JPH09130966A - 超電導限流装置 - Google Patents
超電導限流装置Info
- Publication number
- JPH09130966A JPH09130966A JP7284953A JP28495395A JPH09130966A JP H09130966 A JPH09130966 A JP H09130966A JP 7284953 A JP7284953 A JP 7284953A JP 28495395 A JP28495395 A JP 28495395A JP H09130966 A JPH09130966 A JP H09130966A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current limiting
- superconducting
- superconducting current
- limiting resistor
- resistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting 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)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 短絡等による限流動作を実現するために電力
系統２２に限流リアクトル２６を挿入し、定常時におけ
る損失を減少するためにスイッチとしての超電導限流抵
抗体２７を前記限流リアクトル２６に並列に接続するよ
うにした超電導限流装置２１において、低コスト化を図
る。 【解決手段】 前記超電導限流抵抗体２７に関連してダ
イオードＤ１〜Ｄ４のブリッジから成る整流回路２８を
設ける。したがって、超電導限流抵抗体２７に直流用の
線材を使用することができ、交流用の線材に比べてコス
トを格段に削減することができる。
系統２２に限流リアクトル２６を挿入し、定常時におけ
る損失を減少するためにスイッチとしての超電導限流抵
抗体２７を前記限流リアクトル２６に並列に接続するよ
うにした超電導限流装置２１において、低コスト化を図
る。 【解決手段】 前記超電導限流抵抗体２７に関連してダ
イオードＤ１〜Ｄ４のブリッジから成る整流回路２８を
設ける。したがって、超電導限流抵抗体２７に直流用の
線材を使用することができ、交流用の線材に比べてコス
トを格段に削減することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導限流抵抗体
を用いて電力系統の短絡故障電流を抑制するために好適
に実施される超電導限流装置に関する。
を用いて電力系統の短絡故障電流を抑制するために好適
に実施される超電導限流装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、典型的な従来技術の限流装置１
が介在される電力系統２を説明するための図である。こ
の電力系統２は、たとえば６．６（ｋＶ）の三相対称回
路の単相分で表している。したがって、電源３の出力電
圧は、 ６．６（ｋＶ）／√３≒４（ｋＶ） …（１） となる。
が介在される電力系統２を説明するための図である。こ
の電力系統２は、たとえば６．６（ｋＶ）の三相対称回
路の単相分で表している。したがって、電源３の出力電
圧は、 ６．６（ｋＶ）／√３≒４（ｋＶ） …（１） となる。
【０００３】前記限流装置１は、限流リアクトル４と、
コンデンナ５と、サイリスタ６と、制御回路７とを備え
て構成されている。前記限流リアクトル４と、コンデン
サ５とは相互に直列に接続されて前記電力系統２に介在
されており、負荷８への負荷電流を供給している。前記
コンデンサ５は、限流リアクトル４と共振し、該限流リ
アクトル４の挿入による電圧降下を補償するために設け
られている。また、前記コンデンサ５には並列にサイリ
スタ６が設けられており、このサイリスタ６は、制御回
路７によって導通／遮断制御される。
コンデンナ５と、サイリスタ６と、制御回路７とを備え
て構成されている。前記限流リアクトル４と、コンデン
サ５とは相互に直列に接続されて前記電力系統２に介在
されており、負荷８への負荷電流を供給している。前記
コンデンサ５は、限流リアクトル４と共振し、該限流リ
アクトル４の挿入による電圧降下を補償するために設け
られている。また、前記コンデンサ５には並列にサイリ
スタ６が設けられており、このサイリスタ６は、制御回
路７によって導通／遮断制御される。
【０００４】制御回路７は、前記負荷電流をモニタして
おり、参照符９で示すように短絡故障が発生し、前記負
荷電流が予め定める整定値以上となると、前記サイリス
タ６のゲートを駆動して、該サイリスタ６を導通させ
る。これによって、図４において参照符α１で示す負荷
電流が、電源３のインピーダンス３ａおよび限流リアク
トル４の合成インピーダンスによって決定される過電流
状態から、サイリスタ６の導通タイミングｔ１以降は、
コンデンサ５の端子間が短絡されることによって、参照
符α２で示すように抑制される。すなわち、たとえば、
参照符β０で示すレベルの該電力系統２の定格負荷電流
が、前記短絡故障によって参照符β１で示すような数十
倍のレベルになってしまうのに対して、参照符β２で示
すように、１０倍程度に抑えることができる。
おり、参照符９で示すように短絡故障が発生し、前記負
荷電流が予め定める整定値以上となると、前記サイリス
タ６のゲートを駆動して、該サイリスタ６を導通させ
る。これによって、図４において参照符α１で示す負荷
電流が、電源３のインピーダンス３ａおよび限流リアク
トル４の合成インピーダンスによって決定される過電流
状態から、サイリスタ６の導通タイミングｔ１以降は、
コンデンサ５の端子間が短絡されることによって、参照
符α２で示すように抑制される。すなわち、たとえば、
参照符β０で示すレベルの該電力系統２の定格負荷電流
が、前記短絡故障によって参照符β１で示すような数十
倍のレベルになってしまうのに対して、参照符β２で示
すように、１０倍程度に抑えることができる。
【０００５】しかしながら、上述の限流装置１では、短
絡故障の発生タイミングｔ２から、少なくとも半周期ま
たは１周期（図４の例では半周期）が経過した前記タイ
ミングｔ１からでしか限流動作を行うことができず、す
なわち短絡故障電流の第１波を観測しなければ限流動作
を行うことができず、長時間、過電流が流れ続けるとい
う問題がある。
絡故障の発生タイミングｔ２から、少なくとも半周期ま
たは１周期（図４の例では半周期）が経過した前記タイ
ミングｔ１からでしか限流動作を行うことができず、す
なわち短絡故障電流の第１波を観測しなければ限流動作
を行うことができず、長時間、過電流が流れ続けるとい
う問題がある。
【０００６】また、電力系統の大規模化に伴って、短絡
故障電流は増大する傾向にあるのに対して、遮断器の最
大電流遮断能力には限界がある。したがって、定常状態
ではインピーダンスを呈さず、短絡故障に伴う過電流発
生時には、即時にインピーダンス素子となって限流動作
を行うようにした超電導限流抵抗体を用いる限流装置が
提案されている。
故障電流は増大する傾向にあるのに対して、遮断器の最
大電流遮断能力には限界がある。したがって、定常状態
ではインピーダンスを呈さず、短絡故障に伴う過電流発
生時には、即時にインピーダンス素子となって限流動作
を行うようにした超電導限流抵抗体を用いる限流装置が
提案されている。
【０００７】図５は、限流装置として超電導限流抵抗体
１１が用いられる電力系統１２を説明するための図であ
る。なお、この図５において前述の図３に類似し、対応
する部分には、同一の参照符号を付してその説明を省略
する。
１１が用いられる電力系統１２を説明するための図であ
る。なお、この図５において前述の図３に類似し、対応
する部分には、同一の参照符号を付してその説明を省略
する。
【０００８】前記超電導限流抵抗体１１は、定常時には
その抵抗値は零となっており、したがって抵抗発熱もな
く、かつインダクタンスも充分低い状態にあり、前記電
力系統１２に無損失で介在されている。これに対して、
短絡故障が発生すると、急激な短絡故障電流の立上がり
のためにクエンチを引起し、超電導状態が壊れて高抵抗
となり、所望とする限流動作を行うものである。
その抵抗値は零となっており、したがって抵抗発熱もな
く、かつインダクタンスも充分低い状態にあり、前記電
力系統１２に無損失で介在されている。これに対して、
短絡故障が発生すると、急激な短絡故障電流の立上がり
のためにクエンチを引起し、超電導状態が壊れて高抵抗
となり、所望とする限流動作を行うものである。
【０００９】このような超電導限流抵抗体１１には、以
下のような機能が要求される。
下のような機能が要求される。
【００１０】ｉ．定常時における交流負荷電流に対し
て、超電導状態を維持して、抵抗は零であること。
て、超電導状態を維持して、抵抗は零であること。
【００１１】ii．インダクタンスは、充分小さく、電圧
降下が無視できる程度であること。
降下が無視できる程度であること。
