JP3051916B2 - 磁束バランス型超電導限流器 - Google Patents
磁束バランス型超電導限流器Info
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- JP3051916B2 JP3051916B2 JP9268386A JP26838697A JP3051916B2 JP 3051916 B2 JP3051916 B2 JP 3051916B2 JP 9268386 A JP9268386 A JP 9268386A JP 26838697 A JP26838697 A JP 26838697A JP 3051916 B2 JP3051916 B2 JP 3051916B2
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- superconducting
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- coils
- flux
- current
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- 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)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (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
とが可能な磁束バランス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
とが可能な磁束バランス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
可能にした磁束バランス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
可能にした磁束バランス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】本発明にかかる磁束バラ
ンス型超電導限流器は、共通磁路と少なくとも２個の独
立磁路とを有するヨークの前記共通磁路中にギャップ部
を形成し、このギャップ部中に前記共通磁路の断面を覆
う超電導板を装着し、さらに前記２個の独立磁路にそれ
ぞれコイルを巻回し、これらのコイルに対し前記超電導
板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。
ンス型超電導限流器は、共通磁路と少なくとも２個の独
立磁路とを有するヨークの前記共通磁路中にギャップ部
を形成し、このギャップ部中に前記共通磁路の断面を覆
う超電導板を装着し、さらに前記２個の独立磁路にそれ
ぞれコイルを巻回し、これらのコイルに対し前記超電導
板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
を接続したものである。
を接続したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明にかかる磁束バラ
ンス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は本発明による磁束バランス型超電導
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、２個の独立磁路２ａ，２
ｂと１個の共通磁路２ｃとを有し、共通磁路２ｃの一部
にギャップ部３が形成されている。４ａ，４ｂは前記独
立磁路２ａ，２ｂに巻回されたコイル、５は超電導板で
ギャップ部３中に装着される。
ンス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は本発明による磁束バランス型超電導
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、２個の独立磁路２ａ，２
ｂと１個の共通磁路２ｃとを有し、共通磁路２ｃの一部
にギャップ部３が形成されている。４ａ，４ｂは前記独
立磁路２ａ，２ｂに巻回されたコイル、５は超電導板で
ギャップ部３中に装着される。
【００１３】各部分の接続は、例えば図３のようにな
る。この図で、６は前記コイル４ａ，４ｂと超電導板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４ａ，４ｂと超電導板５に接続され、コイル４
ａ，４ｂと超電導板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１０Ａ，１０Ｂに接続
可能に構成される。Ｃは共振用のコンデンサを示す。
る。この図で、６は前記コイル４ａ，４ｂと超電導板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４ａ，４ｂと超電導板５に接続され、コイル４
ａ，４ｂと超電導板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１０Ａ，１０Ｂに接続
可能に構成される。Ｃは共振用のコンデンサを示す。
【００１４】次に動作について図２を参照して説明す
る。なお、図１は超電導板５が超電導状態のとき、図２
は常電導状態のときを示している。
る。なお、図１は超電導板５が超電導状態のとき、図２
