合うように逆向きに巻かれてい
る。このため、コイルインダクタンスは最小値を示し、
正常に負荷側に給電する。
これに対し負荷側の短絡事故等により過大電流が生じ
た場合には、変流器39によってそれを検出し、しゃ断器
38を開いてサージ抑制器37を第１のコイル34に直列に挿
入する。これにより、鉄心33内を通過する磁束は第２の
コイル35によるものが支配的となり、第１のコイル34、
第２のコイル35は大きなインダクタンスを生じ、リアク
トルとなって回路電流を限流する。
た場合には、変流器39によってそれを検出し、しゃ断器
38を開いてサージ抑制器37を第１のコイル34に直列に挿
入する。これにより、鉄心33内を通過する磁束は第２の
コイル35によるものが支配的となり、第１のコイル34、
第２のコイル35は大きなインダクタンスを生じ、リアク
トルとなって回路電流を限流する。
（発明が解決しようとする課題） しかし、このような限流装置には次のような問題があ
った。まず、構成部品数が多く回路構成も複雑であり、
装置として大型かつ高価である。また回路電流が大きく
なるに従い鉄心33の断面積を大きくする必要があるため
数十KA級の限流装置としては大きすぎて実用的でない。
第１のコイル34及び第２のコイル35のそれぞれのコイル
内部の導体抵抗によって常時ジュール発熱を生じている
ため、電力損失を招くと同時に放熱対策が必要となる。
さらにこの導体抵抗は、限流装置の限性性能を制約する
ことになる。即ち、コイルの作動リアクタンスを大きく
するためにはコイル巻数を多くする必要があるが、同時
にコイルの導体抵抗が増加して発熱量も増加する。この
ため電力損失を考えると、コイル巻数を増加させるにも
制約がある。また過電流を検出してしゃ断器38を介して
限流動作を行なうため、時間遅れが生じ、第一波の限流
が困難である上に信頼性が低いという問題もあった。
った。まず、構成部品数が多く回路構成も複雑であり、
装置として大型かつ高価である。また回路電流が大きく
なるに従い鉄心33の断面積を大きくする必要があるため
数十KA級の限流装置としては大きすぎて実用的でない。
第１のコイル34及び第２のコイル35のそれぞれのコイル
内部の導体抵抗によって常時ジュール発熱を生じている
ため、電力損失を招くと同時に放熱対策が必要となる。
さらにこの導体抵抗は、限流装置の限性性能を制約する
ことになる。即ち、コイルの作動リアクタンスを大きく
するためにはコイル巻数を多くする必要があるが、同時
にコイルの導体抵抗が増加して発熱量も増加する。この
ため電力損失を考えると、コイル巻数を増加させるにも
制約がある。また過電流を検出してしゃ断器38を介して
限流動作を行なうため、時間遅れが生じ、第一波の限流
が困難である上に信頼性が低いという問題もあった。
本発明は上記事情に鑑み、小型で簡易な構造を有し、
動作が確実であり、さらに正常電流に対して発熱を生じ
ない限流素子を提供することを目的とする。
動作が確実であり、さらに正常電流に対して発熱を生じ
ない限流素子を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） 上記目的は、外周面に、一方向に第１の深さで第１の
スパイラル溝が切られ、この第１のスパイラル溝と同心
円上に同じ位置で且つ逆方向に第１の深さとは異なる第
２の深さの第２のスパイラル溝が第１のスパイラル溝と
ほぼ同巻数切られた碍子と、碍子の第１のスパイラル溝
に沿って巻装され、正常電流に対しては超電導状態、過
大電流に対して常電導状態になるような第１の所定臨界
電流値を有する超電導材料から作られた第１のコイル
と、碍子の第２のスパイラル溝に沿って巻装され、前記
第１の所定臨界電流値よりも高い第２の所定臨界電流値
を有する超電導材料から作られた第２のコイルとを備え
たことによって達成される。
スパイラル溝が切られ、この第１のスパイラル溝と同心
円上に同じ位置で且つ逆方向に第１の深さとは異なる第
２の深さの第２のスパイラル溝が第１のスパイラル溝と
ほぼ同巻数切られた碍子と、碍子の第１のスパイラル溝
に沿って巻装され、正常電流に対しては超電導状態、過
大電流に対して常電導状態になるような第１の所定臨界
電流値を有する超電導材料から作られた第１のコイル
