JPH05300644A

JPH05300644A - 超電導限流器

Info

Publication number: JPH05300644A
Application number: JP4099438A
Authority: JP
Inventors: Chikushi Hara; 築志原; Takeshi Okuma; 武大熊; 和行 ▲つる▼永; Kazuyuki Tsurunaga; Daisuke Ito; 大佐伊藤; Takamitsu Tada; 孝光多田
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1992-04-20
Filing date: 1992-04-20
Publication date: 1993-11-12
Also published as: DE69304119D1; US5414586A; EP0567293A1; EP0567293B1; DE69304119T2

Abstract

(57)【要約】【目的】超電導コイルをクエンチさせることなく超電
導状態のままで瞬時限流および瞬時定常復帰が可能であ
るとともに限流作動電流を自由に設定できる超電導限流
器を提供する。【構成】高速スイッチ１３が開放している通常状態の
場合には、負の磁気結合状態を有して直列接続された第
１の超電導コイル１と第２の超電導コイル２が無誘導状
態となって、そのインピーダンスは低くなり、負荷４に
所定値以上の過電流が流れて、高速スイッチ１３が閉成
した場合には、第２の超電導コイル２と第３の超電導コ
イル３は無誘導状態となり、第１の超電導コイル１のイ
ンダクタンスで高インピーダンスとなり、負荷４の過電
流を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導コイルを使用し
て、交流電路に流れる過電流を抑制する超電導限流器に
関し、更に詳しくは、超電導コイルが超電導状態から突
然常電導状態に相転移するクエンチ現象を発生させるこ
となく、過電流を抑制し得る超電導限流器を提供するこ
とにある。

【０００２】

【従来の技術】配電線等の交流電路に３相短絡や地絡事
故が発生すると、数十ｋＡにも及ぶ事故電流、すなわち
過電流が流れ、配電系統および機器に多大のダメージが
発生する。このような事故電流を瞬時に検出して抑制す
るための限流技術の１つに超電導を応用した超電導限流
器が考案されている。

【０００３】図８は、特開平２−１６８５２５号に開示
されている上述した従来の超電導限流器の構成を示す回
路図である。同図において、１は電源、２は遮断器、３
は限流器、３ａは超電導限流コイル（以下限流コイルと
称す）、３ｂ，３ｃはトリガコイル、３ｄはスイッチ、
３ｇはクエンチセンサ、４は負荷、１１は回路の全電流
を検出するための変流器、１２はトリガコイルのループ
電流を検出するための変流器、１３は制御電源、１４は
ループ電流位相検出回路、１５はループ電流位相検出回
路を主回路に接離するためのスイッチ、１６はトリガコ
イルの両端電圧位相検出回路、１７はトリガコイルの電
流および電圧の位相差を比較検出する位相検出器であ
る。

【０００４】この限流器の動作について、簡単に説明す
る。定常時、回路電流は無誘導で超電導（抵抗零）のト
リガコイル３ｂ，３ｃ側を流れ、正常に負荷４へ給電さ
れつづける。次に負荷４が短絡するなどして、過大な事
故電流が回路に流れ、その値がトリガコイルを構成して
いる超電導線の臨界電流値に達すると、トリガコイルが
クエンチして高抵抗体に転移する。その結果、事故電流
は抑制され、トリガコイルよりインピーダンスの低い限
流コイル側へ転流していく。この間、トリガコイルは常
電導体となっているので、発熱して冷媒を消費しつづけ
るのと同時に超電導線の温度も上昇することになる。ス
イッチ３ｄは、トリガコイル電流が限流コイル側へ転流
した直後に開極して、冷媒の蒸発を抑制すると同時に、
トリガコイルの冷却速度を速めて次の事故発生に対応で
きるようトリガコイルの超電導復帰を助ける。トリガコ
イルの超電導復帰は、各位相検出器１４，１６とその比
較器１７によって検出され、系統の事故が復旧したこと
および前記トリガコイルが超電導復帰したことの２条件
が揃うとスイッチ３ｄが閉入され定常状態に復帰でき
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の超電導
限流器は、次に示すような種々の問題がある。

【０００６】（１）上述した従来の超電導限流器は、超
電導体をクエンチさせる方式のため、限流動作（クエン
チ）時にかなりのジュール損失Ｐｊが発生し、超電導体
を冷却している冷媒の消費（気化）量が増大するという
問題がある。

