JP2947275B1 - 限流装置 - Google Patents
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Abstract
【要約】
【課題】 超電導限流素子又は熱限流素子を複数個直列
に接続した場合、各素子に特性のばらつきがあっても、
高抵抗化した素子に発熱電力や過電圧が集中してその素
子が破壊することを未然に防止する。 【解決手段】 超電導体のクエンチ現象により高抵抗化
する超電導限流素子又は過電流により発熱してその温度
上昇で高抵抗化する熱限流素子の限流素子Ｓ１〜Ｓｎを
複数個直列に接続し、電力系統の系統電源と負荷との間
に挿入した限流装置において、限流素子Ｓ１〜Ｓｎと同
数の変圧器Ｔ１〜Ｔｎを配設し、その一次巻線Ａ１〜Ａ
ｎを各限流素子Ｓ１〜Ｓｎごとに同極性で接続すると共
に、二次巻線Ｂ１〜Ｂｎを全て並列接続する。
に接続した場合、各素子に特性のばらつきがあっても、
高抵抗化した素子に発熱電力や過電圧が集中してその素
子が破壊することを未然に防止する。 【解決手段】 超電導体のクエンチ現象により高抵抗化
する超電導限流素子又は過電流により発熱してその温度
上昇で高抵抗化する熱限流素子の限流素子Ｓ１〜Ｓｎを
複数個直列に接続し、電力系統の系統電源と負荷との間
に挿入した限流装置において、限流素子Ｓ１〜Ｓｎと同
数の変圧器Ｔ１〜Ｔｎを配設し、その一次巻線Ａ１〜Ａ
ｎを各限流素子Ｓ１〜Ｓｎごとに同極性で接続すると共
に、二次巻線Ｂ１〜Ｂｎを全て並列接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は限流装置に関し、詳
しくは、低圧から超高圧に至る全ての電力系統を含む一
般の交流回路に適用され、短絡事故による過電流や負荷
投入時のインラッシュ電流を抑制するための限流装置に
関する。
しくは、低圧から超高圧に至る全ての電力系統を含む一
般の交流回路に適用され、短絡事故による過電流や負荷
投入時のインラッシュ電流を抑制するための限流装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、低圧から超高圧に至る全ての電
力系統では、短絡事故による過電流や負荷投入時のイン
ラッシュ電流を抑制するために限流装置を設け、この限
流装置により遮断器に要求される遮断容量を低減するよ
うにしている。この種の限流装置としては、従来、例え
ば超電導体のクエンチ現象を利用した超電導限流素子や
正温度特性（ＰＴＣ）サーミスタの熱限流素子を用いた
ものがある。
力系統では、短絡事故による過電流や負荷投入時のイン
ラッシュ電流を抑制するために限流装置を設け、この限
流装置により遮断器に要求される遮断容量を低減するよ
うにしている。この種の限流装置としては、従来、例え
ば超電導体のクエンチ現象を利用した超電導限流素子や
正温度特性（ＰＴＣ）サーミスタの熱限流素子を用いた
ものがある。
【０００３】まず、超電導体のクエンチ現象を利用した
超電導限流素子、例えば薄膜超電導限流素子は、臨界電
流以上の過電流に対して瞬時に高抵抗化（常電導転移）
するもので、応答が速く自己動作型で信頼性があるなど
高性能な素子として賞用されている。また、正温度特性
（ＰＴＣ）サーミスタの熱限流素子は、ポリマー系材料
やチタン酸バリウム系材料を組成とし、過大な電流を流
すことにより発熱してその温度上昇で高抵抗化するもの
で、構成が簡単で経済的な素子として賞用されている。
超電導限流素子、例えば薄膜超電導限流素子は、臨界電
流以上の過電流に対して瞬時に高抵抗化（常電導転移）
するもので、応答が速く自己動作型で信頼性があるなど
高性能な素子として賞用されている。また、正温度特性
（ＰＴＣ）サーミスタの熱限流素子は、ポリマー系材料
やチタン酸バリウム系材料を組成とし、過大な電流を流
すことにより発熱してその温度上昇で高抵抗化するもの
で、構成が簡単で経済的な素子として賞用されている。
【０００４】これら超電導限流素子や熱限流素子を利用
した限流装置は、図７に示すように限流素子Ｓを電力系
統の系統電源Ｖと負荷Ｌとの間に直列に接続した構成を
有する。例えば、短絡事故ａが発生して過電流が流れ、
超電導限流素子の場合はクエンチ現象により高抵抗化
し、また、熱限流素子の場合は発熱してその温度上昇で
高抵抗化する。この限流素子Ｓの高抵抗化により電力系
統に流れる過電流を抑制する。この超電導限流素子Ｓが
限流機能を発揮している間に遮断器ＣＢを開放すること
により、電力系統の連系を解列する。
した限流装置は、図７に示すように限流素子Ｓを電力系
統の系統電源Ｖと負荷Ｌとの間に直列に接続した構成を
有する。例えば、短絡事故ａが発生して過電流が流れ、
超電導限流素子の場合はクエンチ現象により高抵抗化
し、また、熱限流素子の場合は発熱してその温度上昇で
高抵抗化する。この限流素子Ｓの高抵抗化により電力系
統に流れる過電流を抑制する。この超電導限流素子Ｓが
限流機能を発揮している間に遮断器ＣＢを開放すること