は常電導状態のときを示している。
【００１５】図１に示す実施の形態の磁気回路は、コイ
ル４ａ，４ｂの作る磁束が超電導板５にさえぎられる構
造になっている。したがって、超電導板５が超電導状態
であるために磁束φａ，φｂはギャップ部３の超電導板
５で遮られる。その結果、コイル４ａ，４ｂはインダク
タンスを生じない。しかし、事故が発生しコイル４ａ，
４ｂ、超電導板５に大電流が流れ、超電導板５が常電導
状態に転移すると、図２のように直接的に磁束φａ，φ
ｂが通過できるようになる。
ル４ａ，４ｂの作る磁束が超電導板５にさえぎられる構
造になっている。したがって、超電導板５が超電導状態
であるために磁束φａ，φｂはギャップ部３の超電導板
５で遮られる。その結果、コイル４ａ，４ｂはインダク
タンスを生じない。しかし、事故が発生しコイル４ａ，
４ｂ、超電導板５に大電流が流れ、超電導板５が常電導
状態に転移すると、図２のように直接的に磁束φａ，φ
ｂが通過できるようになる。
【００１６】すなわち、今、コイル４ａ，４ｂを流れる
電流（超電導板５を流れる電流）が大きくなってしきい
値Ｉｃを越すと、超電導状態が破れ、超電導板５近傍の
磁束φａ，φｂの分布は、図２の状態に変わることにな
る。
電流（超電導板５を流れる電流）が大きくなってしきい
値Ｉｃを越すと、超電導状態が破れ、超電導板５近傍の
磁束φａ，φｂの分布は、図２の状態に変わることにな
る。
【００１７】コイル４ａ、４ｂの巻数は同じでＮターン
とし、独立磁路部のヨーク断面積をＳとし、共通磁路２
ｃ部の断面積を２Ｓとし、ギャップ間距離をδとすれ
ば、図２の状態での、コイル４ａ、４ｂのインダクタン
スは同じ値のＬになり、以下のように求められる。
とし、独立磁路部のヨーク断面積をＳとし、共通磁路２
ｃ部の断面積を２Ｓとし、ギャップ間距離をδとすれ
ば、図２の状態での、コイル４ａ、４ｂのインダクタン
スは同じ値のＬになり、以下のように求められる。
【００１８】磁気回路の内、鉄等の高導磁性体ヨークの
磁気抵抗は、ギャップが作る磁器抵抗に比べて無視でき
るので、コイル電流をＩ（Ａ）とすると、コイルが作る
磁束φは、以下のようになる。
磁気抵抗は、ギャップが作る磁器抵抗に比べて無視でき
るので、コイル電流をＩ（Ａ）とすると、コイルが作る
磁束φは、以下のようになる。
【００１９】
【数１】 ここに、μ0は空気中の透磁率である。自己インダクタ
ンスは定義により、以下のように求められる。
ンスは定義により、以下のように求められる。
【００２０】
【数２】 つまり、正常電流が流れている場合には、コイル４ａ，
４ｂともインダクタンスはゼロであるが、大きな故障電
流が流れて超電導板５が常電導に転移すること、コイル
４ａ，４ｂには〔数２〕で示したインダクタンスＬが発
生することになる。
４ｂともインダクタンスはゼロであるが、大きな故障電
流が流れて超電導板５が常電導に転移すること、コイル
４ａ，４ｂには〔数２〕で示したインダクタンスＬが発
生することになる。
【００２１】図３の回路では、コイル４ａ，４ｂが並列
に接続されているので、コイル４ａ，４ｂの合成インダ
クタンスＬｓはＬ／２の値になる。また、コイル４ａ，
４ｂを直列接続すれば、合成インダクタンスＬｓは２Ｌ
になる。
に接続されているので、コイル４ａ，４ｂの合成インダ
クタンスＬｓはＬ／２の値になる。また、コイル４ａ，
４ｂを直列接続すれば、合成インダクタンスＬｓは２Ｌ
になる。
【００２２】このように、故障電流が流れると、コイル
４ａ，４ｂが作る合成インダクタンスはゼロからＬｓに
変化することになる。
４ａ，４ｂが作る合成インダクタンスはゼロからＬｓに
変化することになる。
【００２３】図３の路線は、合成インダクタンスＬｓに
共振用のコンデンサが並列接続されている。この場合、
電力系統の周波数をｆとすると、全体のインピーダンス
Ｚｔは、以下のように求められる。
共振用のコンデンサが並列接続されている。この場合、
電力系統の周波数をｆとすると、全体のインピーダンス
Ｚｔは、以下のように求められる。
【００２４】
【数３】 故障電流が流れた時の全体のインピーダンスＺｔは出来
るだけ大きくすれば良く、コンデンサＣは以下の値にす
れば良いことになる。
るだけ大きくすれば良く、コンデンサＣは以下の値にす
れば良いことになる。
【００２５】
【数４】 上記の値のコンデンサを合成インダクタンスＬｓに並列
接続すれば、故障電流が流れたときに、原理上、全体系
統のインピーダンスが無限大になり、大きな限流効果が
期待できる。
接続すれば、故障電流が流れたときに、原理上、全体系
統のインピーダンスが無限大になり、大きな限流効果が
期待できる。
【００２６】なお、上記の実施形態では、超電導板５の
表現を用いたが、これは薄膜超電導体であっても良い。
表現を用いたが、これは薄膜超電導体であっても良い。
【００２７】
【発明の効果】本発明は、少なくとも２個の独立磁路を
有するヨークの前記共通磁路中にギャップ部を形成し、
このギャップ部中に前記共通磁路の断面を覆う超電導板
を装着し、さらに前記２個の独立磁路にそれぞれコイル
を巻回し、これらのコイルに対し前記超電導板を直列に
接続して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、自動復帰ができる。ま
た、機器すべてをヘリウムのような極低温雰囲気中に設
置することができる。
有するヨークの前記共通磁路中にギャップ部を形成し、
