JPH01303020A - 限流器及び限流装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電力系統の線路に取付けて線路に定格を越え
る過大電流が流れた場合にその過大電流の流れを遮断す
るための限流器、並びに電力系統（特に配電系統）の本
線と分岐線との間に設備して本線または分岐線の過大電
流に対処するための限流装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に電力系統は、電力の発生から消費までを一括した
系統で、すなわち発電所において発電し、これを送電線
によって送電し、さらに配電線を利用して方々の工場や
家庭に配電し、負荷機器に至るまでを一括した系統をい
う。送電線によって輸送された電力は送電電圧のままで
、いきなり需要家に供給することはできないから、それ
までには幾回か需要負荷に都合のよい電圧に逓降しなけ
ればならない。

網状に接続された電力系統においては、もし線路のどこ
かに事故が発生ずるど、その影響はたちまち全地域に波
及する。従って、たとえ事故が発生しても、その影響を
局部的に抑制して他への波及を未然に防ぐことが保守保
安上、また電力を不断に供給する上からも、極めて大切
である。

送電線路に発生ずる事故の種類は千種万様であるが、雷
撃に伴う異常電圧の発生と線路の短絡及び地絡によって
流れる過大電流である。これがために異常電圧に対して
は送電線に架空地線や埋設地線を設置して線路を保護し
、また発電所や変電所では線路の引込口または引出口の
付近に各種の避雷器を取付け、異常電圧波が襲来すると
一時的に接地してこれを大地に導き、電気施設の絶縁破
壊を防止することに努めている。また電線路が断線や接
触によって短絡または地絡するど、故障位置に強大な電
流が流れて回路中の電気機器を焼損するので、このよう
な不時の事態に備えるための措置として線路の一定区間
毎に限流線を設ける場合がある。これは、大電流が線路
に流れると同時に限流線の限流作用によって故障区間を
切り離して電流を遮断し、事故の影響が波及するのを未
然に防くためである。

そのような限流線としては、通常は限流作用を有する導
体の周囲に絶縁被覆を被せて電線として構成したもの、
金属系超電導材料からなる超電導線、或いは本発明者が
提案するセラミックス系超電導材料からなる超電導線が
ある。

このうち常電導体である電線は別として、金属系または
セラミックス系超電導材料からなる超電導線は、平常時
はその超電導状態により電気抵抗が全くなく電流を損失
なく流すが、事故時の大電流により短時間に超電導体か
ら非超電導体に移行して限流作用を行うことが特徴であ
る。すなわち、線路の許容電流に応して予め設定した超
電導線の臨界電流（たとえば配電系統の線路の木線の場
合は電圧６００■で許容電流２万Ａだから臨界電流は２
万Ａ）以」二に事故電流が達するど、超電導線はその超
電導相が破壊して超電導体から非超電導体に短時間に移
行して大電流を遮断する。

〔発明が解決しようとする課題〕

セラミックス系超電導材料からなる限流線は、セラミッ
クス材料の本来の特性である高電気抵抗体すなわち非超
電導体と超電導体の両方の特性を活用するもので、金属
系超電導材料からなる限流線よりも優秀な限流作用を有
している。

ところで、一般に材料の粉末を焼き固めたセラミックス
は硬くて脆く、合金のように曲げたり、コイル状に巻い
たりするなどの加工が大変難しい。

この理由からセラミックス系超電導材料からなる限流線
を電力系統の電線路に接続するには、電線路を構成する
常電導体に如何にして簡単に電気的接続を行うかが実用
化にとって重要である。

ちなみにセラミックス系超電導材料からなる限流線では
、常電導体との接続方法として超電導体である超電導線
の端部に通常の常電導体に設けられている如き端子を設
けることが先ず考えられるが、端子の形成に手間が掛か
りコメ１−高になる。

また端子を形成する場合ば各限流線に端子を設ける必要
がある。換言すると限流線はその遮断容量により太さや
長さが決定されるが、限流線の大きさに応じた端子をそ
の都度形成しなければならない。

また、産業の発展と共に需要負荷が増大ずれば、電源の
開発、施設の増強によって電力系統は次第に規模を拡大
し、かつ複雑化する。電気事業者が良質の電気を豊富、
低廉に供給できるためには、この電力系統全体が常に合
理的かつ経済的に運用されなければならず、負荷に供給
される電気の総合コストを最小にすることが肝要である
。

この立場から、限流線とこれに付加される機構とにより
構成される限流装置の場合もそのコストをできるだけ低
減することが望まれる。

従って本発明の目的は、以上の点を鑑みてセラミックス
系超電導材料からなる超電導体である超電導線を限流線
として電力系統の線路を構成する常電導体に容易に接続
できるようにすると共に、どのような大きさの超電導線
であっても超電導線に端子などを設けることなく常電導
体に対処可能にする限流器を提供することにある。

