JP3051915B2 - インピーダンス可変型超電導限流器 - Google Patents
インピーダンス可変型超電導限流器Info
- Publication number
- JP3051915B2 JP3051915B2 JP9268384A JP26838497A JP3051915B2 JP 3051915 B2 JP3051915 B2 JP 3051915B2 JP 9268384 A JP9268384 A JP 9268384A JP 26838497 A JP26838497 A JP 26838497A JP 3051915 B2 JP3051915 B2 JP 3051915B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil
- current limiter
- superconducting
- current
- impedance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の電力系統間
を常時は接続しておき、いずれかの電力系統に故障が発
生したとき直ちにその故障した電力系統を自動的に切断
し、故障が修復した時点で再度電力系統間を接続するこ
とが可能なインピーダンス可変型超電導限流器に関する
ものである。
を常時は接続しておき、いずれかの電力系統に故障が発
生したとき直ちにその故障した電力系統を自動的に切断
し、故障が修復した時点で再度電力系統間を接続するこ
とが可能なインピーダンス可変型超電導限流器に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の限流器について説明する。
【０００３】図４に示すような発電所１１Ａと消費地１
２Ａを含む電力系統１０Ａと、発電所１１Ｂと消費地１
２Ｂを含む電力系統１０Ｂの２つの電力系統１０Ａ，１
０Ｂが互いに接続されていると、消費地１２Ａが１１０
％で、消費地１２Ｂが８０％の電力が必要であれば、電
力系統１０Ｂの余剰電力を電力系統１０Ａに回せること
で全体の電力系統の安定度を向上できる。しかし、一方
の電力系統に何らかの故障が生じたとき、例えば、電力
系統１０Ｂに接地短絡が生じると、２つの電力系統１０
Ａ，１０Ｂが接続状態なので、系統接続ラインを通して
膨大な電流が流れ、全電力系統が共にダウンしてしま
う。そのため、一方の電力系統に故障が生じた場合、直
ちに２つの電力系統を切り離し、故障が修復した時点で
再度、接続できる限流器２０が不可欠とされている。
２Ａを含む電力系統１０Ａと、発電所１１Ｂと消費地１
２Ｂを含む電力系統１０Ｂの２つの電力系統１０Ａ，１
０Ｂが互いに接続されていると、消費地１２Ａが１１０
％で、消費地１２Ｂが８０％の電力が必要であれば、電
力系統１０Ｂの余剰電力を電力系統１０Ａに回せること
で全体の電力系統の安定度を向上できる。しかし、一方
の電力系統に何らかの故障が生じたとき、例えば、電力
系統１０Ｂに接地短絡が生じると、２つの電力系統１０
Ａ，１０Ｂが接続状態なので、系統接続ラインを通して
膨大な電流が流れ、全電力系統が共にダウンしてしま
う。そのため、一方の電力系統に故障が生じた場合、直
ちに２つの電力系統を切り離し、故障が修復した時点で
再度、接続できる限流器２０が不可欠とされている。
【０００４】このような限流器２０に関しては、半導体
によるスイッチング方式とか、バランス型の変圧器を使
うとか、さまざまな方式が考えられてきた。しかし、従
来の方式は限流器２０内で常に損失が発生するため、電
力系統の運用効率を低下させる問題がある。
によるスイッチング方式とか、バランス型の変圧器を使
うとか、さまざまな方式が考えられてきた。しかし、従
来の方式は限流器２０内で常に損失が発生するため、電
力系統の運用効率を低下させる問題がある。
【０００５】しかし、最近になって、超電導を使った限
流器が開発され損失を殆んどなくすことができるように
なった。これまでの超電導限流器は大きく分けると、図
５の磁気遮蔽型と、図６のＳ／Ｎ（Ｓｕｐｅｒ／Ｎｏｒ
ｍａｌ）転移型に分類できる。
流器が開発され損失を殆んどなくすことができるように
なった。これまでの超電導限流器は大きく分けると、図
５の磁気遮蔽型と、図６のＳ／Ｎ（Ｓｕｐｅｒ／Ｎｏｒ
ｍａｌ）転移型に分類できる。
【０００６】図５（ａ），（ｂ）は磁気遮蔽型の限流器
２０−１の構成を説明する一部を破断して示した正面図
とその等価回路図である。図中、２１は鉄ヨーク、２２
はコイル、２３はシリンダ形状のバルク材料からなる超
電導体を示す。図５の磁気遮蔽型のものは、コイル２２
に大きな電流が流れると、大きな磁場が発生し、内部の