により、電力系統の連系を解列する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の超電
導限流素子及び熱限流素子を有する限流装置についてそ
れぞれ以下のような問題があった。
導限流素子及び熱限流素子を有する限流装置についてそ
れぞれ以下のような問題があった。
【０００６】まず、超電導限流素子の場合、その長さ方
向の熱伝導が悪く、また、クエンチ現象の発生特性を長
さ方向に揃えるのが非常に困難であり、また、熱限流素
子の場合、その長さ方向に抵抗−温度特性を完全に均一
化させることが極めて困難である。
向の熱伝導が悪く、また、クエンチ現象の発生特性を長
さ方向に揃えるのが非常に困難であり、また、熱限流素
子の場合、その長さ方向に抵抗−温度特性を完全に均一
化させることが極めて困難である。
【０００７】即ち、これら限流素子では、部分的な発熱
が速やかに熱拡散して全体が均一に温度上昇する限られ
た長さの素子しか使用することができないことから、そ
の定格電圧は素子１個あたり１００Ｖ程度である。その
ため、例えば２００Ｖ、４００Ｖや６６００Ｖ等の電力
系統に適用しようとすると、限流動作時、系統電圧に相
当する電圧を分担する必要があるため、複数個の限流素
子を直列に接続することになる。
が速やかに熱拡散して全体が均一に温度上昇する限られ
た長さの素子しか使用することができないことから、そ
の定格電圧は素子１個あたり１００Ｖ程度である。その
ため、例えば２００Ｖ、４００Ｖや６６００Ｖ等の電力
系統に適用しようとすると、限流動作時、系統電圧に相
当する電圧を分担する必要があるため、複数個の限流素
子を直列に接続することになる。
【０００８】しかしながら、複数個の限流素子を直列に
接続した場合、各素子に共通の短絡電流が流れるので、
各素子に特性のばらつきがあると、複数個の限流素子の
うち、一部の素子のみが先に高抵抗化し、その素子に発
熱電力が集中して熱的に破壊したり、過電圧が集中して
絶縁破壊するという致命的な問題があった。
接続した場合、各素子に共通の短絡電流が流れるので、
各素子に特性のばらつきがあると、複数個の限流素子の
うち、一部の素子のみが先に高抵抗化し、その素子に発
熱電力が集中して熱的に破壊したり、過電圧が集中して
絶縁破壊するという致命的な問題があった。
【０００９】そこで、本発明は前述した問題点に鑑みて
提案されたもので、その目的とするところは、超電導限
流素子又は熱限流素子を複数個直列に接続した場合、各
素子に特性のばらつきがあっても、高抵抗化した素子に
発熱電力や過電圧が集中してその素子が破壊することを
未然に防止することにある。
提案されたもので、その目的とするところは、超電導限
流素子又は熱限流素子を複数個直列に接続した場合、各
素子に特性のばらつきがあっても、高抵抗化した素子に
発熱電力や過電圧が集中してその素子が破壊することを
未然に防止することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めの技術的手段として、本発明は、以下の点を特徴とす
る。 超電導体のクエンチ現象により高抵抗化する超
電導限流素子又は過電流により発熱してその温度上昇で
高抵抗化する熱限流素子を複数個直列に接続して交流回
路に挿入した限流装置において、限流素子と同数の変圧
器を配設し、その一次巻線を各限流素子ごとに同極性で
接続すると共に、二次巻線を全て並列接続したこと。
超電導体のクエンチ現象により高抵抗化する超電導限
流素子又は過電流により発熱してその温度上昇で高抵抗
化する熱限流素子を複数個直列に接続して交流回路に挿
入した限流装置において、限流素子と同数の巻線を共通
の鉄心に磁気結合させると共に、各巻線を各限流素子ご
とに同極性で接続したこと。 超電導体のクエンチ現
象により高抵抗化する超電導限流素子又は過電流により
発熱してその温度上昇で高抵抗化する熱限流素子を複数
個直列に接続して交流回路に挿入した限流装置におい
て、複数の一次巻線と単一の二次巻線を共通の鉄心に磁
気結合させた構成を単位ブロックとして複数のブロック
を設け、すべてのブロックの一次巻線を合計した総数を
限流素子の総数と同一にして各一次巻線を各限流素子ご
とに同極性で接続すると共に、各ブロックの二次巻線を
全て並列接続したこと。
めの技術的手段として、本発明は、以下の点を特徴とす
る。 超電導体のクエンチ現象により高抵抗化する超
電導限流素子又は過電流により発熱してその温度上昇で
高抵抗化する熱限流素子を複数個直列に接続して交流回
路に挿入した限流装置において、限流素子と同数の変圧
器を配設し、その一次巻線を各限流素子ごとに同極性で
接続すると共に、二次巻線を全て並列接続したこと。
超電導体のクエンチ現象により高抵抗化する超電導限
流素子又は過電流により発熱してその温度上昇で高抵抗
化する熱限流素子を複数個直列に接続して交流回路に挿
入した限流装置において、限流素子と同数の巻線を共通
の鉄心に磁気結合させると共に、各巻線を各限流素子ご
とに同極性で接続したこと。 超電導体のクエンチ現
象により高抵抗化する超電導限流素子又は過電流により
