JP3827028B2

JP3827028B2 - Current-limiting reactor with discharge device

Info

Publication number: JP3827028B2
Application number: JP22752196A
Authority: JP
Inventors: 貞夫森; 築志原; 武大熊; 昇一本庄; 小林　　直樹
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1996-08-09
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2016-08-09
Also published as: JPH1066254A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力系統などに流れる過大な電流を抑制するために使用する放電装置付き限流リアクトルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に限流器としては限流リアクトルが良く知られている。図４は最も単純な従来技術の一例であって限流リアクトル１そのものを電力系統に直列に設置する第１の方式である。なお、２は接続端子である。又、図５はヨーロッパ等にて行なわれようとしているものであり、直列リアクトル１と直列コンデンサ３とを直列接続することにより電力系統に直列に設置する第２の方式である。
【０００３】
そして、第１の方式は事故時にリアクトル１のインピーダンスによって事故電流を抑制する。又、第２の方式はコンデンサ３を挟んで放電装置４を設けている。そして、通常時はリアクトル１のＬとコンデンサ３のＣとで直列共振状態（に近い）として運用し、事故時には事故電流によって放電装置４を放電させる。この場合、放電装置４が放電すれば前記したＬとＣの共振状態が崩れて、リアクトル１のインピーダンスのみが残って事故電流を限流する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来方式の内の第１の方式は、定常時・事故時に拘らず、常時、系統にインピーダンスが挿入されたままであるため、通常時のインピーダンスにより電力系統の安定度や電圧安定性が損なわれることがあり得る。又、第２の方式は、近年の送電電圧の増大に対処するためには、例えば５００ｋＶに対応できる直列コンデンサの開発が必要である。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、通常時のインピーダンスを大幅に低減させることが可能であるばかりか、電力系統の安定度や電圧安定性を損なわずに、過大な電流のみを抑制することの可能な放電装置付き限流リアクトルを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の[請求項１]に係る放電装置付き限流リアクトルは、２個のリアクトルを互いに巻き方向を逆にして直列状態で鉄心又は空心に巻回し、一方のリアクトルには並列に放電装置を設けた上でリアクトル本体を構成すると共に、前記リアクトル本体を系統に対して直列に接続し、過大な電流の通過により前記放電装置を放電させて前記一方のリアクトルを短絡させ他方のリアクトルに対して限流機能を付与するようにした。
【０００７】
したがって正常時は２個のリアクトルの合成インピーダンスはほゞ零であるが、過電流の通過により放電装置が作動して一方のリアクトルが短絡される。したがって残ったリアクトルがそのまま系統に直列に残って限流作用を果たす。
【０００８】
本発明の[請求項２]に係る放電装置付き限流リアクトルは、請求項１において、前記リアクトル本体のうちの一方のリアクトルに設置した放電装置に対して並列に遮断器を設け、前記遮断器の投入電流として前記放電装置の放電電流を用いて前記遮断器を閉路する構成とし、他方のリアクトルの限流機能を自己保持させるようにした。
【０００９】
したがって過大な電流が流れて放電装置が作動すれば、放電装置に並列に設けた遮断器が閉路して一方の限流リアクトルを短絡し、他方のリアクトルの限流機能を自己保持できる。
【００１１】