と、碍子の第２のスパイラル溝に沿って巻装され、前記
第１の所定臨界電流値よりも高い第２の所定臨界電流値
を有する超電導材料から作られた第２のコイルとを備え
たことによって達成される。
（作用） 同一の碍子の外周面における第１及び第２のスパイラ
ル溝に、正常電流に対しては超電導状態、過大電流に対
して帯電導状態になるような第１の所定臨界電流値を有
する超電導材料から作られた第１のコイル及び第１の所
定臨界電流値よりも高い第２の所定臨界電流値を有する
超電導材料から作られた第２のコイルを収納するので、
構造が簡易で素子の小型化に寄与する。また、第１及び
第２のコイルは、第１のスパイラル溝と、これと同心円
上に同じ位置で且つ逆方向に第１の深さとは異なる第２
の深さの第２のスパイラル溝にそれぞれ巻装されるの
で、漏れインダクタンスを最小にすることができる。
ル溝に、正常電流に対しては超電導状態、過大電流に対
して帯電導状態になるような第１の所定臨界電流値を有
する超電導材料から作られた第１のコイル及び第１の所
定臨界電流値よりも高い第２の所定臨界電流値を有する
超電導材料から作られた第２のコイルを収納するので、
構造が簡易で素子の小型化に寄与する。また、第１及び
第２のコイルは、第１のスパイラル溝と、これと同心円
上に同じ位置で且つ逆方向に第１の深さとは異なる第２
の深さの第２のスパイラル溝にそれぞれ巻装されるの
で、漏れインダクタンスを最小にすることができる。
一方、正常動作時においては、第１のコイルの第１の
所定臨界電流値及び第２のコイルの所定臨界電流値より
も小さい正常電流しか流れず、第１のコイルと第２のコ
イルは共に超電導状態にある。第１のコイルと第２のコ
イルとに電流が並列に流れ、両者が同心円上に同じ位置
で且つ逆方向の位置関係にある第１及び第２のスパイラ
ル溝に巻装されるので、第１のコイルによって生じる磁
束と第２のコイルによって生じる磁束とが相互に逆方向
であるため打ち消し合い、限流素子としてのインピーダ
ンスは極小となり、限流されることなく電流が流れる。
所定臨界電流値及び第２のコイルの所定臨界電流値より
も小さい正常電流しか流れず、第１のコイルと第２のコ
イルは共に超電導状態にある。第１のコイルと第２のコ
イルとに電流が並列に流れ、両者が同心円上に同じ位置
で且つ逆方向の位置関係にある第１及び第２のスパイラ
ル溝に巻装されるので、第１のコイルによって生じる磁
束と第２のコイルによって生じる磁束とが相互に逆方向
であるため打ち消し合い、限流素子としてのインピーダ
ンスは極小となり、限流されることなく電流が流れる。
これに対し、過大電流が流れる条件が発生し、電流値
が第１のコイルの第１の所定臨界電流値を越えると、第
１のコイルは瞬時に常電導状態になるが、第２のコイル
は超電導状態を維持する。これにより、第１のコイルの
抵抗は急激に増大し、殆どの電流は第１のコイルには流
れずに第２のコイルへ転流する。限流素子のコイルを貫
通する磁束は第２のコイルによるものが支配的となって
大きなインピーダンスが生じ、電流が限流される。
が第１のコイルの第１の所定臨界電流値を越えると、第
１のコイルは瞬時に常電導状態になるが、第２のコイル
は超電導状態を維持する。これにより、第１のコイルの
抵抗は急激に増大し、殆どの電流は第１のコイルには流
れずに第２のコイルへ転流する。限流素子のコイルを貫
通する磁束は第２のコイルによるものが支配的となって
大きなインピーダンスが生じ、電流が限流される。
（実施例） 本発明の一実施例による限流素子の構造について、第
１図を参照して説明する。磁心となる碍管５の両端部分
に端子６が装着され、それらは絶縁キャップ４及び支持
スタッド２によって貫通保持され、支持体１に取付けら
れている。碍管５の外周面には、右ねじ状のスパイラル
溝7aが任意の一定の深さで任意の回数だけ切られてい
る。更に逆向きの左ねじ状のスパイラル溝7bが、スパイ
ラル溝7aと同心円上に同じ位置で且つ逆方向に設けら
れ、スパイラル溝7aより浅くかつほぼ同巻数切られてい
る。
１図を参照して説明する。磁心となる碍管５の両端部分
に端子６が装着され、それらは絶縁キャップ４及び支持
スタッド２によって貫通保持され、支持体１に取付けら