【００１２】iii.クエンチによって常電導状態となった
ときには、所望とする限流特性を発揮できるように高抵
抗を呈すること。
ときには、所望とする限流特性を発揮できるように高抵
抗を呈すること。
【００１３】iv．遮断器の動作によって、短絡故障電流
が遮断されるまで、たとえば６０〜１００ｍｓｅｃまで
の間に、常電導となることによる発熱を極力小さくする
とともに、所定時間経過後の再投入時には、超電導状態
にまで冷却されていること。
が遮断されるまで、たとえば６０〜１００ｍｓｅｃまで
の間に、常電導となることによる発熱を極力小さくする
とともに、所定時間経過後の再投入時には、超電導状態
にまで冷却されていること。
【００１４】しかしながら、たとえば前記式１から電源
３の出力電圧を４（ｋＶ）とし、該超電導限流抵抗体１
１が設けられていない状態では、短絡故障電流は、前記
インピーダンス３ａを０．１（Ω）とすると、 ４（ｋＶ）／０．１（Ω）＝４０（ｋＡ） …（２） となる。
３の出力電圧を４（ｋＶ）とし、該超電導限流抵抗体１
１が設けられていない状態では、短絡故障電流は、前記
インピーダンス３ａを０．１（Ω）とすると、 ４（ｋＶ）／０．１（Ω）＝４０（ｋＡ） …（２） となる。
【００１５】これに対して、該超電導限流抵抗体１１の
前記クエンチ時における抵抗値を０．４（Ω）とする
と、合成インピーダンスＺは、
前記クエンチ時における抵抗値を０．４（Ω）とする
と、合成インピーダンスＺは、
【００１６】
【数１】
【００１７】であるので、前記短絡故障電流を、 ４（ｋＶ）／０．４（Ω）＝１０（ｋＡ） …（４） に抑えることができる。
【００１８】しかしながら、この間の超電導限流抵抗体
１１での消費電力Ｐは、 Ｐ＝｛１０（ｋＡ）｝2 ×０．４（Ω）＝４０（ＭＷ） …（５） となり、前記短絡故障電流が遮断されるまでの時間を、
たとえば１００ｍｓｅｃとすると、その間のエネルギー
は、 ４０（ＭＷ）×０．１（ｓｅｃ）×８６０（ｋｃａｌ／ｋＷｈ） ／３６００（ｓｅｃ）≒１（Ｍｃａｌ） …（６） となる。
１１での消費電力Ｐは、 Ｐ＝｛１０（ｋＡ）｝2 ×０．４（Ω）＝４０（ＭＷ） …（５） となり、前記短絡故障電流が遮断されるまでの時間を、
たとえば１００ｍｓｅｃとすると、その間のエネルギー
は、 ４０（ＭＷ）×０．１（ｓｅｃ）×８６０（ｋｃａｌ／ｋＷｈ） ／３６００（ｓｅｃ）≒１（Ｍｃａｌ） …（６） となる。
【００１９】したがって、たとえば前記超電導限流抵抗
体１１が、比熱０．１（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）の金属体
から構成されているとき、線材重量を１００（ｋｇ）と
すると、約１００（℃）の温度上昇を招くことになる。
したがって、発生した熱を除去して短時間で再投入を行
うことは極めて困難であることが理解される。
体１１が、比熱０．１（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）の金属体
から構成されているとき、線材重量を１００（ｋｇ）と
すると、約１００（℃）の温度上昇を招くことになる。
したがって、発生した熱を除去して短時間で再投入を行
うことは極めて困難であることが理解される。
【００２０】図６は、上述のような不具合を解消するた
めに提案されている限流装置１５を備える電力系統１６
を説明するための図である。この図６において、前述の
図５に類似し、対応する部分には、同一の参照符号を付
してその説明を省略する。
めに提案されている限流装置１５を備える電力系統１６
を説明するための図である。この図６において、前述の
図５に類似し、対応する部分には、同一の参照符号を付
してその説明を省略する。
【００２１】前記限流装置１５は、前記超電導限流抵抗
体１１と、限流リアクトル１７とが、相互に並列に接続
された状態で、前記電力系統１６に介在されて構成され
ている。前記限流リアクトル１７のインピーダンスは、
たとえば０．４（Ω）であり、したがって、定常時に
は、全負荷電流が超電導限流抵抗体１１によって限流リ
アクトル１７をバイパスして流れている。これに対して
短絡故障時には、超電導限流抵抗体１１の抵抗値が、た
とえば１０（Ω）に急速に増大し、短絡故障電流はその
ほとんどが前記限流リアクトル１７を流れることにな
り、ほぼ１０（ｋＡ）に抑えられる。
体１１と、限流リアクトル１７とが、相互に並列に接続
された状態で、前記電力系統１６に介在されて構成され
ている。前記限流リアクトル１７のインピーダンスは、
たとえば０．４（Ω）であり、したがって、定常時に
は、全負荷電流が超電導限流抵抗体１１によって限流リ
アクトル１７をバイパスして流れている。これに対して
短絡故障時には、超電導限流抵抗体１１の抵抗値が、た
とえば１０（Ω）に急速に増大し、短絡故障電流はその
ほとんどが前記限流リアクトル１７を流れることにな
り、ほぼ１０（ｋＡ）に抑えられる。
【００２２】このとき、限流リアクトル１７、したがっ
て超電導限流抵抗体１１の端子間電圧は、前記遮断器が
作動するまでの時間、たとえば１００（ｍｓｅｃ）の間
に、最大でも４（ｋＶ）であり、したがって常電導化し
た超電導限流抵抗体１１で消費される電力Ｐは、 ｛４（ｋＶ）／１０（Ω）｝2 ×１０（Ω）＝１．６（ＭＷ） …（７） であり、発生する熱量は、 １．６（ＭＷ）×０．１（ｓｅｃ）×８６０（ｋｃａｌ／ｋＷｈ） ／３６００（ｓｅｃ）≒４０（ｋｃａｌ） …（８） に留まり、その発生した熱を除去して、短時間のうちに
再投入が可能となるように構成されている。
て超電導限流抵抗体１１の端子間電圧は、前記遮断器が
作動するまでの時間、たとえば１００（ｍｓｅｃ）の間
に、最大でも４（ｋＶ）であり、したがって常電導化し
た超電導限流抵抗体１１で消費される電力Ｐは、 ｛４（ｋＶ）／１０（Ω）｝2 ×１０（Ω）＝１．６（ＭＷ） …（７） であり、発生する熱量は、 １．６（ＭＷ）×０．１（ｓｅｃ）×８６０（ｋｃａｌ／ｋＷｈ） ／３６００（ｓｅｃ）≒４０（ｋｃａｌ） …（８） に留まり、その発生した熱を除去して、短時間のうちに
再投入が可能となるように構成されている。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】一方、超電導線材は、
交流で使用されると、交番磁界によって、ヒステリシス
損や結合損などの損失が増加する。また、超電導状態を
安定して得るためには、クエンチしにくくする必要があ
る。このため、交流用の超電導線材には、細線化とツイ
ストピッチの短縮化が要求される。これによって、多数
の線材のうち、一部にクエンチが発生しても、残余の線
材によって電流が流れることになり、かつ放熱も良好と
なり、したがってクエンチしにくくなるとともに、低誘
導となって前記損失を減少することもできる。
交流で使用されると、交番磁界によって、ヒステリシス
損や結合損などの損失が増加する。また、超電導状態を
安定して得るためには、クエンチしにくくする必要があ
る。このため、交流用の超電導線材には、細線化とツイ
ストピッチの短縮化が要求される。これによって、多数
の線材のうち、一部にクエンチが発生しても、残余の線
材によって電流が流れることになり、かつ放熱も良好と
なり、したがってクエンチしにくくなるとともに、低誘
導となって前記損失を減少することもできる。
【００２４】しかしながら、このような動作を実現する
ための交流用の超電導線材は、たとえば広く用いられて
いるＮｂＴｉ線材のものを例にとると、フィラメントと
称される素線の本数は、数十万本となり、かつ素線径は
数分の一（μｍ）となり、またツイストピッチは、数
（ｍｍ）となる。これに対して、直流用の超電導線材で
は、前記フィラメントの本数は、数百本となり、かつ素
線径は数十（μｍ）となり、ツイストピッチは数十（ｍ
ｍ）となる。
ための交流用の超電導線材は、たとえば広く用いられて
いるＮｂＴｉ線材のものを例にとると、フィラメントと
称される素線の本数は、数十万本となり、かつ素線径は
数分の一（μｍ）となり、またツイストピッチは、数
（ｍｍ）となる。これに対して、直流用の超電導線材で
は、前記フィラメントの本数は、数百本となり、かつ素
線径は数十（μｍ）となり、ツイストピッチは数十（ｍ
ｍ）となる。
【００２５】したがって、交流用の超電導線材は、同程
度の電流容量の直流用線材の十倍程度となっている。こ
のことは、冷却にヘリウム温度が必要となる前記ＮｂＴ
ｉを始めとする金属系線材に対して、現在開発の進めら
れており、冷却面で有利な高温超電導線材であっても、
同様に予想されている。
度の電流容量の直流用線材の十倍程度となっている。こ
のことは、冷却にヘリウム温度が必要となる前記ＮｂＴ
ｉを始めとする金属系線材に対して、現在開発の進めら
れており、冷却面で有利な高温超電導線材であっても、
同様に予想されている。
【００２６】本発明の目的は、線材コストを削減するこ
とができる超電導限流装置を提供することである。
とができる超電導限流装置を提供することである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る超