発熱してその温度上昇で高抵抗化する熱限流素子を複数
個直列に接続して交流回路に挿入した限流装置におい
て、複数の一次巻線と単一の二次巻線を共通の鉄心に磁
気結合させた構成を単位ブロックとして複数のブロック
を設け、すべてのブロックの一次巻線を合計した総数を
限流素子の総数と同一にして各一次巻線を各限流素子ご
とに同極性で接続すると共に、各ブロックの二次巻線を
全て並列接続したこと。
【００１１】超電導限流素子の場合、定常状態では素子
側に電流が流れているが、短絡事故などによる過電流が
流れて素子特性のばらつきにより複数個の素子の一部が
クエンチ現象により高抵抗化すると、そのクエンチした
素子と並列に設置された変圧器側に短絡電流が転流する
ので、素子に流れる電流が急減することにより過度の発
熱を防止する。
側に電流が流れているが、短絡事故などによる過電流が
流れて素子特性のばらつきにより複数個の素子の一部が
クエンチ現象により高抵抗化すると、そのクエンチした
素子と並列に設置された変圧器側に短絡電流が転流する
ので、素子に流れる電流が急減することにより過度の発
熱を防止する。
【００１２】一方、変圧器側に転流した電流は同一極性
で、かつ、各素子ごとに設けられた二次巻線が並列に接
続されているので、まだクエンチしていない素子の電流
を急増させてその素子を強制的にクエンチさせる。先に
クエンチした素子では素子電流の急減が起こり、まだク
エンチしていない素子では短絡電流の転流により急速に
クエンチする。これにより、全ての素子がほぼ同時にク
エンチすることになり、各素子でのクエンチの均等化が
図れる。
で、かつ、各素子ごとに設けられた二次巻線が並列に接
続されているので、まだクエンチしていない素子の電流
を急増させてその素子を強制的にクエンチさせる。先に
クエンチした素子では素子電流の急減が起こり、まだク
エンチしていない素子では短絡電流の転流により急速に
クエンチする。これにより、全ての素子がほぼ同時にク
エンチすることになり、各素子でのクエンチの均等化が
図れる。
【００１３】尚、前述したように各素子ごとに設けられ
た二次巻線が並列接続されているので、各素子の端子間
電圧（各変圧器の一次巻線電圧）は均等であり、一部の
素子に過電圧が集中することはない。
た二次巻線が並列接続されているので、各素子の端子間
電圧（各変圧器の一次巻線電圧）は均等であり、一部の
素子に過電圧が集中することはない。
【００１４】また、熱限流素子の場合、短絡事故などに
よる過電流が流れて素子特性のばらつきにより複数個の
素子の一部が高抵抗化すると、素子ごとに設けられた二
次巻線が並列に接続されているので、各素子の端子間電
圧（各変圧器の一次巻線電圧）が均一になるように変圧
器を介して各素子に電流が分流する。この変圧器を介し
て分流する電流の向きは、同一極性で接続しているので
高抵抗化した素子ではその素子電流を減少する向きであ
り、高抵抗化していない素子では逆に素子電流を増加す
る向きとなる。従って、変圧器を介して流れる電流は、
各素子の素子抵抗を均等化するように分流する。
よる過電流が流れて素子特性のばらつきにより複数個の
素子の一部が高抵抗化すると、素子ごとに設けられた二
次巻線が並列に接続されているので、各素子の端子間電
圧（各変圧器の一次巻線電圧）が均一になるように変圧
器を介して各素子に電流が分流する。この変圧器を介し
て分流する電流の向きは、同一極性で接続しているので
高抵抗化した素子ではその素子電流を減少する向きであ
り、高抵抗化していない素子では逆に素子電流を増加す
る向きとなる。従って、変圧器を介して流れる電流は、
各素子の素子抵抗を均等化するように分流する。
【００１５】共通の鉄心に各巻線を形成すると多巻線変
圧器と等価であるので、前述の場合と同様、各巻線の端
子間電圧が均一となるように各巻線を介して電流が分流
し、その分流する電流の向きも同極性としているので素
子抵抗を均等化する方向に流れて各素子の高抵抗化の均
等化が図れる。
圧器と等価であるので、前述の場合と同様、各巻線の端
子間電圧が均一となるように各巻線を介して電流が分流
し、その分流する電流の向きも同極性としているので素
子抵抗を均等化する方向に流れて各素子の高抵抗化の均
等化が図れる。
【００１６】
【発明の実施の形態】超電導限流素子又は熱限流素子を
利用した限流装置の実施形態を以下に詳述する。尚、以
下の説明では、超電導限流素子と熱限流素子に共通する
部分については、単に限流素子と称し、超電導限流素子
又は熱限流素子に固有の内容については、超電導限流素
子又は熱限流素子と称して区別する。
利用した限流装置の実施形態を以下に詳述する。尚、以
下の説明では、超電導限流素子と熱限流素子に共通する
部分については、単に限流素子と称し、超電導限流素子
又は熱限流素子に固有の内容については、超電導限流素
子又は熱限流素子と称して区別する。
【００１７】図１に示す第１の実施形態の限流装置は、
電力系統の系統電源Ｖと負荷Ｌとの間（図７参照）に複
数個（１〜ｎ）の限流素子Ｓ１〜Ｓｎを直列に接続した