本発明の別の目的は、電力系統のうち特に配電系統の線
路と分岐線との間に設置する限流装置を小型かつ安価な
ものにすることができる限流装置を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的は、セラミックス系超電導材料からなる超電導
体である超電導線の両端部に常電導体の端子プレートを
取付け、両端子プレートを連架して超電導線を両端子プ
レー１−によって挟持させる手段を両端子プレートに架
設したことを特徴とする限流器により達成される。

さらに前記側の目的は、上記限流器をサンドイッチ構造
とした限流器ど、限流器の各端子プレートにそれぞれ接
続した分岐線ど、各分岐線に取付けた分岐線を断路する
機構とを有する限流装置により達成される。

本発明の限流器及びサンドイッチ構造の限流器はセラミ
ックス系超電導材料からなる超電導線を限流線として使
用するもので、超電導線を構成する超電導体と通常の電
線路である常電導体とを予め電気的に接続し、線路への
取付時など超電導線を取扱い易くしたものである。かか
る限流器は平常時には超電導線が超電導状態であって電
送損失がな（、事故による大電流が流れると過大電流に
よってその超電導相が破壊されるため超電導線が非超電
導体に短時間に移行し、大電流に対して限流作用を行っ
て速やかに電流を遮断する。すなわち、本発明の限流器
はセラミックス系超電導材料のもつ超電導体と非超電導
体の両方の特性を専ら利用するものである。

またサンドイッチ構造の限流器を使用した限流装置は、
限流器自体が限流機能を有し且つ小型であるため小型か
つ安価である。

本発明の限流器に用いる超電導線を構成するセラミック
ス系超電導材料には特に制限はなく、たとえば希土類元
素を含む酸化物のセラミックス材料としてはバリウム・
イツトリウム・銅・酸素、バリウム・ランタン・銅・酸
素、ストロンチウム・ランタン・銅・酸素、バリウム・
スカンジウム・銅・酸素、カルシウム・ランタン・銅・
酸素を組成とするセラミックスなどで、希土類元素を含
まない酸化物のセラミックス材料ではビスマス・ストロ
ンチウム・カルシウム・銅・酸素を組成とするセラミッ
クスが例示される。

なお超電導線の製法は、上記セラミックス系超電導材料
を使用し、常套手段で行えばよいが、超電導線の超電導
相が破壊して超電導線が超電導体から非超電導体に移行
する時の臨界電流を適宜設定する必要がある。たとえば
電力系統のうちで特に需要家に直結して電力を供給する
部分である配電系統の本線では、本線の定格電流６００
Ａで遮断電流２万Ａである。換言すると本線には２万Ａ
の時に臨界電流となって超電導体から非超電導体に移行
して限流作用が現出するような断面積の超電導線を使用
する。

〔実施例〕

以下、本発明の限流器及び限流装置を実施例に基づいて
説明する。

第１図は一例の限流器Ｇ１を電力系統の線路１０に取付
けたものである。限流器Ｇ】は第２図にも示すように、
セラミックス系超電導材料からなる超電導体である超電
導線１の両端部に、通常の電線路を構成する硬銅、軟銅
、アルミニウム、銅被鋼、アルミ波調などからなる常電
導体の円板状端子プレート２を導電性接着材などによっ
て仮固着し、さらにセラミックス、ブリミックス、テフ
ロンなどからなる絶縁体のボルト３を端子プレート２に
等角度間隔を置いて形成した孔に挿通し、同じく絶縁体
のナツト４によって締付けることにより、超電導線１を
端子プレート２によって堅固に挟持した態様になってい
る。この実施例では、両端子プレート２を８木のボルト
で連架しているが、超電導線１と端子プレート２の電気
的接続が確実１こ得られるならばそれ以外の本数であっ
ても構わない。超電導線１は第３図にその側断面を示す
如くセラミックス系超電導材料からなる超電導体（また
は非超電導体）１１の周囲に線引による金属薄層１２が
形成されている。限流器Ｇ１は超電導体１１を構成する
セラミックス系超電導材料のもつ臨界温度により異なる
が、その超電導状態を維持するために、たとえば冷却材
を入れである冷却槽３０内に収容されて常時冷却されて
いる。ここにおいて、超電導線］は通常は冷却槽３０内
の冷却材（たとえば液体窒素）中に入れであるので超電
導線１を水から防護するための金属薄層口の如き防水層
を超電導線１に特に設ける必要はないが、冷却材によっ
て冷却しない常温中で使用する場合は防水層を設けてお
くことが望ましい。なお図には特に示していないが、線
路１０及び端子プレート２を構成する常電導体同士の接
続は通常の電線路で行われている接続方法を採ればよい
。

