JPH01204327A - 遮断装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電力系統の線路に設備する遮断装置に関し、
詳細には電力系統において地中に埋設した送電線路に接
続する限流線としての超電導線に定格を越える過大電流
が流れた場合にその過大電流の流れた事故線路のみなら
ず過大電流の流れていない正常線路も線路から切り離す
遮断装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に電力系統は、電力の発生から消費までを一括した
系統で、すなわち発電所において発電し、これを送電線
によって送電し、さらに配電線を利用して方々の工場や
家庭に配電し、負荷機器に至るまでを一括した系統をい
う。送電線によって輸送された電力は送電電圧のままで
、いきなり需要家に供給することはできないから、それ
までには幾回か需要負荷に都合のよい電圧に逓降しなけ
ればならない。

網状に接続された電力系統においては、もし線路のどこ
かに事故が発生すると、その影響はたちまち全地域に波
及する。従って、たとえ事故が発生しても、その影響を
局部的に抑制して他への波及を未然に防ぐことが保守保
安上、また電力を不断に供給する上からも、極めて大切
である。

送電線路に発生する事故の種類は千種万様であるが、雷
撃に伴う異常電圧の発生と線路の短絡及び地絡によって
流れる過大電流である。これがために異常電圧に対して
は送電線に架空地線や埋設地線を設置して線路を保護し
、また発電所や変電所では線路の引込口または引出口の
付近に各種の避雷器を取付け、異常電圧波が襲来すると
一時的に接地してこれを大地に導き、電気施設の絶縁破
壊を防止することに努めている。また電線路が断線や接
触によって短絡または地絡すると、故障位置に強大な電
流が流れて回路中の電気機器を焼損するので、このよう
な不時の事態に備えるための措置として線路の一定区間
毎に限流線を設ける場合がある。これは、大電流が線路
に流れると同時に限流線の限流作用によって故障区間を
切り離して電流を遮断し、事故の影響が波及するのを未
然に防ぐためである。

そのような限流線としては、通常は限流作用を有する導
体の周囲に絶縁被覆を被せて電線として構成したもの、
金属系超電導材料からなる超電導線、或いは本発明者が
先に提案したセラミックス系超電導材料からなる超電導
線（特願昭６２−２４８９３５号参照）がある。

このうち常電導体である電線は別として、金属系または
セラミックス系超電導材料からなる超電導線は、平常時
はその超電導状態により電気抵抗が全くなく電流を損失
なく流すが、事故時の大電流により直ちに超電導体から
絶縁体に移行して限流作用を行うことが特徴である。す
なわち、線路の許容電流に応じて予め設定した超電導線
の臨界電流（たとえば配電系統の線路の本線の場合は電
圧６００Ｖで許容電流２万Ａだから臨界電流は２万Ａ）
以上に事故電流が達すると、超電導線はその超電導相が
破壊して超電導体から絶縁体に瞬時に移行して大電流を
遮断する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで電力系統において、一般に各家庭などの小口需
要家へは単相交流、それ以外の大口需要家や送電系統に
は三相交流が専ら採用されている。

単相交流は普通三木（単相３線式では三本）の電線（ま
たはケーブル）、三相交流は三本（三相４線式では四本
）の電線（またはケーブル）を使用して給電している。

これら線路の各電線に限流線として超電導線を接続して
発生事故による過大電流を遮断するわけであるが、短絡
や地絡などの事故は一本の電線だけに起こるのが大多数
である。

この場合、たとえば三相交流を例にすると、１回線の三
相のうち一相に事故の大電流が流れ、超電導線が超電導
体から絶縁体に移行して大電流を遮断し、事故相を切り
離しても、他の二相は正常であり給電を続行することに
なる。しかしながら、事故の収拾に対しては直ちにその
原因解明並びに復旧作業に着手することが、給電を不断
に続行すると共に電気施設の運用者を電撃から保護する
などの安全保証の上から重要である。これには、線路に
限流線として使用する超電導線が大電流によって限流作
用を発揮して事故相を切り離すと同時に、他の超電導線
の接続された健全相も切り離して事故区間の１回線金相
を遮断する装置を設備しておくことが切要である。

また、産業の発展と共に需要負荷が増大すれば、電源の
開発、施設の増強によって電力系統は次第に規模を拡大
し、かつ複雑化する。電気事業者が良質の電気を豊富、
低廉に供給できるためには、この電力系統全体が常に合
理的かつ経済的に運用されなければならず、負荷に供給
される電気の総合コストを最小にすることが肝要である
。

従って本発明の目的は、以上の点を鑑みて電力系統の線
路に接続された限流線としての超電導線が限流作用によ
って事故相を切り離すと、他の健全相も同時に切り離す
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的は、電力系統の線路に接続するための限流作用
を有する超電導線と、超電導線の周囲に発生する磁界の
変化を検出する磁界検出機構と、磁界検出機構によって
検出された磁界変化に応じて線路を切り離す断路機構と
を備えたことを特徴とする遮断装置により達成される。