構成を有する。限流素子Ｓ１〜Ｓｎとしては、超電導体
のクエンチ現象により高抵抗化する薄膜超電導限流素
子、又は、過電流により発熱してその温度上昇で高抵抗
化する正温度特性（ＰＴＣ）サーミスタの熱限流素子が
適用される。この実施形態では、限流素子Ｓ１〜Ｓｎと
同数の変圧器Ｔ１〜Ｔｎを配設し、その一次巻線Ａ１〜
Ａｎを各限流素子Ｓ１〜Ｓｎごとに同極性で接続すると
共に、各限流素子Ｓ１〜Ｓｎごとに配置された各二次巻
線Ｂ１〜Ｂｎを全て並列接続する。
電力系統の系統電源Ｖと負荷Ｌとの間（図７参照）に複
数個（１〜ｎ）の限流素子Ｓ１〜Ｓｎを直列に接続した
構成を有する。限流素子Ｓ１〜Ｓｎとしては、超電導体
のクエンチ現象により高抵抗化する薄膜超電導限流素
子、又は、過電流により発熱してその温度上昇で高抵抗
化する正温度特性（ＰＴＣ）サーミスタの熱限流素子が
適用される。この実施形態では、限流素子Ｓ１〜Ｓｎと
同数の変圧器Ｔ１〜Ｔｎを配設し、その一次巻線Ａ１〜
Ａｎを各限流素子Ｓ１〜Ｓｎごとに同極性で接続すると
共に、各限流素子Ｓ１〜Ｓｎごとに配置された各二次巻
線Ｂ１〜Ｂｎを全て並列接続する。
【００１８】この限流装置の動作を具体的に図２に基づ
いて詳述する。図２は同一定格の限流素子Ｓ１，Ｓ２を
２個直列に接続し、両限流素子Ｓ１，Ｓ２に単相変圧器
Ｔ１，Ｔ２を設けた場合を示す。尚、単相変圧器Ｔ１，
Ｔ２は、漏れのない理想変圧器で巻線抵抗も無視できる
ものとする。
いて詳述する。図２は同一定格の限流素子Ｓ１，Ｓ２を
２個直列に接続し、両限流素子Ｓ１，Ｓ２に単相変圧器
Ｔ１，Ｔ２を設けた場合を示す。尚、単相変圧器Ｔ１，
Ｔ２は、漏れのない理想変圧器で巻線抵抗も無視できる
ものとする。
【００１９】まず、超電導限流素子の場合、超電導状態
となっている定常時では、超電導限流素子Ｓ１，Ｓ２の
抵抗がほぼ零であるので素子側に電流が流れる。一方、
短絡事故ａ（図７参照）などの発生により過電流が流れ
ると、素子特性のばらつきにより２個の超電導限流素子
Ｓ１，Ｓ２のうち、一方の超電導限流素子Ｓ２がクエン
チ現象により高抵抗化したとすると、その超電導限流素
子Ｓ２に接続された変圧器側に過電流が転流される。
となっている定常時では、超電導限流素子Ｓ１，Ｓ２の
抵抗がほぼ零であるので素子側に電流が流れる。一方、
短絡事故ａ（図７参照）などの発生により過電流が流れ
ると、素子特性のばらつきにより２個の超電導限流素子
Ｓ１，Ｓ２のうち、一方の超電導限流素子Ｓ２がクエン
チ現象により高抵抗化したとすると、その超電導限流素
子Ｓ２に接続された変圧器側に過電流が転流される。
【００２０】この変圧器Ｔ２に流入した過電流は変圧器
Ｔ１の二次巻線Ｂ１が並列に接続されているので図中矢
印で示すように還流し、変圧器Ｔ１が同極性で接続され
ているので、まだクエンチしていない（抵抗がほぼ零
の）超電導限流素子Ｓ１の電流を増加させる方向に一次
電流Ｉｓが誘起される（図２でｋ＝１に相当）。その結
果、超電導限流素子Ｓ１に流れる電流が２Ｉｓに急増し
て直ちにクエンチして高抵抗化する。このようにして全
ての超電導限流素子Ｓ１，Ｓ２がクエンチすることにな
る。
Ｔ１の二次巻線Ｂ１が並列に接続されているので図中矢
印で示すように還流し、変圧器Ｔ１が同極性で接続され
ているので、まだクエンチしていない（抵抗がほぼ零
の）超電導限流素子Ｓ１の電流を増加させる方向に一次
電流Ｉｓが誘起される（図２でｋ＝１に相当）。その結
果、超電導限流素子Ｓ１に流れる電流が２Ｉｓに急増し
て直ちにクエンチして高抵抗化する。このようにして全
ての超電導限流素子Ｓ１，Ｓ２がクエンチすることにな
る。
【００２１】尚、クエンチ抵抗が顕著な正の抵抗温度特
性を有し、クエンチ初期は一般的に両超電導限流素子Ｓ
１，Ｓ２で抵抗値が異なる。そこで、両超電導限流素子
Ｓ１，Ｓ２での抵抗値のばらつきが均等化される過程を
以下に詳述する。この抵抗値のばらつきが均等化される
過程は、熱限流素子についても同様であるので以下共通
して説明する。
性を有し、クエンチ初期は一般的に両超電導限流素子Ｓ
１，Ｓ２で抵抗値が異なる。そこで、両超電導限流素子
Ｓ１，Ｓ２での抵抗値のばらつきが均等化される過程を
以下に詳述する。この抵抗値のばらつきが均等化される
過程は、熱限流素子についても同様であるので以下共通
して説明する。
【００２２】例えば、超電導限流素子のクエンチ初期又
は熱限流素子の定常時の抵抗をＲとし、短絡電流ＩS が
流れ、限流素子Ｓ２の抵抗が特性のばらつきにより高抵
抗化して限流素子Ｓ１のＫ倍になった場合を考察する。
ここで、変圧器Ｔ２がなければ限流素子Ｓ２の端子電圧
はＫ・Ｒ・Ｉｓに上昇するが、２つの変圧器Ｔ１，Ｔ２
の二次巻線Ｂ１，Ｂ２が並列に接続されているので、両
変圧器Ｔ１，Ｔ２の二次電圧は等しく、従って、両限流
素子Ｓ１，Ｓ２の端子電圧が等しくなるように電流が分
流することになる。
は熱限流素子の定常時の抵抗をＲとし、短絡電流ＩS が
流れ、限流素子Ｓ２の抵抗が特性のばらつきにより高抵
抗化して限流素子Ｓ１のＫ倍になった場合を考察する。
