JP5187750B2 - 磁気飽和型限流器 - Google Patents
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μs≒0
となる。その結果、ヨークに巻かれた交流コイルL176、L277のインダクタンスLは、
L≒0
となる。従って、交流電流は何らの抵抗を受けずに流れる。
|φDC−φAC|<Bsat(T)
になる可能性がある。すなわち、ヨーク71、72が磁気飽和領域から非飽和領域になる可能性がある。ヨークが非飽和領域になると、Lが急激に大きくなって交流電流は流れ難い状態になり、限流器として動作する。
強磁性体ヨークと、該強磁性体ヨークに巻回されて電力系統に接続されたコイルとからなり、前記コイルに流れる電流の大きさにより磁気的に非飽和状態と飽和状態とに変化する可飽和リアクトルを用い、電力系統に生じた故障電流を限流する磁気飽和型限流器において、
一端を電力系統に接続されて前記コイルに直列に接続され、前記電力系統の平常電流で非飽和状態の可飽和リアクトルと直列共振回路を形成し、前記電力系統に対して低インピーダンスを示す回路を構成する第1のコンデンサと、
前記直列共振回路に並列に接続され、前記電力系統の故障電流で飽和状態となる前記可飽和リアクトルの存在により前記第1のコンデンサと並列共振回路を形成し、前記電力系統に対して高インピーダンス示す回路を構成する第1の非飽和リアクトルとからなり、
前記電力系統の故障電流で生じる前記並列共振回路により前記故障電流を限流するように構成するとともに、
更に前記第1のコンデンサと電力系統の間に接続された第2のコンデンサと、該第2のコンデンサに並列に接続された第2の非飽和リアクトルとからなり、前記可飽和リアクトルの非飽和状態から飽和状態への移行に伴って発生する高調波を抑えるフィルタ回路を付加したことを特徴とする。
C=1/(ω2L0)
と設定することで、前記したように小振幅の交流電流(系統電流が平常電流の場合)の場合、可飽和リアクトルは磁気飽和しないので有限な値のL0となり、直列共振回路はインピーダンスが非常に小さくなって交流電流(系統電流)は全く抵抗を受けずに流れることができる。
C1=1/(ω2L0)
を満たすように設定する。例えば、f=50(Hz)、L0=0.05(H)の場合、
C1=202(μF)
となる。
L0I2/2(L0はコイルのインダクタンス、Iは電流)
の電磁エネルギーがコイル内に蓄積される。過大電流で可飽和リアクトルL111が磁気飽和してL0から0に変化すると、可飽和リアクトルL111の電磁エネルギーが解放され、高調波電流となって限流器内を流れる。この高調波電流は通常導線で巻かれた空心リアクトルL212の抵抗で消費されるが、主系統にも漏れ出る。従ってフィルタ回路17は高調波電流の主系統への漏洩を小さくするために必要である。
C2=20(μF)
とし、
L3=5(mH)
とすれば、
ωf=500(Hz)
となる。
ω<ωf
の条件があっても、フィルタの共振周波数は
ωf=150(Hz)
でも500(Hz)でも良い。仮に、
ωf=500(Hz)
と固定しても、
ωf=1/(L3C2)
を満たせば、L3、C2は自由に選ぶことができる。
ωf=1/(L3C2)
を満たせば、非飽和リアクトルL313、コンデンサC215の選択は自由であるが、簡単な計算から、正常電流通電時の電圧降下を小さくするには図2に示すように、フィルタ・インピーダンスZFを小さくすれば良い。この図2は、高調波の主要周波数を500(Hz)としたときの回路定数及び回路インピーダンスのグラフであり、横軸はコンデンサC215の容量(単位:μF)、縦軸はフィルター回路17のインピーダンスZF(単位:Ω)と必要なリアクトルL3(単位:H)である。
L1=L2=L0
であると仮定する。小振幅の交流電流に対し、可飽和リアクトルL111は磁気飽和しないので、有限な値のL0となってコンデンサC114と直列共振する(直列共振回路20)。この時、コンデンサC114が、
1=ω2C1L0
を成立するように設定されていると、
ZFCL=0
となる。すなわち、交流電流は全く抵抗を受けないことになる。
L1=0