電導限流装置は、電力系統に介在され、相互に並列に接
続される超電導限流抵抗体と限流リアクトルとを備え、
定常時には前記限流リアクトルを前記超電導限流抵抗体
によってバイパスしておき、過電流発生時には前記超電
導限流抵抗体のクエンチによって前記限流リアクトルに
電流が流れるようにした超電導限流装置において、前記
超電導限流抵抗体に関連して整流ブリッジ回路を設け、
該整流ブリッジ回路の両交流端子を前記限流リアクトル
の両端子にそれぞれ接続し、該整流ブリッジ回路の両直
流端子を前記超電導限流抵抗体の両端子にそれぞれ接続
することを特徴とする。
電導限流装置は、電力系統に介在され、相互に並列に接
続される超電導限流抵抗体と限流リアクトルとを備え、
定常時には前記限流リアクトルを前記超電導限流抵抗体
によってバイパスしておき、過電流発生時には前記超電
導限流抵抗体のクエンチによって前記限流リアクトルに
電流が流れるようにした超電導限流装置において、前記
超電導限流抵抗体に関連して整流ブリッジ回路を設け、
該整流ブリッジ回路の両交流端子を前記限流リアクトル
の両端子にそれぞれ接続し、該整流ブリッジ回路の両直
流端子を前記超電導限流抵抗体の両端子にそれぞれ接続
することを特徴とする。
【００２８】上記の構成によれば、超電導限流抵抗体に
直流用の超電導線材を使用することができ、交流用の超
電導線材を用いる場合に比べて、線材価格を格段に削減
することができる。また、整流ブリッジ回路による損失
は、たとえば０．１％程度と僅かであるとともに、その
コストも、前記超電導線材を直流用に代えて交流用を使
用する場合に比べて、格段に抑えることができる。こう
して、定常時における損失がなく、かつ過電流に対する
応答性も良好な超電導限流抵抗体を用いて限流装置を実
現するにあたって、低コスト化を図ることができる。
直流用の超電導線材を使用することができ、交流用の超
電導線材を用いる場合に比べて、線材価格を格段に削減
することができる。また、整流ブリッジ回路による損失
は、たとえば０．１％程度と僅かであるとともに、その
コストも、前記超電導線材を直流用に代えて交流用を使
用する場合に比べて、格段に抑えることができる。こう
して、定常時における損失がなく、かつ過電流に対する
応答性も良好な超電導限流抵抗体を用いて限流装置を実
現するにあたって、低コスト化を図ることができる。
【００２９】また請求項２の発明に係る超電導限流装置
では、前記超電導限流抵抗体と直列にインダクタンス成
分を挿入することを特徴とする。
では、前記超電導限流抵抗体と直列にインダクタンス成
分を挿入することを特徴とする。
【００３０】上記の構成によれば、前記整流ブリッジ回
路で整流されて脈流となっている電流が、前記インダク
タンス成分によって蓄積／放出されて、還流することに
なり、平滑化された電流を作成することができる。
路で整流されて脈流となっている電流が、前記インダク
タンス成分によって蓄積／放出されて、還流することに
なり、平滑化された電流を作成することができる。
【００３１】さらにまた請求項３の発明に係る超電導限
流装置では、前記インダクタンス成分は、前記超電導限
流抵抗体の自己インダクタンスで実現されることを特徴
とする。
流装置では、前記インダクタンス成分は、前記超電導限
流抵抗体の自己インダクタンスで実現されることを特徴
とする。
【００３２】上記の構成によれば、超電導限流抵抗体を
構成する超電導線材をコイル状に巻回して、そのターン
数などを最適化することによって、特別な構成を用いる
ことなく、前記請求項２で述べた平滑化に要する所望と
するインダクタンスを得ることができる。
構成する超電導線材をコイル状に巻回して、そのターン
数などを最適化することによって、特別な構成を用いる
ことなく、前記請求項２で述べた平滑化に要する所望と
するインダクタンスを得ることができる。
【００３３】また請求項４の発明に係る超電導限流装置
では、前記インダクタンス成分は、前記整流ブリッジ回
路を構成するダイオードが有するインダクタンスで実現
されることを特徴とする。
では、前記インダクタンス成分は、前記整流ブリッジ回
路を構成するダイオードが有するインダクタンスで実現
されることを特徴とする。
【００３４】上記の構成によれば、前記超電導限流抵抗
体が超電導線材を無誘導巻することによって構成されて
いる場合でも、前記平滑化のために所望とするインダク
タンスを得ることができる。
体が超電導線材を無誘導巻することによって構成されて
いる場合でも、前記平滑化のために所望とするインダク
タンスを得ることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図１および図２に基づいて説明すれば以下のとおりであ
る。
図１および図２に基づいて説明すれば以下のとおりであ
る。
【００３６】図１は、本発明の実施の一形態の限流装置
２１を備える電力系統２２を説明するための図である。
なお、この電力系統２２は、三相対称回路の単相分を示
しており、したがって電源２３の出力電圧は、前記式１
から、約４（ｋＶ）となっている。また、前記電源２３
のインピーダンスを参照符２３ａで示し、前記電力系統
２２に接続されている負荷を参照符２４で示し、短絡箇
所を参照符２５で示す。
２１を備える電力系統２２を説明するための図である。
なお、この電力系統２２は、三相対称回路の単相分を示
しており、したがって電源２３の出力電圧は、前記式１
から、約４（ｋＶ）となっている。また、前記電源２３
のインピーダンスを参照符２３ａで示し、前記電力系統
２２に接続されている負荷を参照符２４で示し、短絡箇
所を参照符２５で示す。
【００３７】前記限流装置２１は、限流リアクトル２６
と、超電導限流抵抗体２７と、整流回路２８とを備えて
構成されている。整流回路２８は、４組のダイオードＤ
１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４（以下総称するときは参照符Ｄで
示す）がブリッジ状に接続されて構成されている。
と、超電導限流抵抗体２７と、整流回路２８とを備えて
構成されている。整流回路２８は、４組のダイオードＤ
１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４（以下総称するときは参照符Ｄで
示す）がブリッジ状に接続されて構成されている。
【００３８】前記整流回路２８において、交流端子であ
るダイオードＤ１とＤ４との接続点３１およびダイオー
ドＤ２とＤ３との接続点３２は、それぞれ限流リアクト
ル２６の両端子に接続され、直流端子であるダイオード
Ｄ１とＤ２との接続点３３およびダイオードＤ３とＤ４
との接続点３４は、それぞれ超電導限流抵抗体２７の両
端子に接続されている。
るダイオードＤ１とＤ４との接続点３１およびダイオー
ドＤ２とＤ３との接続点３２は、それぞれ限流リアクト
ル２６の両端子に接続され、直流端子であるダイオード
Ｄ１とＤ２との接続点３３およびダイオードＤ３とＤ４
との接続点３４は、それぞれ超電導限流抵抗体２７の両
端子に接続されている。
【００３９】前記各組のダイオードＤは、たとえば定格
電圧３（ｋＶ）、定格電流２．５（ｋＡ）、１０（ｍｓ
ｅｃ）での耐電流４３（ｋＡ）のダイオード素子が３個
直列に接続されて構成されている。
電圧３（ｋＶ）、定格電流２．５（ｋＡ）、１０（ｍｓ
ｅｃ）での耐電流４３（ｋＡ）のダイオード素子が３個
直列に接続されて構成されている。
【００４０】また、超電導限流抵抗体２７を構成する線
材は、たとえばＮｂＴｉ系の高温超電導線材から成り、
その臨界電流密度は、３５（Ｋ）において１３６（ｋＡ
／ｃｍ2 ）であり、臨界温度は８０（Ｋ）であり、常温
での抵抗率は１００（μΩｃｍ）である。
材は、たとえばＮｂＴｉ系の高温超電導線材から成り、
その臨界電流密度は、３５（Ｋ）において１３６（ｋＡ
／ｃｍ2 ）であり、臨界温度は８０（Ｋ）であり、常温
での抵抗率は１００（μΩｃｍ）である。
【００４１】一方、要求される仕様では、たとえば定常
電流を１５００（Ａ）とし、クエンチ開始電流を１０
（ｋＡ）の短絡故障電流の１／２の５０００（Ａ）と
し、クエンチ時の抵抗を１０（Ω）とするために、常温
での抵抗値を５０（Ω）とする。
電流を１５００（Ａ）とし、クエンチ開始電流を１０
（ｋＡ）の短絡故障電流の１／２の５０００（Ａ）と
し、クエンチ時の抵抗を１０（Ω）とするために、常温
での抵抗値を５０（Ω）とする。
【００４２】したがって、この超電導限流抵抗体２７を
構成する線材は、その断面積が０．０３６８（ｃｍ2 ）
となり、一相当りの長さは１８４（ｍ）となる。また、
その線材のうち、約３８（ｍ）分が、内径０．３（ｍ）
および高さ１（ｍ）のコイル状に巻回、すなわちターン
数が４０のコイル状に形成されており、これによって約
０．１（ｍＨ）のインダクタンスを有する。
構成する線材は、その断面積が０．０３６８（ｃｍ2 ）
となり、一相当りの長さは１８４（ｍ）となる。また、
その線材のうち、約３８（ｍ）分が、内径０．３（ｍ）
および高さ１（ｍ）のコイル状に巻回、すなわちターン
数が４０のコイル状に形成されており、これによって約
０．１（ｍＨ）のインダクタンスを有する。