ここで、変圧器Ｔ２がなければ限流素子Ｓ２の端子電圧
はＫ・Ｒ・Ｉｓに上昇するが、２つの変圧器Ｔ１，Ｔ２
の二次巻線Ｂ１，Ｂ２が並列に接続されているので、両
変圧器Ｔ１，Ｔ２の二次電圧は等しく、従って、両限流
素子Ｓ１，Ｓ２の端子電圧が等しくなるように電流が分
流することになる。
【００２３】また、短絡電流Ｉｓのうち、ｋ・Ｉｓが変
圧器Ｔ２に分流したとすると、変圧器Ｔ１には二次巻線
Ｂ１，Ｂ２を介して逆向きの電流ｋ・Ｉｓが流れる。従
って、 限流素子Ｓ１の電流：Ｉｓ（１＋ｋ）、端子電圧：Ｒ・
Ｉｓ（１＋ｋ） 限流素子Ｓ２の電流：Ｉｓ（１−ｋ）、端子電圧：Ｋ・
Ｒ・Ｉｓ（１−ｋ） となり、両限流素子Ｓ１，Ｓ２の端子電圧が等しい条件
から、 ｋ＝（Ｋ−１）／（Ｋ＋１） が得られる。上式から、仮に限流素子Ｓ２の抵抗が３倍
（Ｋ＝３）に大きくなったとすると、ｋ＝０．５となる
ので、限流素子Ｓ２に流れる電流は０．５Ｉｓ、限流素
子Ｓ１に流れる電流は１．５Ｉｓとなる。また、限流素
子Ｓ２の発熱量（Ｉ2 Ｒ損）は、（０．５Ｉｓ）2 ・３
Ｒ、限流素子Ｓ１の発熱量は（１．５Ｉｓ）2 ・Ｒとな
る。したがって、３倍の抵抗値となった限流素子Ｓ２の
発熱量に比較して、まだ１倍の抵抗値の限流素子Ｓ１の
発熱量は３倍に増加する。
圧器Ｔ２に分流したとすると、変圧器Ｔ１には二次巻線
Ｂ１，Ｂ２を介して逆向きの電流ｋ・Ｉｓが流れる。従
って、 限流素子Ｓ１の電流：Ｉｓ（１＋ｋ）、端子電圧：Ｒ・
Ｉｓ（１＋ｋ） 限流素子Ｓ２の電流：Ｉｓ（１−ｋ）、端子電圧：Ｋ・
Ｒ・Ｉｓ（１−ｋ） となり、両限流素子Ｓ１，Ｓ２の端子電圧が等しい条件
から、 ｋ＝（Ｋ−１）／（Ｋ＋１） が得られる。上式から、仮に限流素子Ｓ２の抵抗が３倍
（Ｋ＝３）に大きくなったとすると、ｋ＝０．５となる
ので、限流素子Ｓ２に流れる電流は０．５Ｉｓ、限流素
子Ｓ１に流れる電流は１．５Ｉｓとなる。また、限流素
子Ｓ２の発熱量（Ｉ2 Ｒ損）は、（０．５Ｉｓ）2 ・３
Ｒ、限流素子Ｓ１の発熱量は（１．５Ｉｓ）2 ・Ｒとな
る。したがって、３倍の抵抗値となった限流素子Ｓ２の
発熱量に比較して、まだ１倍の抵抗値の限流素子Ｓ１の
発熱量は３倍に増加する。
【００２４】このように抵抗が小さい限流素子Ｓ１は、
限流素子Ｓ２と比較して素子電流、発熱量が共に大き
く、急速にクエンチが進展（超電導限流素子の場合）又
は発熱（熱限流素子の場合）して同一の抵抗値となって
電流が平衡する。即ち、複数個の限流素子Ｓ１〜Ｓｎの
クエンチ又は発熱による抵抗のばらつきを変圧器Ｔ１〜
Ｔｎの結合により補償し、各限流素子Ｓ１〜Ｓｎの分担
電圧を一定化して過電圧の集中を防止すると共に、過度
の発熱集中による溶損を防止する。
限流素子Ｓ２と比較して素子電流、発熱量が共に大き
く、急速にクエンチが進展（超電導限流素子の場合）又
は発熱（熱限流素子の場合）して同一の抵抗値となって
電流が平衡する。即ち、複数個の限流素子Ｓ１〜Ｓｎの
クエンチ又は発熱による抵抗のばらつきを変圧器Ｔ１〜
Ｔｎの結合により補償し、各限流素子Ｓ１〜Ｓｎの分担
電圧を一定化して過電圧の集中を防止すると共に、過度
の発熱集中による溶損を防止する。
【００２５】尚、超電導限流素子が超電導状態となって
いる定常時や限流動作の安定時など、各限流素子Ｓ１〜
Ｓｎが同一抵抗値の状態（電流平衡状態）では、変圧器
Ｔ１〜Ｔｎに流れる二次電流は零であるので、変圧器Ｔ
１〜Ｔｎは励磁電流のみとなり、二次電流が流れる限流
動作途中の一時的な抵抗アンバランスは長くても数サイ
クル程度の短時間である。従って、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの
容量は、単に限流動作時の短時間容量を満足するだけで
よいことから、励磁容量＋α程度と小容量で済み経済的
である。
いる定常時や限流動作の安定時など、各限流素子Ｓ１〜
Ｓｎが同一抵抗値の状態（電流平衡状態）では、変圧器
Ｔ１〜Ｔｎに流れる二次電流は零であるので、変圧器Ｔ
１〜Ｔｎは励磁電流のみとなり、二次電流が流れる限流
動作途中の一時的な抵抗アンバランスは長くても数サイ
クル程度の短時間である。従って、変圧器Ｔ１〜Ｔｎの
容量は、単に限流動作時の短時間容量を満足するだけで
よいことから、励磁容量＋α程度と小容量で済み経済的
である。
【００２６】また、限流素子Ｓ１〜Ｓｎの個数が３個以
上の場合も前述した２個の場合と同様である。変圧器Ｔ
１〜Ｔｎの二次巻線Ｂ１〜Ｂｎが並列接続されていれ
ば、素子特性のばらつきにより抵抗値が異なっても各限
流素子Ｓ１〜Ｓｎの端子間電圧（変圧器の一次電圧）は
等しくなる。この時、限流素子Ｓ１〜Ｓｎでの発熱量
（Ｉ2 Ｒ損）が抵抗値に反比例するように変圧器Ｔ１〜
Ｔｎを介して電流が分流するので、各限流素子Ｓ１〜Ｓ
ｎ間の抵抗値のばらつきは急速に均等化される。
上の場合も前述した２個の場合と同様である。変圧器Ｔ
１〜Ｔｎの二次巻線Ｂ１〜Ｂｎが並列接続されていれ
ば、素子特性のばらつきにより抵抗値が異なっても各限
流素子Ｓ１〜Ｓｎの端子間電圧（変圧器の一次電圧）は