になると、可飽和リアクトルL111が存在しないのと同じになり、コンデンサC114と非飽和リアクトルL212とが直接接続され、並列共振回路21が現れる。このとき、
L2=L0
に設定したので、
1=ω2C1L0
が成立する。これは(1)式の分母をゼロにするので、
ZFCL=∞
となり、電流は殆ど流れなくなって過大電流に対して極めて大きなインピーダンスを示し、回路は限流器として動作する。
1)従来の限流器では、リアクトルの磁気飽和現象をコイルのインダクタンス変化として直接利用するのに対し、本発明になる磁気飽和型限流器10は、磁気飽和現象を共振回路の切り替えに利用している。
2)本発明になる磁気飽和型限流器10では、寸法の大きな可飽和リアクトルが1個で済むので装置の小型化が可能。
3)従来の限流器では正常時に磁気飽和状態の維持が必要なため、直流のバイアス磁束が不可欠であるのに対し、本発明になる磁気飽和型限流器10では磁気飽和は異常時にのみ生じるので、直流電源、あるいは永久磁石は不要である。
4)本発明になる磁気飽和型限流器10の電流抑制は、並列共振回路の無限大インピーダンスで実現しているため、電流抑制効果が従来の限流器より大きい。
L0=0.05(H)
で、最大電流400(A)の通電で磁束密度が
φ=1(T)
になるとすると、(1)及び(2)式から、図5のグラフに示すようなヨーク寸法の関係が得られる。この図5において横軸は磁気ヨーク直径、縦軸は平均磁気ヨーク長(m)、及びコイルターン数(N)である。
11 可飽和リアクトルL1
12 非飽和リアクトルL2
13 非飽和リアクトルL3
14 コンデンサC1
15 コンデンサC2
16 限流器本体
17 フィルタ回路
18、19 系統電流
20 直列共振回路
21 並列共振回路
Claims (6)
- 強磁性体ヨークと、該強磁性体ヨークに巻回されて電力系統に接続されたコイルとからなり、前記コイルに流れる電流の大きさにより磁気的に非飽和状態と飽和状態とに変化する可飽和リアクトルを用い、電力系統に生じた故障電流を限流する磁気飽和型限流器において、
一端を電力系統に接続されて前記コイルに直列に接続され、前記電力系統の平常電流で非飽和状態の可飽和リアクトルと直列共振回路を形成し、前記電力系統に対して低インピーダンスを示す回路を構成する第1のコンデンサと、
前記直列共振回路に並列に接続され、前記電力系統の故障電流で飽和状態となる前記可飽和リアクトルの存在により前記第1のコンデンサと並列共振回路を形成し、前記電力系統に対して高インピーダンス示す回路を構成する第1の非飽和リアクトルとからなり、
前記電力系統の故障電流で生じる前記並列共振回路により前記故障電流を限流するように構成するとともに、
更に前記第1のコンデンサと電力系統の間に接続された第2のコンデンサと、該第2のコンデンサに並列に接続された第2の非飽和リアクトルとからなり、前記可飽和リアクトルの非飽和状態から飽和状態への移行に伴って発生する高調波を抑えるフィルタ回路を付加したことを特徴とする磁気飽和型限流器。 - 前記可飽和リアクトルにおける非飽和時のインダクタンスをL0、前記電力系統の周波数をω(ω=2πf:fは周波数)とした時、前記第1のコンデンサの容量Cを、
C=1/(ω2L0)
と設定することを特徴とする請求項1に記載した磁気飽和型限流器。 - 前記第1と第2の非飽和リアクトルは、磁気的飽和が生じない空心リアクトルであることを特徴とする請求項1に記載した磁気飽和型限流器。
- 前記可飽和リアクトルに巻回されたコイルは超電導線材を含んで構成され、超電導環境に置かれていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載した磁気飽和型限流器。
- 前記超電導体は、酸化物高温超電導体であることを特徴とする請求項1または4に記載した磁気飽和型限流器。
- 前記超電導体は、YBa2Cu3OxまたはBi2Sr2Cu3Oxであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載した磁気飽和型限流器。
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