【０００７】このジュール損失Ｐｊの値は、トリガコイ
ルのクエンチ抵抗値Ｒｑが一定であれば、次式に示すよ
うに電源電圧Ｖの２乗に比例する。

【０００８】Ｐｊ＝（Ｖ²／Ｒｑ）ｔ（Ｊ）（１）ここで、ｔはクエンチ発生後の通電時間（秒）である。

【０００９】従って、回路電圧が高くなるほど、クエン
チ時の発生損失が増大し、超電導体を冷却している冷媒
の消費（気化）量も増大する。一例として、６．６ｋＶ
の回路に生じる短絡電流をクエンチ抵抗値が３０Ωのト
リガコイルで１サイクル（２０ｍｓｅｃ）の間限流した
とすると、その時の発生損失は（１）式から次のように
なる。

【００１０】Ｐｊ＝（Ｖ²／Ｒｑ）ｔ＝（６６００²／３０）×０．０２＝２９０４０（Ｊ）仮に冷媒が液体ヘリウムであれば、約１２リットルもの
液体が瞬時に気化する。そして、この気化したヘリウム
は数百倍の体積に膨張するため、超電導限流器が収納さ
れているクライオスタットはこの時の内圧に耐えるよう
に大きく強固なものとしたり、または気化ヘリウムを外
部に放出する等の手段が必要となるという問題が更に発
生する。

【００１１】（２）一度限流動作すると、元の超電導状
態に回復するまで、かなりの復帰時間が必要となり、高
頻度の使用ができないという問題がある。

【００１２】通常、この種の超電導コイルがクエンチす
ると、超電導体に数十〜数百Ｋの温度上昇が生じる。従
って、その後、導体温度が超電導体の臨界温度約１０Ｋ
以下に冷却されるまでには、数十秒〜数分を必要とし、
その間限流器としての機能は発揮できなくなる。この問
題に対処する方法として、トリガコイルを二重に装備し
て交互に使用して、リカバリ時間を短縮する方法も考え
られるが、装置が大型化するとともに、制御も複雑化
し、効率的でないという問題がある。

【００１３】（３）クエンチ方式の超電導限流器におい
ては、限流条件がトリガコイルのクエンチ電流値のみに
よって決定されるため、その限流動作条件を広く選択で
きないという問題がある。

【００１４】すなわち、種々の系統に限流器を適用する
場合、その系統保護条件は過電流のレベル（ｉ）とその
通過時間（ｔ）との関係から最適に保護されなければな
らないが、従来のクエンチ方式の限流器は過電流レベル
ｉの値のみによって限流または非限流モードが決定され
ることになり、系統適用上、柔軟性に欠ける面がある。

【００１５】（４）限流動作電流は、トリガコイルの臨
界電流値によって決まるため、予め設計された値しか持
つことができず、コイルの標準化が困難であるという問
題がある。

【００１６】すなわち、種々の系統を連係するには、個
々の限流器の作動電流値を微妙に相違させることも必要
となる（選択限流／選択遮断方式）が、従来の超電導限
流器では、作動電流を相違させるには、コイルを構成す
る超電導線の臨界電流値を変えなければならないため、
多種のコイルが必要となる。

【００１７】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、超電導コイルをクエンチさせ
ることなく超電導状態のままで瞬時限流および瞬時定常
復帰が可能であるとともに限流作動電流を自由に設定で
きる超電導限流器を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の超電導限流器は、負荷に流れる過電流を抑
制する超電導限流器であって、負の磁気結合状態を有す
るように同軸的に設けられるとともに電気的に直列に接
続された第１および第２の超電導コイルと、該第２の超
電導コイルと負の磁気結合状態を有し、前記第１の超電
導コイルと正の磁気結合状態を有するように前記第１お
よび第２の超電導コイルに同軸的に設けられるとともに
前記第２の超電導コイルに電気的に並列に接続された第
３の超電導コイルと、該第３の超電導コイルに直列に接
続された高速スイッチ手段と、負荷に流れる電流を監視
し、該電流が所定値以上の場合、前記高速スイッチ手段
を閉成するように制御する電流監視手段とを有すること
を要旨とする。

