JP6312567B2 - 機械式限流器 - Google Patents
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Description
尚、類似の事故防止対策としては、異常発生時に遮断器を動作させる、あるいはヒューズも考えられる。しかしながら、これらのデバイスは、異常の解消後に人手による復帰作業が必要となる点が問題である。
図1の参考技術に係る機械式限流器の基本的構成では、可動部材の位置が変化することにより、正常状態から異常状態に変化する際の電流値である限流動作開始電流値と、異常状態から正常状態に変化する際の電流値である復帰電流値とが異なる、いわゆるヒステリシス特性を有する。本発明に係る限流器では、上部磁気ヨークに制御用コイルを巻回して第2の直流電源によって電流を印加することにより、限流動作開始電流値と復帰電流値とを一致させてヒステリシス特性を解消することができる。特に、第1の直流電源と第2の直流電源とを独立に制御可能とすることにより、限流動作開始電流値を幅広い範囲に亘って柔軟に設定しつつ、ヒステリシス特性を解消することができる。
この態様によれば、異常状態から正常状態に復帰動作する際に、可動部材の下部電磁石への移動に伴って、制御用コイルに対してヒステリシス特性の解消用の制御電流を自動的に流すことができる。すなわち、制御用コイルにおける電流制御を可動部材の機械的動作によって実施できるので、複雑な電流制御機構を設ける必要がなく、低コストで信頼性の高い限流器を実現することができる。
この態様によれば、単一の直流電源からの出力電流を分流することで、第1の直流電源及び第2の直流電源を構成することで、単純な構成で上記限流器を実現することができる。すなわち、低コストで信頼性の高い限流器を実現することができる。
上述するように可動部材に対して電磁力を印加するために上部電磁石に電流を流すと、励磁コイルを通常の導電性材料で形成すると、少なからず電気的損失を伴う。この態様では、上部電磁石を超電導マグネットから構成することによって、電気的損失を略ゼロにすることができる点で有利である。特に、本発明に係る限流器は直流電力を送電する超電導送電経路上に設けるため、寒冷である液体窒素は必ずそばに存在し利用可能の場合が考えられ、直流送電系なので交流損失もなく、電気的損失を効果的に抑えることができる。
鉄道用の饋電系では、送電電圧が約1500(V)と比較的低く、更に、直流電力で送電が行われるため上記用途に特に適している。
はじめに、本発明に係る機械式限流器(以下、適宜、単に「限流器」と称することとする)を発案する前提となった参考技術について説明する。図1は参考技術に係る限流器70の基本的構成を示す模式図であり、図1(a)は送電経路72に流れる主電流Iが限流動作開始電流値IS未満である正常状態における限流器70の様子を示しており、図1は送電経路72に流れる主電流Iが限流動作開始電流値IS以下である正常状態における限流器70の様子を示している。
尚、μ0は真空中の透磁率(μ0=4×π×10−7)である。
例えば、送電経路の電位が1500(V)であり、主電流が6000(A)である場合には、R=1500(V)/6000(A)=0.25(Ω)のように設定するとよい。
まず、可動部材76がコイルバネ80によって支持されているので、限流器70はノーマリオン動作(平常時に動通状態にある)を行う。つまり限流器70では、例えば地震のような自然災害や限流器が破損するような事故の発生時においても、コイルバネ80が可動部材76を引き寄せ続けることによって導通状態を維持してしまい、セルフ・セーフ機能に欠けている。
また、限流器70は正常状態と異常状態ではそれぞれ可動部材76の位置が異なる(図3(a)及び(b)を参照)。そのため、正常状態から異常状態に移行する閾値である限流動作開始電流値ISと、異常状態から正常状態に復帰する復帰電流値IRとが異なる、いわゆるヒステリシス特性を有してしまい、スムーズな復帰動作が困難であるという問題がある。
これらの問題点は、以下に説明する本実施形態に係る限流器10によって解消される。図2は本実施形態に係る限流器10の基本的構成を示す模式図であり、図3は図2に示す限流器10の上部接点28b近傍を拡大して示す断面図である。尚、図3(a)は送電経路11に流れる主電流Iが限流動作開始電流値IS未満である正常状態における様子を示しており、図3(b)は送電経路11に流れる主電流Iが限流動作開始電流値IS以上である異常状態における様子を示している。
