JPH08316534A - 限流器 - Google Patents

限流器

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JPH08316534A
JPH08316534A JP7114236A JP11423695A JPH08316534A JP H08316534 A JPH08316534 A JP H08316534A JP 7114236 A JP7114236 A JP 7114236A JP 11423695 A JP11423695 A JP 11423695A JP H08316534 A JPH08316534 A JP H08316534A
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JP
Japan
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phase
transformer
coils
current limiter
iron core
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Pending
Application number
JP7114236A
Other languages
English (en)
Inventor
Kiyoshi Yamaguchi
潔 山口
Hiroshi Tomeoku
寛 留奥
Tsukasa Taniguchi
谷口  司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08316534A publication Critical patent/JPH08316534A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】3相の送電線において短絡事故が生じたとき
に、短絡電流を制限する限流器に関する。 【構成】鉄心を磁路として、1次コイル、超電導線から
なる2次コイルが巻かれている。鉄心を磁路として3巻
線リアクトルを構成するように超電導線からなるコイル
が巻かれている。3巻線リアクトルでは1線地絡時には
大きな零相リアクタンスがあるため、大きな限流効果が
現れる。1線地絡以外の系統故障時には超電導線で巻か
れた2次コイルがクエンチして1次コイルに大きな漏れ
リアクタンスが生じて限流効果が生じる。 【効果】1線地絡時に超電導コイルがクエンチすること
がなく、コンパクトで熱損失の小さな超電導限流器が実
現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は3相の送電線あるいは配
電線において短絡事故が生じたときに、短絡電流を制限
する限流器に関する。
【0002】
【従来の技術】超電導巻線において、その超電導状態と
常電導状態における電気抵抗の大きな違いを利用し、電
力系統における事故電流を抑えて短絡容量を大きくでき
る限流器が開発されつつある。
【0003】その形式は種々あり、3巻線リアクトル型
超電導限流器,無誘導巻型超電導限流器等の超電導限流
器などが考案されている。
【0004】3巻線リアクトル型超電導限流器は大きな
零相リアクタンスを持つので1線地絡故障では超電導転
移することなく限流できる特徴を持つが、それ以外の故
障では臨界電流以上の電流が流れることによる常電導転
移に伴う抵抗の発生により限流を行う。
【0005】無誘導巻型超電導限流器は系統故障時に臨
界電流以上の電流が流れることによる常電導転移に伴う
抵抗の発生により限流を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の限流器では送電
線に直列なコイルが必要であるので、極低温部と常温部
をつなぐ電流リードが必要である。電流リード部では熱
侵入による冷媒、例えば液体ヘリウムの蒸発がある。ま
た、常温近くのヘリウムガスは耐電圧が空気その他に比
べて小さい。
【0007】
【課題を解決するための手段】3相それぞれが2次側巻
線を短絡されたトランスを形成し、各相の2次側巻線に
直列に接続されたコイルによって3巻線リアクトルを形
成させ、該2次巻線は同じ臨界電流特性を有する超電導
線によって形成する。
【0008】
【作用】このようにすることで1線地絡事故時には大き
な零相リアクタンスにより限流されるので過電流が現れ
ることがなく、その他の事故にはトランスの短絡された
2次巻線がクエンチすることで1次巻線に大きなインピ
ーダンスが現れて限流する。
【0009】
【実施例】本発明の実施例を図1に示す。図1において
3相送電線1a,1b,1cはそれぞれa相,b相,c
相でありそれぞれの相は鉄心2a,2b,2cを介し1
次コイル4a,4b,4cと2次コイル5a,5b,5
cによってトランスを形成する。2次コイル5a,5
b,5cはコイル6a,6b,6cと直列に接続され、
コイル6a,6b,6cが3巻線のリアクトルを形成し
ている。それぞれの相の2次コイル5a,5b,5cと
コイル6a,6b,6cはすべて超電導線で形成されて
いる。
【0010】次に本発明による限流器の動作について説
明する。図1において送電線1aにはa相電流が流れ、
1bおよび1cで示す送電線にはb相およびc相電流が
流れている。
【0011】定常状態において、1次コイル4aと鉄心
2aおよび2次コイル5aで構成されるトランスの結合
が完全であれば、a相の電圧降下は2次側の漏れリアク
タンスで生じる。コイル6aの部分が漏れリアクタンス
