JPH01286733A - 限流ユニット - 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して線路に定格を越え
る過大電流が流れた場合にその過大電流の流れを抑制し
、過大電流の消滅後に線路の通電を再開する限流ユニッ
トに関する。

〔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
までには浅凹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。

綱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
提案するセラミックス系超電導材料からなる超電導線が
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（電流を損失
なく流すが、事故時の大電流により短時間に超電導体か
ら非超電導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６００■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非超電導体に短時間に移行
して大電流を遮断する。

〔発明が解決しようとする課題〕

セラミックス系超電導材料からなる限流線は、セラミッ
クス材料の本来の特性である高電気抵抗体すなわち非超
電導体と超電導体の両方の特性を活用するもので、金属
系超電導材料からなる限流線よりも優秀な限流作用を有
している。

ところで、一般にセラミックス系超電導材料からなる超
電導線は臨界電流よりも大きい過大電流によって超電導
状態が破壊し、短時間に超電導体全体が常電導体になる
クエンチ現象を呈するが、超電導線がクエンチ状態に移
行する時に超電導体は一般に高抵抗を示し、この高抵抗
によりジュール熱を発生し、ついには超電導線が焼き切
れてしまう恐れがある。

そのため、セラミックス系超電導材料からなる超電導線
を限流線として使用した場合には過大電流によって超電
導線がクエンチ状態になっても焼き切れないような処置
を施しておくことが望ましい。

また、産業の発展と共に需要負荷が１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。電気事業者が良賀の電気を豊富、
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
。

この立場から、超電導線を限流線として使用した限流装
置の場合もそのコストをできるだけ低減し、電力系統の
線路に容易に設備できることが望まれる。

従って本発明の目的は、以上の点を鑑みてセラミックス
系超電導材料からなる超電導線を限流線として使用し、
大１ｔｔＸによってｖＪＡ流線がクエンチ状態に移行し
ても焼き切れる危険がなく、しかも電力系統の線路に容
易に設備できる限流ユニットを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の限流ユニットは、
セラミックス系超電導材料からなる超電導線を限流線と
して使用し、電力系統の線路に容易に設備できるもので
、大電流によって超電導線が超電導体からクエンチ状態
に移行した時に電流を迂回させるバイパスを有し、バイ
パスによって電流を負荷機器に損傷を与えない程度にま
で抑制する。

すなわち限流ユニットは、超電導線に線路接続用のユニ
ット端子を取付け、当該超電導線を導電性冷却槽内にユ
ニット端子が冷却槽を貫通する態様で配置すると共に冷
却槽とユニット端子を電気的に接続し、冷却槽に設けた
絶縁体によって冷却槽を一方部と他方部に二分し、冷却
槽の一方部の外面及び他方部の外面に抵抗を有する端子
をそれぞれ取付け、両端子間にヒユーズを架設したこと
を特徴とする。

さらにヒユーズを有しない限流ユニットでは、冷却槽を
絶縁体によって二分せずに冷却槽自体をバイパスとして
利用すべく、冷却槽が導電性かつ抵抗を有することを特
徴とする。

ヒユーズを備えた限流ユニットは、平常時には超電導線
が超電導状態であって電送損失がなく、事故による大電
流が流れると過大電流によってその超電導相が破壊され
るため超電導線がクエンチ状態に短時間に移行する。超
電導線のクエンチ状態への移行と同時に、上流側のユニ
ット端子から導電性冷却槽の一方部、該一方部に取付け
た端子、ヒユーズ、冷却槽の他方部に取付けた端子、冷
却槽の他方部を順に経て下流側のユニット端子に至るバ
イパスを形成し、冷却槽に取付けた抵抗を有する両端子
によって過大電流を絞る。

また、ヒユーズを備えていない限流ユニットでは、導電
性冷却槽を迂回路とし、冷却槽自体が抵抗を有している
ので冷却槽によって過大電流を絞る。

本発明の限流ユニットに限流線として用いる超電導線の
セラミックス系超電導材料には特に制限はなく、たとえ
ば希土類元素を含む酸化物のセラミックス材料としては
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、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で、希土
類元素を含まない酸化物のセラミックス材料ではビスマ
ス・ストロンチウム・カルシウム・銅・酸素を組成とす
るセラミックスが例示される。