れている。碍管５の外周面には、右ねじ状のスパイラル
溝7aが任意の一定の深さで任意の回数だけ切られてい
る。更に逆向きの左ねじ状のスパイラル溝7bが、スパイ
ラル溝7aと同心円上に同じ位置で且つ逆方向に設けら
れ、スパイラル溝7aより浅くかつほぼ同巻数切られてい
る。
スパイラル溝7aに沿って第１の所定臨界電流値を有する
超電導材料から作られた第１のコイル８が碍管５の外周
に巻装され、その外周上にスパイラル溝7bに沿って第２
の所定臨界電流値を有する超電導材料から作られた第２
のコイル９が巻装され、共にそれぞれの両端が端子６に
接続されている。第１のコイル８と第２のコイル９のそ
れぞれ巻装されている部分は、相互に接触していても離
れていてもよい。尚、第１のコイル８及び第２のコイル
９は共に臨界温度以下で使用される状態であればよく、
冷却を必要とするものであってもよい。さらに超電導材
料の種類は問わない。
超電導材料から作られた第１のコイル８が碍管５の外周
に巻装され、その外周上にスパイラル溝7bに沿って第２
の所定臨界電流値を有する超電導材料から作られた第２
のコイル９が巻装され、共にそれぞれの両端が端子６に
接続されている。第１のコイル８と第２のコイル９のそ
れぞれ巻装されている部分は、相互に接触していても離
れていてもよい。尚、第１のコイル８及び第２のコイル
９は共に臨界温度以下で使用される状態であればよく、
冷却を必要とするものであってもよい。さらに超電導材
料の種類は問わない。
次に、本実施例の限流素子を適用した回路例及びその
作用について説明する。第２図は、その回路構成図であ
る。電源11、開閉器12及び第１のコイル８と第２のコイ
ル９が並列に接続された限流素子13が直列に接続されて
いる。さらにインピーダンスとして線路インピーダンス
14、負荷15のインピーダンスが存在する。第３図に、本
実施例の限流素子の等価回路を表わす。第３図（ａ）は
正常動作時における等価回路を示しており、第１のコイ
ル８及び第２のコイル９は共に超電導状態にある。第３
図（ｂ）は限流動作時における等価回路を示しており、
第１のコイル８は常電導状態になり、第２のコイル９は
超電導状態を維持する。次に第２図の回路において、定
常動作を時と限流動作時とにおいて流れる回路電流波形
を第４図に示す。定常動作時においては、正常電流であ
る回路電流i0が流れる。限流動作時には、限流素子13に
より限流された回路電流i0が流れる。この回路電流i
0は、第１のコイル８に流れる電流iL1と第２のコイル９
に流れる電流iL2とを加算したものに相当する。ここ
で、第１のコイル８の第１の所定臨界電流値Jc1、第２
のコイル９の第２の所定臨界電流値Jc2とする。また、
限流素子13によって限流されない場合には、推定短絡電
流ifが流れるものと推定される。尚この場合の直流成分
は無いものとする。第５図に、定常動作時と限流動作時
とにおける回路インピーダンスを示す。線路インピーダ
ンス14の抵抗値Zlは常に一定である。これに対し限流素
子13全体のインピーダンスは、定常動作時におけるイン
ピーダンスZscよりも、限流動作時におけるインピーダ
ンスZsc′の方がはるかに大きい値となる。
作用について説明する。第２図は、その回路構成図であ
る。電源11、開閉器12及び第１のコイル８と第２のコイ
ル９が並列に接続された限流素子13が直列に接続されて
いる。さらにインピーダンスとして線路インピーダンス
14、負荷15のインピーダンスが存在する。第３図に、本
実施例の限流素子の等価回路を表わす。第３図（ａ）は
正常動作時における等価回路を示しており、第１のコイ
ル８及び第２のコイル９は共に超電導状態にある。第３
図（ｂ）は限流動作時における等価回路を示しており、
第１のコイル８は常電導状態になり、第２のコイル９は
超電導状態を維持する。次に第２図の回路において、定
常動作を時と限流動作時とにおいて流れる回路電流波形
を第４図に示す。定常動作時においては、正常電流であ
る回路電流i0が流れる。限流動作時には、限流素子13に
より限流された回路電流i0が流れる。この回路電流i
0は、第１のコイル８に流れる電流iL1と第２のコイル９
に流れる電流iL2とを加算したものに相当する。ここ