を生じると考えられるが、この部分は以下に示す理由に
よってa相,b相,c相の電流が平衡状態であるときに
はリアクタンスを生じない。
【0012】Va:3巻線リアクトルのコイル6a端子
に現れる電圧 Ia,Ib,Ic:コイル6a,6b,6cの電流 j:虚数を示す ω:電流の角周波数 L:3巻線リアクトルのコイル6aの自己インダクタン
ス M:3巻線リアクトルのコイル6aとコイル6bおよび
6cの間の相互インダクタンス とするとき、
【0013】
【数1】 Va=jωLIa+jωM(Ib+Ic) …(1) この式は、次のように書き換えられる。
【0014】
【数2】 Va=jω(L−M)Ia+jωM(Ia+Ib+Ic) …(2) ここで、Io=Ia+Ib+Icとおけば
【0015】
【数3】 Va=jω(L−M)Ia+jωMIo …(3) (L−M)は3巻線リアクトルの結合が完全であり且つ
コイル6a,6b,6cが同じ大きさで同じ形状につく
られていればゼロであるが、実際問題としても非常に小
さい。また、定常時においては3相の電流が平衡してい
るのでIoは無い。したがって、Vaはほぼゼロとな
る。言い換えると定常状態においては6aには端子電圧
が現れず、漏れリアクタンスが無い状態となる。
【0016】さて(3)式から3巻線リアクトルの零相
インピーダンスはω(3M)であり、これは大きな値と
なる。送電線1a,1b,1cは短絡トランスを介して
3巻線リアクトルで磁気的に結合されている。したがっ
て、零相電流が主体である1線地絡時の短絡電流はこの
大きな零相インピーダンスにより大きくなれずに、限流
効果が現れる。
【0017】さて、1線地絡以外の系統故障時には大き
な正相および逆相電流がながれるので大きな零相インピ
ーダンスだけでは限流できないが、2次コイル5a,5
b,5cとそれに接続されるコイル6a,6b,6cが
超電導線で形成されているので2次コイル5a,5b,
5cに誘導される大きな電流により、2次コイル5a,
5b,5cあるいはそれらに接続されるコイル6a,6
b,6cがクエンチして1次コイル4a,4b,4cに
大きな漏れリアクタンス生じて限流効果が生じる。
【0018】1次コイル4a,4b,4c,2次コイル
5a,5b,5cおよびコイル6a,6b,6cはすべ
て超電導コイルとすることもできるが、1次コイル4
a,4b,4cは銅コイルでもよい。
【0019】2次コイル5a,5b,5cを構成する超
電導線の臨界電流Icとコイル6a,6b,6cを構成
する超電導線の臨界電流icの大きさの関係をIc<i
cとすれば限流動作に必要なクエンチは2次コイル5
a,5b,5cで生じるが、クエンチによって2次電流
が流れなくなるので限流の効果は十分に得られる。ま
た、Ic<icとすることによってコイル6a,6b,
6cにはクエンチを生じさせないことにすればこれらコ
イル6a,6b,6cを構成する超電導線には銅安定化
材の入った、より安定性の高い超電導線を使用すること
ができる。
【0020】2次コイル5a,5b,5cがクエンチし
たとき、2次コイルに流れる電流が急減するため1次コ
イルに電圧が現れて2次コイルは負荷となる。送電線の
電圧は最大500kVあるいは1000kVであるので
2次側にも大きな電圧が現れて、常電導転移して抵抗の
現れた2次コイルで膨大な発熱が生じる可能性がある。
1次コイルに必要な限流のためのリアクタンスは10Ω
程度なので、限流動作に入ったときの1次コイルのイン
ダクタンスは〜0.035H 程度でよい。このような条
件を満たすためには鉄心2a,2b,2cが過飽和性を
持つと都合がよい。すなわち、定常状態では1次コイル
と2次コイルを磁気的により完全に結合させるために磁
性体である鉄心は不可欠であるが、限流動作に入れば磁
気的結合が弱くなって2次側に不必要な電圧がかからな
いようにするのが良いことである。この可飽和性を持た
せるには鉄心2a,2b,2cの材質を飽和磁束密度の
低いものにすることである。また、通常の鉄心を使っ
て、図4に示すようにトランスの鉄心2a,2b,2c
の中央をくり抜くことによっても実現できる。
【0021】2次コイル5a,5b,5cを構成する超
電導線についても銅安定化材の入った、より安定性の高
い超電導線を使用することができる。これは送電線に直
接接続されて常電導発生によって抵抗で限流するタイプ
では抵抗を大きくとるため銅安定化材が使えないのに対
し、トランス2次側の超電導コイルをクエンチさせて1
次側コイルにリアクタンスを生じさせるタイプでは、上
記の説明のように2次コイルがクエンチして常電導転移
したときの抵抗が1次側コイルに現れるリアクタンスに
影響しないことによる。
【0022】銅安定化材を持たない超電導線で構成され
たコイルの励磁安定性には多くの問題がある事は数多く
指摘されており、銅安定化材入りの超電導線を使えるこ
とは大きな利点である。
【0023】また、1次コイル4a,4b,4cを銅コ
イルとした場合、超電導コイルとした場合に必要なクラ
イオスタット構造,ヘリウム等の冷媒を使うことによる
耐電圧が小さくなる問題,侵入熱などによる冷媒の消費
に伴う熱損失が無くなる利点をもつ。
【0024】以上3相3巻線リアクトルを対象に述べて
きたが、単相の送電線や配電線には3相3巻線リアクト
ルは使用できないので、可飽和性の鉄心を用いた限流器
のみを使用することができる。鉄心の材質は飽和磁束密
度の低いものであってもよい。また、図5に1相分を示
すように鉄心2aの中央をくり抜くことによっても実現
できる。