このギャップ部中に前記共通磁路の断面を覆う超電導板
を装着し、さらに前記２個の独立磁路にそれぞれコイル
を巻回し、これらのコイルに対し前記超電導板を直列に
接続して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、自動復帰ができる。ま
た、機器すべてをヘリウムのような極低温雰囲気中に設
置することができる。
【００２８】また、コイルと並列に共振用のコンデンサ
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、遮断器を使わなくても故障電流を遮断で
きる。
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、遮断器を使わなくても故障電流を遮断で
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図であ
る。
る。
【図３】図１の実施形態の接続状態の一例を示す図であ
る。
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 磁束バランス型超電導限流器（限流器） ２ ヨーク ３ ギャップ部 ４ａ，４ｂ コイル ５ 超電導板 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) 特開 平10−116743（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、共通磁路と少なくとも２個の独立磁路とを有す
るヨークの前記共通磁路中にギャップ部を形成し、この
ギャップ部中に前記共通磁路の断面を覆う超電導板を装
着し、さらに前記２個の独立磁路にそれぞれコイルを巻
回し、これらのコイルに対し前記超電導板を直列に接続
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
ことを特徴とする磁束バランス型超電導限流器。 - 【請求項２】 コイルと並列に共振用のコンデンサを接
続したことを特徴とする請求項１記載の磁束バランス型
超電導限流器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9268386A JP3051916B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | 磁束バランス型超電導限流器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9268386A JP3051916B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | 磁束バランス型超電導限流器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11113168A JPH11113168A (ja) | 1999-04-23 |
| JP3051916B2 true JP3051916B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=17457769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9268386A Expired - Lifetime JP3051916B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | 磁束バランス型超電導限流器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3051916B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030062598A (ko) * | 2002-01-17 | 2003-07-28 | 한병성 | 자기유도를 이용한 dc-리액터타입 고온초전도 전류제한장치 |
| CN100440675C (zh) * | 2004-07-28 | 2008-12-03 | 北京云电英纳超导电缆有限公司 | 快速限流型超导故障限流器 |
| CN100359776C (zh) * | 2005-02-04 | 2008-01-02 | 北京云电英纳超导电缆有限公司 | 带短路环的超导故障限流器 |
| GB201116753D0 (en) * | 2011-09-29 | 2011-11-09 | Rolls Royce Plc | A superconducting switch |
| JP6760085B2 (ja) * | 2017-01-05 | 2020-09-23 | Tdk株式会社 | 限流器及びこれを備える共振型限流回路 |
-
1997
- 1997-10-01 JP JP9268386A patent/JP3051916B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11113168A (ja) | 1999-04-23 |
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| Date | Code | Title | Description |
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