円筒形の超電導体２３の磁気遮蔽能力が壊れ、コイル２
２で発生した磁場が鉄ヨーク２１に届き大きなインピー
ダンスが発生し、故障電流を制限するのである。
２０−１の構成を説明する一部を破断して示した正面図
とその等価回路図である。図中、２１は鉄ヨーク、２２
はコイル、２３はシリンダ形状のバルク材料からなる超
電導体を示す。図５の磁気遮蔽型のものは、コイル２２
に大きな電流が流れると、大きな磁場が発生し、内部の
円筒形の超電導体２３の磁気遮蔽能力が壊れ、コイル２
２で発生した磁場が鉄ヨーク２１に届き大きなインピー
ダンスが発生し、故障電流を制限するのである。
【０００７】一方、図６はＳ／Ｎ転移型の限流器２０−
２の構成を示す結線図で、２４は超電導線、２５は電流
分流コイルである。図６のＳ／Ｎ転移型のものは大きな
電流が超電導線２４に流れると常電導に転移しノーマル
抵抗になり電流が流れにくくなる。図６の場合、このま
まの状態ではノーマル部分に電流が流れ続け超電導線２
４が破損するので、電流分流コイル２５が設けられてい
る。
２の構成を示す結線図で、２４は超電導線、２５は電流
分流コイルである。図６のＳ／Ｎ転移型のものは大きな
電流が超電導線２４に流れると常電導に転移しノーマル
抵抗になり電流が流れにくくなる。図６の場合、このま
まの状態ではノーマル部分に電流が流れ続け超電導線２
４が破損するので、電流分流コイル２５が設けられてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、磁気遮蔽型の
限流器２０−１は超電導体２３が金属超電導体では良好
な動作を示すが、酸化物超電導体では、磁束の拡散速度
が遅く応答性が悪い。Ｓ／Ｎ転移型の限流器２０−２は
特性の優れた酸化物超電導線がないため、液体Ｈｅ冷却
の金属超電導型に限られている。さらにどちらの限流器
２０−１，２０−２も瞬間的な故障電流が流れた後、自
動復帰が難しく遮断器を使って電流を遮断しなければな
らなかった。
限流器２０−１は超電導体２３が金属超電導体では良好
な動作を示すが、酸化物超電導体では、磁束の拡散速度
が遅く応答性が悪い。Ｓ／Ｎ転移型の限流器２０−２は
特性の優れた酸化物超電導線がないため、液体Ｈｅ冷却
の金属超電導型に限られている。さらにどちらの限流器
２０−１，２０−２も瞬間的な故障電流が流れた後、自
動復帰が難しく遮断器を使って電流を遮断しなければな
らなかった。
【０００９】本発明は、故障電流通過時にインピーダン
スを無限大にして実質的に遮断を行い、かつ自動復帰を
可能にしたインピーダンス可変型超電導限流器を提供す
ることを目的とする。
スを無限大にして実質的に遮断を行い、かつ自動復帰を
可能にしたインピーダンス可変型超電導限流器を提供す
ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるインピー
ダンス可変型超電導限流器は、環状の閉磁路をなすヨー
クの磁路中にギャップ部を形成し、このギャップ部中に
前記閉磁路の断面を覆う超電導板を装着し、さらに前記
ヨークに巻回したコイルと前記超電導板とを直列に接続
してその一端と他端をそれぞれ異なる電力系統に接続可
能に構成したものである。
ダンス可変型超電導限流器は、環状の閉磁路をなすヨー
クの磁路中にギャップ部を形成し、このギャップ部中に
前記閉磁路の断面を覆う超電導板を装着し、さらに前記
ヨークに巻回したコイルと前記超電導板とを直列に接続
してその一端と他端をそれぞれ異なる電力系統に接続可
能に構成したものである。
【００１１】また、コイルと並列に共振用のコンデンサ
を接続し、このコイルとコンデンサの並列接続体と直列
に位相補償用のコンデンサを接続したものである。
を接続し、このコイルとコンデンサの並列接続体と直列
に位相補償用のコンデンサを接続したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明にかかるインピー
ダンス可変型超電導限流器の一実施形態を示すものであ
る。この図において、１は本発明によるインピーダンス
可変型超電導限流器（以下、単に限流器という）を示
し、２は鉄等の高導磁性体からなるヨークで、閉磁路の
一部にギャップ部３が形成されている。４は前記ヨーク
２に巻回されたコイル、５は薄膜超電導体でギャップ部
３中に閉磁路の断面を覆うように装着される。６は前記
コイル４と薄膜超電導体５とを結ぶリード線、７，８は
出力用のリード線でそれぞれコイル４と薄膜超電導体５
に接続され、コイル４と薄膜超電導体５とは直列に接続
される。また、リード線７，８はそれぞれ電力系統１０
Ａ，１０Ｂに接続可能に構成される。
ダンス可変型超電導限流器の一実施形態を示すものであ