本発明の遮断装置は限流作用を有する超電導線を使用し
、線路に故障電流が流れていない平常時は超電導線が超
電導体であり、損失なく送電することができ、過大電流
が線路に流れて、超電導線が限流作用を行い、当該超電
導線が接続された事故線路かを断路機構によって断路さ
れると同時に、電流遮断による超電導線の周囲の磁界変
化を磁界検出機構によって検出し、これに応じて正常線
路に取付けられた断路機構を連動させ、この正常線路の
超電導線が超電導体であっても当該線路を強制的に断路
するものである。

周知の如く、電線（またはケーブル）に電流が通じると
その周囲に磁界が発生する。単相交流または三相交流に
しろ電線に定格電流が流れている時は各電線の周囲に発
生する磁界は同−強さであるが、−本の電線の電流が遮
断されると全電線による合成磁界が変化する。本発明の
遮断装置ではこの磁界変化を磁界検出機構によって検出
し、１回線全部の電線の電流を遮断するのである。

このような遮断装置に使用する磁界検出機構には特に限
定はなく、たとえば周知の磁界検出機構もしくは素子な
どを用いればよい。

また線路に限流線として接続する超電導線の材料として
は、金属系またはセラミックス系超電導材料がある。金
属系超電導材料としては、ニオブ、チタン、ジルコニウ
ム、バナジウム、タンタルなどで、セラミックス系超電
導材料またはその原料の混合物としては、特に制限はな
いが、希土類元素の酸化物を含有するセラミックス材料
であることが好ましい。かかる材料としては、既存の材
料を供すればよいが、たとえば材料の成分としてバリウ
ム・イツトリウム・銅・酸素、バリウム・ランタン・銅
・酸素、ストロンチウム・ランタン・銅・酸素、バリウ
ム・スカンジウム・銅・酸素、またはカルシウム・ラン
タン・銅・酸素を組成とするセラミックスなどがあり、
好ましくはセラミックス材料で主流になりつつあるイツ
トリウム系であるバリウム・イツトリウム・銅・酸素の
組成からなる材料である。さらにこのイツトリウム系超
電導材料を使用する場合にその好ましい配合比はＢａ：
　Ｙ　：Ｃｕ：　Ｏ＝２　：　１　：　３　：　６〜７
である。

なお超電導線の製法は、上記金属系またはセラミックス
系超電導材料を使用し、常套手段で行えばよいが、超電
導線の超電導相が破壊して超電導線が超電導体から絶縁
体に移行する時の臨界電流を適宜設定する必要がある。

たとえば電力系統のうちで特に需要家に直結して電力を
供給する部分である配電系統の本線では、本線の定格電
流６００Ａで遮断電流２万Ａである。換言すると本線に
は２万Ａの時に臨界電流となって超電導体から絶縁体に
移行して限流作用が現出するような断面積の超電導線を
使用する。また超電導線はその超電導体と絶縁体の両方
の特性を活用するものであるが、セラミックス材料は本
来は優秀な絶縁体である故、異常時の絶縁状態によるよ
り望ましい給電阻止を獲得するにはセラミックス系超電
導材料からなる超電導線であることが好ましい。

〔実施例〕

以下、本発明の遮断装置を実施例に基づいて具体的に説
明する。

第１図はその一実施例の概略回路を示す。図では三相交
流で三相３線式の場合を示し、地中に埋設された送電線
路において１回線の三本の電線１０（またはケーブル）
に遮断装置ＢＲが設備されている。各電線１０には限流
作用を有する超電導線Ｇが接続され、さらに電線１０を
断路する断路機構が取付けられている。断路機構は図か
らも明らかなように、電線１０に接続された分流抵抗器
ｒ、分流抵抗器ｒに直列接続されたコイル２１、コイル
２１内に挿入されその励磁・消磁に伴って変位する鉄棒
２２、鉄棒２２の端部に取付けられたコイルバネ２３、
及び鉄棒２２の変位に従って電線１０を開閉するスイッ
チ２４により構成されている。但し、断路機構に必要に
応じてスイッチ２４が開状態で固定される付加機構を設
けておくことが好ましい。第２図に示すように、超電導
線Ｇは互いに等距離を置くよう正三角形の頂点位置に配
置され、正三角形の重心位置に前例のうち任意の磁界検
出機構３０が配置されている。磁界検出機構３０によっ
て検出された超電導線Ｇの周囲に生じた磁界変化に従っ
て断路機構を作動させるために、磁界検出機構３０と断
路機構は適当な連動機構３１によって連結されている。

なお超電導線Ｇは金属系またはセラミックス系のいずれ
にせよ超電導材料のもつ臨界温度により異なるが、その
超電導状態を維持するために、たとえば冷却材を入れで
ある冷却槽４０内に収容されて常時冷却されている。

