JP3773333B2 - 限流器 - Google Patents
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は限流器に関し、特に、超電導体コイルを用いたような限流器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力回路において、短絡事故のときに発生する大電流を瞬時に制限するために限流器が用いられる。このような限流器において、超電導体を用いることが考えられるが、超電導限流器は未だ実用化されていない。一般に、限流器の動作電流には高い精度が要求されるが、超電導限流器では、高い精度の動作電流を要求するのは困難だからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
その理由は、次の点にある。すなわち、超電導限流器の動作電流は、超電導体の臨界電流によって決定される。ところが、超電導体でコイルを形成した場合、臨界電流は局所的な磁場，温度変化に依存してしまい、また線の長尺均一性も影響してしまうおそれがあるからである。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、超電導体を用いて実現可能であって、動作電流の調整が可能な限流器を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、電力系統に接続された１次コイルと、両端が短絡された超電導コイルからなる２次コイルとが同軸上に配置された変圧器型の限流器において、１次コイルと２次コイルの相対的な軸方向位置を可動にしたものである。
【０００６】
請求項２に係る発明では、１次コイルと２次コイルとを収納するクライオスタットの外から２次コイルをスライドさせるようにしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の限流器の構成を示す図である。
【０００８】
図１において、この発明の限流器は、電力系統に接続される１次コイル１と、超電導体で形成されかつその両端を短絡した２次コイル２とから構成される。
【０００９】
通常運転時は、２次コイル２は超電導状態を保つように設計されている。この状態では、１次コイル１で発生する磁束は、２次コイル２に流れる誘導電流による磁束により打消される。このため、１次側から見たリアクタンス（限流器のインピーダンス）は小さくなっている。
【００１０】
短絡事故などで１次側に大電流が流れると、２次コイル２に流れる電流も大きくなる。この大電流により、２次コイル２の超電導体がクエンチすると、２次コイル２にクエンチ抵抗が発生する。このため、２次コイル２に流れる誘導電流は小さくなる。したがって、１次コイル１で発生する磁束を十分に打消せなくなり、限流器のインピーダンスが大きくなる。この増大したインピーダンスにより事故電流を限流する。
【００１１】
図２は図１に示した限流器の等価回路図である。図２において、Ｌ1 は１次コイル１のインダクタンスであり、Ｌ2 は２次コイル２のインダクタンスであり、Ｍは１次コイル１と２次コイル２の相互インダクタンスである。図２より、
ｖM ＝−ｊωＭ（ｉ1 ＋ｉ2 ）＝−｛ｊω（Ｌ2 ＋Ｍ）＋Ｒ｝ｉ2
【００１２】
【数１】
【００１３】
１次側の電圧ｖ1 は次式で表わされる。
【００１４】
ｖ1 ＝ｊω（Ｌ1 ＋Ｍ）ｉ1 ＋ｖM ＝ｊωＬ1 ｉ1 −ｊωＭｉ2
この式に（１）式を代入すると（２）式で表わされる。
【００１５】
【数２】
【００１６】
よって、１次側から見たインピーダンスｚは（３）式で表わされる。
【００１７】
【数３】
【００１８】
ここで、通常運転時に２次側の抵抗Ｒは超電導状態であるため０であるので、（１），（３）式は（４），（５）式で表わされる。
【００１９】
【数４】
【００２０】
（５）式より２つのコイル１，２が密結合であれば、インピーダンスは０となる。これが事故時には（３）式に示す虚数分（リアクタンス分）が増加して限流する。
【００２１】
さて、限流器の動作電流は、（４）式より（６）式となる。
【００２２】
【数５】
【００２３】
したがって、限流器の動作電流は、２次コイル２のクエンチ電流のＬ2 ／Ｍ倍となる。一方、クエンチ電流は、超電導材料の臨界電流値だけはなく、周囲の局所的な磁界，温度条件に左右され、動作電流値を精度よく製作するのは困難である。この発明では、（５）式に着目し、１次コイル１と２次コイル２の相互インダクタンスＭを調整することにより、動作電流の調整を可能にする。
【００２４】