等しくなる。この時、限流素子Ｓ１〜Ｓｎでの発熱量
（Ｉ2 Ｒ損）が抵抗値に反比例するように変圧器Ｔ１〜
Ｔｎを介して電流が分流するので、各限流素子Ｓ１〜Ｓ
ｎ間の抵抗値のばらつきは急速に均等化される。
【００２７】次に、本発明の第２の実施形態を図３に示
す。この実施形態の限流装置は、同図に示すように複数
個の限流素子Ｓ１〜Ｓｎを直列に接続した電力系統にお
いて、限流素子Ｓ１〜Ｓｎと同数の巻線Ａ１〜Ａｎを共
通の鉄心Ｆに相互に密に磁気結合させると共に、各巻線
Ａ１〜Ａｎを各限流素子Ｓ１〜Ｓｎごとに同極性で接続
した構成を具備する。
す。この実施形態の限流装置は、同図に示すように複数
個の限流素子Ｓ１〜Ｓｎを直列に接続した電力系統にお
いて、限流素子Ｓ１〜Ｓｎと同数の巻線Ａ１〜Ａｎを共
通の鉄心Ｆに相互に密に磁気結合させると共に、各巻線
Ａ１〜Ａｎを各限流素子Ｓ１〜Ｓｎごとに同極性で接続
した構成を具備する。
【００２８】この限流装置では、各素子Ｓ１〜Ｓｎの定
格及び各巻線Ａ１〜Ａｎの巻数が等しく、漏れ磁束が無
視できるとすると、動作を前述した第１の実施形態の場
合と比較すると以下の通りである。
格及び各巻線Ａ１〜Ａｎの巻数が等しく、漏れ磁束が無
視できるとすると、動作を前述した第１の実施形態の場
合と比較すると以下の通りである。
【００２９】同一鉄心Ｆに形成されたｎ個の巻線Ａ１〜
Ａｎはｎ巻線変圧器と等価であり、かつ、巻数が等しい
ので、各巻線Ａ１〜Ａｎの端子間電圧は等しく、また、
巻線電流はアンペアターンの総和がほぼ零（励磁電流
分）となるように分流する。従って、図４に示すように
例えば限流素子Ｓ１，Ｓ２が２個の場合（ｎ＝２）、前
述した第１の実施形態（図２参照）のように変圧器Ｔ
１，Ｔ２の二次巻線Ｂ１，Ｂ２を並列に接続した場合と
比較して、この第２の実施形態のように二次巻線Ｂ１，
Ｂ２がなくても同等の効果が得られる。
Ａｎはｎ巻線変圧器と等価であり、かつ、巻数が等しい
ので、各巻線Ａ１〜Ａｎの端子間電圧は等しく、また、
巻線電流はアンペアターンの総和がほぼ零（励磁電流
分）となるように分流する。従って、図４に示すように
例えば限流素子Ｓ１，Ｓ２が２個の場合（ｎ＝２）、前
述した第１の実施形態（図２参照）のように変圧器Ｔ
１，Ｔ２の二次巻線Ｂ１，Ｂ２を並列に接続した場合と
比較して、この第２の実施形態のように二次巻線Ｂ１，
Ｂ２がなくても同等の効果が得られる。
【００３０】尚、超電導限流素子の場合、超電導状態か
らクエンチするまでの動作についても、一部でも超電導
状態の素子があると巻線の端子間電圧がほぼ零となるだ
けであり、前述した第１の実施形態（図２参照）の場合
の動作と同様であり重複説明は省略する。また、図５に
示すように各巻線Ａ１〜Ａｎは極力密に相互誘導するの
が効果的であるので同一鉄心Ｆに同心配置となるように
巻かれることが好ましい。
らクエンチするまでの動作についても、一部でも超電導
状態の素子があると巻線の端子間電圧がほぼ零となるだ
けであり、前述した第１の実施形態（図２参照）の場合
の動作と同様であり重複説明は省略する。また、図５に
示すように各巻線Ａ１〜Ａｎは極力密に相互誘導するの
が効果的であるので同一鉄心Ｆに同心配置となるように
巻かれることが好ましい。
【００３１】次に、前述した第１と第２の実施形態を組
み合わせた第３の実施形態を図６に示す。この実施形態
の限流装置は、前述した第２の実施形態（図３参照）の
ように複数個の限流素子Ｓ１〜Ｓｎのそれぞれの巻線Ａ
１〜Ａｎを同一鉄心Ｆに配置する場合、それら限流素子
Ｓ１〜Ｓｎの接続個数が多くなると、巻線Ａ１〜Ａｎの
数が膨大となって配線リードの引き出しなど構造的に製
作が困難となる場合に好適である。
み合わせた第３の実施形態を図６に示す。この実施形態
の限流装置は、前述した第２の実施形態（図３参照）の
ように複数個の限流素子Ｓ１〜Ｓｎのそれぞれの巻線Ａ
１〜Ａｎを同一鉄心Ｆに配置する場合、それら限流素子
Ｓ１〜Ｓｎの接続個数が多くなると、巻線Ａ１〜Ａｎの
数が膨大となって配線リードの引き出しなど構造的に製
作が困難となる場合に好適である。
【００３２】即ち、この限流装置は、図６に示すように
複数個（図では４個と４個の計８個）の限流素子Ｓ１〜
Ｓ４，Ｓ５〜Ｓ８と各限流素子Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ５〜Ｓ８
に設けられた一次巻線Ａ１〜Ａ４，Ａ５〜Ａ８及び各一
次巻線Ａ１〜Ａ４，Ａ５〜Ａ８が配設される鉄心Ｆ１，
Ｆ２を複数個（図では２つ）設けてブロック化し、各ブ
ロックごとに二次巻線Ｂ１，Ｂ２を設け、各ブロックの
二次巻線Ｂ１，Ｂ２を同一極性で並列に接続する。この
ようにすれば、同一鉄心に配設すべき巻線は、一つのブ
ロックを構成する巻線Ａ１〜Ａ４（Ａ５〜Ａ８）と二次
巻線Ｂ１（Ｂ２）だけでよいので、配線リードの引き出
しなど構造的に製作が容易となる。
複数個（図では４個と４個の計８個）の限流素子Ｓ１〜
Ｓ４，Ｓ５〜Ｓ８と各限流素子Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ５〜Ｓ８