で、第１のコイル８の第１の所定臨界電流値Jc1、第２
のコイル９の第２の所定臨界電流値Jc2とする。また、
限流素子13によって限流されない場合には、推定短絡電
流ifが流れるものと推定される。尚この場合の直流成分
は無いものとする。第５図に、定常動作時と限流動作時
とにおける回路インピーダンスを示す。線路インピーダ
ンス14の抵抗値Zlは常に一定である。これに対し限流素
子13全体のインピーダンスは、定常動作時におけるイン
ピーダンスZscよりも、限流動作時におけるインピーダ
ンスZsc′の方がはるかに大きい値となる。
以上の第３図、第４図、第５図を用いて、第２図にお
ける限流素子13の作用について説明する。定常動作時に
おける回路電流i0は、電源11の電圧Ｅとインピーダンス
の総和であるZsc＋Zlによって決定される。この場合の
限流素子13のインピーダンスZscは、極めて小さな値と
なる。これは以下の理由による。第１のコイル８と第２
のコイル９は、その巻回数Ｎと鎖交磁束数Φがほぼ同一
であり、かつ並列に構成されていること、及び双方共超
電導状態であるため導体抵抗の無い純コイルとなってい
ることから第１のコイル８と第２のコイル９とに流れる
電流値はほぼ同一である。従って限流素子13は第３図
（ａ）に示すように抵抗がゼロで微小リアクタンスの素
子となり、第５図（ａ）に示すようにインピーダンスZ
scは極小値をとる。これにより負荷15に対して、限流素
子13による電圧降下を生じることなく電圧Ｅを負荷15に
供給することができる。さらにこの場合において第１の
コイル８、第２のコイル９共超電導状態であるため発熱
も生じない。
ける限流素子13の作用について説明する。定常動作時に
おける回路電流i0は、電源11の電圧Ｅとインピーダンス
の総和であるZsc＋Zlによって決定される。この場合の
限流素子13のインピーダンスZscは、極めて小さな値と
なる。これは以下の理由による。第１のコイル８と第２
のコイル９は、その巻回数Ｎと鎖交磁束数Φがほぼ同一
であり、かつ並列に構成されていること、及び双方共超
電導状態であるため導体抵抗の無い純コイルとなってい
ることから第１のコイル８と第２のコイル９とに流れる
電流値はほぼ同一である。従って限流素子13は第３図
（ａ）に示すように抵抗がゼロで微小リアクタンスの素
子となり、第５図（ａ）に示すようにインピーダンスZ
scは極小値をとる。これにより負荷15に対して、限流素
子13による電圧降下を生じることなく電圧Ｅを負荷15に
供給することができる。さらにこの場合において第１の
コイル８、第２のコイル９共超電導状態であるため発熱
も生じない。
負荷15の端子間に短絡が生じ過大電流が流れる条件が
発生すると、回路には電圧Ｅをインピーダンスの総和
（Zsc＋Zl）で除した値（E/Zsc＋Zl）である推定短絡電
流ifが流れようとする。しかし限流素子13の第１のコイ
ル８を流れる電流iL1が、臨界電流Jc1を超えると同時に
第１のコイル８は常電導化し、電流iL1が第２のコイル
９側へ転流する。これにより限流素子13の等価回路は、
第３図（ａ）から（ｂ）に示す回路へ瞬時に移行する。
即ち第１のコイル８は、定常動作時におけるインダクタ
ンスL1に比べてインダクタンスL11とコイル長と線径及
び固有抵抗によって決定される極めて大きな抵抗Rc1と
の直列回路となる。第２のコイル９も第１のコイル８の
インダクタンスL11と同様な大きなインダクタンスL12を
有するコイルとなる。従ってこの場合の限流素子13のイ
ンピーダンスZsc′は線路インピーダンスZlよりはるか
に大きな値となり、第４図に示すような限流作用が行な
われる。尚第１のコイル８は常電導化して高抵抗を有す
るようになるため温度が上昇し、その温度が第１のコイ
ル８の臨界温度まで冷却して復帰するまで限流素子13は
高インピーダンスを維持する。
発生すると、回路には電圧Ｅをインピーダンスの総和
（Zsc＋Zl）で除した値（E/Zsc＋Zl）である推定短絡電
流ifが流れようとする。しかし限流素子13の第１のコイ
ル８を流れる電流iL1が、臨界電流Jc1を超えると同時に
第１のコイル８は常電導化し、電流iL1が第２のコイル
９側へ転流する。これにより限流素子13の等価回路は、