【００１９】

【作用】本発明の超電導限流器では、高速スイッチが開
放している通常状態の場合には、負の磁気結合状態を有
して直列接続された第１および第２の超電導コイルが無
誘導状態となって、そのインピーダンスは低くなり、負
荷に所定値以上の過電流が流れて、高速スイッチが閉成
した場合には、第２の超電導コイルと第３の超電導コイ
ルは無誘導状態となり、第１の超電導コイルのインダク
タンスで高インピーダンスとなり、負荷の過電流を抑制
することができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００２１】図１は、本発明の一実施例に係わる超電導
限流器の構成を示す図である。同図に示す超電導限流器
は、電源１０と負荷４との間に遮断器２を介して接続さ
れており、該遮断器２を介して電源１０に一端が接続さ
れている第１の超電導コイル１、該超電導コイル１と所
定の相互インダクタンスを有し、ほぼ無誘導となる負の
磁気結合状態を有するように同軸的に設けられるととも
に電気的に直列に接続された第２の超電導コイル２、お
よび該第２の超電導コイル２に高速スイッチ１３を介し
て並列に接続されるとともに、前記第１の超電導コイル
１と正の磁気結合状態を有し、前記第２の超電導コイル
２と負の磁気結合状態を有するように第１および第２の
超電導コイルに同軸的に設けられた第３の超電導コイル
３からなる限流器５と、負荷４に流れる電流を監視し、
該電流が所定値以上の過電流の場合、過電流検出信号を
出力する変流器１１と、該変流器１１からの過電流検出
信号で駆動され、前記高速スイッチ１３を閉成するよう
に駆動するスイッチ操作回路１２と、第３の超電導コイ
ル３に直列に接続され、該第３の超電導コイル３を第２
の超電導コイル２に並列に接続する前記高速スイッチ１
３とを有する。

【００２２】前記第１の超電導コイル１と第２の超電導
コイル２とは、前記高速スイッチ１３が開放して、第３
の超電導コイル３が接続されていない定常状態におい
て、無誘導回路の低インピーダンス状態となって、定常
電流を電源１０から負荷４に流通させるようになってい
る。また、負荷４に過電流が発生した場合には、変流器
１１はこの過電流を検出し、これによりスイッチ操作回
路１２を介して高速スイッチ１３を駆動して閉成し、第
３の超電導コイル３を第２の超電導コイル２に並列に接
続する。この結果、第２の超電導コイル２と第３の超電
導コイル３とは無誘導回路の低インピーダンスとなり、
第１の超電導コイル１のインダクタンスによる誘導状態
の高インピーダンスを形成し、前記過電流を抑制するよ
うになっている。

【００２３】更に詳しくは、図１に示す超電導限流器に
使用されている第１の超電導コイル１、第２の超電導コ
イル２および第３の超電導コイル３は、近接した直径で
同軸状に構成され、これらの超電導コイル間の磁気的結
合状態を前記高速スイッチ１３の開閉によって変化させ
ることにより、すなわち、第３の超電導コイル３を高速
スイッチ１３で切り離して、第１の超電導コイル１と第
２の超電導コイル２のみの負の磁気結合状態で無誘導状
態にして低インピーダンスにしたり、高速スイッチ１３
を介して第３の超電導コイル３を第２の超電導コイル２
に接続して、第２の超電導コイル２と第３の超電導コイ
ル３との負の磁気結合状態で無誘導状態にして低インピ
ーダンスにするとともに、第１の超電導コイル１のイン
ダクタンスで高インピーダンスを形成することにより、
無誘導状態の低インピーダンス状態と誘導状態の高イン
ピーダンス状態とを高速に選択し得るようになってい
る。

【００２４】図２は、図１に示す超電導限流器のインピ
ーダンスの変化を高速スイッチ１３の作動状態に合わせ
て示している図である。高速スイッチ１３が開放してい
る場合には、超電導限流器は低インピーダンス状態とな
り、高速スイッチ１３が閉成した場合には、超電導限流
器は高インピーダンス状態になる。

【００２５】図３は、図１に示す第１〜第３の超電導コ
イル１〜３の電気的接続状態、磁気的結合状態、各超電
導コイル１〜３に流れる電流の方向ｉ１，ｉ２，ｉ３、
および起磁力方向φ１，φ２，φ３を示している図であ
る。

【００２６】図３からわかるように、第１の超電導コイ
ル１と第２の超電導コイル２とはＭ１２なる係数で負に
結合され、第２の超電導コイル２と第３の超電導コイル
３とはＭ２３なる係数で負に結合され、第１の超電導コ
イル１と第３の超電導コイル３とはＭ１３なる係数で正
に結合されている。