【００４３】上述のように構成された限流装置２１にお
いて、定常時には、線路電流は、ダイオードＤ１→超電
導限流抵抗体２７→ダイオードＤ３、またはダイオード
Ｄ２→超電導限流抵抗体２７→ダイオードＤ４の経路で
流れている。このとき、超電導限流抵抗体２７に流れる
電流は、前述のように該超電導限流抵抗体の有するイン
ダクタンス成分によって、図１において、参照符ｉ１ま
たはｉ２からｉ３で示すように還流する。これによっ
て、図２において参照符γ１で示すようにダイオードＤ
によって全波整流されて得られる脈流が、参照符γ２で
示すように、平滑化されることになる。これによって、
前記線路電流が零点を通過しているときであっても、こ
の限流装置２１の入出力端子間の電圧は零となる。ま
た、ダイオードＤによる損失はほとんどなく、たとえば
０．１（％）程度である。
いて、定常時には、線路電流は、ダイオードＤ１→超電
導限流抵抗体２７→ダイオードＤ３、またはダイオード
Ｄ２→超電導限流抵抗体２７→ダイオードＤ４の経路で
流れている。このとき、超電導限流抵抗体２７に流れる
電流は、前述のように該超電導限流抵抗体の有するイン
ダクタンス成分によって、図１において、参照符ｉ１ま
たはｉ２からｉ３で示すように還流する。これによっ
て、図２において参照符γ１で示すようにダイオードＤ
によって全波整流されて得られる脈流が、参照符γ２で
示すように、平滑化されることになる。これによって、
前記線路電流が零点を通過しているときであっても、こ
の限流装置２１の入出力端子間の電圧は零となる。ま
た、ダイオードＤによる損失はほとんどなく、たとえば
０．１（％）程度である。
【００４４】したがって、該限流装置２１は、電圧降下
のほとんどないスイッチとしての機能を果たすことが理
解される。
のほとんどないスイッチとしての機能を果たすことが理
解される。
【００４５】これに対して、前記定常電流を上回る過大
な電流が超電導限流抵抗体２７に流れると、クエンチに
よって直ちに常電導に戻り、限流リアクトル２６のイン
ピーダンス、たとえば０．４（Ω）よりも充分高い、た
とえば前記１０（Ω）となる。したがって、短絡故障電
流はそのほとんどが限流リアクトル２６を通過すること
になり、該短絡故障電流が制限されるとともに、超電導
限流抵抗体２７での発熱を最小限に抑えることができ、
再復帰の時間を短縮することができる。この超電導限流
抵抗体２７の常電導時の抵抗値を高くする程、短絡故障
電流による前記発熱量を低減させることができる。
な電流が超電導限流抵抗体２７に流れると、クエンチに
よって直ちに常電導に戻り、限流リアクトル２６のイン
ピーダンス、たとえば０．４（Ω）よりも充分高い、た
とえば前記１０（Ω）となる。したがって、短絡故障電
流はそのほとんどが限流リアクトル２６を通過すること
になり、該短絡故障電流が制限されるとともに、超電導
限流抵抗体２７での発熱を最小限に抑えることができ、
再復帰の時間を短縮することができる。この超電導限流
抵抗体２７の常電導時の抵抗値を高くする程、短絡故障
電流による前記発熱量を低減させることができる。
【００４６】このように本発明に従う限流装置２１で
は、過電流を抑制するための限流リアクトル２６に限流
動作を発揮させるスイッチ機能を備える超電導限流抵抗
体２７を該限流リアクトル２６と並列に設けるにあたっ
て、整流回路２８によって前記超電導限流抵抗体２７を
流れる電流を直流とする。したがって、該超電導限流抵
抗体２７に線材価格の格段に安価な直流用の線材を使用
することができ、低コスト化を図ることができる。
は、過電流を抑制するための限流リアクトル２６に限流
動作を発揮させるスイッチ機能を備える超電導限流抵抗
体２７を該限流リアクトル２６と並列に設けるにあたっ
て、整流回路２８によって前記超電導限流抵抗体２７を
流れる電流を直流とする。したがって、該超電導限流抵
抗体２７に線材価格の格段に安価な直流用の線材を使用
することができ、低コスト化を図ることができる。
【００４７】また、超電導限流抵抗体２７にインダクタ
ンス成分を持たせるので、整流回路２８での全波整流に
よる脈流を平滑化することができる。
ンス成分を持たせるので、整流回路２８での全波整流に
よる脈流を平滑化することができる。
【００４８】なお、前記超電導限流抵抗体２７が無誘導
巻線などで構成され、インダクタンス成分を備えていな
いときには、整流回路２８の各ダイオードＤの有するイ
ンダクタンス成分によっても同様の動作を実現すること
ができる。
巻線などで構成され、インダクタンス成分を備えていな
いときには、整流回路２８の各ダイオードＤの有するイ
ンダクタンス成分によっても同様の動作を実現すること
ができる。
【００４９】
【発明の効果】請求項１の発明に係る超電導限流装置
は、以上のように、限流リアクトルと並列に接続される
超電導限流抵抗体に関連して、整流ブリッジ回路を設け
る。
は、以上のように、限流リアクトルと並列に接続される
超電導限流抵抗体に関連して、整流ブリッジ回路を設け
る。
【００５０】それゆえ、超電導限流抵抗体に直流用の超
電導線材を使用することができ、線材価格を格段に削減
して、低コスト化を図ることができる。
電導線材を使用することができ、線材価格を格段に削減
して、低コスト化を図ることができる。
【００５１】また請求項２の発明に係る超電導限流装置
では、以上のように、前記超電導限流抵抗体と直列にイ
ンダクタンス成分を挿入する。
では、以上のように、前記超電導限流抵抗体と直列にイ
ンダクタンス成分を挿入する。
【００５２】それゆえ、整流ブリッジ回路で整流されて
脈流となっている電流が、前記インダクタンス成分によ
って蓄積／放出されて、還流することになり、平滑化さ
れた電流を作成することができる。
脈流となっている電流が、前記インダクタンス成分によ
って蓄積／放出されて、還流することになり、平滑化さ
れた電流を作成することができる。
【００５３】さらにまた請求項３の発明に係る超電導限
流装置では、以上のように、前記インダクタンス成分を
超電導限流抵抗体の自己インダクタンスで実現する。
流装置では、以上のように、前記インダクタンス成分を
超電導限流抵抗体の自己インダクタンスで実現する。
【００５４】それゆえ、超電導限流抵抗体を構成する超
電導線材をコイル状に巻回して、そのターン数などを最
適化することによって、特別な構成を用いることなく、
平滑化に要する所望とするインダクタンスを得ることが
できる。
電導線材をコイル状に巻回して、そのターン数などを最
適化することによって、特別な構成を用いることなく、
平滑化に要する所望とするインダクタンスを得ることが
できる。
【００５５】また請求項４の発明に係る超電導限流装置
では、以上のように、前記インダクタンス成分を整流ブ
リッジ回路を構成するダイオードが有するインダクタン
スで実現する。
では、以上のように、前記インダクタンス成分を整流ブ
リッジ回路を構成するダイオードが有するインダクタン
スで実現する。
【００５６】それゆえ、超電導限流抵抗体が超電導線材
を無誘導巻することによって構成されている場合でも、
前記平滑化のために所望とするインダクタンスを得るこ
とができる。
を無誘導巻することによって構成されている場合でも、
前記平滑化のために所望とするインダクタンスを得るこ
とができる。
【図１】本発明の実施の一形態の限流装置を備える電力
系統を説明するための図である。
系統を説明するための図である。
【図２】前記限流装置の整流回路および超電導限流抵抗
体による整流・平滑動作を説明するための波形図であ
る。
体による整流・平滑動作を説明するための波形図であ
る。
【図３】典型的な従来技術の限流装置を備える電力系統
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図４】図３で示す限流装置の動作を説明するための波
形図である。
形図である。
【図５】他の従来技術の限流装置を備える電力系統を説
明するための図である。
明するための図である。
【図６】さらに他の従来技術の限流装置を備える電力系
統を説明するための図である。
統を説明するための図である。
２１ 限流装置（超電導限流装置） ２２ 電力系統 ２４ 負荷 ２５ 短絡箇所 ２６ 限流リアクトル ２７ 超電導限流抵抗体 ２８ 整流回路 Ｄ ダイオード
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年１月３１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 超電導限流装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導限流抵抗体
を用いて電力系統の短絡故障電流を抑制するために好適
に実施される超電導限流装置に関する。
を用いて電力系統の短絡故障電流を抑制するために好適
に実施される超電導限流装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力系統において、従来から、短絡故障
時の過電流を抑えるために、超電導限流抵抗体を電力系