第３図（ａ）から（ｂ）に示す回路へ瞬時に移行する。
即ち第１のコイル８は、定常動作時におけるインダクタ
ンスL1に比べてインダクタンスL11とコイル長と線径及
び固有抵抗によって決定される極めて大きな抵抗Rc1と
の直列回路となる。第２のコイル９も第１のコイル８の
インダクタンスL11と同様な大きなインダクタンスL12を
有するコイルとなる。従ってこの場合の限流素子13のイ
ンピーダンスZsc′は線路インピーダンスZlよりはるか
に大きな値となり、第４図に示すような限流作用が行な
われる。尚第１のコイル８は常電導化して高抵抗を有す
るようになるため温度が上昇し、その温度が第１のコイ
ル８の臨界温度まで冷却して復帰するまで限流素子13は
高インピーダンスを維持する。
次に、本実施例の限流素子13をより具体的に構成した
限流素子における作用について説明する。限流素子の構
造は第１図に示す通りであり、また第１のコイル８及び
第２のコイル９の素材はNb−Ti系超電導材とする。さら
に素子としての諸定数は例えば以下の通りである。
限流素子における作用について説明する。限流素子の構
造は第１図に示す通りであり、また第１のコイル８及び
第２のコイル９の素材はNb−Ti系超電導材とする。さら
に素子としての諸定数は例えば以下の通りである。
第１のコイル８…コイル巻数Ｎ＝200、コイル巻半径ｒ
＝0.05m、コイル巻長さｌ＝0.3m、コイル線径d1＝0.000
3m、常電導時における固有抵抗ρ＝0.4μΩ・ｍ、臨界
電流Jc1＝200A、 第２のコイル９…コイル巻数Ｎ＝200、コイル巻半径ｒ
＝0.05m、コイル巻長さｌ＝0.3m、コイル線径d2＝0.000
9m、常電導時における固有抵抗ρ＝0.4μΩ・ｍ、臨界
電流Jc2＝1800A、 尚ここで、コイルは共に空芯コイルで、かつその長岡
係数ｋは0.87とする。さらに回路条件として、回路電圧
Ｅは440V−50Hz、負荷インピーダンスZLは２（Ω）、線
路インピーダンスZlは0.012（Ω）、回路力率は全て１
とする。
＝0.05m、コイル巻長さｌ＝0.3m、コイル線径d1＝0.000
3m、常電導時における固有抵抗ρ＝0.4μΩ・ｍ、臨界
電流Jc1＝200A、 第２のコイル９…コイル巻数Ｎ＝200、コイル巻半径ｒ
＝0.05m、コイル巻長さｌ＝0.3m、コイル線径d2＝0.000
9m、常電導時における固有抵抗ρ＝0.4μΩ・ｍ、臨界
電流Jc2＝1800A、 尚ここで、コイルは共に空芯コイルで、かつその長岡
係数ｋは0.87とする。さらに回路条件として、回路電圧
Ｅは440V−50Hz、負荷インピーダンスZLは２（Ω）、線
路インピーダンスZlは0.012（Ω）、回路力率は全て１
とする。
定常動作時においては第１のコイル８及び第２のコイ
ル９共に超電導状態であるため導体抵抗はゼロとなり、
さらにコイル相互の磁気打消し作用により漏れインダク
タンスL0は約0.1（μＨ）程度となる。よって回路電流i
0は、E/（Zsc＋Zl＋ZL）より218（Ａ）となり、それぞ
れのコイルに流れる電流iL1,iL2は共に109（Ａ）とな
る。このときの限流素子のインピーダンスは、0.1（μ
Ｈ）−3.14×10-5（Ω）と極めて小さく、回路へ何ら影
響を及ぼさない。
ル９共に超電導状態であるため導体抵抗はゼロとなり、
さらにコイル相互の磁気打消し作用により漏れインダク
タンスL0は約0.1（μＨ）程度となる。よって回路電流i
0は、E/（Zsc＋Zl＋ZL）より218（Ａ）となり、それぞ
れのコイルに流れる電流iL1,iL2は共に109（Ａ）とな
る。このときの限流素子のインピーダンスは、0.1（μ
Ｈ）−3.14×10-5（Ω）と極めて小さく、回路へ何ら影
響を及ぼさない。
次に負荷15に短絡が生じると、回路電流i0はE/（Zsc
＋Ze）即ち36.6kArms値まで上昇しようとする。しかし
回路電流i0が第１のコイル８の臨界電流Jc1の約２倍に
達すると、第１のコイル８は常電導化する。このときの
第１のコイル８の抵抗値（Rc1）は、 Rc1＝ρ・２πrN/πr2 ＝355（Ω） となる。
＋Ze）即ち36.6kArms値まで上昇しようとする。しかし
回路電流i0が第１のコイル８の臨界電流Jc1の約２倍に
