JPH1055928A - 直流リアクトルの監視制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流送電の変換所に使用される直流リアクト
ルの監視制御装置を小形軽量に構成し、内部故障につい
て故障部位が標定できる直流リアクトルの監視制御装
置。 【解決手段】 コイル中央部にホール素子を配置し、コ
イル内の磁界の強さから負荷電流を検出して冷却器を制
御し、故障時の磁界の強さを検出し、正常時の磁界の強
さ、または２分割されたコイルの中心部の磁界を比較し
て故障点を標定する監視制御装置を構成した。 【効果】 コイル内にホール素子を配置して磁界の強さ
から電流を検出するようにしたので、小形で安価であ
り、故障時には故障点が標定できる監視制御装置が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、直流送電路に使
用される直流リアクトルに付属する直流リアクトル監視
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】直流送電路には、電路に流れる直流電流
の脈動成分の減衰と平滑化、送電路電流の軽負荷時の断
続防止、及び故障時の過電流の抑制などを目的として直
流リアクトルが使用される。図１３は、一般的な直流送
電路の概要を示す単線結線図である。図において、１
ａ、１ｂは交流を直流に変換する変換所、２ａ、２ｂは
変換所の相互間を結ぶ直流送電路であり、２ａがプラス
側、２ｂがマイナス側、３が中性線であり、片方の変換
所で接地され大地がこれに供せられる。４ａ、４ｂは変
換所に繋がる交流の送電線である。変換所１ａ、１ｂ
は、交流送電線を開閉する開閉機器５ａ、５ｂ、変換用
変圧器６ａ、６ｂ、交直変換器７ａ、７ｂが接続され、
交直変換器７ａ、７ｂと送電路２ａ、２ｂとの間に、直
流リアクトル８ａ、８ｂが接続された構成である。

【０００３】変換所の機器は、例えば、送電電圧が直流
±５００ｋＶで、送電電流が３０００Ａにおよぶ大容量
のものが実用化されようとしている。このような大容量
のものでは、変換所の機器のそれぞれの寸法、重量とも
に大きなものであり、直流リアクトルでは、総重量が５
００トンを超えるものもある。このような大容量のもの
を工場から設置場所まで輸送するには、輸送ルートの条
件により、２分割以上に分割された構造が採用される。
例えば、直流リアクトルの構成を２分割した場合の構成
を摸式的に示すと図１４のようになる。この構成はコイ
ルを２分割してそれぞれを容器に収容し、接続ダクトに
より、それぞれの容器間を連結したものである。

【０００４】図において、１０ａ、１０ｂは２分割され
た直流リアクトル、１１ａ、１１ｂは２分割されたコイ
ル、１２ａ、１２ｂは２分割されたそれぞれのコイルを
収容する容器、９は容器１２ａと１２ｂの間を連結する
接続ダクト、１３ａ、１３ｂは、コイル１１ａ、１１ｂ
から引き出す接続導体、１３ｃはコイル１１ａと１１ｂ
との間を接続する接続導体、１４ａ、１４ｂは口出し端
子、１５ａ、１５ｂは接続リード１３ａ、１３ｂに装着
された直流変流器である。

【０００５】図１５は、分割された直流リアクトルのコ
イル部分を説明する破断鳥瞰図である。１６はコイル１
１の外周に配置され、コイル１１が発生する磁界を遮蔽
する鉄心を積層した磁気シールド、１７は鉄心が積層さ
れた磁気シールド１６を締め付けボルト１８で締め付け
る端枠である。

【０００６】図１６は、２分割された直流リアクトルを
実際の据付状態を示す正面図である。図において、９、
１０ａ、１０ｂ、１５ａ、１５ｂは、図１４、図１５に
記載の記号と同一であり、２０は直流リアクトルの監視
制御装置である。

【０００７】直流送電路に使用される直流リアクトル
は、直流脈動成分の平滑化、軽負荷時の電流断続防止、
故障時の過電流の抑制機能を果すためのインダクタンス
として働くものであり、インダクタンス値Ｌは、次の
（式１）で求められる。

【０００８】

【数１】

【０００９】必要とするインダクタンスは、適正な巻
数、コイル形状、磁気シールド寸法を選定して適正値に
設定される。

【００１０】図１７は、直流リアクトル内部の断面図で
あり、１１はコイル、１６は磁気シールドである。直流
リアクトルに運転電流が流れるとコイル内部には矢印で
示す方向に磁界が発生する。巻線の中央部の最も高い部
分のＡ−Ａで示した部分の磁界の強さは次の（式２）で
求めた磁界となる。

【００１１】

【数２】

【００１２】コイル内部の磁界の強さは、図１７の上部
に示すように、コイル中央部が（式２）で求められるＢ
ｍであり、外周になるにしたがって弱くなり、外周で零
になる分布である。外周部の磁界は周囲に配置された磁
気シールド内に矢印で示す方向の磁界となる。

【００１３】直流送電路に使用される直流リアクトル
は、送電路に直列に接続されているので、流れる電流は
送電路の直流電流である。通常の交流送電路であれば、
電流測定するには鉄心に巻線を巻回した構成で測定でき
るが、直流電流は一定方向の電流であり、交流回路に使
用される鉄心に巻線を巻回した構造のものでは、単に鉄
心を磁化するのみであるので、２次側には電圧が誘起せ
ず電流をとり出すことはできない。直流電流を測定する
方法としては線路と大地間に抵抗を接続して、大地側の
電圧の低い部分で分圧電圧を測定して電流を検出する方
法があるが、この場合は線路側が高電圧に充電されてお
り測定線を高電圧に耐える絶縁が必要であり、大がかり
な構成となる。このため高電圧の直流送電機器では、直
流変流器として可飽和形やゼロフラックス形などが使用
される。