本発明の[請求項３]に係る放電装置付き限流リアクトルは、請求項１又は請求項２において、前記限流リアクトルとして鉄心に巻回される各コイルは、複数群に分割して設けると共に、前記複数群に分割された各群は夫々を互に積層してリアクトルの全体構成とした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による放電装置付き限流リアクトルの実施の形態を示す構成図である。図１において５は鉄心であって２つのリアクトル６−１，６−２と放電装置４とからリアクトル本体を構成している。
【００１３】
２つのリアクトル６−１と６−２はインピーダンスがほゞ等しく、巻方向が逆向きになっていて、しかもリアクトル同士は直列接続されている。したがって常時は２つのリアクトルのインピーダンスはほゞ零である。
【００１４】
又、２つのリアクトル６−１，６−２のうちのいずれか一方には、放電装置４が並列に接続されており、各接続端子２，２は電力系統に直列接続される。放電装置４としては、気中ギャップや放電用アレスターなどの放電用機器を使用する。以下に上記構成を有する放電装置付き限流リアクトルの作用を説明する。
【００１５】
先ず、常時は前記した通り、２つのリアクトルは夫々逆向きに巻かれていて、しかもインピーダンスがほゞ等しいことから合成インピーダンスがほゞ零である。即ち、鉄心中にできる各磁束は夫々打ち消し合っている。しかし、実際には夫々のインピーダンスの差及び漏れインピーダンスにより、わずかのインピーダンスが残留する。
【００１６】
今、系統に過大な電流が流れた場合を考えると、前記した漏れインピーダンスと通過電流値とで決まる電圧が夫々のリアクトル６−１，６−２の両端に印加される。そこで、この電圧によって一方のリアクトル６−２と並列にある放電装置４が放電し、リアクトル６−２のインピーダンスが短絡される。
【００１７】
そのため、互いに打ち消し合っていたインピーダンスの値に差が生じ、全体としてのインピーダンスが急激に増加することになって、過大な電流が抑制されることになる。要するに常時はインピーダンスがほゞ零であったものが、過大な電流の通過によりインピーダンスが生じて限流作用がなされる。なお、上記説明では鉄心入りの場合について説明したが、ギャップ付き鉄心リアクトルであっても、あるいは空心リアクトルであっても同様である。
【００１８】
図２は実際の使用状態を示す実施の形態図であり、図２において図１と同一部分，相当部分については同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態における構成上の特徴部分は放電装置４に対して並列に遮断器７を設けると共に放電装置に変流器８を設けたことである。
【００１９】
したがって系統に過大電流が流れて放電装置４が放電すると、この放電電流を変流器８が検出し、遮断器７をオンしてリアクトル６−２を短絡する。このことにより限流作用を一層確かなものとすると同時に、放電装置として気中ギャップを用いる場合には、ギャップの劣化の防止を図る。
【００２０】
実際には漏れたインピーダンスの低減のために、機器設計に当たっては電気絶縁及び層間配置が問題になる。一例として、５００ｋＶ用放電装置付き限流リアクトルの設計概要を示すと、以下の通りである。
【００２１】
図３は鉄心構造であり、一点鎖線で示す片側のみを示す。したがって一点鎖線に沿って対称形をなしている。図３では外鉄型鉄心９を用い、この鉄心の周りにコイル１０を巻き付けた構造である。そして考え方の基本は、いかにして常時の漏れインピーダンスを小さくするかであり、そのためにはターン間及び層間をできるだけコンパクトにするかである。
【００２２】
そのため、コイルは＃１と＃２としてコイル群を８群とし、１ターン当たりの電圧を５００Ｖとすると、必要なターン数は５７６ターン，１群当たりのターン数は７２ターンとなる。冷却方式を送油風冷式とすると銅線の電流密度は４Ａ／ｍｍ²程度にできるため、装置の定格電流を８０００Ａとすると必要な銅線断面積は２８０９ｍｍ²となる。
【００２３】
ここで鉄心のコア直径を５０ｃｍ，窓枠を幅２ｍ×高さ１．６ｍとすると、１段目のリアクトルの占有領域は２ｍ×０．８ｍ，１群当たりでは２ｍ×０．１ｍである。銅線を５０ｍｍ×５６ｍｍとすると、１群あたりでは、縦に２層積み、鉄心の周りを３６層巻きとなる。コイルの１巻き当たりの平均長は９．４ｍとしたとき、漏れたインピーダンスは下記の(1) 式となる。そして下記条件を入れて計算すると、この場合の漏れインピーダンスは０．６％となる。
【００２４】
【数１】