図３はこの発明の一実施形態の限流器の１次コイルで発生する磁界を示す図であり、図４は１次コイルと２次コイルを同軸上に配置した空心構造を示す図であり、図５は同じく１次コイルと２次コイルとをずらした状態を示す図である。
【００２５】
この発明では、図４および図５に示すように、１次コイル１と２次コイル２とを同軸上に配置した空心構造とし、２次コイル２を１次コイル１に対して長手方向にずらせることが可能にされている。このように、２次コイル２を１次コイル１に対してずらせることにより、図３に示すような１次コイル１から発生する磁束のうち、２次コイル２と鎖交する量を調節することができる。これにより、両コイルの相互インダクタンスを調整することができる。すなわち、前述の（５）式の相互インダクタンスＭを調整可能とし、限流器の動作電流を調整できる。
【００２６】
図６はこの発明の一実施形態の限流器の縦断面図である。図６において、クライオスタットとしての断熱槽１１には冷媒１８が注入されていて、１次コイル１が支持部材１２によって固定的に吊下げられている。１次コイル１の両端は電流リード線１３，１３によって外部に引出される。２次コイル２は２次コイル吊りフランジ１４に取付けられ、この２次コイル吊りフランジ１４は２次コイル吊り棒１５によって断熱槽１１内に吊下げられている。２次コイル吊り棒１５の先端部にはねじが形成されかつその先端部は断熱槽１１の上部を貫通している。そして、２次コイル吊り棒１５の先端部にはレバー１６が設けられていて、このレバー１６を回転させることにより、２次コイル吊り棒１５と２次コイル吊りフランジ１４が上下動し、２次コイル２を１次コイル１に対して軸方向にずらせることができる。なお、断熱槽１１の上部には輻射板１７が取付けられている。
【００２７】
上述のごとく、断熱槽１１内に１次コイル１と２次コイル２とを収納し、外部からレバー１６を回転させることにより、１次コイル１に対して２次コイル２を軸方向に移動させることができ、限流器の動作電流を調整することが可能になる。しかも、２次コイル２を冷却した状態で限流器を解体することなく、動作電流の調整が可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、超電導コイルからなる２次コイルを１次コイルに対して相対的に軸方向に移動可能にするようにしたので、限流器としての動作電流を調整することが可能となり、動作電流の精度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の限流器の原理を説明するための図である。
【図２】図１に示した限流器の等価回路図である。
【図３】この発明の一実施形態の限流器の１次コイルで発生する磁界を示す図である。
【図４】１次コイルと２次コイルを同軸上に配置した空心構造を示す図である。
【図５】同じく１次コイルと２次コイルとをずらした状態を示す図である。
【図６】この発明の一実施形態の限流器の縦断面図である。
【符号の説明】
１ １次コイル
２ ２次コイル
１１ 断熱槽
１２ 支持部材
１３ 電流リード線
１４ ２次コイル吊りフランジ
１５ ２次コイル吊り棒
１６ レバー
１７ 輻射板
１８ 冷媒
【発明の属する技術分野】
この発明は限流器に関し、特に、超電導体コイルを用いたような限流器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力回路において、短絡事故のときに発生する大電流を瞬時に制限するために限流器が用いられる。このような限流器において、超電導体を用いることが考えられるが、超電導限流器は未だ実用化されていない。一般に、限流器の動作電流には高い精度が要求されるが、超電導限流器では、高い精度の動作電流を要求するのは困難だからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
その理由は、次の点にある。すなわち、超電導限流器の動作電流は、超電導体の臨界電流によって決定される。ところが、超電導体でコイルを形成した場合、臨界電流は局所的な磁場，温度変化に依存してしまい、また線の長尺均一性も影響してしまうおそれがあるからである。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、超電導体を用いて実現可能であって、動作電流の調整が可能な限流器を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、電力系統に接続された１次コイルと、両端が短絡された超電導コイルからなる２次コイルとが同軸上に配置された変圧器型の限流器において、１次コイルと２次コイルの相対的な軸方向位置を可動にしたものである。