【００１４】ゼロフラックス形の直流変流器の基本原理
を図１８に示す。図において、２１は直流電流が流れる
主回路、２２は変流器の鉄心、２３は鉄心に巻回された
二次巻線、２４は補助巻線であり、二次巻線２３は補助
巻線２４の出力を反転積分した出力を発生する反転積分
回路２５と負荷抵抗２６が直列接続された回路に直列に
接続され、負荷抵抗の両端電圧を取り出す端子２７が設
けられている。この構成において、機器が運転され、主
回路２１の電流が変化すると、主回路電流の変化により
補助巻線２４に電圧が誘起され、補助巻線の誘起電圧は
反転積分回路２５に入力され、反転積分回路２５は、主
回路電流により発生した鉄心２２内の磁束を打ち消す電
流を二次巻線２３に流し続ける。二次巻線２３に流れる
反転積分回路２５から二次巻線２３に流れる電流は直列
に接続された負荷抵抗２６の両端に電位差が発生する。
この電圧を測定端子２７に取り出し、測定することによ
り、主回路の電流が検出できるものである。

【００１５】図１９は、上記図１８における補助巻線２
４の出力電圧と、反転積分回路２５の出力電流により発
生した負荷抵抗２６の端子２７に発生している電圧との
関係を示したものである。

【００１６】反転積分回路２５に使用される積分器は、
長時間の使用に対して充分な安定性があり、コンデンサ
の漏れ電流などに起因するようなドリフトがあってはな
らない点留意を要する。この対策として、実際のゼロフ
ラックス形直流変流器では、図２０に示すごとく磁気調
整機能を付加した構成が採用されている。図２０におい
て、２１〜２７は図１８に示すものと同一であり、これ
に加えて２つのトロイダル鉄心２８、２９を変流器の鉄
心２２に平行して配置し、二次巻線２３は、変流器鉄心
２２とトロイダル鉄心２８、２９に共通して巻回する。
さらに、トロイダル鉄心２８、２９には、同方向に追加
巻線３０、３１を巻回し、これらの追加巻線には発信器
３２が繋がれ、負荷インピーダンス３３、３４を接続し
た並列回路を構成している。

【００１７】次に図２０の構成の動作について説明す
る。変流器鉄心２２及びトロイダル鉄心２９を考慮外と
してトロイダル鉄心２８に注目すると、一次電流Ｉ１に
よる磁界を二次電流Ｉ２による磁界によって完全に打ち
消している場合は、トロイダル鉄心２８の残留磁束は零
となっている。この残留磁束零の状態で、発信器３２に
より正弦波の固定周波数の電圧を発生させて印加すると
トロイダル鉄心２８が励磁され、その励磁電流はピーク
検出器３７で検出される。トロイダル鉄心２８は残留磁
束がない状態であり、励磁電圧に比例する磁束密度Ｂと
励磁電流Ｉの関係として示される鉄心のヒステレシス特
性は、図２１（ａ）のＨ１のように原点に対して対象な
特性となる。このため励磁電流の波形は図２１（ａ）の
波形Ｗ１のように正負ピーク値の等しい波形となる。励
磁電流ｉｒはピーク検出器３７で検出されるが、図２０
のピーク検出器３７の出力ｉｒは零となる。ピーク検出
器３７の出力はｉｒは反転積分回路２５の入力となる
が、値が零であることから反転積分回路２５の出力は現
状値を維持することとなり、測定端子２７の出力も現状
のまま維持される。

【００１８】次に鉄心の残留磁束が零でない場合、即ち
二次電流Ｉ２が、一次電流Ｉ１による磁束を完全に打ち
消さない状態、即ち、測定端子２７の電圧が真の一次電
流値に対して誤差を含む場合について説明する。この場
合、トロイダル鉄心２８は残留磁束を有しているので、
鉄心のヒステレシス特性は、例えば、図２１（ｂ）のＨ
２の如く非対称な特性となっている。したがって、発信
器３２により印加された正弦波電圧により、励磁電流ｉ
ｒは図２１（ｂ）のＷ２のように正負非対称となってお
り、励磁電流ｉｒはピーク検出器３７により正負ピーク
の差分を検出する。ピーク検出器３７の出力は、反転積
分回路２５に入力されるので、トロイダル鉄心２８の残
留磁束が解消され、ピーク検出器３７の出力が零になる
まで反転積分回路２５の出力は修正される。以上により
測定端子２７の出力電圧も一次電流Ｉ１に対し誤差が補
正されたことになる。

【００１９】以上検出部の基本動作について述べたが、
通常直流リアクトルの電流検出部は図１４に示すごとく
直流リアクトルの主回路に入力端子部に各々１個づつ設
けられ、直流リアクトルの通過電流の測定を行い、負荷
率による冷却器運転台数の制御や入出力電流の差により
直流リアクトルの内部故障の監視が行われる。

【００２０】次に、直流リアクトルの内部故障の検出動
作について説明する。図２２、図２３、図２４は、直流
リアクトルの内部故障の様子を故障モード別に記載した
ものである。各図の構成は図１４の構成と同一であり、
同一番号は同一部位を示す。

【００２１】図２２は、接続リード間の短絡状態を、図
２３はコイル間の短絡故障の状況を示すもので、Ｐ点、
Ｒ点は、各々故障点を示したものである。図２２と図２
３の短絡故障では、直流リアクトルの負荷電流は短絡経
路を流れるものの直流リアクトルの入出力端に設けられ
た直流変流器１５ａ、１５ｂにより検出される電流に差
はなく、流れる電流も送電路の電流であり、層間若しく
はリード間の短絡では変化しないので、この種の内部故
障は検出できない。