かかる限流器Ｇ１は、前述した如く、線路が断線や接触
などによって短絡または地絡するど、故障位置に強大な
電流が流れて回路中の電気機器を焼損するなどの大きな
被害を及ぼずので、大電流を限流作用によって自動的か
つ速やかに遮断して故障区間を切り離すためのものであ
る。

従って、線路１０には限流器Ｇ］のみでもよいが、限流
器Ｇ１の限流作用後に線路１０を完全に断つために、通
常は限流器Ｇ１の他に、限流器Ｇ１が限流作用を行った
時に線路１０を断路すると共に電流の逆流を防止するた
めの断路機構が設けられている。この断路機構は図から
も明らかなように、線路１０に接続された分流抵抗器Ｒ
１分流抵抗器Ｒに直列接続されたコイル２］、コイル２
１内に挿入されその励磁・消磁に伴って変位する鉄棒２
２、鉄棒２２の端部に取付けられたコイルハネ２３、及
び鉄棒２２の変位に従って線路１０を開閉するスイッチ
２４により構成されている。但し、断路機構には必要に
応じてスイッチ２４が開状態で固定される手段、及び線
路ＩＯが断路状態にあることを容易に視認できる手段を
付加しておくことが好ましい。

このような限流器Ｇ１では、平常時には超電導線」は超
電導体であり、電気抵抗が０であるためジュール熱の発
生がなく、従って電送損失が全くない。また平常時は、
分流抵抗器Ｒによって線路１０から分流された電流がコ
イル２１を流れることにより、コイル２１が励磁されて
鉄棒２２がコイルハネ２３の付勢力に勝って矢印口の方
向に変位し、スイッチ２４が閉じた状態にある。

ここで何らかの原因により線路に短絡や地絡などの異常
が発生して大電流が線路１０を通して限流器Ｇ１に流れ
るど、短時間に超電導綿１が超電導体からセラミックス
材料の本来の特性である高電気抵抗体すなわち非超電導
体に移行し、過大電流を速やかに遮断する。限流器Ｇ］
の限流作用と同時に、線ＦＩＰ１１０の電流が遮断され
るため、分流抵抗器Ｒには電流が流れなくなり、コイル
２１が消磁されて鉄棒２２がコイルハネ２３の復元力に
よって矢印イの方向に変位し、スイッチ２４が開いて線
路１０を断路する。この線路１０の断路により、線路１
０の電流の逆流を防くこともできる。最も限流器Ｇ１は
限流作用後は非超電導体になっているので電流逆流の可
能性は極めて少ないが、万一の時の処置ともなる。

本発明の限流器Ｇ１において、超電導線１の長さは、超
電導線１が非超電導体に移行した時に両端子プレート２
間の空気層は１ｃｍで１万■まで絶縁破壊に耐えられる
ので、たとえば配電系統の線路の電圧が６６００　Ｖで
は７ｍｍ程度あれば十分であり、逆に７ｍｍ程度の超電
導線であっても十分な限流作用が発揮される。

第４図はサンドイッチ構造の限流器Ｇ２、並びに限流器
Ｇ２を使用した限流装置ＤＶを配電系統に設備したもの
である。限流器Ｇ２は、セラミックス系超電導材料から
なる各超電導線４１〜４６の端部に円板状端子プレート
５１〜５７を取（−１げ、各端子プレート５１〜５７に
挿通した絶縁体のボルト６３及びナツト６４によって締
付け、各超電導線４１〜４６を端子プレート５１〜５７
によって挟持したサンドイッチ構造である。限流器Ｇ２
の側面及び超電導線４１〜４６の側断面はそれぞれ第２
図、第３図と同一である。

このような限流器Ｇ２は配電系統に設備する限流装置Ｄ
Ｖに使用すると非常に好都合である。すなわち第４図に
おいて、限流装置ＤＶは配電系統の本線７０に取付けた
サンドイッチ構造の限流器Ｇ２ど、限流器Ｇ２の各端子
プレート５２〜５６にそれぞれ接続した分岐線８１〜８
５ど、各分岐線８１〜８５に取付けた分岐線を断路する
断路機構とを備える。

断路機構の構成要素である分流抵抗器ｒ、コイル９１、
鉄棒９２、コイルバネ９３、スイッチ９４は第１図に示
したものと同−構造及び作用を有する。同様に限流器Ｇ
２ばその超電導状態を維持するために冷却槽１００内に
配置されて常時冷却されている。