なお超電導線の製法は、上記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起電導体からクエンチ状態に移
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
る二分である配電系統の本線では、本線の定格電流６０
０Ａ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起電導体からクエンチ状態に
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。

〔実施例〕

以下、本発明の限流ユニットを実施例に基づいて説明す
る。

第１図は一例の限流ユニッ）Ｇｌを電力系統の線路５０
に設備したものである。限流ユニットＧ１はセラミック
ス系超電導材料からなる超電導線、すなわち限流線ｌＯ
と、冷却媒体（たとえば液体窒素）１２を入れである導
電性冷却槽１１と、冷却を効率良く行うために冷却槽１
１との間に保温層１４を介在させた保温槽１３とを備え
る。限流線１０の両端には限流線端子１５が取付けられ
、限流線端子１５には線路５０に接続するためのユニッ
ト端子１６が取付けられている。限流線１０は、セラミ
ックス系超電導材料のもつ臨界温度により異なるが超電
導状態を維持するために、冷却槽１１内にユニット端子
１６が冷却槽１１を貫通する態様で配置され、導電性冷
却槽１１とユニット端子１６は電気的に接続されている
。

さらに冷却槽１１は保温槽１３内に収容され、かつユニ
ット端子１６が保温槽１３を貫通して保温槽１３の外部
に突出している。冷却槽１１は当該冷却槽１１に設けた
絶縁体１７によって一方部と他方部に二分され、上流側
のユニット端子から下流側のユニット端子に冷却槽１１
を通じて電流が流れないようになっている。冷却槽１１
の一方部の外面及び他方部の外面には抵抗を有する端子
１８．１９が絶縁体１７を挟んで対向位置にそれぞれ取
付けられ、保温槽１３を貫通して保温槽１３の外部に突
出している。この両端子１８．１９間にヒユーズ２０が
架設されている。

限流線１０は、図からも明らかな如くセラミックス系超
電導材料からなる超電導体２１の周囲に製造工程中の線
引によって形成された金属薄層２２を有する。ここにお
いて、限流線１０は通常は冷却槽１１内の冷却媒体１２
中に入れであるので限流線ｌＯを水から防護するための
金属薄層２２の如き防水層を限流線１０に特に設ける必
要はないが、冷却媒体１２によって冷却しない常温中で
使用する場合などは防水層を設けておくことが望ましい
。

かかる限流ユニッ）Ｇｌは、前述した如く、線路が断線
や接触など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などの
大きな被害を及ぼすので、大電流を限流作用によって自
動的かつ速やかに遮断して故障区間を切り離すためのも
のである。

従って、限流ユニットＧ１は、第２図にその回路を示す
ように、線路５０の一定区間毎に設備して使用する。

−このような限流ユニットＧ１では、平常時には限流１
１１１０は超電導体であり、電気抵抗がＯであるためジ
ュール熱の発生がなく、従って電送損失が全くない、ま
たこの時、電流Ｉはバイパスであるヒユーズ回路には端
子１８．１９が抵抗Ｒを有しているため流れることはな
い。

ここで何らかの原因により線路に短絡や地絡などの異常
が発生して大電流が線路５０を通じて限流ユニッ）ＣＩ
に流れると、短時間に限流線１０が超電導体からクエン
チ状態に移行し、限流１１１０を電流が流れな（なると
同時に電流は抵抗Ｒを有するヒユーズ回路、すなわち上
流側のユニット端子から冷却槽１１の一方部、端子１８
、ヒユーズ２０、端子１９、冷却槽１１の他方部、下流
側のユニット端子の順に流れる。この際、端子１８．１
９が抵抗Ｒを有するため端子１８．１９によって負荷機
器が焼損するなどの不具合が生じない程度にまで電流が
十分に絞られ、過大電流が一度に流れるようなことはな
い。

電流が絞られる間に発生事故が除去され且つ限流線１０
が超電導体に復帰すれば、限流線１０からの通常の通電
に戻る。

電流を絞っている間に事故が除去されない場合は、ヒユ
ーズ２０が過電流によるジュール熱によって自動的に溶
断し、過電流による障害を未然に防ぐために一旦通電が
中断される０通電中断中に事故が除去され且つ限流線ｌ
Ｏが超電導体に復帰すると、通電が再開される。