統に直列に介在するようにした超電導限流装置が用いら
れている。
時の過電流を抑えるために、超電導限流抵抗体を電力系
統に直列に介在するようにした超電導限流装置が用いら
れている。
【０００３】図３は、超電導限流抵抗体１１から成る典
型的な従来技術の超電導限流装置を備える電力系統１２
を説明するための図である。この電力系統１２は、たと
えば６．６（ｋＶ）の三相対称回路の単相分で表してい
る。したがって、電源３の出力電圧は、 ６．６（ｋＶ）／√３≒４（ｋＶ） …（１） となっている。
型的な従来技術の超電導限流装置を備える電力系統１２
を説明するための図である。この電力系統１２は、たと
えば６．６（ｋＶ）の三相対称回路の単相分で表してい
る。したがって、電源３の出力電圧は、 ６．６（ｋＶ）／√３≒４（ｋＶ） …（１） となっている。
【０００４】前記超電導限流抵抗体１１は、定常時には
その抵抗値は零となっており、したがって抵抗発熱もな
く、かつインダクタンスも充分低い状態にあり、前記電
力系統１２に無損失で介在されている。これに対して、
参照符９で示すように短絡故障が発生すると、急激な短
絡故障電流の立上がりのためにクエンチを引起し、超電
導状態が壊れて高抵抗となり、負荷電流は、電源３のイ
ンピーダンス３ａと高抵抗の超電導限流抵抗体１１のイ
ンピーダンスとの合成インピーダンスによって決定され
る値に抑制される。
その抵抗値は零となっており、したがって抵抗発熱もな
く、かつインダクタンスも充分低い状態にあり、前記電
力系統１２に無損失で介在されている。これに対して、
参照符９で示すように短絡故障が発生すると、急激な短
絡故障電流の立上がりのためにクエンチを引起し、超電
導状態が壊れて高抵抗となり、負荷電流は、電源３のイ
ンピーダンス３ａと高抵抗の超電導限流抵抗体１１のイ
ンピーダンスとの合成インピーダンスによって決定され
る値に抑制される。
【０００５】このような超電導限流抵抗体１１には、以
下のような機能が要求される。 ｉ．定常時における交流負荷電流に対して、超電導状態
を維持して、抵抗は零であること。 ii．インダクタンスは、充分小さく、電圧降下が無視で
きる程度であること。 iii.クエンチによって常電導状態となったときには、所
望とする限流特性を発揮できるように高抵抗を呈するこ
と。 iv．遮断器の動作によって、短絡故障電流が遮断される
まで、たとえば６０〜１００ｍｓｅｃまでの間に、常電
導となることによる発熱を極力小さくするとともに、所
定時間経過後の再投入時には、超電導状態にまで冷却さ
れていること。
下のような機能が要求される。 ｉ．定常時における交流負荷電流に対して、超電導状態
を維持して、抵抗は零であること。 ii．インダクタンスは、充分小さく、電圧降下が無視で
きる程度であること。 iii.クエンチによって常電導状態となったときには、所
望とする限流特性を発揮できるように高抵抗を呈するこ
と。 iv．遮断器の動作によって、短絡故障電流が遮断される
まで、たとえば６０〜１００ｍｓｅｃまでの間に、常電
導となることによる発熱を極力小さくするとともに、所
定時間経過後の再投入時には、超電導状態にまで冷却さ
れていること。
【０００６】一方、たとえば前記式１から電源３の出力
電圧を４（ｋＶ）とし、該超電導限流抵抗体１１が設け
られていない状態では、短絡故障電流は、前記インピー
ダンス３ａを０．１（Ω）とすると、 ４（ｋＶ）／０．１（Ω）＝４０（ｋＡ） …（２） となる。
電圧を４（ｋＶ）とし、該超電導限流抵抗体１１が設け
られていない状態では、短絡故障電流は、前記インピー
ダンス３ａを０．１（Ω）とすると、 ４（ｋＶ）／０．１（Ω）＝４０（ｋＡ） …（２） となる。
【０００７】これに対して、該超電導限流抵抗体１１の
前記クエンチ時における抵抗値を０．４（Ω）とする
と、合成インピーダンスＺは、
前記クエンチ時における抵抗値を０．４（Ω）とする
と、合成インピーダンスＺは、
【０００８】
【数１】
【０００９】であるので、前記短絡故障電流を、 ４（ｋＶ）／０．４（Ω）＝１０（ｋＡ） …（４） に抑えることができる。
【００１０】しかしながら、この間の超電導限流抵抗体
１１での消費電力Ｐは、 Ｐ＝｛１０（ｋＡ）｝2 ×０．４（Ω）＝４０（ＭＷ） …（５） となり、前記短絡故障電流が遮断されるまでの時間を、
たとえば１００ｍｓｅｃとすると、その間のエネルギー
は、 ４０（ＭＷ）×０．１（ｓｅｃ）×８６０（ｋｃａｌ／ｋＷｈ） ／３６００（ｓｅｃ）≒１（Ｍｃａｌ） …（６） となる。
１１での消費電力Ｐは、 Ｐ＝｛１０（ｋＡ）｝2 ×０．４（Ω）＝４０（ＭＷ） …（５） となり、前記短絡故障電流が遮断されるまでの時間を、
たとえば１００ｍｓｅｃとすると、その間のエネルギー
は、 ４０（ＭＷ）×０．１（ｓｅｃ）×８６０（ｋｃａｌ／ｋＷｈ） ／３６００（ｓｅｃ）≒１（Ｍｃａｌ） …（６） となる。
【００１１】したがって、たとえば前記超電導限流抵抗
体１１が、比熱０．１（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）の金属体
から構成されているとき、線材重量を１００（ｋｇ）と
すると、約１００（℃）の温度上昇を招くことになる。
したがって、発生した熱を除去して短時間で再投入を行
うことは極めて困難であることが理解される。
体１１が、比熱０．１（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）の金属体
から構成されているとき、線材重量を１００（ｋｇ）と
すると、約１００（℃）の温度上昇を招くことになる。
したがって、発生した熱を除去して短時間で再投入を行
うことは極めて困難であることが理解される。
【００１２】図４は、上述のような不具合を解消するた
めに提案されている超電導限流装置１５を備える電力系
統１６を説明するための図である。この図４において、
前述の図３に類似し、対応する部分には、同一の参照符
号を付してその説明を省略する。
めに提案されている超電導限流装置１５を備える電力系
統１６を説明するための図である。この図４において、
前述の図３に類似し、対応する部分には、同一の参照符
号を付してその説明を省略する。
【００１３】前記超電導限流装置１５は、前記超電導限
流抵抗体１１と、限流リアクトル１７とが、相互に並列
に接続された状態で、前記電力系統１６に介在されて構
成されている。前記限流リアクトル１７のインピーダン
スは、たとえば０．４（Ω）であり、したがって、定常
時には、全負荷電流が超電導限流抵抗体１１によって限
流リアクトル１７をバイパスして流れている。これに対
して短絡故障時には、超電導限流抵抗体１１の抵抗値
が、たとえば１０（Ω）に急速に増大し、短絡故障電流
はそのほとんどが前記限流リアクトル１７を流れること
になり、ほぼ１０（ｋＡ）に抑えられる。
流抵抗体１１と、限流リアクトル１７とが、相互に並列
に接続された状態で、前記電力系統１６に介在されて構
成されている。前記限流リアクトル１７のインピーダン
スは、たとえば０．４（Ω）であり、したがって、定常
時には、全負荷電流が超電導限流抵抗体１１によって限
流リアクトル１７をバイパスして流れている。これに対
して短絡故障時には、超電導限流抵抗体１１の抵抗値
が、たとえば１０（Ω）に急速に増大し、短絡故障電流
はそのほとんどが前記限流リアクトル１７を流れること
になり、ほぼ１０（ｋＡ）に抑えられる。
【００１４】このとき、限流リアクトル１７、したがっ
て超電導限流抵抗体１１の端子間電圧は、前記遮断器が
作動するまでの時間、たとえば１００（ｍｓｅｃ）の間
に、最大でも４（ｋＶ）であり、したがって常電導化し
た超電導限流抵抗体１１で消費される電力Ｐは、 ｛４（ｋＶ）／１０（Ω）｝2 ×１０（Ω）＝１．６（ＭＷ） …（７） であり、発生する熱量は、 １．６（ＭＷ）×０．１（ｓｅｃ）×８６０（ｋｃａｌ／ｋＷｈ） ／３６００（ｓｅｃ）≒４０（ｋｃａｌ） …（８） に留まり、その発生した熱を除去して、短時間のうちに
再投入が可能となるように構成されている。
て超電導限流抵抗体１１の端子間電圧は、前記遮断器が
作動するまでの時間、たとえば１００（ｍｓｅｃ）の間
に、最大でも４（ｋＶ）であり、したがって常電導化し
た超電導限流抵抗体１１で消費される電力Ｐは、 ｛４（ｋＶ）／１０（Ω）｝2 ×１０（Ω）＝１．６（ＭＷ） …（７） であり、発生する熱量は、 １．６（ＭＷ）×０．１（ｓｅｃ）×８６０（ｋｃａｌ／ｋＷｈ） ／３６００（ｓｅｃ）≒４０（ｋｃａｌ） …（８） に留まり、その発生した熱を除去して、短時間のうちに
再投入が可能となるように構成されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】一方、超電導線材は、
交流で使用されると、交番磁界によって、ヒステリシス
損や結合損などの損失が増加する。また、超電導状態を
安定して得るためには、クエンチしにくくする必要があ
る。このため、交流用の超電導線材には、細線化とツイ
ストピッチの短縮化が要求される。これによって、多数
の線材のうち、一部にクエンチが発生しても、残余の線
材によって電流が流れることになり、かつ放熱も良好と