限流装置ＤＶでは、分岐回路で事故が発生するど、たと
えば分岐線８５に過大電流が流れると限流器Ｇ２の超電
導線４５．４６がクエンチ状態となり、事故発生の分岐
線８５及び超電導線４６の下流側（負荷側）の電流が遮
断される。分岐線８５の電流が遮断されるど、断路機構
によりスイッチ９４が開いて分岐線８５が断路される。

その後、超電導線４５．４６が再び超電導体に復帰すれ
ば、木線７０の負荷側への給電が再開される。分岐線８
５の事故が復旧すれば、開状態にあるスイッチ９４を閉
じることにより分岐線８５の通電が再開される。

分岐線８１に事故が発生した場合は超電導線４１．４２
がクエンチ状態になるので、零線７０はもちろんのこと
全分岐線８１〜８５の給電も停止することになる。

本線７０で事故が発生した場合は、超電導線４１がクエ
ンチ状態になり、本線７０及び全分岐線８１〜８５の電
流が遮断される。その後、超電導線４１が超電導体に復
帰すれば本線７０及び全分岐ｆｓ８１〜８５の給電が再
開される。ここにおいて、発生事故が取り除かれていな
ければ超電導線４１に過大電流が流れ、超電導線４１が
再度クエンチ状態になり、事故が継続している限り限流
器Ｇ２によって本線７０の通電、遮断が繰り返されるこ
とになる。従って、これに対する処置として、た七えば
繰り返し回数を変電所でカウントし、所定回数（たとえ
ば２回）に達したら変電所遮断器により故障区間を切り
離して当該区間の電流を遮断するようにしておくことが
好ましい。事故の復旧後は遮断器を投入して木線７０の
通電を再開すればよい。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の目的を逸脱しない限り他の態様を採用してもよいこと
はいうまでもない。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載されるような効果を奏する。、セラミックス系
超電導材料からなる超電導線と通常の電線路を構成する
常電導体とを電気的に接続した限流器並びにサンドイッ
チ構造の限流器は、超電導線の端部に常電導体の端子プ
レートを取付け、端子プレートによって超電導線を挟持
させる手段を端子プレートに架設したから、セラミック
ス材料の超電導体と非超電導体の両方の特性を容易に実
用化することができ、異常時の過大電流により短時間に
超電導体から非超電導体に移行するので、電流を速やか
にかつ効果的に遮断することができ、しかもセラミック
ス材料からなる超電導線を端子などを設ける必要もなく
限流線として電線路に簡単に取付けることができる。

サンドイッチ構造の限流器を使用した限流装置は、電力
系統のうち特に配電系統の本線と分岐線との間に設備す
るものであり、限流器自体が優秀゛な限流機能を有し且
つ小型であることから、装置も小型になり、しかも低コ
ストであり、電力系統を合理的かつ経済的に運用するこ
とを可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の限流器の一実施例の断面を示し、かつ
電力系統における電線路に対する取付例を示す略回路図
、第２図は第１図に示した限流器の側面図、第３回は本
発明の限流器に使用する超電導線の一例の側断面図、第
４図は本発明のサンドイッチ構造の限流器の一実施例の
断面を示し、かつこの限流器を使用した限流装置の配電
系統の本線と分岐線との間に対する設備例を示す略回路
図である。 Ｇ１、Ｇ２　　：限流器 Ｄ■　　　　　：限流装置 １．４１〜４６：超電導線 ２．５１〜５７：端子プレート ３．６３：ボルト ４．６４　　　　　：ナンド １０．７０：線路（木線） ８１〜８５：分岐線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス系超電導材料からなる超電導体であ
   る超電導線の両端部に常電導体の端子プレートを取付け
   、両端子プレートを連架して超電導線を両端子プレート
   によって挟持させる手段を両端子プレートに架設したこ
   とを特徴とする限流器。
2. （２）セラミックス系超電導材料からなる超電導体であ
   る超電導線の両端部に常電導体の端子プレートを取付け
   、当該端子プレートに、別の超電導線の一端部に別の端
   子プレートを取付けたものを複数個取付けてサンドイッ
   チ構造とし、最外側の両端子プレートを連架してサンド
   イッチ構造の超電導線及び端子プレートを最外側の両端
   子プレートによって挟持させる手段を最外側の両端子プ
   レートに架設したことを特徴とする限流器。
3. （３）電力系統の本線と分岐線との間に設備して本線及
   び分岐線を開閉するための限流装置であっで、本線に取
   付けた請求項（２）記載の限流器と、限流器の各端子プ
   レートにそれぞれ接続した分岐線ど、各分岐線に取付け
   た分岐線を断路する機構とを有することを特徴とする限
   流装置。