【００２２】図２４は、地絡故障モードを示したもので
あり、Ｑ点が故障点である。この場合、直流変流器１５
ａ、１５ｂは、電流差が検出されるので内部故障と判定
される。しかし、２分割された構成では、故障点がいず
れの側かの判定はできない。直列接続された直流リアク
トルのいずれの側かを判定するには、接続ダクト９の部
分にも直流変流器を配置し、この接続ダクト９部分の電
流を検出しなければ判定することができない。

【００２３】直流変流器として可飽和形を用いても、そ
れぞれの部分の直流電流を検出するので故障点の検出
は、上記のゼロフラックス形を用いた場合と同様であ
る。地絡故障の検出は接続ダクト部分にも変流器を設け
た構成にしなければ直列接続された直流リアクトルのい
ずれであるかを検出することはできないことは、ゼロフ
ラックス形の場合と同様である。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
直流変流器を装着した直流リアクトルの監視制御装置
は、直流変流器として、ゼロフラックス形を用いた構成
では、３つの鉄心により構成された変流器とこれに付属
する積分回路電源、ピーク検出器、発信器などが必要で
あり、複雑で高価な構成であり、装着する場所は接続リ
ードの部分に限定され、その部分の電流を検出して、そ
れぞれの部分の電流差により故障点を判定するので、故
障の位置まで詳細に標定することはできない、という問
題点がある。また、直流変流器が接続リードに貫通して
装着されているから、故障して取り替えが必要となった
場合には、直流リアクトルを停止して、接続リードを切
り離して取り替えることが必要であり、復旧するための
停止時間が長くなる。また、取り付け構造によっては、
直流リアクトルの解体、再組立などの複雑な作業が必要
である。

【００２５】この発明は、上記問題点を解消するために
なされたものであり、電流検出機能の構成は簡単で、シ
ンプルな構成で安価なものであり、装着場所の寸法を必
要とせず、しかも故障点が具体的に検出できるものであ
り、さらに検出部の故障時には、直流リアクトル本体を
分解することなく取り換えることができる直流リアクト
ルを提供することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る直流リアクトルの監視制御装置は、空心コイルの中心
部に配置され、磁界の強さに比例して電圧を発生するホ
ール素子が検出した電圧から負荷電流を検知し、検知し
た電流にしたがって、直流リアクトルの冷却器の運転制
御、及び直流リアクトルの状態監視を行うものである。

【００２７】この発明の請求項２に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、空心コイルと磁気シールドとからな
る直流リアクトルの、磁気シールドの上部または下部か
ら磁気シールドを貫通して、空心コイルの中心部にホー
ル素子を配置し、ホール素子が検出した電圧から負荷電
流を検知し、検知した電流にしたがって、直流リアクト
ルの冷却器の運転制御、及び直流リアクトルの状態監視
を行うものである。

【００２８】この発明の請求項３に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、空心コイルと磁気シールドを密閉可
能な容器に収容した直流リアクトルの、容器の上部また
は下部から容器及び磁気シールドを貫通して、空心コイ
ルの中心部に先端部が封止された保護管を設け、この保
護管の内径部の空心コイルの中央部の位置に、磁界の強
さに比例して電圧を発生するホール素子を配置し、ホー
ル素子が検出した電圧から負荷電流を検知し、検知した
電流にしたがって、直流リアクトルの冷却器の運転制
御、及び直流リアクトルの状態監視を行うものである。

【００２９】この発明の請求項４に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、複数の空心コイルが直列若しくは並
列に接続されて直流回路に使用される直流リアクトル
の、複数のそれぞれの空心コイルの中心部の位置に、磁
界の強さに比例して電圧を発生するホール素子を配置
し、ホール素子が検出した電圧から負荷電流を検知し、
検知した電流にしたがって、直流リアクトルの冷却器を
運転制御し、ホール素子の検出電圧から検知したそれぞ
れの負荷電流の差を求め、この差電流によって直流リア
クトルの状態監視を行うものである。

【００３０】この発明の請求項５に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、複数の空心コイルと、磁気遮蔽する
磁気シールドとが密封可能な容器に収容され、接続管で
連結され、それぞれの磁気シールドの上部または下部か
ら磁気シールドを貫通して、それぞれの空心コイルの中
心部に配置された磁界の強さに比例して電圧を発生する
ホール素子が検出した電圧から負荷電流を検知し、検知
した電流にしたがって、直流リアクトルの冷却器を運転
制御し、それぞれのホール素子が検出した電圧から検知
してそれぞれの負荷電流の差を求め、その差によって直
流リアクトルの状態監視を行うものである。

【００３１】この発明の請求項６に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、導体を巻回した複数の空心コイル、
複数のそれぞれの空心コイルの上下、左右を磁気遮蔽す
る複数の磁気シールドが容器に収容された直流リアクト
ルの、それぞれの容器の上部または下部から容器及び磁
気シールドを貫通して、それぞれの空心コイルの中心部
に至る先端部が封止された保護管を設け、保護管の内径
部の空心コイルの中央部の位置に、磁界の強さに比例し
て電圧を発生するホール素子を配置し、このホール素子
が検出した電圧から負荷電流を検知し、検知した電流に
したがって、直流リアクトルの冷却器を運転制御し、そ
れぞれのホール素子が検出した電圧から検知してそれぞ
れの負荷電流の差を求め、その差によって直流リアクト
ルの状態監視を行うものである。