【００２５】
そして漏れインピーダンスが１％となるようにリアクトルを製作した場合、片側のリアクトルの漏れは０．５％＝２．２Ωより、６０ｋＡの過電流が通過した時の発生電圧Ｖは、Ｖ＝ＺＩ＝１３６ｋＶとなる。したがって、この電圧で作動する放電装置を用いれば、６０ｋＡ以上の過電流に対して動作する限流リアクトルが得られる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば２つの限流リアクトルを逆巻きにして、これらを直列接続し、一方のリアクトルに対して並列に放電装置を設け、常時はリアクトルの合成インピーダンスをほゞ零にしておき、過電流の通過時に放電装置にて放電させることにより一方のリアクトルを短絡して他方に入ったリアクトルを生かすように構成したので、通常時のインピーダンスを大幅に低減させることが可能で、電力系統の安定度や電圧安定性を損なわずに、過大な電流のみを抑制することが可能である。更に、超高圧用の直列コンデンサの開発が不要であり、設計上のメリットが大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による放電装置付き限流リアクトルの実施の形態を示す構成図。
【図２】電力系統への適用例を示す他の実施の形態を示す構成図。
【図３】外鉄型鉄心に対するコイルの巻き方を示す図。
【図４】限流リアクトルの従来例を示す図。
【図５】限流リアクトルの他の従来例を示す図。
【符号の説明】
１直列リアクトル
２接続端子
３直列コンデンサ
４放電装置
５鉄心
６−１，６−２リアクトル
７遮断器
８変流器
９外鉄型鉄心
１０コイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a current-limiting reactor with a discharge device used for suppressing an excessive current flowing in a power system or the like.
[0002]
[Prior art]
In general, a current limiting reactor is well known as a current limiting device. FIG. 4 is an example of the simplest prior art, and is a first method in which the current-limiting reactor 1 itself is installed in series with the power system. Reference numeral 2 denotes a connection terminal. FIG. 5 shows a second system which is to be performed in Europe and the like, and is installed in series in the power system by connecting the series reactor 1 and the series capacitor 3 in series.
[0003]
And a 1st system suppresses an accident electric current with the impedance of the reactor 1 at the time of an accident. In the second method, a discharge device 4 is provided with a capacitor 3 interposed therebetween. In normal operation, the reactor 1 L and the capacitor 3 C are operated in a series resonance state (close to), and in the event of an accident, the discharge device 4 is discharged by an accident current. In this case, if the discharge device 4 is discharged, the above-described resonance state between L and C collapses, and only the impedance of the reactor 1 remains, and the fault current is limited.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The first of the above conventional methods always has the impedance inserted into the system regardless of whether it is in a steady state or during an accident. Therefore, the stability and voltage stability of the power system are impaired by the normal impedance. It can happen. In the second method, in order to cope with the recent increase in transmission voltage, it is necessary to develop a series capacitor capable of dealing with, for example, 500 kV.
[0005]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and not only can the impedance in the normal state be greatly reduced, but also the excessive current without impairing the stability and voltage stability of the power system. An object of the present invention is to provide a current-limiting reactor with a discharge device that can suppress only the current.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The current limiting reactor with a discharge device according to [Claim 1] of the present invention winds two reactors in series with the winding directions reversed to each other, and winds the discharge device in parallel with one of the reactors. together constituting the reactor body on which is provided, said reactor body are connected in series with respect to system, with respect to the discharge device is discharged by short-circuiting one of the reactor said other reactor by the passage of an excessive current A current limiting function was added.
[0007]
Therefore, although the combined impedance of the two reactors is almost zero when normal, the discharge device is activated by the passage of overcurrent and one of the reactors is short-circuited. Therefore, the remaining reactor remains in series in the system as it is and performs a current limiting function.
[0008]
The current limiting reactor with a discharge device according to [Claim 2] of the present invention is the current limiting reactor according to Claim 1, wherein a circuit breaker is provided in parallel to the discharge device installed in one of the reactor main bodies, and the circuit breaker The circuit breaker is closed using the discharge current of the discharge device as the charging current of the other device, and the current limiting function of the other reactor is self-maintained .
[0009]
Therefore, if an excessive current flows and the discharge device operates, a circuit breaker provided in parallel with the discharge device is closed to short-circuit one current-limiting reactor and self-maintain the current-limiting function of the other reactor .
[0011]
The current limiting reactor with a discharge device according to [Claim 3 ] of the present invention is the current limiting reactor according to

