JPH02202320A

JPH02202320A - 超電導限流装置

Info

Publication number: JPH02202320A
Application number: JP1016176A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Ito; 伊藤　大佐; ▲つる▼永　和行; Kazuyuki Tsurunaga
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-01-27
Filing date: 1989-01-27
Publication date: 1990-08-10
Anticipated expiration: 2014-08-30
Also published as: JP2941833B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、交流電路における過電流を電磁的に抑制す
る限流器に関するものである。

（従来の技術）この種の従来の装置として、例えば、特開昭６０−７４
９３２号公報に開示されたものがある。

第９図はこの限流器の構成を示す回路図である。

同図において、鉄芯３３には當磁力が略等しくなるよう
にコイル３４とコイル３５とが巻装されると共に、磁束
の向きが逆になるようにコイル３４およびコイル３５の
各一端が電源側の電路３１に接続されており、コイル３
４の他端がスイッチ３８を介して負荷側の電路３２に接
続され、さらに、コイル３５の他端が同じく負荷側の電
路３２に接続されている。また、コイル３４にはサージ
アブゾーバ３６が並列接続され、スイッチ３８には電流
制限抵抗３７が並列接続されている。一方、電路３２に
変流器３９が設けられ、過電流を検出したときスイッチ
３８をトリップさせるようになっている。

ここで、スイッチ３８を閉成した状態で通常レベルの電
流（以下通常電流という）が電路３１および３２を通し
て流れると、この電流がコイル３４と３５とに分流する
が、これらのコイルに発生する磁束が相殺されるため、
電流はインダクタンスＬ、Ｌ２の影響を受けないことに
なる。従■ って、漏れ磁束による僅かの損失を除き、高効率で負荷
に電力を供給することができる。

一方、負荷の短絡等により電路３１．３２に過大電流が
流れると、変流器３９がこれを検出してスイッチ３８を
開放させ、コイル３４の回路に抵抗３７を挿入する。こ
れにより、コイル３４の電流が減少すると同時にコイル
３５の電流が増大し、鉄芯３３の磁束はコイル３５によ
るものが支配的となる。従って、コイル３５のインダク
タンスが作用して、すなわち、リアクトル作用により事
故電流を限流する。

（発明が解決しようとする課題）上述した限流器には定常時、数百〜数千アンペアの電流
が流れるため、コイル３４．３５の断面積を大きくしな
ければならず、しかも、限流インピーダンスを大きくす
るべく巻数も多くしなければならないため、装置が大型
化すると同時に、熱による多量の電力損失も避けられな
いという問題点があった。

また、上述した限流器にあっては、スイッチ３８として
機械的なものが用いられることが多く、過電流を検出し
てからスイッチ３８を開放して限流動作を行うまで、１
〜３サイクル分の時間を必要とし、この間、線路の保護
が困難になるという問題点もあった。

なお、この対策として、スイッチ３８にサイリスタ等の
半導体スイッチを用いることもできるが、この場合には
サイリスタの順方向における電圧降下によって電力損失
を生じ、装置がさらに大型化すると共に、複雑化するた
めその採用は難しがった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、装置の小型化および確実な線路保護を図り得ると共
に、熱に伴う電力損失を極めて低く抑えることのできる
限流器を得ることを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この目的を達成するために第１の発明は、電路の電流を
制限値以下に抑えるインダクタンスを有し、かつ、前記
制限値以上の臨界電流値を持つ超電導限流コイルと、前
記電路の電流の制限値より小さく、前記電路の通常電流
より大きい臨界電流値を持ち、並列に接続された第１と
第２の超電導コイルとが互いに無誘導に巻かれて構成さ
れた超電導トリガコイルと、前記超電導トリガコイルに
直列に接続された復帰用スイッチとを備え、前記超電導
限流コイルおよび前記復帰用スイッチが直列に接続され
た前記超電導トリガコイルを並列接続したことを特徴と
する超電導限流器にある。