【００３２】この発明の請求項７に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、コイル中心部に配置するホール素子
は、コイル中心の軸方向に複数個を分散配置し、複数の
ホール素子の一つが検出した電圧から負荷電流を検知
し、検知した電流にしたがって、直流リアクトルの冷却
器を運転制御し、各ホール素子が検出した電圧から各ホ
ール素子が配置された位置の磁界を検出し、正常時の磁
界の強さと比較することにより、コイルの異常の有無、
異常がある場合の異常点を標定するものである。

【００３３】この発明の請求項８に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、導体を巻回した複数の空心コイルが
直列に接続されて直流回路に使用される直流リアクトル
の、複数のそれぞれの空心コイルの中心部に配置し、磁
界の強さに比例して電圧を発生するホール素子の複数を
分散配置し、ホール素子いずれかの一つが検出した電圧
から負荷電流を検知し、検知した電流にしたがって、直
流リアクトルの冷却器を運転制御し、複数のホール素子
のそれぞれの検出電圧からその位置での磁界の強さを検
知し、正常時の各ホール素子が配置された位置の磁界の
強さを検知し、正常時の磁界の強さと比較することによ
り、コイルの異常の有無、異常がある場合の異常点を標
定するものである。

【００３４】この発明の請求項９に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、導体を巻回した複数の空心コイルで
構成され、直列若しくは並列に接続されて直流回路に使
用される直流リアクトルの、複数のそれぞれの空心コイ
ルの中心部に配置されるホール素子は複数のコイルのそ
れぞれの中心部に複数のホール素子を分散配置し、直流
リアクトルの入力端子及び出力端子にそれぞれ直流変流
器を設け、直流変流器が検出した電流によって冷却器の
運転制御を行い、直流変流器の検出した電流と、複数の
ホール素子のそれぞれの検出電圧からその位置での磁界
の強さを検知し、正常時の各ホール素子が配置された位
置の磁界の強さと比較することにより、コイルの異常の
有無、異常がある場合の異常点を標定するものである。

【００３５】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１、図２にこの発明の実施の形態１．
の構成を示す。実施の形態１．は、単器で構成される直
流リアクトルに、ホール素子を用いた電流検出手段を付
属した構成である。図１は、単器で構成された直流リア
クトルの鉄心、コイル部分の破断鳥瞰図、図２は図１の
縦断面図である。図１において、１１は導体が円筒形に
巻回されたコイル、１６はコイル１１の上下、左右を磁
気遮蔽する磁気シールド、１７は鉄心が積層され手磁気
シールド１６を締め付けボルト１８で締め付ける端枠で
ある。５４はコイルの中央に配置された磁界の強さに比
例した電圧を検出するホール素子、５５はホール素子の
端子、５６はホール素子を支持し、接続リードが挿通さ
れた接続ロッド、５７は磁気シールド１６に接続ロッド
５６を貫通させる接続ロッド貫通孔である。

【００３６】図２は図１の鉄心、コイル部分を断面で示
した断面図であり、コイル１１の上下、左右をロの字形
に包囲するように配置された鉄心を積層した磁気シール
ド１６が配置されている。１２はコイル１１、磁気シー
ルド１６を収容する容器である。ホール素子５４はコイ
ル１１の中央に配置されている。磁気シールド１６の部
分に示した矢印は磁束の方向を示す。

【００３７】図１、図２の構成において、直流の負荷電
流が流れると、ホール素子５４が配置されたコイル１１
の中央部は、従来の技術の欄で示した（式２）で求めら
れる磁界が発生する。図３は磁界中に配置されたホール
素子の動作を説明する概念図である。図において、５０
は例えばゲルマニューム（Ｇｅ）、インジューム砒素
（ＩｎＡｓ）、インジューム亜鉛（ＩｎＳｂ）のような
物質で構成されたホール素子構成材料、５１はホール素
子５４に電流を供給する電流供給リード、Ｈはホール素
子５４に与えられる磁化力と方向を示す磁化力ベクト
ル、Ｉは電流の大きさと方向を示す電流ベクトル、Ｖは
ホール素子に発生する電圧の大きさと方向を示す電圧ベ
クトルを示す。ホール素子５４は、図３の条件におい
て、電流Ｉｓ、磁化力Ｈが加わると（式３）で求められ
るホール電圧Ｖｈが発生する。

【００３８】

【数３】

【００３９】Ｈは（式２）を変形した（式４）により求
められる。

【００４０】

【数４】

【００４１】（式４）を（式２）に代入すると（式５）
のようになる。

【００４２】

【数５】

【００４３】（式５）より明らかなように、ホール電圧
Ｖｈは、直流リアクトルの通過電流Ｉとコイルの巻数に
比例する値であり、このホール電圧により直流リアクト
ルの通過電流が検出できるものであり、この検出電流に
より、負荷率に応じた冷却器台数の選択や故障の監視に
供される。

【００４４】ホール素子を用いた電流検出手段には、図
示していないが、他に直流電流電源、電圧計が必要であ
るが、非常にシンプルな構成であり、比較的安価に構成
することができる。このように電流検出手段として、ホ
ール素子を用いてコイル内の磁界の強さから電流を検出
するようにすると、直流リアクトル装置として非常にシ
ンプルな構成となり、小形で安価な直流リアクトル監視
制御装置となる。

【００４５】実施の形態２．図４にこの発明の実施の形
態２．の構成を示す。この実施の形態２．は、大容量の
直流リアクトルで複数に分割される場合のホール素子を
用いた電流検出手段を付属した構成である。図におい
て、１１ａ、１１ｂは２分割されたコイル、１２ａ、１
２ｂは２分割されたコイルのそれぞれを収容するそれぞ
れの容器、１４ａ、１４ｂは口出し端子、５４ａ、５４
ｂは２分割されたそれぞれのコイルの中央部に配置さ
れ、磁界の強さに比例した電圧を検出するホール素子、
５５ａ、５５ｂはそれぞれのホール素子５４ａ、５４ｂ
に電流を供給するホール素子の端子である。９は容器１
２ａ、１２ｂを連結する接続ダクトである。