Claim

1 or 2 , wherein each coil wound around the iron core as the current limiting reactor is divided into a plurality of groups. The groups divided into the plurality of groups are laminated together to form the overall structure of the reactor .
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a current limiting reactor with a discharge device according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 5 denotes an iron core, and a reactor main body is composed of two reactors 6-1 and 6-2 and a discharge device 4.
[0013]
The two reactors 6-1 and 6-2 have substantially the same impedance, the winding directions are opposite to each other, and the reactors are connected in series. Therefore, normally the impedance of the two reactors is almost zero.
[0014]
In addition, the discharge device 4 is connected in parallel to one of the two reactors 6-1 and 6-2, and the

connection terminals

2 and 2 are connected in series to the power system. As the discharge device 4, a discharge device such as an air gap or a discharge arrester is used. The operation of the current limiting reactor with a discharge device having the above configuration will be described below.
[0015]
First of all, as described above, the two reactors are wound in opposite directions, and the combined impedance is almost zero because the impedances are almost equal. That is, the magnetic fluxes generated in the iron core cancel each other. In practice, however, a slight impedance remains due to the difference in impedance and the leakage impedance.
[0016]
Considering a case where an excessive current flows in the system, a voltage determined by the leakage impedance and the passing current value is applied to both ends of the reactors 6-1 and 6-2. Therefore, the discharge device 4 in parallel with one of the reactors 6-2 is discharged by this voltage, and the impedance of the reactor 6-2 is short-circuited.
[0017]
For this reason, a difference occurs in the impedance values that cancel each other, and the overall impedance increases rapidly, thereby suppressing an excessive current. In short, the impedance is almost zero at all times, but the impedance is generated by the passage of an excessive current, and the current limiting action is performed. In the above description, the case with an iron core is described. However, the same applies to a gap-type core reactor or an air-core reactor.
[0018]
FIG. 2 is an embodiment showing an actual use state. In FIG. 2, the same parts as those in FIG. The structural features in the present embodiment are that a breaker 7 is provided in parallel to the discharge device 4 and a current transformer 8 is provided in the discharge device.
[0019]
Therefore, when an excessive current flows through the system and the discharge device 4 discharges, the current transformer 8 detects this discharge current, turns on the circuit breaker 7 and shorts the reactor 6-2. As a result, the current limiting action is further assured, and at the same time, when the air gap is used as the discharge device, the gap is prevented from being deteriorated.
[0020]
In practice, in order to reduce the leaked impedance, electrical insulation and interlayer arrangement become a problem in the device design. As an example, a design outline of a current limiting reactor with a discharge device for 500 kV is as follows.
[0021]
FIG. 3 shows an iron core structure, and shows only one side indicated by a one-dot chain line. Therefore, it is symmetrical along the alternate long and short dash line. FIG. 3 shows a structure in which an outer iron type iron core 9 is used and a coil 10 is wound around the iron core. The basis of the idea is how to reduce the leakage impedance at all times, and for that purpose, make the distance between turns and the layers as compact as possible.
[0022]
Therefore, if the coils are # 1 and # 2, the coil group is 8 groups, and the voltage per turn is 500 V, the required number of turns is 576 turns and the number of turns per group is 72 turns. If the cooling method is the oil-feeding air cooling type, the current density of the copper wire can be about 4 A / mm ^2. Therefore, if the rated current of the device is 8000 A, the necessary copper wire cross-sectional area is 2809 mm ² .
[0023]
Here, assuming that the core diameter of the iron core is 50 cm and the window frame is 2 m wide × 1.6 m high, the area occupied by the first stage reactor is 2 m × 0.8 m, and 2 m × 0.1 m per group. When the copper wire is 50 mm × 56 mm, two layers are stacked vertically per group, and 36 layers are wound around the iron core. When the average length per winding of the coil is 9.4 m, the leaked impedance is expressed by the following equation (1). And when the following conditions are calculated, the leakage impedance in this case is 0.6%.
[0024]
[Expression 1]

[0025]
When the reactor is manufactured so that the leakage impedance is 1%, the leakage of the reactor on one side is 0.5% = 2.2Ω, and the generated voltage V when an overcurrent of 60 kA passes is V = ZI = 136 kV. Therefore, if a discharge device that operates at this voltage is used, a current-limiting reactor that operates against an overcurrent of 60 kA or more can be obtained.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, two current-limiting reactors are reversely wound, these are connected in series, and a discharge device is provided in parallel with one of the reactors. It is possible to greatly reduce the impedance during normal operation because it is configured so that one reactor is short-circuited by using the discharge device when overcurrent passes and the other reactor is used. It is possible to suppress only excessive current without impairing the stability and voltage stability of the power system. Furthermore, it is not necessary to develop a series capacitor for ultra-high voltage, which has a great design advantage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a current limiting reactor with a discharge device according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing another embodiment showing an application example to a power system.
FIG. 3 is a view showing how a coil is wound around an outer iron core.
FIG. 4 is a view showing a conventional example of a current-limiting reactor.
FIG. 5 is a view showing another conventional example of a current-limiting reactor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Series reactor 2 Connection terminal 3 Series capacitor 4 Electric discharge device 5 Iron core 6-1,6-2 Reactor 7 Circuit breaker 8 Current transformer 9 Outer iron type iron core 10 Coil

Claims

Winding two reactors to each other direction reversed wound core or coreless in series state, with the one of the reactor constituting the reactor body on which is provided a discharge device in parallel, the reactor body to strain connected in series Te, excessive discharge device with current limiting reactor, characterized in that imparting current limiting function for the discharge device to discharge short the one reactor said other reactor by the passage of current.

The current limiting reactor with a discharge device according to claim 1, wherein a circuit breaker is provided in parallel to the discharge device installed in one of the reactor main bodies, and the discharge current of the discharge device is used as an input current of the circuit breaker. A current limiting reactor with a discharge device, characterized in that the circuit breaker is closed using a self-holding current limiting function of the other reactor.

The current limiting reactor with a discharge device according to claim 1 or 2, wherein each coil wound around an iron core as the current limiting reactor is divided into a plurality of groups, and each of the groups divided into the plurality of groups is respectively provided. A current-limiting reactor with a discharge device, characterized in that the reactor is configured as a whole by stacking them together .