【００２７】また、φ１，φ２，φ３はそれぞれ超電導
コイル１〜３に電流が流れたときに発生する磁束を示
し、点線の矢印方向は超電導コイルの中心部における磁
束の方向を示している。

【００２８】図４は、高速スイッチ１３を開閉した場合
に各超電導コイル１〜３に流れる電流の方向とその結果
生じる磁束線の量を定性的に示している。

【００２９】高速スイッチ１３が開放状態にあるとき、
回路電流は第１の超電導コイル１と第２の超電導コイル
２のみを直列に流れ、第３の超電導コイル３には流れな
い。第１の超電導コイル１と第２の超電導コイル２は、
上述したように、負に磁気結合しているので、その起磁
力方向は図示のように互いに逆方向（φ１，φ２）とな
り、打ち消し合ってきわめて小さな値となる。この時の
第１の超電導コイル１と第２の超電導コイル２の直列イ
ンピーダンス（ＬＯＳ）は次式により求められる。

【００３０】ＬＯＳ＝Ｌ１＋Ｌ２−２・Ｍ１２（Ｌ１・Ｌ２）^1/2 （Ｈ）（１）ここで、Ｌ１は第１の超電導コイル１の自己インピーダ
ンスであり、Ｌ２は第２の超電導コイル２の自己インピ
ーダンスであり、Ｍ１２は第１の超電導コイル１と第２
の超電導コイル２との磁気結合係数である。

【００３１】一般に、この種のコイルの磁気的結合係数
Ｍは互いのコイル直径の差に依存し、同一直径のコイル
の場合には、１．０となるが、同軸コイルでは物理的に
同一直径にはできないので、実際のコイルでは、１．０
よりも小さな値となる。

【００３２】また、高速スイッチ１３が閉成した時に
は、第２の超電導コイル２に対して第３の超電導コイル
３が並列に接続されるため、第１の超電導コイル１と第
２の超電導コイル２のみを直列に流れていた回路電流
は、第３の超電導コイル３にも分流するが、この分流比
は各結合係数の分布に従って決まることになる。この時
の現象を定性的に説明すると、第２の超電導コイル２と
第３の超電導コイル３とは互いに逆方向に起磁力を生じ
るため、その発生磁束φ２およびφ３は図４に示すよう
に互いにキャンセルし合うことになる。この結果、第２
の超電導コイル２と第３の超電導コイル３は並列無誘導
回路を構成し、極めて低いインピーダンス状態になる。

【００３３】また、第１の超電導コイル１は、第３の超
電導コイル３とは正に結合するとともに、第２の超電導
コイル２と負に結合している。すなわち、第１の超電導
コイル１と他の超電導コイルとの合成インダクタンスは
第３の超電導コイル３とは増大する方向に働き、第２の
超電導コイル２とは減少する方向に作用する。しかしな
がら、この時、第２の超電導コイル２と第３の超電導コ
イル３を流れる電流ｉ２とｉ３の分流比は、コイル内を
貫通している第１の超電導コイル１による磁束φ１を打
ち消す方向に働くため、結果としてｉ２＞ｉ３となっ
て、第１の超電導コイル１のインダクタンスを低下させ
ることになる。

【００３４】この時の限流器インダクタンス（ＬＯＴ）
は次の式（２）から求められる。

【００３５】ＬＯＴ＝Ｌｐ＋Ｌｓ（Ｈ）（２）ここで、Ｌｐは第２の超電導コイル２と第３の超電導コ
イル３との並列合成インダクタンスであり、次のように
なる。

【００３６】Ｌｐ＝−（Ｌｐ２・Ｌｐ３）／（Ｌｐ２＋Ｌｐ３）Ｌｐ２＝Ｌ２−２・Ｍ２３（Ｌ２・Ｌ３）^1/2 −２・Ｍ１２（Ｌ１・Ｌ２）^1/2 Ｌｐ３＝Ｌ３−２・Ｍ２３（Ｌ２・Ｌ３）^1/2 ＋２・Ｍ１３（Ｌ１・Ｌ３）^1/2 ここで、Ｌｐ３は第３の超電導コイル３と第１の超電導
コイル１、第２の超電導コイル２の間の合成インダクタ
ンス、Ｌｐ２は第２の超電導コイル２と第１の超電導コ
イル１、第３の超電導コイル３の間の合成インダクタン
ス、Ｍ１２は第１の超電導コイル１と第２の超電導コイ
ル２の間の磁気結合係数、Ｍ２３は第２の超電導コイル
２と第３の超電導コイル３の間の磁気結合係数、Ｍ１３
は第２の超電導コイル２との第１の超電導コイル１の間
の磁気結合係数である。