【００４６】このように構成した場合は２分割されたコ
イルは直列に接続されているので２つのコイルには同じ
電流が流れる。２つのホール素子５４ａ、５４ｂに検出
される電圧から電流を検知することができる。

【００４７】次に２分割して連結した場合の内部故障し
た場合の動作説明を行う。図５は２つの容器の連結部近
くで短絡した状態を示す図であり、図示の接続リード１
３ａと１３ｃの間のＰ点で短絡した場合の状態を示して
いる。図６は図５に示すＰ点で短絡した場合の内部磁界
の状況を示したものであり、（ａ）がコイル１１ａ側
（ｂ）がコイル１１ｂ側である。この場合電流はコイル
１１ａには流れないで、コイル１１ａには磁界が発生せ
ずコイル１１ｂ側のみ図中矢印に示す方向に発生する。
これにともなってホール素子５４ａには電圧が検出され
ず５４ｂのみに検出される。このホール素子の検出電圧
から直流リアクトルのコイル１１ａに短絡が発生してい
ることが検出できる。

【００４８】図７はコイル１１ａのＱ点で、層間短絡
（レヤーショート）が発生した場合の状態を示す図であ
る。図８はＱ点で短絡した場合の内部の磁界の状況を示
す図である。この場合はコイル１１ａ側の巻数が少なく
なったのと同じであり、健全な場合の磁界の強さに対し
て層間短絡した部分の巻数が少なくなった巻数に相当す
る磁界の強さとなり、コイル１１ｂ側に比較して磁界が
弱くなる。その状況は図８に示すようにコイル１１ａ側
は小さい矢印で示すように弱く、コイル１１ｂ側は大き
い矢印で示すように正常な磁界の強さである。ホール素
子５４ａ、５４ｂは磁界の強さに比例した電圧を検出す
るので各ホール素子の検出電圧から層間短絡の状況が検
出できる。

【００４９】図９はコイル１１ｂ側で、コイル１１ｂの
Ｒ点で地絡が発生した場合の状態を示す図である。図１
０はその状態における内部の磁界の状況を示す図であ
る。この場合はコイル１１ｂ側の巻数が少なくなり、コ
イル１１ａ側からとその反対側の両方から地絡電流が地
絡点より大地に流れる。この状態の各コイル内の磁界
は、コイル１１ａでは地絡電流が同じ方向に流れ、コイ
ル１１ｂ内はコイル１１ａ側から地絡点に地絡電流が流
れ、その反対側からも地絡電流が流れ、電流の方向は反
対であるのでコイル１１ｂには相殺された磁界の強さと
なり、その状況は図１０に示すようにコイル１１ａ側は
強い磁界となり、コイル１１ｂ側は弱い磁界となる。こ
の両者の磁界に比例した電圧を検出して比較することに
より地絡点が標定できる。

【００５０】以上のように、コイルを２分割した直流リ
アクトルでは、それぞれのコイルの中央部の磁界の強さ
に比例する電圧をホール素子を配置して、磁界の強さに
比例する電圧を検出し、それぞれのホール素子の検出電
圧を比較することによって、従来の方式では検出できな
かった短絡点の標定も可能な、小形で安価な直流リアク
トル監視制御装置が得られる。

【００５１】以上はコイルを２分割した場合について説
明したが、３分割、４分割と分割数を多くしても同様に
構成することができる。

【００５２】実施の形態３．実施の形態３．は、ホール
素子の取り付け方法の実施の形態である。図１１は実施
の形態１．の図１に示す構成を容器に収納し、ホール素
子が容器内に関係なく着脱できるようにしたものであ
る。図において、１２は収納容器、１１はコイル、１６
は磁気シールド、１７は端枠、５４はホール素子、５５
はホール素子端子、５８は非磁性体で構成されたホール
素子保護管である。

【００５３】通常、大容量の直流リアクトルは、数１０
０トンにもおよぶ重量であり、運転時の発熱は大きく、
冷却についても相当大掛かりなものになることから密閉
容器に収容し、絶縁油、絶縁ガスなどの冷却媒体が充填
された構造で製作される。このような場合の付属品は保
守管理の面から容易に着脱可能に構成することが大切で
ある。この発明に関する直流リアクトルにおいても、保
守管理が容易となるように、ホール素子の取り付けを、
図示のように、コイル１１、磁気シールド１６が収納さ
れた容器の上部から、コイル中央部に貫通して取り付け
られた先端部が封止されたホール素子保護管５８を装着
し、容器１２とは密封し内径部と外形部が隔離された状
態とし、内径部にホール素子を装着したものである。

【００５４】このように構成すると、ホール素子が直流
リアクトル本体の密閉構造と関係なくなり、本体を解体
することなくホール素子の取り換えができるようにな
り、保守管理が容易となる。

【００５５】実施の形態４．実施の形態４．は、ホール
素子複数個をコイルの中心部の軸方向に分散させた構成
である。図１２にその構成を示す。図において、１１、
１２、１６、１７、５５は、図１１と同一部材を示すも
のである。６８は非磁性体で構成されたホール素子保護
管である。６４、６５、６６はコイルの中心部の軸方向
に分散配置したホール素子である。