【０００６】
請求項２に係る発明では、１次コイルと２次コイルとを収納するクライオスタットの外から２次コイルをスライドさせるようにしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の限流器の構成を示す図である。
【０００８】
図１において、この発明の限流器は、電力系統に接続される１次コイル１と、超電導体で形成されかつその両端を短絡した２次コイル２とから構成される。
【０００９】
通常運転時は、２次コイル２は超電導状態を保つように設計されている。この状態では、１次コイル１で発生する磁束は、２次コイル２に流れる誘導電流による磁束により打消される。このため、１次側から見たリアクタンス（限流器のインピーダンス）は小さくなっている。
【００１０】
短絡事故などで１次側に大電流が流れると、２次コイル２に流れる電流も大きくなる。この大電流により、２次コイル２の超電導体がクエンチすると、２次コイル２にクエンチ抵抗が発生する。このため、２次コイル２に流れる誘導電流は小さくなる。したがって、１次コイル１で発生する磁束を十分に打消せなくなり、限流器のインピーダンスが大きくなる。この増大したインピーダンスにより事故電流を限流する。
【００１１】
図２は図１に示した限流器の等価回路図である。図２において、Ｌ1 は１次コイル１のインダクタンスであり、Ｌ2 は２次コイル２のインダクタンスであり、Ｍは１次コイル１と２次コイル２の相互インダクタンスである。図２より、
ｖM ＝−ｊωＭ（ｉ1 ＋ｉ2 ）＝−｛ｊω（Ｌ2 ＋Ｍ）＋Ｒ｝ｉ2
【００１２】
【数１】
１次側の電圧ｖ1 は次式で表わされる。
【００１４】
ｖ1 ＝ｊω（Ｌ1 ＋Ｍ）ｉ1 ＋ｖM ＝ｊωＬ1 ｉ1 −ｊωＭｉ2
この式に（１）式を代入すると（２）式で表わされる。
【００１５】
【数２】
よって、１次側から見たインピーダンスｚは（３）式で表わされる。
【００１７】
【数３】
ここで、通常運転時に２次側の抵抗Ｒは超電導状態であるため０であるので、（１），（３）式は（４），（５）式で表わされる。
【００１９】
【数４】
（５）式より２つのコイル１，２が密結合であれば、インピーダンスは０となる。これが事故時には（３）式に示す虚数分（リアクタンス分）が増加して限流する。
【００２１】
さて、限流器の動作電流は、（４）式より（６）式となる。
【００２２】
【数５】
したがって、限流器の動作電流は、２次コイル２のクエンチ電流のＬ2 ／Ｍ倍となる。一方、クエンチ電流は、超電導材料の臨界電流値だけはなく、周囲の局所的な磁界，温度条件に左右され、動作電流値を精度よく製作するのは困難である。この発明では、（５）式に着目し、１次コイル１と２次コイル２の相互インダクタンスＭを調整することにより、動作電流の調整を可能にする。
【００２４】
図３はこの発明の一実施形態の限流器の１次コイルで発生する磁界を示す図であり、図４は１次コイルと２次コイルを同軸上に配置した空心構造を示す図であり、図５は同じく１次コイルと２次コイルとをずらした状態を示す図である。
【００２５】
この発明では、図４および図５に示すように、１次コイル１と２次コイル２とを同軸上に配置した空心構造とし、２次コイル２を１次コイル１に対して長手方向にずらせることが可能にされている。このように、２次コイル２を１次コイル１に対してずらせることにより、図３に示すような１次コイル１から発生する磁束のうち、２次コイル２と鎖交する量を調節することができる。これにより、両コイルの相互インダクタンスを調整することができる。すなわち、前述の（５）式の相互インダクタンスＭを調整可能とし、限流器の動作電流を調整できる。
【００２６】
図６はこの発明の一実施形態の限流器の縦断面図である。図６において、クライオスタットとしての断熱槽１１には冷媒１８が注入されていて、１次コイル１が支持部材１２によって固定的に吊下げられている。１次コイル１の両端は電流リード線１３，１３によって外部に引出される。２次コイル２は２次コイル吊りフランジ１４に取付けられ、この２次コイル吊りフランジ１４は２次コイル吊り棒１５によって断熱槽１１内に吊下げられている。２次コイル吊り棒１５の先端部にはねじが形成されかつその先端部は断熱槽１１の上部を貫通している。そして、２次コイル吊り棒１５の先端部にはレバー１６が設けられていて、このレバー１６を回転させることにより、２次コイル吊り棒１５と２次コイル吊りフランジ１４が上下動し、２次コイル２を１次コイル１に対して軸方向にずらせることができる。なお、断熱槽１１の上部には輻射板１７が取付けられている。
【００２７】