に設けられた一次巻線Ａ１〜Ａ４，Ａ５〜Ａ８及び各一
次巻線Ａ１〜Ａ４，Ａ５〜Ａ８が配設される鉄心Ｆ１，
Ｆ２を複数個（図では２つ）設けてブロック化し、各ブ
ロックごとに二次巻線Ｂ１，Ｂ２を設け、各ブロックの
二次巻線Ｂ１，Ｂ２を同一極性で並列に接続する。この
ようにすれば、同一鉄心に配設すべき巻線は、一つのブ
ロックを構成する巻線Ａ１〜Ａ４（Ａ５〜Ａ８）と二次
巻線Ｂ１（Ｂ２）だけでよいので、配線リードの引き出
しなど構造的に製作が容易となる。
【００３３】尚、以上の各実施形態では電力系統に限流
装置を適用した場合について説明したが、本発明はこれ
に限定されることなく、電力系統以外の一般的な交流回
路に適用可能であることは勿論である。
装置を適用した場合について説明したが、本発明はこれ
に限定されることなく、電力系統以外の一般的な交流回
路に適用可能であることは勿論である。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、直列接続された複数個
の限流素子と同数の変圧器を配設し、その一次巻線を各
限流素子ごとに同極性で接続すると共に、二次巻線を全
て並列接続したことにより、素子特性のばらつきにより
一部の限流素子が高抵抗化しても、短絡電流を変圧器側
に転流させてその二次巻線を介して高抵抗化していない
他の限流素子を速やかに高抵抗化させるので、各素子電
圧が常に均等化でき、過電圧の集中を防止できて素子の
熱的破壊を未然に防止できる。
の限流素子と同数の変圧器を配設し、その一次巻線を各
限流素子ごとに同極性で接続すると共に、二次巻線を全
て並列接続したことにより、素子特性のばらつきにより
一部の限流素子が高抵抗化しても、短絡電流を変圧器側
に転流させてその二次巻線を介して高抵抗化していない
他の限流素子を速やかに高抵抗化させるので、各素子電
圧が常に均等化でき、過電圧の集中を防止できて素子の
熱的破壊を未然に防止できる。
【００３５】また、直列接続された複数個の限流素子と
同数の巻線を共通の鉄心に磁気結合させると共に、各巻
線を各限流素子ごとに同極性で接続すれば、前述した変
圧器のように二次巻線を必要としなくなるので、コンパ
クトな装置を実現できて製品のコスト低減を図れる。
同数の巻線を共通の鉄心に磁気結合させると共に、各巻
線を各限流素子ごとに同極性で接続すれば、前述した変
圧器のように二次巻線を必要としなくなるので、コンパ
クトな装置を実現できて製品のコスト低減を図れる。
【００３６】更に、複数の一次巻線と単一の二次巻線を
共通の鉄心に磁気結合させた構成を単位ブロックとして
複数のブロックを設け、すべてのブロックの一次巻線を
合計した総数を限流素子の総数と同一にして各一次巻線
を各限流素子ごとに同極性で接続すると共に、各ブロッ
クの二次巻線を全て並列接続すれば、限流素子の接続個
数が多くなっても、同一鉄心に配設すべき巻線が一つの
ブロックを構成する巻線と二次巻線だけでよいので、配
線リードの引き出しなど構造的に製作が容易となる。
共通の鉄心に磁気結合させた構成を単位ブロックとして
複数のブロックを設け、すべてのブロックの一次巻線を
合計した総数を限流素子の総数と同一にして各一次巻線
を各限流素子ごとに同極性で接続すると共に、各ブロッ
クの二次巻線を全て並列接続すれば、限流素子の接続個
数が多くなっても、同一鉄心に配設すべき巻線が一つの
ブロックを構成する巻線と二次巻線だけでよいので、配
線リードの引き出しなど構造的に製作が容易となる。
【図１】本発明に係る限流装置の第１の実施形態を示す
回路図
回路図
【図２】第１の実施形態において、２つの限流素子を直
列に接続した限流装置を示す回路図
列に接続した限流装置を示す回路図
【図３】本発明に係る限流装置の第２の実施形態を示す
回路図
回路図
【図４】第２の実施形態において、２つの限流素子を直
列に接続した限流装置を示す回路図
列に接続した限流装置を示す回路図
【図５】第２の実施形態における巻線構造を示す構成図
【図６】第１と第２の各実施形態を組み合わせた第３の
実施形態を示す回路図
実施形態を示す回路図
【図７】限流装置の従来例を示す回路図
Ｓ１〜Ｓｎ 限流素子（超電導限流素子、熱限流素子） Ｔ１〜Ｔｎ 変圧器 Ａ１〜Ａｎ 一次巻線 Ｂ１〜Ｂｎ 二次巻線 Ｆ 鉄心
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｊ 1/00 ３０９ Ｈ０２Ｊ 1/00 ３０９Ｒ (56)参考文献 特開 平４−112620（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−122837（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02H 9/02 H01C 7/02 - 7/13 H02J 1/00 309 H01L 39/16 H01H 33/59
Claims (6)
- 【請求項１】 超電導体のクエンチ現象により高抵抗化
する複数個の超電導限流素子を直列に接続して交流回路