【0025】このように可飽和性の鉄心を用いること
で、限流は2次コイルのクエンチに伴い1次巻線に生じ
るリアクタンスによって行われるので、2次巻線に用い
る超電導線には励磁安定性の良い銅安定化材入りのもの
を使用することができる。
【0026】言うまでもないが、可飽和性の鉄心を用い
た限流器を3相送電線に適用することもできる。
【0027】鉄心の可飽和性についてはトランスの1次
巻線部分には必ずしも必要ではなく、2次巻線部分と継
鉄の部分に必要なものである。これは以下の理由によ
る。すなわち、1次巻線は必要な限流リアクタンスを得
るために、その部分の鉄心には適当な飽和特性が求めら
れる。一方、2次巻線では限流時の1次巻線との磁気的
結合をなるべく少なくしたいという要請があるので、継
鉄部分と2次巻線位置の鉄心には可飽和特性が必要とさ
れる。これを実現するために図6に示すように、鉄心9
の部分の材質は飽和磁束密度の低いものであってもよ
い。また、図7に示すように鉄心10の中央をくり抜く
ことによっても実現できる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば1線
地絡時に超電導コイルがクエンチすることがなく、コン
パクトで熱損失の小さな超電導限流器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である。
【図2】従来例としての限流器である。
【図3】従来例としての限流器である。
【図4】他の実施例である。
【図5】他の実施例である。
【図6】他の実施例である。
【図7】他の実施例である。
【符号の説明】
1,1a,1b,1c…送電線、2,2a,2b,2c
…トランス鉄心、3…3巻線リアクトル鉄心、4,4
a,4b,4c…1次コイル、5,5a,5b,5c…
2次コイル、6a,6b,6c…コイル、7a,7b,
7c…限流コイル、8a,8b,8c…無誘導コイル、
9…トランスの継鉄および2次巻線部の鉄心、10…ト
ランスの継鉄および2次巻線部の中空鉄心。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】3相送電線に取付けられた限流器におい
    て、3相それぞれが2次側巻線を短絡されたトランスを
    形成し、各相の2次側巻線に直列に接続されたコイルに
    よって3相3巻線リアクトルを形成させ、2次巻線と3
    相3巻線リアクトルは超電導線で形成することを特徴と
    する限流器。
  2. 【請求項2】請求項1において、すべての相の2次巻線
    は同じ臨界電流をもつことを特徴とする限流器。
  3. 【請求項3】請求項2において、3相3巻線リアクトル
    を構成するコイルは同じ臨界電流特性をもち、その臨界
    電流は2次巻線の臨界電流より大きいことを特徴とする
    限流器。
  4. 【請求項4】請求項1,2,3のいずれかに記載の該各
    相のトランスと3相3巻線リアクトルは鉄心を有するこ
    とを特徴とする限流器。
  5. 【請求項5】請求項1,2,3,4のいずれかに記載の
    3相3巻線リアクトルを構成するコイル使用する超電導
    線は銅安定化材入りの交流用超電導線であることを特徴
    とする限流器。
  6. 【請求項6】請求項4あるいは5に記載の各相のトラン
    スの鉄心は可飽和性を持つことを特徴とする限流器。
  7. 【請求項7】請求項6において各相のトランスの鉄心の
    材質は飽和磁束密度が低いものであることを特徴とする
    限流器。
  8. 【請求項8】請求項6において各相のトランスの鉄心の
    中央をくり抜いたことを特徴とする限流器。
  9. 【請求項9】請求項6,7,8のいずれかに記載の該相
    のトランスの2次コイルに使用する超電導線は銅安定化
    材入りの交流用超電導線であることを特徴とする限流
    器。
  10. 【請求項10】3相あるいは単相の送電線に取付けられ
    た限流器において、各相において2次側巻線を短絡され
    たトランスを形成し、2次巻線は超電導線で形成するこ
    とを特徴とする限流器。
  11. 【請求項11】請求項10において各相のトランスは可
    飽和性の鉄心を有することを特徴とする限流器。
  12. 【請求項12】請求項11において各相のトランスの鉄
    心の材料として飽和磁束密度が低いものであることを特
    徴とする限流器。
  13. 【請求項13】請求項11において各相のトランスの鉄
    心の中央をくり抜いたことを特徴とする限流器。
  14. 【請求項14】請求項11,12,13のいずれかに記
    載の該相のトランスの2次コイルに使用する超電導線は
    銅安定化材入りの交流用超電導線であることを特徴とす
    る限流器。
  15. 【請求項15】請求項6,9,11あるいは14のいず
    れかに記載の該鉄心9が可飽和性である事を特徴とする
    限流器。
  16. 【請求項16】請求項15において鉄心9の材料として
    飽和磁束密度が低いものであることを特徴とする限流
    器。
  17. 【請求項17】請求項15において鉄心10の中央をく
    り抜いたことを特徴とする限流器。
JP7114236A 1995-05-12 1995-05-12 限流器 Pending JPH08316534A (ja)

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