達すると、第１のコイル８は常電導化する。このときの
第１のコイル８の抵抗値（Rc1）は、 Rc1＝ρ・２πrN/πr2 ＝355（Ω） となる。
これに対し、第２のコイル９は超電導状態を維持する
ため、回路電流i0のほとんどは第２のコイル９へ転流
し、さらにその磁束φ２によって第２のコイル９は、瞬
時にインダクタンスL2を生じる。このL2の値は、第１の
コイル８に流れる電流が無視できる程小さいため、第２
のコイル９の単一コイルとして計算され、前述した諸定
数に対して、 となる。
ため、回路電流i0のほとんどは第２のコイル９へ転流
し、さらにその磁束φ２によって第２のコイル９は、瞬
時にインダクタンスL2を生じる。このL2の値は、第１の
コイル８に流れる電流が無視できる程小さいため、第２
のコイル９の単一コイルとして計算され、前述した諸定
数に対して、 となる。
従ってこの限流素子は、第１のコイル８の抵抗（約35
5Ω）と第２のコイル９のリアクタンス（約0.41Ω）と
の並列回路となるが、実質的には第２のコイル９のリア
クタンスとみなすことができる。これにより回路電流i0
のピーク値は約1500A（1040Arms）程度に限流される。
一方第１のコイル８の発熱量は約1KW程度となり、これ
による温度上昇によって第１のコイル８は常電導状態を
維持するため限流素子13は限流動作を継続する。
5Ω）と第２のコイル９のリアクタンス（約0.41Ω）と
の並列回路となるが、実質的には第２のコイル９のリア
クタンスとみなすことができる。これにより回路電流i0
のピーク値は約1500A（1040Arms）程度に限流される。
一方第１のコイル８の発熱量は約1KW程度となり、これ
による温度上昇によって第１のコイル８は常電導状態を
維持するため限流素子13は限流動作を継続する。
このように本実施例の限流素子は、小型で簡易な構造
を有し、スイッチング素子等を用いずに電流に対して応
答して限流動作を行なうため動作が確実で、しかも時間
遅れを生じることなく第一波を限流することができる。
また定常動作時において発熱や電圧降下をほとんど生じ
ることがないため、正常電流を支障なく通電することが
できる。
を有し、スイッチング素子等を用いずに電流に対して応
答して限流動作を行なうため動作が確実で、しかも時間
遅れを生じることなく第一波を限流することができる。
また定常動作時において発熱や電圧降下をほとんど生じ
ることがないため、正常電流を支障なく通電することが
できる。
尚、第１図に示された本実施例の構成は、本発明の限
流素子を限定するものではない。
流素子を限定するものではない。
以上説明したように本発明の限流素子は、同一の碍子
の外周面に、同心円上に同じ位置で且つ逆方向に深さの
異なるスパイラル溝を２つ設け、一方の溝には正常電流
に対しては超電導状態、過大電流に対して常電導状態に
なるような第１の所定臨界電流値を有する超電導材料か
ら作られた第１のコイルを、他方の溝には第１の所定電
解電流値よりも高い第２の所定臨界電流値を有する超電
導材料から作られた第２のコイルを巻装し、並列接続し
て過大電流を限流するので、構造が簡易で小型化が可能
であり、更に漏れインダクタンスを最小にすることがで
きる。
の外周面に、同心円上に同じ位置で且つ逆方向に深さの
異なるスパイラル溝を２つ設け、一方の溝には正常電流
に対しては超電導状態、過大電流に対して常電導状態に
なるような第１の所定臨界電流値を有する超電導材料か
ら作られた第１のコイルを、他方の溝には第１の所定電
解電流値よりも高い第２の所定臨界電流値を有する超電
導材料から作られた第２のコイルを巻装し、並列接続し
て過大電流を限流するので、構造が簡易で小型化が可能
であり、更に漏れインダクタンスを最小にすることがで
きる。
また、第１及び第２のコイルは超電導材料であるの
で、発熱、電圧降下を伴わずに正常電流を流すことがで
きる。
で、発熱、電圧降下を伴わずに正常電流を流すことがで
きる。
第１図は本発明の一実施例による限流素子の構造を示す
断面図、第２図は同限流素子の適用回路の一例及びその
作用を示す説明図、第３図（ａ）は同限流素子の定常動
作時における等価回路を示す説明図、第３図（ｂ）は同
限流素子の限流動作時における等価回路を示す説明図、