【００５６】このように構成すると、コイルの中央部に
配置されたホール素子６５は上記のホール素子１個の場
合と同じようにコイル１１内の磁界の強さの最大部分の
磁界の強さに比例した電圧を検出し、上下に配置された
ホール素子６４、６６は磁気シールド１６に近くなるの
で、非線形磁気特性の影響を受け、配置された位置の磁
界を正確に検出できないが、正常時の検出値を把握して
おき、故障時に正常時の磁界と比較すること、あるいは
上下の６４と６６を比較することにより、コイル内部故
障点が容易に正確に標定できるものである。

【００５７】このようにコイルの中心軸の上下に複数個
のホール素子を配置する構成は実施の形態１．のように
分割しない構成、あるいは複数に分割する構成のいずれ
にも適用できるものであり、故障点の検出が精度よく正
確に検出できる監視制御装置となる。

【００５８】実施の形態５．上記実施の形態１．〜４．
では、ホール素子により、コイル内に発生する磁界に比
例する電圧を検出して短絡箇所の標定まで可能となった
が、電流値の検出は正常時であれば磁界の強さから電流
値は検出できるが、故障時にはコイルの巻数が変化した
こととなるので、真の電流値の検出はできない欠点があ
る。

【００５９】この実施の形態５．では故障時にも電流値
が検出できるように、コイル１１ａ、１１ｂの中央部に
ホール素子５４ａ、５４ｂを装着するとともに、直流変
流器を口出し端子部にも装着した構成である。このよう
に構成すると、ホール素子５４ａ、５４ｂがコイル内の
磁界に比例した電圧により故障点が標定でき、流れてい
る電流値は口出し端子部の直流変流器により検出でき、
故障の状態、故障の部位がより精度よく判定することが
可能となる。また、故障時の電流も正確に検出されるか
ら送電路の保護に供することもできるものである。

【００６０】

【発明の効果】この発明の請求項１に係る直流リアクト
ルの監視制御装置は、空心コイルの中心部に、磁界の強
さに比例して電圧を発生するホール素子を配置しこのホ
ール素子が検出した電圧から負荷電流を検知し、検知し
た電流にしたがって、直流リアクトルの冷却器の運転制
御、及び直流リアクトルの状態監視を行うようにしたの
で、電流検出手段がシンプルな構成となり、小形で安価
な直流リアクトル監視制御装置を構成することができ
る。

【００６１】この発明の請求項２に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、空心コイルと磁気シールドとからな
る直流リアクトルの、磁気シールドの上部または下部か
ら磁気シールドを貫通して、空心コイルの中心部にホー
ル素子を配置し、ホール素子が検出した電圧から負荷電
流を検知し、検知した電流にしたがって、直流リアクト
ルの冷却器の運転制御、及び直流リアクトルの状態監視
を行うようにしたので、電流検出手段がシンプルな構成
となり、小形で安価な直流リアクトル監視制御装置を構
成することができる。

【００６２】この発明の請求項３に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、空心コイルと磁気シールドを密閉可
能な容器に収容した直流リアクトルの、容器の上部また
は下部から容器及び磁気シールドを貫通して、空心コイ
ルの中心部に先端部が封止された保護管が設け、この保
護管の内径部の空心コイルの中央部の位置に、磁界の強
さに比例して電圧を発生するホール素子を配置し、ホー
ル素子が検出した電圧から負荷電流を検知し、検知した
電流によって、直流リアクトルの冷却器の運転制御、及
び直流リアクトルの状態監視を行うようにしたので、電
流検出手段がシンプルな構成となり、ホール素子が不具
合になったときには本体を解体することなく容易に取り
替えができる利点があり、小形で安価な直流リアクトル
監視制御装置を構成することができる。

【００６３】この発明の請求項４に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、複数の空心コイルが直列若しくは並
列に接続されて使用される直流リアクトルの、複数のそ
れぞれの空心コイルの中心部の位置に、磁界の強さに比
例して電圧を発生するホール素子を配置し、ホール素子
が検出した電圧から負荷電流を検知し、検知した電流に
したがって、直流リアクトルの冷却器の運転制御し、ホ
ール素子の検出電圧から検知したそれぞれの負荷電流の
差を求め、この差電流によって直流リアクトルの状態監
視を行うようにしたので、装置の構成が小形で安価であ
り、内部の短絡した部分がいずれに側であるかが標定で
きる監視制御装置を構成することができる。

【００６４】この発明の請求項５に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、複数の空心コイルと、磁気遮蔽する
磁気シールドとが密封容器に収容され、接続管で連結さ
れた直流リアクトルの、それぞれの磁気シールドの上部
または下部から磁気シールドを貫通して、それぞれの空
心コイルの中心部にホール素子を配置し、ホール素子が
検出した電圧から負荷電流を検知し、検知した電流にし
たがって、直流リアクトルの冷却器を運転制御し、ホー
ル素子の検出電圧から検知したそれぞれの負荷電流の差
によって直流リアクトルの状態監視を行うようにしたの
で、装置の構成が小形で安価であり、内部の短絡した部
分がいずれに側であるかが標定できる監視制御装置を構
成することができる。

【００６５】この発明の請求項６に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、複数の空心コイル、磁気遮蔽する複
数の磁気シールドとが容器に収容され接続管で連結され
た直流リアクトルの、それぞれの容器の上部から容器及
び磁気シールドを貫通して、それぞれの空心コイルの中
心部に至る先端部が封止されたホール素子保護管を設
け、ホール素子保護管の内径部の空心コイルの中央部の
位置に、ホール素子を配置し、このホール素子が検出し
た電圧から負荷電流を検知し、検知した電流にしたがっ
て、直流リアクトルの冷却器の運転制御し、ホール素子
の検出電圧から検知したそれぞれの負荷電流の差によっ
て直流リアクトルの状態監視を行うようにしたので、ホ
ール素子が不具合になったときには本体を解体すること
なく容易に取り替えができる利点があり、装置の構成が
小形で安価であり、内部の短絡した部分がいずれに側で
あるかが標定できる監視制御装置を構成することができ
る。