【００３７】また、Ｌｓは第１の超電導コイル１と第２
の超電導コイル２、第３の超電導コイル３との間の合成
インダクタンスであり、次のようになる。

【００３８】Ｌｓ＝Ｌ１＋２・Ｍ３１（Ｌ１・Ｌ３）^1/2 −２・Ｍ１２（Ｌ１・Ｌ２）^1/2 超電導コイル１〜３の直並列回路の合成インダクタンス
は、結合係数Ｍの値に左右されるが、一般的な値として
は、第１の超電導コイル１の自己インダクタンスの約５
０％程度となる。

【００３９】以上説明したように、本超電導限流器は高
速スイッチ１３の開閉により、低インピーダンス状態と
高インピーダンス状態を任意に選択し得るように構成さ
れている。

【００４０】ところで、この種の超電導限流器に流れる
短絡電流は非常に大きなｄｉ／ｄｔ値を持っているの
で、前記高速スイッチ１３の応答速度が問題となる。こ
の高速スイッチ１３の応答速度が遅いと、短絡電流の第
１波を通過させてしまい、本来の限流効果を失するだけ
でなく、その波高値が超電導コイルの限界電流値を上回
ると、当然のことながら、超電導コイルはクエンチし、
超電導限流器に大きなダメージを与えることになる。こ
のような条件を考慮した高速スイッチの具体的な構成が
次に説明する図５に図示されている。

【００４１】図５は、本発明の他の実施例に係わる超電
導限流器の部分回路図である。同図に示す超電導限流器
は、図１に実施例において高速スイッチ１３を並列接続
されたサイリスタスイッチ１３ａとメカニカルスイッチ
１３ｂとで構成した点が異なるのみで、その他の構成は
図１の実施例と同じであり、省略されている。

【００４２】サイリスタスイッチ１３ａおよびメカニカ
ルスイッチ１３ｂは、図１の実施例と同様に、スイッチ
操作回路１２を介して供給される変流器１１からの過電
流検出信号によって駆動されると、まずサイリスタスイ
ッチ１３ａがオンし、これにより超電導限流器を限流状
態にして、過電流を抑制する。この抑制された過電流は
この時点ではサイリスタスイッチ１３ａを流れるが、そ
の後数サイクル以内にメカニカルスイッチ１３ｂが閉成
する。メカニカルスイッチ１３ｂが閉成すると、サイリ
スタスイッチ１３ａを流れる電流の殆どは低抵抗のメカ
ニカルスイッチ１３ｂの方に転流するため、サイリスタ
スイッチ１３ａの損失はその時点で消滅する。従って、
サイリスタスイッチ１３ａの定格は１サイクル程度の極
めて短時間の容量のもので機能することができるため、
その外形もコンパクトなものとなる。

【００４３】次に、図６に示す波形図を参照して、図５
に示す実施例の作用を説明する。

【００４４】定常状態において、高速スイッチ１３を構
成するサイリスタスイッチ１３ａおよびメカニカルスイ
ッチ１３ｂがオフ状態にある場合には、回路電流は図６
（ａ）の前半に示すような定常負荷電流が第１の超電導
コイル１および第２の超電導コイル２の直流回路を通っ
て流れる。この場合、第１の超電導コイル１および第２
の超電導コイル２は直列無誘導回路となっているため、
そのインピーダンスは非常に小さいとともに、また超電
導状態を維持しているので、電力損失を生じることな
く、電源１０から第１の超電導コイル１および第２の超
電導コイル２を通って負荷４に回路電流が流れる。

【００４５】次に、負荷４に例えば短絡事故等が発生し
て、短絡電流が回路に流れ、その電流値が図６（ａ）に
示す限流作動電流Ｉ_opを越えたとすると、変流器１１は
この電流を検出して、過電流検出信号をスイッチ操作回
路１２に供給し、図６（ｂ）に示すように、スイッチ操
作回路１２を介して高速スイッチ１３を構成するサイリ
スタスイッチ１３ａおよびメカニカルスイッチ１３ｂを
駆動する。この結果、サイリスタスイッチ１３ａは、こ
の信号に応答して数十マイクロ秒の遅れで図６（ｃ）に
示すようにオン状態に移行し、これにより超電導限流器
は図６（ｅ）に示すように高インピーダンス状態に変化
し、短絡電流を所定値に抑制する。なお、このように抑
制される図６（ａ）に示す限流ピーク値Ｉ_Lをどの程度
に抑制し得るかは、高速スイッチ１３であるサイリスタ
スイッチ１３ａの動作速度と短絡電流のｄｉ／ｄｔによ
って決定される。