第４図は同限流素子の作用を示す電流の時間に対する特
性図、第５図は同限流素子の抵抗値の時間に対する特性
図、第６図は従来のリアクトル作動形限流装置の回路図
である。 １……支持体、２……支持スタッド、３……ナット、４
……絶縁キャップ、５……碍管、６……端子、7a,7b…
…スパイラル溝、８……第１のコイル、９……第２のコ
イル、11……電源、12……開閉器、13……限流素子、14
……線路インピーダンス、15……負荷、Jc1……第１の
所定臨界電流値、Jc2……第２の所定臨界電流値。
断面図、第２図は同限流素子の適用回路の一例及びその
作用を示す説明図、第３図（ａ）は同限流素子の定常動
作時における等価回路を示す説明図、第３図（ｂ）は同
限流素子の限流動作時における等価回路を示す説明図、
第４図は同限流素子の作用を示す電流の時間に対する特
性図、第５図は同限流素子の抵抗値の時間に対する特性
図、第６図は従来のリアクトル作動形限流装置の回路図
である。 １……支持体、２……支持スタッド、３……ナット、４
……絶縁キャップ、５……碍管、６……端子、7a,7b…
…スパイラル溝、８……第１のコイル、９……第２のコ
イル、11……電源、12……開閉器、13……限流素子、14
……線路インピーダンス、15……負荷、Jc1……第１の
所定臨界電流値、Jc2……第２の所定臨界電流値。
Claims (1)
- 【請求項１】外周面に、一方向に第１の深さで第１のス
パイラル溝が切られ、この第１のスパイラル溝と同心円
上に同じ位置で且つ逆方向に前記第１の深さとは異なる
第２の深さの第２のスパイラル溝が前記第１のスパイラ
ル溝とほぼ同巻数切られた碍子と、 前記碍子の前記第１のスパイラル溝に沿って巻装され、
正常電流に対しては超電導状態、過大電流に対して常電
導状態になるような第１の所定臨界電流値を有する超電
導材料から作られた第１のコイルと、 前記碍子の前記第２のスパイラル溝に沿って巻装され、
前記第１の所定臨界電流値よりも高い第２の所定臨界電
流値を有する超電導材料から作られた第２のコイルと、 を備えたことを特徴とする限流素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63085777A JP2879850B2 (ja) | 1988-04-07 | 1988-04-07 | 限流素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63085777A JP2879850B2 (ja) | 1988-04-07 | 1988-04-07 | 限流素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01259725A JPH01259725A (ja) | 1989-10-17 |
| JP2879850B2 true JP2879850B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=13868313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63085777A Expired - Lifetime JP2879850B2 (ja) | 1988-04-07 | 1988-04-07 | 限流素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2879850B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013009475A (ja) * | 2011-07-06 | 2013-01-10 | Leader Electronics Inc | サージ電流抑制回路 |
-
1988
- 1988-04-07 JP JP63085777A patent/JP2879850B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01259725A (ja) | 1989-10-17 |
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