また、第２の発明は、電路の電流を制限値以下に抑える
インダクタンスを有し、かつ、前記制限値以上の臨界電
流値を持つ超電導限流コイルと、この超電導限流コイル
と無誘導に形成され、前記電路の電流の制限値より小さ
く、前記電路の通常電流より大きい臨界電流値を持つ超
電導トリガコイルと、この超電導トリガコイルと直列接
続される復帰用スイッチとを備え、前記超電導限流コイ
ルおよび前記復帰用スイッチが直列に接続された前記超
電導トリガコイルを並列接続したことを特徴とする超電
導限流器にある。

（作　用）第１の発明においては、電路に通常電流しか流れていな
ければ、通常電流より大きい臨界電流値を持ち、互いに
並列に接続された第１と第２の超電導コイルには、抵抗
零でしかも無誘導に巻かれて超電導トリガコイルを構成
しているので、実質的に電圧降下なしで大電流を流せる
。そして、電路の電流が短絡事故等で過大になるとトリ
ガコイルがクエンチし、超電導トリガコイルの抵抗値が
急増する。このときの超電導トリガコイルの抵抗値を超
電導限流コイルのインピーダンスより十分大きくなるよ
う設計しておけば、超電導トリガコイルに流れていた電
流は、超電導限流コイルへと転流し、短絡電流は超電導
限流コイルのインピーダンスによって決まる値に限流さ
れる。限流動作の間、超電導トリガコイルにはその抵抗
値に応じた電流が流れ続けるが、これと直列に接続され
た復帰用スイッチを開放することにより、超電導トリガ
コイルに流れる電流を遮断して、超電導トリガコイルを
超電導に復帰させ、事故から復帰後の動作に備える。

また第２の発明においては、電路に通常電流しか流れて
いなければ、超電導限流コイルおよび超電導トリがコイ
ルが超電導状態に保持され、しかも互いに無誘導に巻線
されているので、限流器全体のインピーダンスはほとん
ど零であり、電路には実質的に電圧降下なしで大電流を
流せる。この電流は両コイルが並列に接続されているの
で、それぞれにほぼ等しく分流する。そして、電路の電
流が短絡事故等で過大になると臨界電流値の小さい超電
導トリガコイルがクエンチし、超電導トリガコイルの抵
抗値が急増する。このため無誘導状態がくずれて電路に
超電導限流コイルのインダクタンスが瞬時に現れ、事故
電流を制限値以下に限流する。超電導トリガコイルのク
エンチ時の抵抗値は５．超電導トリガコイルの巻線の長
さを任意に決められるので、必要な値に設定できる。限
流動作の間、超電導トリガコイルにはその抵抗に応じた
電流が流れ続けるが、これと直列に接続された復帰用ス
イッチを開放することにより、超電導トリガコイルに流
れる電流を遮断して、超電導トリガコイルを超電導に復
帰させ、事故から復帰後の動作に備える。

（実施例）第１図はこの出願の第１の発明に対応する実施例の構成
を、適用対象と併せて示した回路図である。同図におい
て、交流電源１と負荷５とを結ぶ電路としての線路の一
方に、遮断器２、限流器３が挿入される。尚、符号４は
、線路インピーダンスを示す。ここで、限流器３は、線
路の電流を制限値以下に抑えるインダクタンスを持つよ
うに巻装され、しかも、電流制限値より大きな臨界電流
値を持った超電導限流コイル３ａと、電路の通常電流よ
り大きく、電流制限値より小さい臨界電流値を持ち、か
つ並列接続された第１の超電導コイル３ｂｒと第２の超
電導コイル３ｂ２とがインダクタンスが実質的に零にな
るように無誘導（ＡＰ）巻きされて構成された超電導ト
リガコイル３ｂと、これを直列接続された復帰用スイッ
チ３ｃとを備え、超電導限流コイル３ａと、復帰用スイ
ッチ３Ｃを直列に接続した超電導トリガコイル３ｂとを
並列接続した構成になっている。

第２図は超電導限流コイル３ａおよび超電導トリガコイ
ル３ｂとスイッチ３Ｃの具体的な構成を示す図であり、
超電導限流コイル３ａはボビン３ｇに、超電導トリガコ
イル３ｂはボビン３ｄにそれぞれ巻装され、しかも、超
電導トリがコイル３ｂは超電導コイル３ａの内側に同心
配置されており、コイル端が端子３ｅ、スイッチ３Ｃを
介して３ｆに共通接続されている。

上記のように構成された本実施例の動作を以下に説明す
る。

先ず、超電導限流コイル３ａおよび超電導トリガコイル
３ｂがどちらも超電導状態にあるとき、線路を流れる電
流に対して超電導コイル３ａは比較的大きなインピーダ
ンスを示すが、超電導トリガコイル３ｂは無誘導である
ことからインピーダンスは実質的に零になる。第３図は
このことを説明するための図で、超電導限流コイル３ａ
および超電導トリガコイル３ｂに矢印方向の電流ｉ。が
流れたとすると、超電導限流コイル３ａによって磁束φ
。が発生してインダクタンスに応じたインピーダンスを
持つが、ＡＰ巻きされた超電導トリガコイル３ｂの磁束
φ　、φ２は相殺されてインピーダンスは実質的に零と
なる。

そして負荷５側に事故がなく、これに通常の大きさの電
流ｉ。が流れたとき、超電導限流コイル３ａに流れる電
流を１１超電導トリガコイル３ｂに流れる電流をｉＬ２
とすると次式の関係が成立する。

ｌ　ｏ　””　ｌ　Ｌ１＋　ｌ　Ｌ２　　　　　゛”　
（１）’　ＬｌりｉＬ２　　　　　　　　　　・・・（
２）したがって、線路の電流１０の殆どが超電導トリガ
コイル３ｂに流れ、しかも、これに伴う電圧降下は実質
的に零である。

次に、負荷５の短絡事故等により、線路に過電流が流れ
、その値が超電導トリがコイル３ｂの臨界電流Ｊ。１を
超えると、超電導トリガコイル３ｂが瞬時にクエンチし
、極めて大きな低抗体となる。

その結果、超電導トリガコイル３ｂに流れていた電流の
殆どが超電導限流コイル３ａに転流し、両者の電流は下
式に示す関係となる。

ｉＬｌ〉ｉＬ２　　　　　　　　・・・（３）従って、
超電導限流コイル３ａのインダクタンスにより線路電流
が制限値に制限される。この場合、超電導トリガコイル
３ｂに流れる電流ｉＬ２は極めて小さいので熱として消
費される電力損失は極めて僅かに抑えられる。

第４図（ａ）　　（ｂ）は電流ｉおよび限流装置のイン
ピーダンスＺ　が通常動作時と限流動作時とで、Ｃどのように変化するかを示したものである。すなわち、
定常動作時においては、限流装置３のインピーダンスＺ
　は極めて小さく、線路の電流１０ｅは主に負荷のインピーダンスＺｐによって正常に保たれ
ている。一方、負荷短絡が発生すると、線路には推定短
絡電流ｉ、が流れようとする。しかしながら、線路電流
が超電導トリガコイル３ｂの臨界電流値Ｊ。１を超えた
瞬間、上述したように限流装置のインピーダンスがＺ　
′に増大し、短絡Ｃ電流は制限値以下に限流される。

この場合、超電導限流コイル３ａの臨界電流値Ｊｃ２は
線路の電流制限値より太き（設定されている。さらに、
超電導トリガコイル３ｂは、復帰用スイッチ３ｃで’　
Ｌｌを遮断することによって冷却され、容易に定常状態
に復帰する。

なお、上記実施例では、超電導コイルを同心配置したこ
とにより、著しくコンパクト化されると共に、超電導状
態に保持し易くなっているが、これらの超電導コイルを
離隔配置したとしても上述した限流動作を行なわせるこ
とができる。

しかして、この実施例によれば、超電導コイルを採用し
たこと、これらの超電導コイルを同心配置したことによ
り、構成の簡易化、装置の小型化が実現されると同時に
応答性が速く、しかも確実な線路保護が可能となり、さ
らに、復帰用スイッチを設けたことにより限流状態から
容易に定常状態に復帰させることが可能となる。

第５図はこの出願の第２の発明に対応する実施例の構成
を、適用対象と併せて示した回路図である。同図におい
て、交流電源１と負荷５とを結ぶ線路の一方に、遮断器
２と、超電導リアクトル６および復帰用スイッチ７でな
る限流装置とが挿入される。尚、符号４は線路インピー
ダンスを示す。

ここで、超電導リアクトル６は線路の電流を制限値以下
に抑えるインダクタンスを持つものであり、これは、電
流制限値より大きな臨界電流値を持った超電導限流６ａ
と、この超電導限流コイルと同一の巻枠に巻装され、線
路に並列に挿入されたとき起磁力が同じで磁束が相殺さ
れる超電導トリガコイル６ｂとでなり、それぞれ電ｆｆ
１ｉ　　Ｓｉ　　がＬＩ　　　Ｌ２流れ込んだとき、インピーダンスが実質的に零となる。

一方、復帰用スイッチ７は超電導トリガコイル６ｂに直
列接続されている。

第６図は超電導リアクトル６の具体的な構成を示す図で
あり、超電導限流コイル６ａはボビン６ｃに、超電導ト
リガコイル６ｂはボビン６ｄにそれぞれ巻装され、しか
も、超電導トリガコイル６ｂは超電導限流コイル６ａの
内側に同心配置されており、両コイルの各一端が端子６
ｅに共通接続され、超電導限流コイル６ａの他端が端子
６ｆに、超電導トリガコイル６ｂの他端が端子６ｇにそ
れぞれ接続されている。なお、６ｈはこれらの超電導コ
イルの端子６ｆ、６ｇ間の絶縁を保持するスペーサであ
る。

第７図はこの超電導リアクトル６の内部結線と磁束の様
子を表す図であり、超電導コイル６　ａ＋６ｂが線路に
並列接続されたとき、超電導限流コイル６ａに発生する
磁束φ１と超電導トリガコイル６ｂに発生する磁束φ２
とが相殺される構成になっている。

なお、超電導リアクトルを構成する超電導限流コイル６
ａの臨界電流値は線路の電流制限値より大きくなるよう
に製作されており、超電導トリガコイル６ｂは線路の過
電流に対応して超電導トリガコイル６ｂの電流が増大す
るとクエンチするように製作されている。

上記の如く構成された本実施例の動作を以下に説明する
。

先ず、線路に流れる電流ｉ。が正常であれば、超電導リ
アクトル６を構成するコイル５ａ、５ｂは双方とも超電
導状態に保持される。これにより、超電導リアクトル６
を構成する超電導限流コイル６ａ、超電導トリガコイル
６ｂの抵抗は零で、しかも、無誘導の素子となっている
。従って、電流１０が超電導限流コイル５ａ、超電導ト
リガコイル６ｂに分流し、これらのコイルに流れる電流
ｉＬＬ”Ｌ２によって磁束が相殺され、無誘導状態にな
っている。

次に、負荷短絡等の事故が発生したことにより、電源電
圧Ｅと線路のインピーダンスＺ１とで定まる推定短絡電
流ｉ、が流れようとすると、電流の増大に応じて超電導
リアクトル６の電流も増大する。この超電導リアクトル
６を構成する超電導トリガコイル６ｂはその増大途中の
電流値に対応する臨界電流値Ｊ。２をもっており、超電
導トリガコイル６ｂを流れる電流ｉ　がこの電流値Ｊ。

２を超えると同時にクエンチし、超電導トリガコイル６
ｂに流れていた電流ｉＬ２が超電導限流コイル６ａに転
流する。この結果、線路を流れる電流の殆どが超電導限
流コイル６ａに流れる。従って、超電導リアクトル６は
超電導限流コイル６ａが発生する磁束φ１によって大き
なインダクタンスを持つことになる。超電導トリガコイ
ル６ｂは極めて大きな抵抗値Ｒを有する素子に変化し、
ｉＬ２は極めて小さい値となる。また線路電流１０は超
電導限流コイル６ａの自己インダクタンスＬ１によって
限流される。

しかして、この実施例によれば、通常の線路電流に対し
ては実質的なインピーダンスが零となり、過電流に対し
ては瞬時にリアクトルとなって線路電流を限流させる。

第８図（ａ）　、（ｂ）は電流ｉ。および限流装置のイ
ンピーダンスＺ　が通常動作時と限流動作時とＣで、どのように変化するかを示したものである。

すなわち、定常動作時においては、限流装置３のインピ
ーダンスＺ　は極めて小さく、線路の電流Ｃ１は主に負荷のインピーダンス２４によって正常に保た
れている。一方、負荷短絡が発生すると、線路には推定
短絡電流ｉ、が流れようとする。しかしながら、線路電
流がＪ　まで増大したとき、超電導トリガコイル６ｂの
電流が臨界電流値Ｊ。２を超え、その瞬間超電導リアク
トル６のインピーダンスがＺ　′に増大し、短絡電流は
制限値以下Ｃに限流される。

さらに、限流器３を構成する超電導トリガコイル６ｂは
、復帰用スイッチ７でｉＬ２を遮断することによって冷
却され、容易に定常状態に復帰する。

かくして、この実施例によっても、超電導コイルを採用
したこと、これらの超電導コイルを同心配置したことに
より、構成の簡易化、装置の小型化が実現されると同時
に応答性が速く、しかも確実な線路保護が可能となり、
さらに、復帰用スイッチを設けているので限流状態から
容易に定常状態に復帰させることが可能となる。

［発明の効果］以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、
装置の小型化および確実な線路保護を図り得ると共に、
熱に伴う定常電力損失を著しく低く抑え、しかも任意の
インピーダンスを得ることができるという効果がある。

更に、限流状態から容易に定常状態に復帰させることが
可能となる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの出願の第１の発明に対応する実施例の構成
を、適用対象と併せて示した回路図、第２図は同実施例
の具体的な構成を、部分的に断面で示した図、第３図は
同実施例の動作を説明するための磁束発生状態図、第４
図（ａ）　、　（ｂ）は同実施例の動作を説明するため
に電流およびインピーダンスの時間的な変化を示した図
、第５図はこの出願の第２の発明に対応する実施例の構
成を、適用対象と併せて示した回路図、第６図はそれぞ
れ同実施例の主要素の具体的な構成を、部分的に断面で
示した図、第７図はこれらの主要素磁束発生状態図、第
８図（ａ）　、　（ｂ）は同実施例の動作を説明するた
めに電流およびインピーダンスの時間的な変化を示した
図、第９図は従来の限流装置の構成を示す回路図である
。３・・・限流器、３ａ、５ａ・・・超電導限流コイル、３ｂ、６ｂ・・・超電導トリガコイル、３ｂ＋・・・第
１の超電導コイル、３ｂ２・・・第２の超電導コイル、６・・・超電導リアクトル、７・・・復帰用スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電路の電流を制限値以下に抑えるインダクタンス
を有し、かつ、前記制限値以上の臨界電流値を持つ超電
導限流コイルと、前記電路の電流の制限値より小さく、
前記電路の通常電流より大きい臨界電流値を持ち、並列
に接続された第１と第２の超電導コイルとが互いに無誘
導に巻かれて構成された超電導トリガコイルと、前記超
電導トリガコイルに直列に接続された復帰用スイッチと
を備え、前記超電導限流コイルおよび前記復帰用スイッ
チが直列に接続された前記超電導トリガコイルを並列接
続したことを特徴とする超電導限流器。
（２）電路の電流を制限値以下に抑えるインダクタンス
を有し、かつ、前記制限値以上の臨界電流値を持つ超電
導限流コイルと、この超電導限流コイルと無誘導に形成
され、前記電路の電流の制限値より小さく、前記電路の
通常電流より大きい臨界電流値を持つ超電導トリガコイ
ルと、この超電導トリガコイルと直列に接続される復帰
用スイッチとを備え、前記超電導限流コイルおよび前記
復帰用スイッチが直列に接続された前記超電導トリガコ
イルを並列接続したことを特徴とする超電導限流器。