【００６６】この発明の請求項７に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、コイル中心部に配置するホール素子
は、コイル中心の軸方向に複数個を分散配置し、複数の
ホール素子の一つが検出した電圧から負荷電流を検知
し、検知した電流にしたがって、直流リアクトルの冷却
器を運転制御し、各ホール素子が検出した電圧から各ホ
ール素子が配置された位置の磁界を検出し、正常時の磁
界の強さと比較することにより、コイルの異常の有無、
異常がある場合の異常点を標定するようにしたので、装
置の構成が小形で安価であり、内部の短絡した部分が精
度よく評定できる監視制御装置を構成することができ
る。

【００６７】この発明の請求項８に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、複数の空心コイルが直列若しくは並
列に接続された直流リアクトルの、複数のホール素子を
それぞれのコイルに分散配置し、ホール素子いずれかの
一つが検出した電圧から負荷電流を検知し、検知した電
流にしたがって、直流リアクトルの冷却器を運転制御
し、複数のホール素子の検出電圧からその位置での磁界
の強さを検知し、正常時の磁界の強さと比較することに
より、コイルの異常の有無、異常がある場合の異常点を
標定するようにしたので、装置の構成が小形で安価であ
り、内部の短絡した部分が精度よく評定できる監視制御
装置を構成することができる。

【００６８】この発明の請求項９に係る直流リアクトル
の監視制御装置は、複数の空心コイルが直列に接続され
た直流リアクトルの、複数のそれぞれの空心コイルの中
心部のそれぞれの中心部に複数のホール素子を分散配置
し、直流リアクトルの入力端子及び出力端子にそれぞれ
直流変流器を設け、直流変流器が検出した電流によって
冷却器の運転制御を行い、直流変流器の検出した電流
と、複数のホール素子のそれぞれの検出電圧からその位
置での磁界の強さを検知し、正常時の各ホール素子が配
置された位置の磁界の強さと比較することにより、コイ
ルの異常の有無、異常がある場合の異常点を標定するよ
うにしたので、故障時にも負荷電流が正確に検出され、
内部の故障点の標定も精度よくできる監視制御装置が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の、実施の形態１．の直流リアクト
ルの構成を示す破断鳥瞰図である。

【図２】 図１の内部の構成を説明する縦断面図であ
る。

【図３】 磁界中に配置されたホール素子の動作説明図
である。

【図４】 この発明のコイルを２分割して直列接続した
実施の形態２．の構成図である。

【図５】 図４の構成のリード間短絡発生時の状況説明
図である。

【図６】 図５の内部の磁界の状況を説明する縦断面図
である。

【図７】 図４の構成のコイルの層間短絡発生時の状況
説明図である。

【図８】 図７の内部の磁界の状況を説明する縦断面図
である。

【図９】 図４の構成のコイルからの地絡発生時の状況
説明図である。

【図１０】 図７の内部の磁界の状況を説明する縦断面
図である。

【図１１】 この発明によるホール素子を保護管を装着
して取付けた状況を示す直流リアクトルの構造図であ
る。

【図１２】 この発明によるホール素子を複数個分散配
置して保護管を装着して取付けた状況を示す直流リアク
トルの構造図である。

【図１３】 直流送電機器の構成例を示す結線図であ
る。

【図１４】 従来のコイルを２分割した場合の直流リア
クトルの縦断面図である。

【図１５】 従来の直流リアクトルの基本構成を示す破
断鳥瞰図である。

【図１６】 従来のコイルが２分割された直流リアクト
ルの外形図である。

【図１７】 直流リアクトルの内部磁界の説明図であ
る。

【図１８】 従来の直流変流器の基本構成の説明図であ
る。

【図１９】 図１８の構成の直流変流器の出力電圧説明
図である。

【図２０】 従来の直流変流器の実際の構成を示す構成
説明図である。

【図２１】 図２０の残留磁気検出動作の説明図であ
る。

【図２２】 ２分割されたコイルのリード間短絡の故障
モードの説明図である。

【図２３】 ２分割されたコイルの層間短絡時の故障モ
ード説明図である。

【図２４】 ２分割されたコイルのコイルから地絡した
故障モード説明図である。

【符号の説明】

９ 接続管、１１ コイル、１２ 容器、１３ 接続リ
ード、１４ 口出し端子、１６ 磁気シールド、１７
端枠、１８ 締め付けボルト、５０ ホール素子、５４
ホール素子、５５ ホール素子端子、５６ 接続ロッ
ド、５７ 接続ロッド貫通孔、５８ ホール素子保護
管、６４，６５，６６ ホール素子、６８ ホール素子
保護管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｆ 38/20 Ｈ０１Ｆ 40/00

