JPH02101926A

JPH02101926A - 限流装置

Info

Publication number: JPH02101926A
Application number: JP63253315A
Authority: JP
Inventors: ▲つる▼永　和行; Kazuyuki Tsurunaga; Hiroyuki Okumura; 奥村　博行; Daisuke Ito; 伊藤　大佐
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-10-07
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1990-04-13
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: JP2901068B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、交流電路における過電流を電磁的に抑制す
る限流装置に関するものである。

（従来の技術）この種の従来の装置として、例えば、特開昭６０−７４
９３２号公報に開示されたものがある。

第１２図はこの限流装置の構成を示す回路図である。同
図において、鉄芯３３には起磁力が略等しくなるように
コイル３４とコイル３５とが巻装されると共に、磁束の
向きが逆になるようにコイル３４およびコイル３５の各
一端が電源側の電路３１に接続されており、コイル３４
の他端がスイッチ３８を介して負荷側の電路３２に接続
され、さらに、コイル３５の他端が同じく負荷側の電路
３２に接続されている。また、コイル３４にはサージア
ブゾーバ３６が並列接続され、スイッチ３８には電流制
限抵抗３７が並列接続されている。

一方、電路３２に変流器３９が設けられ、過電流を検出
したときスイッチ３８をトリップさせるようになってい
る。

ここで、スイッチ３８を閉成した状態で通常レベルの電
流（以下通常電流という）が電路３１および３２を通し
て流れると、この電流がコイル３４と３５とに分流する
が、これらのコイルに発生する磁束が相殺されるため、
電流はインダクタンスＬ　ｔ　、　　Ｌ　２の影響を受
けないことになる。従って、漏れ磁束による僅かの損失
を除き、高効率で負荷に電力を供給することができる。

一方、負荷の短絡等により電路３１．３２に過大電流が
流れると、変流器３９がこれを検出してスイッチ３８を
開放させ、コイル３４の回路に抵抗３７を挿入する。こ
れにより、コイル３４の電流が減少すると同時にコイル
３５の電流が増大し、鉄心３３の磁束はコイル３５によ
るものが支配的となる。従って、コイル３５のインダク
タンスが作用して、すなわち、リアクトル作用により事
故電流を限流する。

（発明が解決しようとする課題）上述した限流装置には定常時、数百〜数千アンペアの電
流が流れるため、コイル３４．３５の断面積を大きくし
なければならず、しかも、限流インピーダンスを大きく
するべく巻数も多くしなければならないため、装置が大
型化すると同時に、熱による多量の電力損失も避けられ
ないという問題点があった。

また、上述した限流装置にあっては、スイッチ３８とし
て機械的なものが用いられることが多く、過電流を検出
してからスイッチ３８を開放して限流動作を行うまで、
１〜３サイクル分の時間を必要とし、この間、線路の保
護が困難になるという問題点もあった。

なお、この対策として、スイッチ３８にサイリスタ等の
半導体スイッチを用いることもできるが、この場合には
サイリスクの順方向における電圧降下によって電力損失
を生じ、装置がさらに大型化する共に、複雑化するため
その採用は難しかった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、装置の小形化および確実な線路保護を図り得ると共
に、熱に伴う電力損失を極めて低く抑えることのできる
限流装置を得ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）この目的を達成するために、第１の発明は、電路の電流
を制限値以下に抑えるインダクタンスを有し、且、前記
制限値以上の臨界電流値を持つ超電導コイルと、無誘導
に形成され、前記制限値より小さく、通常電流より大き
い臨界電流値を持つ超電導スイッチとを備え、前記超電
導コイルおよび超電導スイッチを並列接続したことを特
徴とするものである。

また、第２の発明は、電路の電流を制限値以下に抑える
インダクタンスを有し、且、前記制限値以上の臨界電流
値を持つ第１の超電導コイルと、この第１の超電導コイ
ルに対して共通の磁芯に巻装されると共に、同一の端子
電圧に対して略等しい起磁力が得られる第２の超電導コ
イルと、無誘導に形成され、前記電路の過大電流に比例
する臨界電流値を持つ超電導スイッチとを備え、前記第
１および第２の超電導コイルを、磁束の向きが互いに逆
になるように並列接続すると共に、前記超電導スイッチ
を前記第２の超電導コイルに直列に挿入したことを特徴
とするものである。

（作　用）第１の発明においては、電路に通常電流しか流れていな
ければ、超電導コイルおよび超電導スイッチのどちらも
超電導状態に保持され、しかも、電路に並列に挿入・さ
れた超電導コイルが比較的大きいインピーダンスを持つ
が、超電導スイッチのインピーダンスは実質的に零であ
り、電路の電流の殆どが超電導スイッチを流れる。そし
て、電路の電流が過大になると超電導スイッチがクエン
チし、今まで流れていた電流を超電導コイルに転流させ
る。そこで、超電導コイルにより電路の電流を制限値に
抑えることができる。