る。この図において、１は本発明によるインピーダンス
可変型超電導限流器（以下、単に限流器という）を示
し、２は鉄等の高導磁性体からなるヨークで、閉磁路の
一部にギャップ部３が形成されている。４は前記ヨーク
２に巻回されたコイル、５は薄膜超電導体でギャップ部
３中に閉磁路の断面を覆うように装着される。６は前記
コイル４と薄膜超電導体５とを結ぶリード線、７，８は
出力用のリード線でそれぞれコイル４と薄膜超電導体５
に接続され、コイル４と薄膜超電導体５とは直列に接続
される。また、リード線７，８はそれぞれ電力系統１０
Ａ，１０Ｂに接続可能に構成される。
【００１３】次に動作について図２を参照して説明す
る。
る。
【００１４】図１に示す実施の形態の磁気回路は、コイ
ル４の作る磁束が薄膜超電導体５にさえぎられる構造に
なっている。したがって、薄膜超電導体５が超電導状態
であれば、図２（ａ）に示すように磁束φはギャップ部
３の薄膜超電導体５を避けるように通る。しかし、事故
が発生しコイル４，薄膜超電導体５に大電流が流れ、薄
膜超電導体５が常電導状態に転移すると、図２（ｂ）の
ように直接的に磁束φが通過できるようになる。
ル４の作る磁束が薄膜超電導体５にさえぎられる構造に
なっている。したがって、薄膜超電導体５が超電導状態
であれば、図２（ａ）に示すように磁束φはギャップ部
３の薄膜超電導体５を避けるように通る。しかし、事故
が発生しコイル４，薄膜超電導体５に大電流が流れ、薄
膜超電導体５が常電導状態に転移すると、図２（ｂ）の
ように直接的に磁束φが通過できるようになる。
【００１５】すなわち、今、コイル４を流れる電流（薄
膜超電導体５を流れる電流）が大きくなってしきい値Ｉ
ｃを越すと、超電導状態が破れ、薄膜超電導体５近傍の
磁束φの分布は、図２（ａ）の状態から図２（ｂ）の状
態に変わることになる。
膜超電導体５を流れる電流）が大きくなってしきい値Ｉ
ｃを越すと、超電導状態が破れ、薄膜超電導体５近傍の
磁束φの分布は、図２（ａ）の状態から図２（ｂ）の状
態に変わることになる。
【００１６】図２（ａ）の状態と、図２（ｂ）の状態に
おけるコイル４のインダクタンスＬはギャップ部３の磁
束φの分布が異なるため変化するはずである。
おけるコイル４のインダクタンスＬはギャップ部３の磁
束φの分布が異なるため変化するはずである。
【００１７】ヨーク２の磁気抵抗はギャップ部３の磁気
抵抗に比べ無視できるほど小さいとし、ギャップ部３間
の磁束φが占有する面積はどちらも大きくは変わらず、
ヨーク２の断面積Ｓにほぼ等しいと仮定できるものとす
る。そして、δを空間内の磁力線の長さ、μ0 を真空の
透磁率、Ｂを磁束密度、Ｖを磁力線が空間を占める占有
体積とすると、
抵抗に比べ無視できるほど小さいとし、ギャップ部３間
の磁束φが占有する面積はどちらも大きくは変わらず、
ヨーク２の断面積Ｓにほぼ等しいと仮定できるものとす
る。そして、δを空間内の磁力線の長さ、μ0 を真空の
透磁率、Ｂを磁束密度、Ｖを磁力線が空間を占める占有
体積とすると、
【００１８】
【数１】 が得られ、この式と、エネルギー量の計算からインダク
タンスＬを近似的に下式のように求めることができる。
タンスＬを近似的に下式のように求めることができる。
【００１９】
【数２】 ここに、Ｎはコイル４の巻数である。したがって、断面
積Ｓがほぼ一定であるとすれば、インダクタンスＬは薄
膜超電導体５が超電導状態の時はδが大きくなるのでＬ
は小さく（Ｌ1 ）、Ｉｃを越す大きな電流が流れて常電
導状態になると、δが小さくなるのでＬ（Ｌ2 ）は大き
くなることになる。すなわち、Ｌ2 ＞Ｌ1 が成立する。
積Ｓがほぼ一定であるとすれば、インダクタンスＬは薄
膜超電導体５が超電導状態の時はδが大きくなるのでＬ
は小さく（Ｌ1 ）、Ｉｃを越す大きな電流が流れて常電
導状態になると、δが小さくなるのでＬ（Ｌ2 ）は大き
くなることになる。すなわち、Ｌ2 ＞Ｌ1 が成立する。
【００２０】今仮に、薄膜超電導体５が超電導状態の時
のインダクタンスをＬ1 とし、常電導状態になった時の
インダクタンスをＬ2 と仮定する。
のインダクタンスをＬ1 とし、常電導状態になった時の
インダクタンスをＬ2 と仮定する。
【００２１】このようにインダクタンスＬが変化するコ
イル４と、コンデンサＣ1 ，Ｃ2 （Ｃ1 ，Ｃ2 は容量値
をも示す）を用いて、図３のような交流回路を構成す
る。
イル４と、コンデンサＣ1 ，Ｃ2 （Ｃ1 ，Ｃ2 は容量値
をも示す）を用いて、図３のような交流回路を構成す
る。
【００２２】図３の全体のインピーダンスＺt は、単純
な交流回路計算より以下のように求まる。
な交流回路計算より以下のように求まる。