一方、主電流Iが限流動作開始電流値IS以上になると、図3(b)に示すように、可動部材16は下部電磁石14に引き寄せられる。この場合、送電経路11の入出力配線24a及び24bは隔離されているため、主電流Iは分流抵抗Rに流れ、消費される。
尚、上部電磁石電源18及び制御コイル直流電源32は、限流器動作点の調整手段38によって出力電流値を調整可能に構成されている。特に、限流器動作点の調整手段38は、共通の直流電源(不図示)からの出力電流を分流回路にて分流する構成を有することによって、単純な構成で、独立に制御可能な上部電磁石電源18及び制御コイル直流電源32を実現することができ、低コスト化を図ることができる。
尚、可動部材16の重量は、上部接触部材16b及び下部接触部材16cを非磁性体からなる本体部16aで強固に固定すると、全体で約50(kg)になる。
但し、Wは可動部材16の重さ、gは重力加速度である。
尚、以下の説明では、上述した基本構成を有することを前提とし、重複する説明は適宜省略することとする。
尚、本実施形態では、分流抵抗をR=0.25(Ω)とすると共に、電車や架線系は単純な純抵抗ではないため、インダクタンス成分LL=5(mH)を含むと仮定する。
尚、この自己インダクタンスの計算では、主電流用の下部電磁石14は巻数が2ターンと小さく1(μH)以下であり、系統のインダクタンス5(mH)に含まれるとして無視した。
尚、図8及び図9は、限流動作開始電流をIS=5000(A)に設定し、ヒステリシス解消回路の制御用コイル電源32内の電流制限抵抗(不図示)をRc=6.58(Ω)に調整し、主電流がI=5000(A)以下になれば直ちに限流器10が復帰できるように設定した条件下において模擬試験を行った結果である。
11 送電経路
12 上部電磁石
14 下部電磁石
16 可動部材
18 上部電磁石電源
22 巻回部
24 上部接点
26 上部導電層
30 制御用コイル
32 制御用コイル直流電源
34 下部導電層
36 下部接点
38 調整手段
100 饋電システム
102 変電所
104 DC電源
106 遮断機
Claims (6)
- 直流電力を送電する送電経路上に設置される機械式限流器であって、
励磁コイルが巻回された上部磁気ヨークと、該上部磁気ヨークの電気的に隔離された異なる位置に設けられ、且つ、前記送電経路の入出力側にそれぞれ接続された上部接点とを備える上部電磁石と、
前記上部接点に並列に設けられた分流抵抗と、
前記励磁コイルに励磁電流を供給する第1の直流電源と、
前記送電経路の一部が巻回された巻回部を有する下部磁気ヨークを備える下部電磁石と、
前記上部電磁石及び前記下部電磁石間に配置され、前記上部電磁石側に磁性体から形成される上部接触部材と、前記下部電磁石側に磁性体から形成される下部接触部材とが、非磁性体から形成される接続部によって連結されて構成される可動部材と
を備え、
前記送電経路を流れる電流値が限流動作開始電流値未満である正常状態において、前記可動部材が前記上部電磁石に接触することにより、前記送電経路を流れる電流は、前記上部接触部材上に形成された上部導電層によって短絡された前記上部接点間を介して流れ、
前記送電経路を流れる電流値が前記限流動作開始電流値以上になった異常状態においては、前記可動部材が前記下部電磁石に吸引され前記上部接点が切断されることにより、前記送電経路を流れる電流は、前記分流抵抗を介して流れることを特徴とする機械式限流器。 - 前記上部磁気ヨークには、第2の直流電源によって直流電流が供給される制御用コイルが巻回されており、
前記第2の直流電源は、前記異常状態から前記正常状態に復帰する復帰電流値が、前記限流動作開始電流値に一致するように、前記制御用コイルに流れる電流値を調整することを特徴とする請求項1に記載の機械式限流器。 - 前記下部磁気ヨークは、前記第2の直流電源の両端にそれぞれ接続された下部接点を電気的に隔離された異なる位置に有しており、
前記下部接点は、前記可動部材が前記下部電磁石に接触した際に、前記第2の直流電源からの電流が、前記下部接触部材上に形成された下部導電層を介して、前記制御用コイルに流れるように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の機械式限流器。 - 前記第1の直流電源及び前記第2の直流電源は、共通の直流電源からの出力電流を分流することによって構成されていることを特徴とする請求項2に記載の機械式限流器。
- 前記上部電磁石は超電導マグネットから構成されていることを特徴とする請求項1に記載の機械式限流器。
- 前記送電経路は鉄道用の饋電系であることを特徴とする請求項1に記載の機械式限流器。
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