また、第２の発明においては、電路に通常電流しか流れ
ていなければ、第１、第２の超電導コイルおよび超電導
スイッチのいずれもが超電導状態に保持され、電路の電
流はインピーダンスが実質的に零になるように巻装され
た第１の超電導コイルと第２の超電導コイルに分流する
。そして、電路に過大電流が流れると超電導スイッチが
クエンチするため、今まで第２の超電導コイルに流れて
いた電流が第１の超電導コイルに転流すると共に、この
第１の超電導コイルにのみ電路電流が流れることになる
。従って、第１の超電導コイルのインダクタンスが作用
して電路の電流を制限値に抑えることができる。

（実施例）第１図はこの出願の第１の発明に対応する実施例の構成
を、適用対象と併せて示した回路図である。同図におい
て、交流電源１と負荷５とを結ぶ電路としての線路の一
方に、遮断器２、限流装置３が挿入されると共に、線路
インピータンス４が挿入されたように示されている。こ
こで、限流装置３は線路の電流を制限値以下に抑えるイ
ンダクタンスを持つように巻装され、しかも、電流制限
値より大きな臨界電流値を持った超電導コイル３ａと、
インダクタンスが実質的に零になるように無誘導（ＡＰ
）巻きされ、電路の通常電流より大きく、電流制限値よ
り小さい臨界電流値を持った超電導スイッチ３ｂとを並
列接続した構成になっている。

第２図は超電導コイル３ａおよび超電導スイッチ３ｂの
具体的な構成を示す図であり、超電導コイル３ａはボビ
ン３Ｃに、超電導スイッチ３ｂはボビン３ｄにそれぞれ
巻装され、しかも、超電導スイッチ３ｂは超電導コイル
３ａの内側に同志配置されており、コイル端が端子３ｅ
、３ｆに共通接続されている。

上記のように構成された本実施例の動作を以下に説明す
る。

先ず、超電導コイル３ａおよび超電導スイッチ３ｂがど
ちらも超電導状態にあるとき、線路を流れる電流に対し
て超電導コイル３ａは比較的大きなインピータンスを示
すが、超電導スイッチ３ｂは無誘導であることからイン
ピータンスは実質的に零になる。第３図はこのことを説
明するための図で、超電導コイル３ａおよび超電導スイ
ッチ３ｂに矢印方向の電流ｉ。が流れたとすると、超電
導コイル３ａによって磁束φ０が発生してインダクタン
スに応じたインピーダンスを持つが、ＡＰ巻きされた超
電導スイッチ３ｂの磁束φ１゜φ２は相殺されてインピ
ーダンスは実質的に零となる。

そして負荷５側に事故がなく、これに通常の大きさの電
流！。が流れたとき、超電導コイル３ａに流れる電流を
ｉＬｌ、超電導スイッチ３ｂに流れる電流を’Ｌ２とす
ると次式の関係が成立する。

Ｌ　　　−ｉ　　　＋ｉ　　　　　・・・（１）ＯＬＩ
　　　　Ｌ２ ’　Ｌｌ（ｉＬ２　　　　　・・・（２）したがって、
線路の電流１０の殆どが超電導スイッチ３ｂに流れ、し
かも、これに伴う電圧降下は実質的に零である。

次に、負荷５の短絡事故等により、線路に過電流が流れ
、その値が超電導スイッチ３ｂの臨界電流値Ｊｃｌを超
えると、超電導スイッチ３ｂが瞬時にクエンチし、極め
て大きな抵抗体となる。その結果、超電導スイッチ３ｂ
に流れていた電流の殆どが超電導コイル３ａに転流し、
両者の電流は下式に示す関係となる。

’　Ｌｌ＞ｉＬ２　　　　°−（３）従って、超電導コイル３ａのインダクタンスにより線路
電流が制限値に制限される。　この場合、超電導スイッ
チ３ｂに流れる電流’Ｌ２は極めて小さいので熱として
消費される電力損失は極めて僅かに抑えられる。

第４図（ａ）　、（ｂ）は電流ｉおよび限流装置のイン
ピーダンス２　が通常動作時と限流動作時とで、Ｃどのように変化するかを示したものである。すなわち、
定常動作時においては、限流装置３のインピーダンス２
　は極めて小さく、線路の電流ｉ。

ＳＣは主に負荷のインピータンスｚｌによって正常に保たれ
ている。一方、負荷短絡が発生すると、線路には推定短
絡電流ｉｆが流れようとする。しかしながら、線路電流
が超電導スイッチ３ｂの臨界電流値’ｃｌを超えた瞬間
、上述したように限流装置のインピーダンスが２　′に
増大し、短絡電流ｅは制限値以下に限流される。