【００２３】
【数３】 故障電流が流れて薄膜超電導体５が常電導に転移したと
きのインダクタンスＬをＬ2 とすると、このとき回路の
インピーダンスＺt を大きくして電流を制限させれば良
いから、Ｃ1 は
きのインダクタンスＬをＬ2 とすると、このとき回路の
インピーダンスＺt を大きくして電流を制限させれば良
いから、Ｃ1 は
【００２４】
【数４】 を満たす必要がある。一方、正常電流が流れているとき
は、Ｌ＝Ｌ1 であり、全体回路のインピーダンスＺt は
できる限り小さくなければならないので、以下の条件が
得られる。
は、Ｌ＝Ｌ1 であり、全体回路のインピーダンスＺt は
できる限り小さくなければならないので、以下の条件が
得られる。
【００２５】
【数５】 これにより、
【００２６】
【数６】 上式において、薄膜超電導体５が常電導状態に転移して
いるときのコイル４のインダクタンスＬ2 は正常状態時
のインダクタンスＬ1 より大きいので、Ｌ2 ＞Ｌ1 が成
立するから、位相補償用のコンデンサＣ2 は必ず存在す
ることになる。
いるときのコイル４のインダクタンスＬ2 は正常状態時
のインダクタンスＬ1 より大きいので、Ｌ2 ＞Ｌ1 が成
立するから、位相補償用のコンデンサＣ2 は必ず存在す
ることになる。
【００２７】コンデンサＣ1 ，Ｃ2 の値を上記のように
設定すれば、理論上、正常運転状態の時は回路インピー
ダンスはゼロであり、故障時には無限大になることにな
り、限流効果を期待することが可能である。
設定すれば、理論上、正常運転状態の時は回路インピー
ダンスはゼロであり、故障時には無限大になることにな
り、限流効果を期待することが可能である。
【００２８】ただし、この限流器１は回路の共振特性を
巧みに利用するので、交流電力用としては有効である
が、直流電流に対しては薄膜超電導体５の常電導時のノ
ーマル抵抗による限流効果しか期待できない。
巧みに利用するので、交流電力用としては有効である
が、直流電流に対しては薄膜超電導体５の常電導時のノ
ーマル抵抗による限流効果しか期待できない。
【００２９】なお、上記の実施形態では、薄膜超電導体
５を用いたが、これは超電導板であればよい。
５を用いたが、これは超電導板であればよい。
【００３０】
【発明の効果】本発明は、環状の閉磁路をなすヨークの
磁路中にギャップ部を形成し、このギャップ部中に前記
閉磁路の断面を覆う超電導板を装着し、さらに前記ヨー
クに巻回したコイルと前記超電導板とを直列に接続して
その一端と他端をそれぞれ異なる電力系統に接続するよ
うにしたので、異常発生時には限流器のインピーダンス
が急激に増大し、故障した電力系統を迅速に切り離すこ
とができるばかりでなく、自動復帰することができる。
磁路中にギャップ部を形成し、このギャップ部中に前記
閉磁路の断面を覆う超電導板を装着し、さらに前記ヨー
クに巻回したコイルと前記超電導板とを直列に接続して
その一端と他端をそれぞれ異なる電力系統に接続するよ
うにしたので、異常発生時には限流器のインピーダンス
が急激に増大し、故障した電力系統を迅速に切り離すこ
とができるばかりでなく、自動復帰することができる。
【００３１】また、コイルと並列に共振用のコンデンサ
を接続し、このコイルとコンデンサの並列接続体と直列
に位相補償用のコンデンサを接続したので、故障時には
限流器のインピーダンスは無限大となり、限流効果を十
分に発揮できる。
を接続し、このコイルとコンデンサの並列接続体と直列
に位相補償用のコンデンサを接続したので、故障時には
限流器のインピーダンスは無限大となり、限流効果を十
分に発揮できる。
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す正面図であ
る。
る。
【図２】図１の実施形態の動作を説明するための補助図
である。
である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す回路図である。
【図４】一般の限流器の機能を説明するための図であ
る。
る。
【図５】従来の磁気遮蔽型の限流器の説明図である。
【図６】従来のＳ／Ｎ転移型の限流器の説明図である。
１ インピーダンス可変型超電導限流器（限流器） ２ ヨーク ３ ギャップ部 ４ コイル ５ 薄膜超電導体 ６ リード線 ７，８ 出力用のリード線 １０Ａ，１０Ｂ 電力系統