なり、したがってクエンチしにくくなるとともに、低誘
導となって前記損失を減少することもできる。
交流で使用されると、交番磁界によって、ヒステリシス
損や結合損などの損失が増加する。また、超電導状態を
安定して得るためには、クエンチしにくくする必要があ
る。このため、交流用の超電導線材には、細線化とツイ
ストピッチの短縮化が要求される。これによって、多数
の線材のうち、一部にクエンチが発生しても、残余の線
材によって電流が流れることになり、かつ放熱も良好と
なり、したがってクエンチしにくくなるとともに、低誘
導となって前記損失を減少することもできる。
【００１６】しかしながら、このような動作を実現する
ための交流用の超電導線材は、たとえば広く用いられて
いるＮｂＴｉ線材のものを例にとると、フィラメントと
称される素線の本数は、数十万本となり、かつ素線径は
数分の一（μｍ）となり、またツイストピッチは、数
（ｍｍ）となる。これに対して、直流用の超電導線材で
は、前記フィラメントの本数は、数百本となり、かつ素
線径は数十（μｍ）となり、ツイストピッチは数十（ｍ
ｍ）となる。
ための交流用の超電導線材は、たとえば広く用いられて
いるＮｂＴｉ線材のものを例にとると、フィラメントと
称される素線の本数は、数十万本となり、かつ素線径は
数分の一（μｍ）となり、またツイストピッチは、数
（ｍｍ）となる。これに対して、直流用の超電導線材で
は、前記フィラメントの本数は、数百本となり、かつ素
線径は数十（μｍ）となり、ツイストピッチは数十（ｍ
ｍ）となる。
【００１７】したがって、交流用の超電導線材のコスト
は、同程度の電流容量の直流用線材のコストの十倍程度
となっている。このことは、冷却にヘリウム温度が必要
となる前記ＮｂＴｉを始めとする金属系線材に対して、
現在開発が進められており、冷却面で有利な高温超電導
線材であっても、同様に予想されている。
は、同程度の電流容量の直流用線材のコストの十倍程度
となっている。このことは、冷却にヘリウム温度が必要
となる前記ＮｂＴｉを始めとする金属系線材に対して、
現在開発が進められており、冷却面で有利な高温超電導
線材であっても、同様に予想されている。
【００１８】本発明の目的は、線材コストを削減するこ
とができる超電導限流装置を提供することである。
とができる超電導限流装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る超電導限流
装置は、電力系統に介在され、相互に並列に接続される
コイル状の超電導限流抵抗体と限流リアクトルとを備
え、定常時には前記限流リアクトルを前記超電導限流抵
抗体によってバイパスしておき、過電流発生時には前記
超電導限流抵抗体のクエンチによって前記限流リアクト
ルに電流が流れるようにした超電導限流装置において、
前記超電導限流抵抗体に関連して整流ブリッジ回路を設
け、該整流ブリッジ回路の両交流端子を前記限流リアク
トルの両端子にそれぞれ接続し、該整流ブリッジ回路の
両直流端子を前記超電導限流抵抗体の両端子にそれぞれ
接続することを特徴とする。
装置は、電力系統に介在され、相互に並列に接続される
コイル状の超電導限流抵抗体と限流リアクトルとを備
え、定常時には前記限流リアクトルを前記超電導限流抵
抗体によってバイパスしておき、過電流発生時には前記
超電導限流抵抗体のクエンチによって前記限流リアクト
ルに電流が流れるようにした超電導限流装置において、
前記超電導限流抵抗体に関連して整流ブリッジ回路を設
け、該整流ブリッジ回路の両交流端子を前記限流リアク
トルの両端子にそれぞれ接続し、該整流ブリッジ回路の
両直流端子を前記超電導限流抵抗体の両端子にそれぞれ
接続することを特徴とする。
【００２０】上記の構成によれば、超電導限流抵抗体に
直流用の超電導線材を使用することができ、交流用の超
電導線材を用いる場合に比べて、線材価格を格段に削減
することができる。また、整流ブリッジ回路による損失
は、たとえば０．１％程度と僅かであるとともに、その
コストも、前記超電導線材に交流用の線材を使用する場
合に比べて、格段に抑えることができる。こうして、定
常時における損失がなく、かつ過電流に対する応答性も
良好な超電導限流抵抗体を用いて限流装置を実現するに
あたって、低コスト化を図ることができる。
直流用の超電導線材を使用することができ、交流用の超
電導線材を用いる場合に比べて、線材価格を格段に削減
することができる。また、整流ブリッジ回路による損失
は、たとえば０．１％程度と僅かであるとともに、その
コストも、前記超電導線材に交流用の線材を使用する場
合に比べて、格段に抑えることができる。こうして、定
常時における損失がなく、かつ過電流に対する応答性も
良好な超電導限流抵抗体を用いて限流装置を実現するに
あたって、低コスト化を図ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図１および図２に基づいて説明すれば以下のとおりであ
る。
図１および図２に基づいて説明すれば以下のとおりであ
る。
【００２２】図１は、本発明の実施の一形態の超電導限
流装置２１を備える電力系統２２を説明するための図で
ある。なお、この電力系統２２は、三相対称回路の単相
分を示しており、したがってたとえば線間電圧を前記
６．６（ｋＶ）とすると、電源２３の出力電圧は、前記
式１から、約４（ｋＶ）となっている。また、前記電源
２３のインピーダンスを参照符２３ａで示し、前記電力
系統２２に接続されている負荷を参照符２４で示し、短
絡箇所を参照符２５で示す。
流装置２１を備える電力系統２２を説明するための図で
ある。なお、この電力系統２２は、三相対称回路の単相
分を示しており、したがってたとえば線間電圧を前記
６．６（ｋＶ）とすると、電源２３の出力電圧は、前記
式１から、約４（ｋＶ）となっている。また、前記電源
２３のインピーダンスを参照符２３ａで示し、前記電力
系統２２に接続されている負荷を参照符２４で示し、短
絡箇所を参照符２５で示す。
【００２３】前記超電導限流装置２１は、限流リアクト
ル２６と、超電導限流抵抗体２７と、整流回路２８とを
備えて構成されている。整流回路２８は、４組のダイオ
ードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４（以下、総称するときは参
照符Ｄで示す）がブリッジ状に接続されて構成されてい
る。
ル２６と、超電導限流抵抗体２７と、整流回路２８とを
備えて構成されている。整流回路２８は、４組のダイオ
ードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４（以下、総称するときは参
照符Ｄで示す）がブリッジ状に接続されて構成されてい
る。
【００２４】前記整流回路２８において、交流端子であ
るダイオードＤ１とＤ４との接続点３１およびダイオー
ドＤ２とＤ３との接続点３２は、それぞれ限流リアクト
ル２６の両端子に接続され、直流端子であるダイオード
Ｄ１とＤ２との接続点３３およびダイオードＤ３とＤ４
との接続点３４は、それぞれ超電導限流抵抗体２７の両
端子に接続されている。
るダイオードＤ１とＤ４との接続点３１およびダイオー
ドＤ２とＤ３との接続点３２は、それぞれ限流リアクト
ル２６の両端子に接続され、直流端子であるダイオード
Ｄ１とＤ２との接続点３３およびダイオードＤ３とＤ４
との接続点３４は、それぞれ超電導限流抵抗体２７の両
端子に接続されている。
【００２５】前記各組のダイオードＤは、たとえば定格
電圧３（ｋＶ）、定格電流２．５（ｋＡ）、１０（ｍｓ
ｅｃ）での耐電流４３（ｋＡ）のダイオード素子が３個
直列に接続されて構成されている。
電圧３（ｋＶ）、定格電流２．５（ｋＡ）、１０（ｍｓ
ｅｃ）での耐電流４３（ｋＡ）のダイオード素子が３個
直列に接続されて構成されている。
【００２６】また、超電導限流抵抗体２７を構成する線
材は、たとえばＢｉ系の高温超電導線材から成り、その
臨界電流密度は、３５（Ｋ）において１３６（ｋＡ／ｃ
ｍ2）であり、臨界温度は８０（Ｋ）であり、常温での
抵抗率は１００（μΩｃｍ）である。
材は、たとえばＢｉ系の高温超電導線材から成り、その
臨界電流密度は、３５（Ｋ）において１３６（ｋＡ／ｃ
ｍ2）であり、臨界温度は８０（Ｋ）であり、常温での
抵抗率は１００（μΩｃｍ）である。
【００２７】一方、要求される仕様では、たとえば定常
電流を１５００（Ａ）とし、クエンチ開始電流を１０
（ｋＡ）の短絡故障電流の１／２の５０００（Ａ）と
し、クエンチ時の抵抗を１０（Ω）とするために、常温
での抵抗値を５０（Ω）とする。
電流を１５００（Ａ）とし、クエンチ開始電流を１０
（ｋＡ）の短絡故障電流の１／２の５０００（Ａ）と
し、クエンチ時の抵抗を１０（Ω）とするために、常温
での抵抗値を５０（Ω）とする。
【００２８】したがって、この超電導限流抵抗体２７を
構成する線材は、その断面積が０．０３６８（ｃｍ2 ）
となり、一相当りの長さは１８４（ｍ）となる。また、
その線材のうち、約３８（ｍ）分が、内径０．３（ｍ）
および高さ１（ｍ）のコイル状に巻回、すなわちターン
数が４０のコイル状に形成されており、これによって約