に挿入した限流装置において、前記超電導限流素子と同
数の変圧器を配設し、その一次巻線を各超電導限流素子
ごとに同極性で接続すると共に、二次巻線を全て並列接
続したことを特徴とする限流装置。 - 【請求項２】 超電導体のクエンチ現象により高抵抗化
する複数個の超電導限流素子を直列に接続して交流回路
に挿入した限流装置において、前記超電導限流素子と同
数の巻線を共通の鉄心に磁気結合させると共に、各巻線
を各超電導限流素子ごとに同極性で接続したことを特徴
とする限流装置。 - 【請求項３】 超電導体のクエンチ現象により高抵抗化
する複数個の超電導限流素子を直列に接続して交流回路
に挿入した限流装置において、複数の一次巻線と単一の
二次巻線を共通の鉄心に磁気結合させた構成を単位ブロ
ックとして複数のブロックを設け、すべてのブロックの
一次巻線を合計した総数を超電導限流素子の総数と同一
にして各一次巻線を各超電導限流素子ごとに同極性で接
続すると共に、各ブロックの二次巻線を全て並列接続し
たことを特徴とする限流装置。 - 【請求項４】 過電流により発熱してその温度上昇で高
抵抗化する複数個の熱限流素子を直列に接続して交流回
路に挿入した限流装置において、前記熱限流素子と同数
の変圧器を配設し、その一次巻線を各熱限流素子ごとに
同極性で接続すると共に、二次巻線を全て並列接続した
ことを特徴とする限流装置。 - 【請求項５】 過電流により発熱してその温度上昇で高
抵抗化する複数個の熱限流素子を直列に接続して交流回
路に挿入した限流装置において、前記熱限流素子と同数
の巻線を共通の鉄心に磁気結合させると共に、各巻線を
各熱限流素子ごとに同極性で接続したことを特徴とする
限流装置。 - 【請求項６】 過電流により発熱してその温度上昇で高
抵抗化する複数個の熱限流素子を直列に接続して交流回
路に挿入した限流装置において、複数の一次巻線と単一
の二次巻線を共通の鉄心に磁気結合させた構成を単位ブ
ロックとして複数のブロックを設け、すべてのブロック
の一次巻線を合計した総数を熱限流素子の総数と同一に
して各一次巻線を各熱限流素子ごとに同極性で接続する
と共に、各ブロックの二次巻線を全て並列接続したこと
を特徴とする限流装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20221398A JP2947275B1 (ja) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | 限流装置 |
| CA002277670A CA2277670A1 (en) | 1998-07-16 | 1999-07-14 | Current-limiting device |
| US09/354,269 US6335851B1 (en) | 1998-07-16 | 1999-07-15 | Current-limiting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20221398A JP2947275B1 (ja) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | 限流装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2947275B1 true JP2947275B1 (ja) | 1999-09-13 |
| JP2000037034A JP2000037034A (ja) | 2000-02-02 |
Family
ID=16453843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20221398A Expired - Fee Related JP2947275B1 (ja) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | 限流装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2947275B1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100441955B1 (ko) * | 2001-12-24 | 2004-07-27 | 한국전력공사 | 하이브리드형 초전도한류기의 직렬연결에 대한 괜치시점조절장치 |
| KR100823848B1 (ko) | 2006-11-07 | 2008-04-21 | 엘에스산전 주식회사 | 반파 한류형 초전도 한류기 |
-
1998
- 1998-07-16 JP JP20221398A patent/JP2947275B1/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000037034A (ja) | 2000-02-02 |
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