ここにおいて、通電中断時であっても事故が取り除かれ
ない場合に、限流線１０が超電導体に復帰すると限流線
１０は過大電流によって再びクエンチ状態になり、事故
が継続している限り限流線１０が超電導体とクエンチ状
態への移行を繰り返すことになる。従って、これに対す
る処置として、たとえば繰り返し回数を変電所でカウン
トし、所定回数（たとえば２回）に達したら変電所遮断
器により故障線路区間を切り離して当該線路区間の電流
を完全に遮断するようにしてお（ことが好ましい。

通電が停止した場合にヒユーズ２０の溶断の有無を調べ
れば事故区間が直ちに判明するから、事故の復旧の敏速
化が図れる。事故の復旧作業中に限流線１０が超電導体
に移行しているので事故復旧が完了すれば、遮断器を投
入して零線５０の通電を再開すればよい。

次に、ヒユーズ回路を有しない限流ユニットＧ２の一例
を第３図に、並びにその回路を第４図に示す、この限流
ユニットＧ２は、第１図に示した限流ユニットＧ１と異
なり、冷却槽３１自体をバイパスとするために冷却槽３
１が絶縁体によって二分されておらず導電性かつ抵抗を
有するものである。

その他の構造は第１図の限流ユニットＧ１と全く同一で
ある。

この限流ユニットＧ２において、事故により大電流が線
路５０を通じて限流ユニットＧ２に流れると、限流線３
０が超電導体からクエンチ状態に移行し、電流はバイパ
スである抵抗ｒを有する導電性冷却槽３１を迂回する。

この時、冷却槽３１の抵抗ｒによって電流が絞られる。

電流が絞られる間に事故が除去され且つ限流線３０が超
電導体に復帰すれば、限流線３０からの通常の通電が再
開される。

この時点で事故が除去されていない場合、限流線３０は
超電導体とクエンチ状態への移行を事故継続中に繰り返
すことになるので、前例と同様にたとえば事故継続時間
が指定時間を越えたら変電所遮断器を作動させて故障線
路区間の電流を完全に遮断するようにしておくことが好
ましい、事故の復旧作業中に限流線３０が超電導体に移
行しているので事故復旧が完了すれば、遮断器を投入し
て零線５０の通電を再開すればよい。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の目的を逸脱しない限り他の態様を採用してもよいこと
はいうまでもない。

〔発明の効果〕

本発明の限流ユニットは、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

セラミックス系超電導材料からなる超電導線を限流線と
して使用し、かつ限流線が過大電流によって超電導体か
らクエンチ状態に移行した時に電流を迂回させると共に
絞るためのバイパスを設けたから、クエンチ状態への移
行時に限流線の高抵抗特性によって限流線が焼き切れる
ようなことがない。

また、全体の構造が簡素かつユニット化されているため
、ｉｉｍ路に簡単に取付けることができるなど取り扱い
易く、しかも低コストであり、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図は本発明の限流ユニットの一実施例の断面図、第
２図は第１図に示した限流ユニットを電力系統の線路に
取付けた時の略回路図、第３図は本発明の限流ユニット
の別の実施例の断面図、第４図は第３図に示した限流ユ
ニットを電力系統の線路に取付けた時の略回路図である
。 Ｇ１、Ｇ２　　：限流ユニット １Ｏ１３０；限流線（超電導線） １１．３１：導電性冷却槽 １３．３３：保温槽 １６．３６：ユニット端子 １７：絶縁体 １８．１９：端子 ２０：ヒユーズ ５０：線路 Ｒ，ｒ　　　　　：抵抗 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力系統の線路に設備する限流ユニットであって
   、セラミックス系超電導材料からなる超電導線に線路接
   続用のユニット端子を取付け、当該超電導線を導電性冷
   却槽内にユニット端子が冷却槽を貫通する態様で配置す
   ると共に冷却槽とユニット端子を電気的に接続し、冷却
   槽に設けた絶縁体によって冷却槽を一方部と他方部に二
   分し、冷却槽の一方部の外面及び他方部の外面に抵抗を
   有する端子をそれぞれ取付け、両端子間にヒューズを架
   設したことを特徴とする限流ユニット。
2. （２）電力系統の線路に設備する限流ユニットであって
   、セラミックス系超電導材料からなる超電導線に線路接
   続用のユニット端子を取付け、当該超電導線を導電性か
   つ抵抗を有する冷却槽内にユニット端子が冷却槽を貫通
   する態様で配置すると共に冷却槽とユニット端子を電気
   的に接続したことを特徴とする限流ユニット。