０．１（ｍＨ）のインダクタンスを有する。
構成する線材は、その断面積が０．０３６８（ｃｍ2 ）
となり、一相当りの長さは１８４（ｍ）となる。また、
その線材のうち、約３８（ｍ）分が、内径０．３（ｍ）
および高さ１（ｍ）のコイル状に巻回、すなわちターン
数が４０のコイル状に形成されており、これによって約
０．１（ｍＨ）のインダクタンスを有する。
【００２９】上述のように構成された超電導限流装置２
１において、定常時には、線路電流は、ダイオードＤ１
→超電導限流抵抗体２７→ダイオードＤ３、またはダイ
オードＤ２→超電導限流抵抗体２７→ダイオードＤ４の
経路で流れている。このとき、超電導限流抵抗体２７に
流れる電流は、前述のように該超電導限流抵抗体の有す
るインダクタンス成分によって、図１において、参照符
ｉ１またはｉ２からｉ３で示すように還流する。これに
よって、図２において参照符γ１で示すようにダイオー
ドＤによって全波整流されて得られる脈流が、参照符γ
２で示すように、平滑化されることになる。また、ダイ
オードＤによる損失はほとんどなく、たとえば０．１
（％）程度である。
１において、定常時には、線路電流は、ダイオードＤ１
→超電導限流抵抗体２７→ダイオードＤ３、またはダイ
オードＤ２→超電導限流抵抗体２７→ダイオードＤ４の
経路で流れている。このとき、超電導限流抵抗体２７に
流れる電流は、前述のように該超電導限流抵抗体の有す
るインダクタンス成分によって、図１において、参照符
ｉ１またはｉ２からｉ３で示すように還流する。これに
よって、図２において参照符γ１で示すようにダイオー
ドＤによって全波整流されて得られる脈流が、参照符γ
２で示すように、平滑化されることになる。また、ダイ
オードＤによる損失はほとんどなく、たとえば０．１
（％）程度である。
【００３０】したがって、該超電導限流装置２１は、電
圧降下のほとんどないスイッチとしての機能を果たすこ
とが理解される。
圧降下のほとんどないスイッチとしての機能を果たすこ
とが理解される。
【００３１】これに対して、前記定常電流を上回る過大
な電流が超電導限流抵抗体２７に流れると、クエンチに
よって直ちに常電導に戻り、限流リアクトル２６のイン
ピーダンス、たとえば０．４（Ω）よりも充分高い、た
とえば前記１０（Ω）となる。したがって、短絡故障電
流はそのほとんどが限流リアクトル２６を通過すること
になり、該短絡故障電流が制限されるとともに、超電導
限流抵抗体２７での発熱を最小限に抑えることができ、
再復帰の時間を短縮することができる。この超電導限流
抵抗体２７の常電導時の抵抗値を高くする程、短絡故障
電流による前記発熱量を低減させることができる。
な電流が超電導限流抵抗体２７に流れると、クエンチに
よって直ちに常電導に戻り、限流リアクトル２６のイン
ピーダンス、たとえば０．４（Ω）よりも充分高い、た
とえば前記１０（Ω）となる。したがって、短絡故障電
流はそのほとんどが限流リアクトル２６を通過すること
になり、該短絡故障電流が制限されるとともに、超電導
限流抵抗体２７での発熱を最小限に抑えることができ、
再復帰の時間を短縮することができる。この超電導限流
抵抗体２７の常電導時の抵抗値を高くする程、短絡故障
電流による前記発熱量を低減させることができる。
【００３２】このように本発明に従う超電導限流装置２
１では、過電流を抑制するための限流リアクトル２６に
限流動作を発揮させるスイッチ機能を備える超電導限流
抵抗体２７を該限流リアクトル２６と並列に設けるにあ
たって、整流回路２８によって前記超電導限流抵抗体２
７を流れる電流を直流とする。したがって、該超電導限
流抵抗体２７に線材価格の格段に安価な直流用の線材を
使用することができ、低コスト化を図ることができる。
１では、過電流を抑制するための限流リアクトル２６に
限流動作を発揮させるスイッチ機能を備える超電導限流
抵抗体２７を該限流リアクトル２６と並列に設けるにあ
たって、整流回路２８によって前記超電導限流抵抗体２
７を流れる電流を直流とする。したがって、該超電導限
流抵抗体２７に線材価格の格段に安価な直流用の線材を
使用することができ、低コスト化を図ることができる。
【００３３】また、超電導限流抵抗体２７をコイル状に
形成してインダクタンス成分を持たせるので、整流回路
２８での全波整流による脈流を平滑化することができ
る。
形成してインダクタンス成分を持たせるので、整流回路
２８での全波整流による脈流を平滑化することができ
る。
【００３４】
【発明の効果】本発明に係る超電導限流装置は、以上の
ように、限流リアクトルと並列に接続されるコイル状の
超電導限流抵抗体に関連して、整流ブリッジ回路を設け
る。
ように、限流リアクトルと並列に接続されるコイル状の
超電導限流抵抗体に関連して、整流ブリッジ回路を設け
る。
【００３５】それゆえ、超電導限流抵抗体に直流用の超
電導線材を使用することができ、線材価格を格段に削減
して、低コスト化を図ることができる。
電導線材を使用することができ、線材価格を格段に削減
して、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の超電導限流装置を備え
る電力系統を説明するための図である。
る電力系統を説明するための図である。
【図２】前記超電導限流装置の整流回路および超電導限
流抵抗体による整流・平滑動作を説明するための波形図
である。
流抵抗体による整流・平滑動作を説明するための波形図
である。
【図３】典型的な従来技術の超電導限流装置を備える電
力系統を説明するための図である。
力系統を説明するための図である。
【図４】他の従来技術の超電導限流装置を備える電力系
統を説明するための図である。
統を説明するための図である。
【符号の説明】 ２１ 超電導限流装置 ２２ 電力系統 ２４ 負荷 ２５ 短絡箇所 ２６ 限流リアクトル ２７ 超電導限流抵抗体 ２８ 整流回路 Ｄ ダイオード
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】削除
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】削除
Claims (4)
- 【請求項１】電力系統に介在され、相互に並列に接続さ
れる超電導限流抵抗体と限流リアクトルとを備え、定常
時には前記限流リアクトルを前記超電導限流抵抗体によ
ってバイパスしておき、過電流発生時には前記超電導限
流抵抗体のクエンチによって前記限流リアクトルに電流
が流れるようにした超電導限流装置において、 前記超電導限流抵抗体に関連して整流ブリッジ回路を設
け、該整流ブリッジ回路の両交流端子を前記限流リアク
トルの両端子にそれぞれ接続し、該整流ブリッジ回路の
両直流端子を前記超電導限流抵抗体の両端子にそれぞれ
接続することを特徴とする超電導限流装置。 - 【請求項２】前記超電導限流抵抗体と直列にインダクタ
ンス成分を挿入することを特徴とする請求項１記載の超
電導限流装置。 - 【請求項３】前記インダクタンス成分は、前記超電導限
流抵抗体の自己インダクタンスで実現されることを特徴
とする請求項２記載の超電導限流装置。 - 【請求項４】前記インダクタンス成分は、前記整流ブリ
ッジ回路を構成するダイオードが有するインダクタンス
で実現されることを特徴とする請求項２記載の超電導限
流装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7284953A JP2850810B2 (ja) | 1995-11-01 | 1995-11-01 | 超電導限流装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7284953A JP2850810B2 (ja) | 1995-11-01 | 1995-11-01 | 超電導限流装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09130966A true JPH09130966A (ja) | 1997-05-16 |
| JP2850810B2 JP2850810B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=17685222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7284953A Expired - Fee Related JP2850810B2 (ja) | 1995-11-01 | 1995-11-01 | 超電導限流装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2850810B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ITRM20080547A1 (it) * | 2008-10-14 | 2010-04-15 | Univ Bologna Alma Mater | Limitatore superconduttivo di corrente di guasto. |