この場合、超電導コイル３ａの臨界電流値Ｊ。２は線路
の電流制限値より大きく設定されている。

また、限流装置３は、遮断器２で線路を遮断することに
よって冷却され、容易に定常状態に復帰する。

なお、上記実施例では、二つの超電導コイルを同志配置
したことにより、著しくコンパクト化されると共に、超
電導状態に保持し易くなっているが、これらの超電導コ
イルを離隔配置したとしても上述した限流動作を行なわ
せることができる。

しかして、この実施例によれば、超電導コイルを採用し
たこと、これらの超電導コイルを同志配置したことによ
り、構成の簡易化、装置の小型化が実現されると同時に
応答性が速く、しかも確実な線路保護が可能となる。

第５図はこの出願の第２の発明に対応する実施例の構成
を、適用対象と併せて示した回路図である。同図におい
て、交流電源１と負荷５とを結ぶ線路の一方に、遮断器
２と、超電導リアクトル６および超電導スイッチ７でな
る限流装置とが挿入されると共に、線路インピータンス
４が挿入されたように示されている。ここで、超電導リ
アクトル６は線路の電流を制限値以下に抑えるインダク
タンスを持つものであり、これは、電流制限値より大き
な臨界電流値を持った超電導コイル６ａと、この超電導
コイルと同一の鉄心に巻装され、線路に並列に挿入され
たとき起磁力が同じで磁束が相殺される超電導コイル６
ｂとでなり、それぞれ電流ｉＬｌ、ｉＬ２が流れ込んだ
とき、インピーダンスが実質的に零となる。一方、超電
導スイッチ７は無誘導に巻装された超電導コイルで、こ
れは超電導コイル６ｂに直列接続されている。

第６図は超電導リアクトル６の具体的な構成を示す図で
あり、超電導コイル６ａはボビン６Ｃに、超電導コイル
６ｂはボビン６ｄにそれぞれ巻装され、しかも、超電導
コイル６ｂは超電導コイル６ａの内側に同志配置されて
おり、両コイルの各一端が端子６ｅ、に共通接続され、
超電導コイル６ａの他端が端子６ｆに、超電導コイル６
ｂの他端が端子６ｇにそれぞれ接続されている。なお、
６ｈはこれらの超電導コイルの端子６ｆ、６ｇ間の絶縁
を保持するスペーサである。

第７図はこの超電導リアクトル６の内部結線と磁束の様
子を表す図であり、超電導コイル６ａ。

６ｂが線路に並列接続されたとき、超電導コイル６ａに
発生する磁束φ１と超電導コイル６ｂに発生する磁束φ
２とが相殺される構成になりでいる。

第８図は上記超電導スイッチ７の具体的に構成を示す図
であり、これは超電導コイル７ａ、７ｂでなり、このう
ち、超電導コイル７ａはボビン７ｃに、超電導フィル７
ｂはボビン７ｄにそれぞれ巻装され、しかも、超電導コ
イル７ｂは超電導コイル７ａの内側に同志配置されてお
り、各コイルの一端が端子７ｅに共通接続され、他端が
端子７ｆに共通接続されている。

第９図はこの超電導スイッチ７の内部結線と磁束の様子
を表す図であり、端子７ｅｓ７ｆ間に電流を流すと、こ
の電流が各コイルに分流されて超電導コイル７ａに発生
する磁束φ１と超電導コイル７ｂに発生する磁束φ２と
が相殺される構成になっている。

なお、超電導リアクトルを構成する超電導コイル６ａ、
６ｂの臨界電流値は線路の電流制限値より大きくなるよ
うに製作されており、超電導スイッチ７は線路の過電流
に比例する値、例えば、線路の過電流に対応して超電導
コイル６ｂの電流が増大するとクエンチするように製作
されている。

上記の如く構成された本実施例の動作を第１０図をも参
照して以下に説明する。

先ず、線路に流れる電流ｉ。が正常であれば、超電導リ
アクトル６および超電導スイッチ７は双方とも超電導状
態に保持される。これにより、超電導スイッチ７を構成
する超電導コイル７ａ。

７ｂの抵抗は零で、しかも、無誘導の素子となっている
。従って、電流ｉｏが超電導リアクトル６を構成する超
電導コイル５ａ、　６ｂに分流し、これらのコイルに流
れる電流ｌＬｌ”Ｌ２によって磁束が相殺され、相互イ
ンダクタンス−Ｍを持つものの、自己インダクタンスＬ
ｌ、Ｌ２は電流に影響を与えない状態になっている。