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体を巻回した空心コイルで構成され、
   直流回路に使用される直流リアクトルの空心コイルの中
   心部に配置され、磁界の強さに比例して電圧を発生する
   ホール素子、このホール素子が検出した電圧から負荷電
   流を検知し、検知した電流にしたがって、直流リアクト
   ルの冷却器の運転制御、及び直流リアクトルの状態監視
   を行う直流リアクトルの監視制御装置。
2. 【請求項２】 導体を巻回した空心コイル、該空心コイ
   ルの上下、左右を磁気遮蔽する磁気シールドからなる直
   流リアクトルの、磁気シールドの上部または下部から磁
   気シールドを貫通して上記空心コイルの中心部に配置さ
   れた磁界の強さに比例して電圧を発生するホール素子、
   このホール素子が検出した電圧から負荷電流を検知し、
   検知した電流にしたがって、直流リアクトルの冷却器の
   運転制御、及び直流リアクトルの状態監視を行う直流リ
   アクトルの監視制御装置。
3. 【請求項３】 導体を巻回した空心コイル、該空心コイ
   ルの上下、左右を磁気遮蔽する磁気シールドを密閉可能
   な容器に収容された直流リアクトルの、容器の上部また
   は下部から容器及び磁気シールドを貫通して、上記空心
   コイルの中心部に至る先端部が封止された保護管が設け
   られ、該保護管の内径部の上記空心コイルの中央部の位
   置に配置され、磁界の強さに比例して電圧を発生するホ
   ール素子、このホール素子が検出した電圧から負荷電流
   を検知し、検知した電流にしたがって、直流リアクトル
   の冷却器の運転制御、及び直流リアクトルの状態監視を
   行う直流リアクトルの監視制御装置。
4. 【請求項４】 導体を巻回した複数の空心コイルで構成
   され、直列若しくは並列に接続されて直流回路に使用さ
   れる直流リアクトルの、それぞれの空心コイルの中心部
   に配置され、磁界の強さに比例して電圧を発生するホー
   ル素子、このホール素子が検出した電圧から負荷電流を
   検知し、検知した電流にしたがって、直流リアクトルの
   冷却器の運転制御し、ホール素子の検出電圧から検知し
   たそれぞれの負荷電流の差を求め、この差電流によって
   直流リアクトルの状態監視を行う直流リアクトルの監視
   制御装置。
5. 【請求項５】 導体を巻回した複数の空心コイルが直列
   若しくは並列に接続され、複数の空心コイルのそれぞれ
   の上下、左右を磁気遮蔽する磁気シールドが、それぞれ
   密封可能な容器に収容され、接続管で連結され、上記そ
   れぞれの磁気シールドの上部または下部から磁気シール
   ドを貫通して上記それぞれの空心コイルの中心部に配置
   された磁界の強さに比例して電圧を発生するホール素
   子、このホール素子が検出した電圧から負荷電流を検知
   し、検知した電流にしたがって、直流リアクトルの冷却
   器の運転制御を行い、それぞれのホール素子が検出した
   電圧から検知した負荷電流の差を求め、その差によって
   直流リアクトルの状態監視を行う直流リアクトルの監視
   制御装置。
6. 【請求項６】 導体を巻回した複数の空心コイルで構成
   され、該複数の空心コイルのそれぞれの上下、左右を磁
   気遮蔽する複数の磁気シールドがそれぞれ密閉可能な容
   器に収容された直流リアクトルの、それぞれの容器の上
   部または下部から容器及び磁気シールドを貫通して、上
   記それぞれの空心コイルの中心部に至る先端部が封止さ
   れた保護管が設けられ、該保護管の内径部の上記空心コ
   イルの中央部の位置に、磁界の強さに比例して電圧を発
   生するホール素子を配置し、このホール素子が検出した
   電圧から負荷電流を検知し、検知した電流にしたがっ
   て、直流リアクトルの冷却器の運転制御を行い、それぞ
   れのホール素子が検出した電圧から検知した負荷電流の
   差を求め、その差によって直流リアクトルの状態監視を
   行う直流リアクトルの監視制御装置。
7. 【請求項７】 コイル中心部に配置するホール素子は、
   コイル中心の軸方向に複数個を分散配置し、この複数の
   ホール素子の一つが検出した電圧から負荷電流を検知
   し、検知した電流にしたがって、直流リアクトルの冷却
   器を運転制御し、各ホール素子が検出した電圧から各ホ
   ール素子が配置された位置の磁界を検出し、正常時の磁
   界の強さと比較することにより、コイルの異常の有無、
   異常がある場合の異常点を標定する状態監視を行う請求
   項１乃至請求項３のいずれかに記載の直流リアクトルの
   監視制御装置。
8. 【請求項８】 導体を巻回した複数の空心コイルで構成
   され、直列若しくは並列に接続されて直流回路に使用さ
   れる直流リアクトルの、複数のそれぞれの空心コイルの
   中心部に配置されるホール素子は複数のコイルのそれぞ
   れの中心部に、磁界の強さに比例して電圧を発生するホ
   ール素子の複数を分散配置し、このホール素子いずれか
   の一つが検出した電圧から負荷電流を検知し、検知した
   電流にしたがって、直流リアクトルの冷却器を運転制御
   し、複数のホール素子のそれぞれの検出電圧から検地し
   た磁界の強さと、正常時の各ホール素子が配置された位
   置の磁界の強さを比較することにより、コイルの異常の
   有無、異常がある場合に異常点を標定する請求項４乃至
   請求項６のいずれかに記載の直流リアクトルの監視制御
   装置。
9. 【請求項９】 導体を巻回した複数の空心コイルで構成
   され、直列若しくは並列に接続されて直流回路に使用さ
   れる直流リアクトルの、複数のそれぞれの空心コイルの
   中心部に配置されるホール素子は複数のコイルのそれぞ
   れの中心部に、磁界の強さに比例して電圧を発生するホ
   ール素子の複数を分散配置し、直流リアクトルの入力端
   子及び出力端子にそれぞれ直流変流器を設け、直流変流
   器が検出した電流によって冷却器の運転制御を行い、直
   流変流器の検出した電流と、複数のホール素子のそれぞ
   れの検出電圧からその位置での磁界の強さを検知し、正
   常時の各ホール素子が配置された位置の磁界の強さと比
   較することにより、コイルの異常の有無、異常がある場
   合の異常点を標定する請求項４乃至請求項６のいずれか
   に記載の直流リアクトルの監視制御装置。