| WO2014162949A1 (ja) * | 2013-04-01 | 2014-10-09 | 住友電気工業株式会社 | 限流・潮流制御装置 |
| WO2014162950A1 (ja) | 2013-04-01 | 2014-10-09 | 住友電気工業株式会社 | 限流装置 |
| CN113555860A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-26 | 国网甘肃省电力公司 | 改进型桥式超导故障限流器及其阻值调节方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5858827A (ja) * | 1981-09-30 | 1983-04-07 | 富士通株式会社 | 過電圧保護回路 |
-
1995
- 1995-11-01 JP JP7284953A patent/JP2850810B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5858827A (ja) * | 1981-09-30 | 1983-04-07 | 富士通株式会社 | 過電圧保護回路 |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ITRM20080547A1 (it) * | 2008-10-14 | 2010-04-15 | Univ Bologna Alma Mater | Limitatore superconduttivo di corrente di guasto. |
| WO2010044121A1 (en) * | 2008-10-14 | 2010-04-22 | Alma Mater Studiorum Universita´ Di Bologna | Fault current superconductive limiter |
| CN102217160A (zh) * | 2008-10-14 | 2011-10-12 | 博洛尼亚大学阿尔玛母校研究室 | 故障电流超导限制器 |
| WO2014162949A1 (ja) * | 2013-04-01 | 2014-10-09 | 住友電気工業株式会社 | 限流・潮流制御装置 |
| WO2014162950A1 (ja) | 2013-04-01 | 2014-10-09 | 住友電気工業株式会社 | 限流装置 |
| JP2014204458A (ja) * | 2013-04-01 | 2014-10-27 | 住友電気工業株式会社 | 限流装置 |
| JP2014204460A (ja) * | 2013-04-01 | 2014-10-27 | 住友電気工業株式会社 | 限流・潮流制御装置 |
| CN105075049A (zh) * | 2013-04-01 | 2015-11-18 | 住友电气工业株式会社 | 限流装置 |
| US9762051B2 (en) | 2013-04-01 | 2017-09-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Current-limiting and power-flow control device |
| CN105075049B (zh) * | 2013-04-01 | 2018-12-14 | 住友电气工业株式会社 | 限流装置 |
| US10218170B2 (en) | 2013-04-01 | 2019-02-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Current-limiting device utilizing a superconductor for a current-limiting operation |
| CN113555860A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-26 | 国网甘肃省电力公司 | 改进型桥式超导故障限流器及其阻值调节方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2850810B2 (ja) | 1999-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2005109511A (ja) | 超伝導抵抗型限流器 | |
| EP3001431A1 (en) | Device for a current limiter and a current limiter comprising said device | |
| US20020018327A1 (en) | Multi-winding fault-current limiter coil with flux shaper and cooling for use in an electrical power transmission/distribution application | |
| Morandi et al. | Design of a DC resistive SFCL for application to the 20 kV distribution system | |
| US4438474A (en) | Current limiter and VAR generator utilizing a superconducting coil | |
| JPS62138021A (ja) | 交流電流制限器 | |
| Jimichi et al. | Design and loss analysis of a medium-voltage DC-DC converter intended for offshore wind farms | |
| Tixador et al. | Hybrid superconducting AC fault current limiter principle and previous studies | |
| Nomura et al. | Single DC reactor type fault current limiter for 6.6 kV power system | |
| US20150255200A1 (en) | Fast Superconducting Switch for Superconducting Power Devices | |
| JP2012505634A (ja) | 超電導限流器 | |
| JPH09130966A (ja) | 超電導限流装置 | |
| US5545932A (en) | Superconducting switch and application to a charger for a superconducting coil | |
| Hornfeldt et al. | Power transformer with superconducting windings | |
| US6335851B1 (en) | Current-limiting device | |
| JP2679020B2 (ja) | 超電導装置及び熱式永久電流スイッチ | |
| JP3015863B2 (ja) | インピーダンス可変型要素器およびインピーダンス可変型限流器ならびにインピーダンス可変型超電導変換装置 | |
| JP2002262450A (ja) | 超伝導薄膜を用いた変圧器型限流方法及び限流器 | |
| US3209240A (en) | Regulating transformer system | |
| JPH0335813B2 (ja) | ||
| JPH08153619A (ja) | 超電導マグネット装置 | |
| Tasaki et al. | AC operating test results for a conduction-cooled HTS coil | |
| CN117015091A (zh) | 一种串联输入并联输出的熔盐电加热系统 | |
| JPS5931234B2 (ja) | コイルによるエネルギ−貯蔵方式 | |
| JPS5849008B2 (ja) | チヨウデンドウジシヤク ノ レイジソウチ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081113 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081113 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091113 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101113 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111113 Year of fee payment: 13 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |