JPH02266827A

JPH02266827A - 限流装置

Info

Publication number: JPH02266827A
Application number: JP1084489A
Authority: JP
Inventors: ▲つる▼永　和行; Kazuyuki Tsurunaga; Daisuke Ito; 伊藤　大佐
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-04-03
Filing date: 1989-04-03
Publication date: 1990-10-31
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JP2716789B2

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
る限流装置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４図はこの限流装置の構成を示す回路図である。

同図において、鉄芯３３には起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３４
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３
８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Ｌ１．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、鉄心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）上述した限流装置には定常時、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、上述した限流装置にあっては、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にサイリスク等の
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
めその採用は難しかった。

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
限流装置を得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は上記課題を解決するための手段として、交流電
源と負荷との間の線路に設けられ、所定の臨界電流値を
有すると共に無誘導巻きされた第１の超電導コイルと、
前記第１の超電導コイルに直列接続されたスイッチ手段
と、前記スイッチ手段に取付けられた可動鉄心部材、及
び該可動鉄心部材に対向して配設された固定鉄心部材よ
り成り、所定強さの磁界内で該可動鉄心部材を該固定鉄
心部材に吸着させることにより、前記スイッチ手段をオ
フ状態に駆動するスイッチ駆動手段と、前記第１の超電
導コイルよりも高い臨界電流値を有すると共に、前記直
列接続された第１の超電導コイル及びスイッチ手段に対
して並列接続された第２の超電導コイルと、を備え、前
記負荷に流れる電流の増大により前記第１の超電導コイ
ルが超電導状態から常電導状態へ移行したときに、該第
１の超電導コイルに流れていた電流を前記第２の超電導
コイルに転流させ、該転流した電流で発生する磁界によ
って、前記スイッチ駆動手段が前記スイッチ手段をオフ
状態に駆動するようにした構成としである。

（作　用）負荷に事故等が発生していない場合、電流は無誘導巻き
された第１の超電導コイル及びスイッチ手段を経由して
流れる。このとき、第１の超電導コイルは無誘導巻きさ
れているのでインダクタンスの影響を受けず高効率で負
荷に電流を供給する。

また磁界が発生しないため、スイッチ手段がオフ状態に
なることはない。

しかし、負荷に事故等が発生し、電路を流れる電流が増
大すると、第１の超電導コイルは超電導状態から常電導
状態に移行し、その抵抗値も増大する。したがって、そ
れまで第１の超電導コイルを流れていた電流は、第２の
超電導コイルに転流し、そのインダクタンスにより負荷
に流れる電流の増大は抑制される。そして、このとき転
流した電流で発生した磁界により、可動鉄心部材が固定
鉄心部材に吸着され、スイッチ駆動手段がスイッチ手段
をオフ状態にする。そのため、常電導状態に移行してい
る第１の超電導コイルの発熱は阻止される。

（実施例）以下、本発明の実施例を第１図乃至第３図に基き説明す
る。

第１図において、交流電源１には開閉器２が接続されて
いる。開閉器２には限流装置３の一端側が接続されてお
り、限流装置３の他端側には負荷８が接続されている。

この限流装置３の構成を説明すると、まず、スプール４
に、所定の臨界電流値■。１を有する超電導線で形成さ
れた第１の超電導コイル５（以下、トリガコイルと称す
）が配設され、さらに、その内側には’ｃｌよりも高い
臨界電流値■。２を有する超電導線で形成された第２の
超電導コイル６（以下、限流コイルと称す）が同芯上に
配設されている。このトリガコイル５は、例えばＡＰ巻
き（エアトン・ベリー巻き）のような無誘導巻きがなさ
れたものである。

スプール４の中心部には、スイッチ手段としての真空ス
イッチ７が配設されている。この真空スイッチ７は、接
点部７ａが取付けられた固定ロッド７ｂ及び可動ロッド
７ｃを有している。そして、これら固定ロッド７ｂ及び
可動ロッド７ｃの内側には、接点部７ａに接続されて電
路を形成する超電導体７ｄが組込まれている。ここで超
電導体７ｄを用いたのはジュール熱損失を無くすためで
ある。

また、可動ロッド７Ｃにはバネ受け７ｅを介してコイル
バネ７ｆが取付けられており、このコイルバネ７ｆによ
って、可動ロッド７Ｃは常時接点部７ａが閉成する方向
に弾撥付勢されている。

可動ロッド７ｃには、さらに可動鉄心９ａが取付けられ
ており、可動鉄心９ａに対向して固定鉄心９ｂが配設さ
れている。すなわち、可動鉄心９ａ及び固定鉄心９ｂに
よりスイッチ駆動手段９が構成されている。この可動鉄
心９ａは、限流コイル６に電流が流れたときに生ずる強
磁界により、固定鉄心９ｂに吸着保持されるようになっ
ている。

なお、固定鉄心９ｂにはシム９ｃが取付けられているが
、これはスイッチの復帰特性を調整するための非磁性ス
ペーサである。

このようなトリガコイル５と真空スイッチ７とは直列接
続されており、さらに、直列接続されたトリガコイル５
及び真空スイッチ７に、限流コイル６が並列接続されて
いる。第２図は、これらトリガコイル５、限流コイル６
及び真空スイッチ７の接続状態と、各コイルを流れる電
流方向とを示す説明図である。

次に、上記のように構成される本実施例の動作について
説明する。

第３図は、第１図に示した限流装置３の定常動作時及び
限流動作時における各電流値とインピーダンスの変化を
示す特性図である。第３図（ａ）においで、全電流ｉ。

はトリガコイル５に流れる電流ｉ　と限流コイル６に流
れる電流１２との和■ として表される。なお、１ｆは限流装置がない場合にお
ける負荷短絡特電流（推定短絡電流）を示すものである
。また、第３図（ｂ）において、Ｚ　は限流装置３の定
常動作時インピーダンス、ＣＺ′　は限流装置３の限流動作時インピーダンス、ｅＺｌは線路のインピーダンスを示すものである。

まず、定常動作時には、全電流ｉ　の殆んどが無誘導巻
きされたトリガコイル５の方に流れる。

このとき、トリガコイル５のインダクタンス、抵抗はほ
ぼゼロとなっており、インピーダンスｚＳｅはインピー
ダンスＺ１に対して非常に小さなものとなっている。し
たがって、交流電源１から負荷８に対して高効率で電流
が供給されている。また、トリガコイル５を流れる電流
１１及び限流コイル６を流れる電流１２によっては、殆
んど磁界が発生しないため、可動鉄心９ａが固定鉄心９
ｂに吸着されることはなく、したがって真空スイッチ７
がオフ状態となることはない。

次いで、第３図（ａ）、（ｂ）において、時刻ｔ１に負
荷８の短絡事故が発生したとする。すると、トリガコイ
ル５を流れる電流１１は臨界電流値Ｉ。■を越え、トリ
ガコイル５は超電導状態から常電導状態に移行する。こ
れにより、トリガコイル５は高抵抗となるため、それま
でトリガコイル５の方に流れていた全電流ｉ。の殆んど
は、今度は限流コイル６の方に転流する（ｉｌくく１２
゜１０峙１２）。

限流コイル６は電流Ｘ２によって大きな磁束を発生し、
そのリアクトル作用によって時刻ｔ１以後に増大しよう
とする短絡電流を制限するように働く。なお、このとき
限流コイル６は超電導状態を維持しているため発熱は生
じない。

そして、限流コイル６の電流１２で発生した磁束は可動
鉄心９ａ及び固定鉄心９ｂを貫通し、これらの付近には
大きな磁界が発生する。したがって、可動鉄心９ａはコ
イルバネ７ｆの付勢力に抗して固定鉄心９ｂに吸着され
、接点部７ａはオフになって、常電導状態のトリガコイ
ル５を流れる電流１１は遮断される。

これにより限流装置３内での発熱部は全く無くなり、以
後無制限に限流動作を維持することができる。また、ト
リがコイル５は、真空スイッチ７がオフ状態になった後
直ちに冷却されて超電導状態に復帰するため、短絡原因
を除去した後の再通電に対して速かに応答できる。

なお、真空スイッチ７がトリガコイル５の電流１１を遮
断する動作を行う場合、トリガコイル５の高抵抗化によ
り電流ｉ１は極めて小さくなっており、また、トリがコ
イル回路の力率がほぼ１に等しくなっている（純抵抗回
路）ため、その遮断動作は極めて容易に行うことができ
る。

上記のような限流装置３ではトリガコイル５及び限流コ
イル６に超電導材を用いているためコイルの断面積を小
さなものにすることができ、冷却装置（図示せず）以外
の構成要素を小型化することができる。

冷却装置についても、真空スイッチ７をトリガコイル５
に直列接続してスプール４に内蔵し、電流リード数を２
本／相として最少にしたのでコンパクト化することがで
きる。

そして、トリガコイル５を過電流センサとして使用し、
限流コイル６による発生磁界を用いて真空スイッチ７を
駆動するようにしているので、装置構成を簡単化できる
と共に、その限流動作を高速且つ確実に行うことができ
る。

また、熱発生による電力損失も、定常動作時の真空スイ
ッチ７における接触抵抗によるジュール熱損失と、第３
図（ａ）の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの短時間における
ジュール熱損失のみで非常に小さなものである。

さらに、本限流装置のインピーダンス調整についても、
限流コイル６のコイル巻回数Ｎあ・るいはコイル直径り
などを変えることにより、広範且つ容易に行うことがで
きる。

なお、上記実施例では、トリガコイル５の内周側に限流
コイル６を配置する構成としであるが、これらの装置関
係を逆にする構成としてもよい。

また、真空スイッチ７を限流コイル６の内側に配設して
縦磁界効果を得るようにしであるが、接点部７ａに相当
する部材を偏平形状として、これを限流コイル６の外側
に位置させるようにすれば、ロッド部材の長さを短くす
ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、所定の臨界電流値を有
し無誘導巻きされた第１の超電導コイルを交流電源と負
荷との間に設け、この第１の超電導コイルにスイッチ手
段を直列接続し、可動鉄心部材が固定鉄心部材に吸着す
ることによってスイッチ手段をオフ状態に駆動するスイ
ッチ駆動手段を設け、さらに、直列接続された第１の超
電導コイル及びスイッチ手段に、第１の超電導コイルよ
りも高い臨界電流値を有する第２の超電導コイルを並列
接続し、負荷電流が増大して第１の超電導コイルが超電
導状態から常電動状態に移行したときには、それまで第
１の超電導コイルに流れていた電流が第２の超電導コイ
ルに流入するようにし、この第２の超電導コイルで発生
する磁界によりスイッチ駆動手段がスイッチ手段をオフ
状態にする構成としたので、装置を小型化、簡単化する
ことができると共に、限流動作を高速且つ確実に行うこ
とができ、熱発生による電力損失を極めて小さなものと
することができる。

導コイル（トリガコイル）、６・・・第２の超電導コイ
ル（限流コイル）、７・・・スイッチ手段（真空スイッ
チ）、８・・・負荷、９・・・スイッチ駆動手段、９ａ
・・・可動鉄心部材、９ｂ・・・固定鉄心部材。

Claims

【特許請求の範囲】交流電源と負荷との間の線路に設けられ、所定の臨界電
流値を有すると共に無誘導巻きされた第１の超電導コイ
ルと、前記第１の超電導コイルに直列接続されたスイッチ手段
と、前記スイッチ手段に取付けられた可動鉄心部材、及び該
可動鉄心部材に対向して配設された固定鉄心部材より成
り、所定強さの磁界内で該可動鉄心部材を該固定鉄心部
材に吸着させることにより、前記スイッチ手段をオフ状
態に駆動するスイッチ駆動手段と、前記第１の超電導コイルよりも高い臨界電流値を有する
と共に、前記直列接続された第１の超電導コイル及びス
イッチ手段に対して並列接続された第２の超電導コイル
と、を備え、前記負荷に流れる電流の増大により前記第１の超電導コ
イルが超電導状態から常電導状態へ移行したときに、該
第１の超電導コイルに流れていた電流を前記第２の超電
導コイルに転流させ、該転流した電流で発生する磁界に
よって、前記スイッチ駆動手段が前記スイッチ手段をオ
フ状態に駆動するようにしたことを特徴とする限流装置
。