第１０図（ａ）はその等価回路であり、超電導スイッチ
７は微小の漏れインダクタンスＬ３しか持たない素子と
して作用し、超電導リアクトル６もまた、相互インダク
タンス−Ｍしか持たない素子として作用する。

次に、負荷短絡等の事故が発生したことにより、電源電
圧Ｅと線路のインピーダンスＺ１とで定まる推定短絡電
流１ｆが流れようとすると、電流の増大に応じて超電導
スイッチ７の電流も増大する。

この超電導スイッチ７を構成する超電導コイル６ａ、６
ｂはその増大途中の電流値、に対応する臨界電流値Ｊｃ
ｌをもっており、超電導コイル６ａを流れる電流’Ｌ２
がこの電流値Ｊ。１を超えると同時にクエンチし、超電
導コイル６ｂに流れていた電流ｉＬ２が超電導コイル６
ａに転流する。この結果、線路を流れる電流の殆どが超
電導コイル６ａに流れる。従って、超電導リアクトル６
は超電導コイル６ａが発生する磁束φ１によって大きな
インダクタンスを持つことになる。第１０図（ｂ）はこ
の場合の等価回路であり、超電導スイッチ７は極めて大
きな抵抗値Ｒを有する素子に変化し、線路電流ｉ。は超
電導コイル６ａの自己インダクタンスＬ１によって限流
される。

しかして、この実施例によれば、通常の線路電流に対し
ては実質的なインピーダンスが零となり、過電流に対し
ては瞬時にリアクトルとなって線路電流を限流させる。

第１０図（ａ）　、（ｂ）は電流ｉ。および限流装置の
インピーダンスＺ　が通常動作時と限流動作時Ｃとで、どのように変化するかを示したものである。

すなわち、定常動作時においては、限流装置３のインピ
ーダンスＺ　は極めて小さく、線路の電流Ｃ１ｏは主に負荷のインピータンスｚ１によって正常に保
たれている。一方、負荷短絡が発生すると、線路には推
定短絡電流ｌ、が流れようとする。しかしながら、線路
電流がＪ　まで増大したとき、超電導スイッチ７の電流
が臨界電流値Ｊ。１を超え、その瞬間超電導リアクトル
６のインピーダンスがＺ　′に増大し、短絡電流は制限
値以下に限流さｅれる。

かくして、この実施例によっても、超電導コイルを採用
したこと、これらの超電導コイルを同君配置したことに
より、構成の簡易化、装置の小型化が実現されると同時
に応答性が速く、しかも確実な線路保護が可能となる。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、
装置の小形化および確実な線路保護を図り得ると共に、
熱に伴う電力損失を著しく低く抑えることができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】第１図はこの出願の第１の発明に対応する実施例の構成
を、適用対象と併せて示した回路図、第２図は同実施例
の具体的な構成を、部分的に断面で示した図、第３図は
同実施例の動作を説明するための磁束発生状態図、第４
図（ａ）　（ｂ）は同実施例の動作を説明するために電
流およびインピーダンスの時間的な変化を示した爵、第
５図はこの出願の第２の発明に対応する実施例の構成を
、適用対象と併せて示した回路図、第６図および第８図
はそれぞれ同実施例の主要素の具体的な構成を、部分的
に断面で示した図、第７図および第９図はこれらの主要
素の磁束発生状態図、第１０図（ａ）。（ｂ）は同実施例の動作を説明するための等価回路図、
第１１図（ａ）　、　（ｂ）は同実施例の動作を説明す
るために電流およびインピーダンスの時間的な変化を示
した図、第１２図は従来の限流装置の構成を示す回路図
である。３・・・限流装置、３ａ、６ａ、６ｂ・・・超電導コイ
ル、３ｂ、７・・・超電導スイッチ、６・・・超電導リ
アクトル。

Claims

【特許請求の範囲】１、電路の電流を制限値以下に抑えるインダクタンスを
有し、且、前記制限値以上の臨界電流値を持つ超電導コ
イルと、無誘導に形成され、前記制限値より小さく、通
常電流より大きい臨界電流値を持つ超電導スイッチとを
備え、前記超電導コイルおよび超電導スイッチを並列接
続したことを特徴とする限流装置。２、電路の電流を制限値以下に抑えるインダクタンスを
有し、且、前記制限値以上の臨界電流値を持つ第１の超
電導コイルと、この第１の超電導コイルに対して共通の
磁芯に巻装されると共に、同一の端子電圧に対して略等
しい起磁力が得られる第２の超電導コイルと、無誘導に
形成され、前記電路の過大電流に比例する臨界電流値を
持つ超電導スイッチとを備え、前記第１および第２の超
電導コイルを、磁束の向きが互いに逆になるように並列
接続すると共に、前記超電導スイッチを前記第２の超電
導コイルに直列に挿入したことを特徴とする限流装置。