上述のごとく、断熱槽１１内に１次コイル１と２次コイル２とを収納し、外部からレバー１６を回転させることにより、１次コイル１に対して２次コイル２を軸方向に移動させることができ、限流器の動作電流を調整することが可能になる。しかも、２次コイル２を冷却した状態で限流器を解体することなく、動作電流の調整が可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、超電導コイルからなる２次コイルを１次コイルに対して相対的に軸方向に移動可能にするようにしたので、限流器としての動作電流を調整することが可能となり、動作電流の精度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の限流器の原理を説明するための図である。
【図２】図１に示した限流器の等価回路図である。
【図３】この発明の一実施形態の限流器の１次コイルで発生する磁界を示す図である。
【図４】１次コイルと２次コイルを同軸上に配置した空心構造を示す図である。
【図５】同じく１次コイルと２次コイルとをずらした状態を示す図である。
【図６】この発明の一実施形態の限流器の縦断面図である。
【符号の説明】
１ １次コイル
２ ２次コイル
１１ 断熱槽
１２ 支持部材
１３ 電流リード線
１４ ２次コイル吊りフランジ
１５ ２次コイル吊り棒
１６ レバー
１７ 輻射板
１８ 冷媒
Claims (2)
- 電力系統に接続された１次コイルと、両端が短絡された超電導コイルからなる２次コイルとが同軸上に配置された変圧器型の限流器において、
前記１次コイルと前記２次コイルの相対的な軸方向位置を可動にしたことを特徴とする、限流器。 - 前記１次コイルと２次コイルとを収納するクライオスタットを含み、該クライオスタットの外から前記２次コイルをスライドさせることを特徴とする、請求項１に記載の限流器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24364597A JP3773333B2 (ja) | 1997-09-09 | 1997-09-09 | 限流器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24364597A JP3773333B2 (ja) | 1997-09-09 | 1997-09-09 | 限流器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1189085A JPH1189085A (ja) | 1999-03-30 |
| JP3773333B2 true JP3773333B2 (ja) | 2006-05-10 |
Family
ID=17106908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24364597A Expired - Fee Related JP3773333B2 (ja) | 1997-09-09 | 1997-09-09 | 限流器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3773333B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1295729C (zh) * | 2004-06-23 | 2007-01-17 | 华中科技大学 | 直流超导故障限流器 |
| DE102010007087A1 (de) * | 2010-02-06 | 2011-08-11 | Karlsruher Institut für Technologie, 76131 | Vorrichtung zur Strombegrenzung mit einer veränderbaren Spulenimpedanz |
| US20160322143A1 (en) * | 2013-12-18 | 2016-11-03 | Victoria Link Limited | Cryostat for Superconducting Devices |
-
1997
- 1997-09-09 JP JP24364597A patent/JP3773333B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1189085A (ja) | 1999-03-30 |
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Legal Events
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