遮断装置ＢＲに使用する起電導線Ｇは、通常は冷却槽４
０内の冷却材（たとえば液体窒素）中に入れであるので
超電導線Ｇを水から防護するための防水層を超電導線Ｇ
に特に設ける必要はないが、冷却材によって冷却しない
常温中で使用する場合は防水層を設けておくことが望ま
しい。

かかる構造の遮断装置ＢＲでは、平常電流Ｉの給電時に
は超電導線Ｇは超電導体であり、電気抵抗が全くないた
めジュール熱の発生がなく、従って電送損失がない。ま
た平常時は、分流抵抗器ｒによって電線１０から分流さ
れた電流がコイル２１を流れることにより、コイル２１
が励磁されて鉄棒２２がコイルバネ２３の付勢力に勝っ
て矢印口の方向に変位し、スイッチ２４が閉じた状態に
ある。

またこの時、各超電導線Ｇを通じる電流ｌによって各超
電導線Ｇの周囲には同−強さの磁界が発生している。と
ころが、磁界検出機構３０は正三角形の重心位置、すな
わち各超電導線Ｇがら等距離を置いて位置しているため
この地点では各発生磁界は互いに打ち消し合って合成磁
界は０である。

従って、当然磁界の変化は生じない。

ここで何らかの原因により三相のうち一相の電線路に短
絡や地絡などの異常が発生して大電流が電線ｌＯを通じ
て超電導線Ｇに流れると、超電導線Ｇはその磁界電流以
上の電流により超電導相が破壊し、瞬時に超電導体から
セラミックス材料の本来の特性である絶縁体に移行し、
過大電流を速やかに遮断する。超電導線Ｇの限流作用と
同時に、分流抵抗器ｒには電流が流れなくなり、コイル
２１が消磁されて鉄棒２２がコイルバネ２３の復元力に
よって矢印イの方向に変位し、スイッチ２４が開いて電
線１０を断路する。この電線１０の断路により、電線１
０の電流の逆流を防ぐこともできる。最も超電導線Ｇは
限流作用後には絶縁体になっているので電流逆流の可能
性は極めて少ないが、万一の時の処置となる。

さらに、超電導線Ｇの絶縁体への移行と同時に、事故相
の電流が遮断されるため事故相の超電導線Ｇの周囲に発
生していた磁界が消滅する。これにより、磁界検出機構
３０の配置地点で０であった合成磁界が変化し、これを
磁界検出機構３０が検出し、検出信号に応じて連動機構
３１が作動し、健全相の電線１０に取付けられている断
路機構のスイッチ２４を開く。全スイッチ２４の開動作
により、発生事故区間における１回線の全相を完全に切
り離し、当該区間の復旧などの作業従事者に対する安全
が保証されることになる。

なお上記遮断装置ＢＲの断路機構には電線１０が断路状
態にあることを容易に視認できる付加機構を設けておく
ことが好ましい。これは復旧作業など電気施設を運用す
る人を電撃の危険性から保護する多重処置である。また
断路機構の構造は上記実施例に示したものとは全（異な
る構造であっても差し支えない。

（発明の効果〕 以上説明した如く、本発明の遮断装置は限流作用を有す
る起電導線を使用し、この超電導線の周囲に発生する磁
界の変化を磁界検出機構によって検出し、それに基づい
て事故線路だけでなく正常線路も遮断することにより、
発生事故区間の単相交流または三相交流の電線路を全て
同時かつ完全に切り離すことができ、事故に対する万全
の処置となり、電力系統を合理的かつ経済的に運用する
ことを可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の遮断装置の電力系統における三相交流
の各電線路に対する取付例を示す概略回路図、第２図は
第１図の遮断装置の超電導線と磁界検出機構の配置を説
明するための概略図である。 ＢＲ：遮断装置 Ｇ　　　　　：超電導線 ｒ　　　　　：分流抵抗器 １０：電線 ２１：コイル ２２：鉄棒 ２３：コイルバネ ２４：スイッチ ３０：磁界検出機構 ３１：連動機構 ４０：冷却槽 ン Ｎ′）Ｎ′） Ｌ−一−−−＝　　＋−＋＋＋−＋　　Ｊ手続補正書（
自釦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力系統の線路に接続するための限流作用を有す
   る超電導線と、超電導線の周囲に発生する磁界の変化を
   検出する磁界検出機構と、磁界検出機構によって検出さ
   れた磁界変化に応じて線路を切り離す断路機構とを備え
   たことを特徴とする遮断装置。
2. （２）前記線路が三相交流であり、各相に接続した超電
   導線を互いに等距離になるよう正三角形の頂点位置に配
   置し、正三角形の重心位置に磁界検出機構を配置したこ
   とを特徴とする請求項（１）記載の遮断装置。