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ // Ｈ０２Ｊ 3/04 ＺＡＡ Ｈ０２Ｊ 3/04 ＺＡＡＡ (56)参考文献 特開 平10−116743（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−368422（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−160065（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−105402（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−157227（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−233693（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−164231（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02H 9/02 ZAA H01F 36/00 ZAA H02H 3/08 ZAA
Claims (2)
- 【請求項１】 複数の電力系統間を正常時には接続し、
異常時には異常を発生した電力系統を切り離す限流器で
あって、環状の閉磁路をなすヨークの磁路中にギャップ
部を形成し、このギャップ部中に前記閉磁路の断面を覆
う超電導板を装着し、さらに前記ヨークにコイルを巻回
し、このコイルと前記超電導板とを直列に接続してその
一端と他端をそれぞれ異なる電力系統に接続可能に構成
してなり、異常発生時には前記超電導板の常電導体への
転移により前記コイルのインピーダンスを増大せしめて
前記異なる電力系統間を切り離し、平常時には前記超電
導板により磁束を遮蔽して前記コイルのインピーダンス
を低減して前記異なる電力系統間を接続することを特徴
とするインピーダンス可変型超電導限流器。 - 【請求項２】 コイルと並列に共振用のコンデンサを接
続し、このコイルとコンデンサの並列接続体と直列に位
相補償用のコンデンサを接続したことを特徴とする請求
項１記載のインピーダンス可変型超電導限流器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9268384A JP3051915B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | インピーダンス可変型超電導限流器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9268384A JP3051915B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | インピーダンス可変型超電導限流器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11111542A JPH11111542A (ja) | 1999-04-23 |
| JP3051915B2 true JP3051915B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=17457744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9268384A Expired - Lifetime JP3051915B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | インピーダンス可変型超電導限流器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3051915B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007221931A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | Toshiba Corp | 超電導限流器 |
| JP4851814B2 (ja) * | 2006-03-01 | 2012-01-11 | 株式会社東芝 | 電力システム |
| WO2013014795A1 (ja) * | 2011-07-28 | 2013-01-31 | 中国電力株式会社 | 電力系統における電力調整方法、及び電力調整装置 |
-
1997
- 1997-10-01 JP JP9268384A patent/JP3051915B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11111542A (ja) | 1999-04-23 |
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