【００４６】上述したように、サイリスタスイッチ１３
ａがオンして、短絡電流を抑制した後、限流状態の継続
が必要な場合には、図６（ｄ）に示すように、所定の時
間後にメカニカルスイッチ１３ｂが閉成する。また、元
の定常状態に復帰する場合には、高速スイッチ１３をオ
フ状態に戻すだけでよい。

【００４７】図７は、図１に示す限流器５を構成する第
１〜第３の超電導コイル１〜３の構造を示す図である。
同図において、３０はコイル巻枠、１，２，３はそれぞ
れ第１〜第３の超電導コイル１〜３であり、第１の超電
導コイル１は最外層に左巻で巻回され、第２の超電導コ
イル２は中間層に左巻で巻回され、第３の超電導コイル
３は最内層に右巻で巻回されている。また、３１は第１
の超電導コイル１の端子、３２は第２の超電導コイル２
の端子、３３は第３の超電導コイル３の端子である。

【００４８】図７に示す第１〜第３の超電導コイル１〜
３は、同軸状に近接して構成され、各超電導コイル１〜
３の自己インダクタンスおよび超電導コイル間の磁気結
合係数Ｍは次の通りである。

【００４９】Ｌ１：第１の超電導コイル１の自己インダクタンス＝１
０．０ｍＨＬ２：第２の超電導コイル２の自己インダクタンス＝
９．４ｍＨＬ３：第３の超電導コイル３の自己インダクタンス＝
９．０ｍＨＭ１２：超電導コイル１と２との間の磁気結合係数＝
０．９８Ｍ２３：超電導コイル２と３との間の磁気結合係数＝
０．９９Ｍ３１：超電導コイル３と１との間の磁気結合係数＝
０．９７従って、本超電導限流器の定常インダクタンスは、上述
した式（１）から次の通りである。

【００５０】ＬＯＳ＝Ｌ１＋Ｌ２−２×Ｍ１２（Ｌ１・Ｌ２）^1/2 ＝１０．０＋９．４−２×０．９９（１０．０＋９．４）^1/2 ＝０．３９７（ｍＨ）また、限流時における超電導限流器のインダクタンスＬ
ＯＴは、式（２）から次の通りである。

【００５１】ＬＯＴ＝Ｌｐ＋Ｌｓ＝−４．５８＋９．７＝５．１２（ｍＨ）ここで、Ｌｐ３＝Ｌ３−２・Ｍ２３・（Ｌ３・Ｌ２）^1/2 ＋２・Ｍ１３・（Ｌ１・Ｌ３）^1/2 ＝９−２・０．９９・（９・９．４）^1/2 ＋２・０．９７・（１０・９）^1/2 ＝９．０９（ｍＨ）Ｌｐ２＝Ｌ２−２・Ｍ２３・（Ｌ３・Ｌ２）^1/2 −２・Ｍ１２・（Ｌ２・Ｌ１）^1/2 ＝９．４−２・０．９９・（９・９．４）^1/2 −２・０．９８・（９．４・１０）^1/2 ＝−９．２１４（ｍＨ）Ｌｐ＝−（Ｌｐ１・Ｌｐ２）／（Ｌｐ１＋Ｌｐ２）＝−（９．０９・９．２１４）／（９．０９＋９．２１４）＝−４．５８（ｍＨ）Ｌｓ＝Ｌ１＋２・Ｍ３１・（Ｌ１・Ｌ３）^1/2 −２・Ｍ１２・（Ｌ２・Ｌ１）^1/2 ＝１０＋２・０．９７・（１０・９）^1/2 −２・０．９８・（９．４・１０）^1/2 ＝９．７（ｍＨ）となるように構成されている。

【００５２】上述した実施例では、定常時には、高速ス
イッチ１３を開放して、超電導限流器を０．３９７ｍＨ
（５０Ｈｚで０．１２Ω）の低インピーダンスに維持
し、過電流状態が発生して、高速スイッチ１３が閉成し
た時には、超電導限流器のインピーダンスを０．３９７
ｍＨから５．１２ｍＨ（５０Ｈｚで１．６Ω）まで瞬時
に増大させて、限流することができる。

【００５３】上述した実施例では、超電導限流器を構成
する超電導コイルをクエンチさせることなく、任意の条
件で限流／非限流状態に選択することができ、所定の限
流インピーダンスを得ることができるので、定常時だけ
でなく、限流時においても損失を伴わず、冷凍機やクラ
イオスタットのような低温機器の熱負荷を低減すること
ができ、小型化することができる。また、クエンチ後の
超電導回復時間を必要としないので、高頻度かつ連続的
な限流動作を行うことができる。更に、限流動作に入る
条件を任意に設定できるので、通常の保護システム下で
も適用することができる。

【００５４】なお、上記実施例では、高速スイッチ１３
にサイリスタスイッチ１３ａを使用しているが、この代
わりにゲートターンオフ（ＧＴＯ）サイリスタを使用す
ることにより更に多くの利点を有することもできる。例
えば、高速スイッチをＧＴＯスイッチで構成し、そのオ
ン／オフ比を所定の周波数下で可変すれば、超電導限流
器そのもののインピーダンスを可変することができる。
すなわち、ＧＴＯスイッチをオフ状態に維持すれば、超
電導限流器のインダクタンスは上述した定常時の０．３
９７ｍＨのままであり、オフ状態に維持し続ければ、
５．１２ｍＨに上昇させることができる。従って、ＧＴ
Ｏスイッチのオン／オフ比をその中間状態に設定すれ
ば、超電導限流器のインダクタンスもその中間的な値に
することができる。

【００５５】更に、上記実施例では、超電導コイルは１
組使用しているのみであるが、適用条件に合わせて、複
数組を任意に直並列して構成してもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速スイッチが開放している通常状態の場合には、負の
磁気結合状態を有して直列接続された第１および第２の
超電導コイルが無誘導状態となって、そのインピーダン
スは低くなり、負荷に所定値以上の過電流が流れて、高
速スイッチが閉成した場合には、第２の超電導コイルと
第３の超電導コイルは無誘導状態となり、第１の超電導
コイルのインダクタンスで高インピーダンスとなり、負
荷の過電流を抑制することができるので、超電導コイル
をクエンチさせることなく、そのインピーダンスを広範
に変化させることができるため、低損失で高頻度の限流
動作に耐えることができる超電導限流器をコンパクトに
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる超電導限流器の構成
を示す図である。

【図２】図１に示す超電導限流器の高速スイッチの動作
と超電導限流器のインピーダンスとの関係を示す波形図
である。

【図３】図１に示す超電導限流器の限流器を構成する第
１〜第３の超電導コイルを示す図である。

【図４】図３に示す限流器を構成する第１〜第３の超電
導コイルの接続状態と起磁力方向を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例に係わる超電導限流器の要
部の回路を示す図である。

【図６】図５に示す超電導限流器の作用を示す波形図で
ある。

【図７】図１に示す超電導限流器に使用される第１〜第
３の超電導コイルからなる限流器の具体的構成を示す図
である。

【図８】従来の超電導限流器の回路構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１第１の超電導コイル２第２の超電導コイル３第３の超電導コイル４負荷５限流器１０電源１１変流器１２スイッチ操作回路１３高速スイッチ１３ａサイリスタスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲つる▼永和行東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者伊藤大佐神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者多田孝光東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷に流れる過電流を抑制する超電導限
流器であって、負の磁気結合状態を有するように同軸的
に設けられるとともに電気的に直列に接続された第１お
よび第２の超電導コイルと、該第２の超電導コイルと負
の磁気結合状態を有し、前記第１の超電導コイルと正の
磁気結合状態を有するように前記第１および第２の超電
導コイルに同軸的に設けられるとともに前記第２の超電
導コイルに電気的に並列に接続された第３の超電導コイ
ルと、該第３の超電導コイルに直列に接続された高速ス
イッチ手段と、負荷に流れる電流を監視し、該電流が所
定値以上の場合、前記高速スイッチ手段を閉成するよう
に制御する電流監視手段とを有することを特徴とする超
電導限流器。
【請求項２】前記高速スイッチ手段は、前記第１〜第
３の超電導コイルの合成インピーダンスを可変し得るよ
うにチョッピング制御されるゲートターンオフサイリス
タスイッチを有することを特徴とする請求項１記載の超
電導限流器。