JPH04359626A - 限流装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電路に挿設され、
電路に過電流が流れようとしたときに自動動作して電流
値を安全なレベルに抑える限流装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、送配電系統では、電路に
過電流が流れた場合、これを過電流検出器で検出し、こ
の検出器の出力で回路遮断器を動作させて電路を電源側
から切り離す保護方式を採用している。

【０００３】しかし、このような保護方式では、たとえ
ば短絡事故の場合を例にとると、回路遮断器が動作する
までの期間、電路の一部に大電流が流れることになり、
この大電流に耐え得る電路構成を採用する必要がある。 また、遮断容量の大きな回路遮断器も必要となる。

【０００４】このようなことから、最近では電路の電源
側に位置する部分に限流装置を介在させ、電路に過電流
が流れようとしたときに限流装置で瞬時に安全な電流値
まで抑えることが考えられている。このような用途の限
流装置には、定常状態における電圧降下が極めて小さい
こと、定められた値以上の電流が流れようとしたときに
瞬時にインピーダンスが高くなる特性を有していること
、保守が容易で繰返し使用できること等が要望される。 この要望を満たすものとして、従来、低融点金属で限流
素子を構成した限流装置が考えられている。この限流装
置は、低融点金属であるＮａＫで限流素子を構成し、こ
の限流素子を電路に直列に介在させ、一定値以上の電流
が限流素子に流れようとしたときにＮａＫを気化させて
高インピーダンスを得るようにしている。

【０００５】しかしながら、このように構成された従来
の限流装置にあっては、ＮａＫの封じ込め条件や固化条
件等によって限流開始電流値、つまり気化の起こる電流
値にバラツキが生じ、限流装置としての安定性に欠ける
問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の、
いわゆる電力用限流装置にあっては、限流開始電流値の
再現性に乏しく、安定性に欠ける問題があった。

【０００７】そこで本発明は、上記の不具合を解消でき
る限流装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る限流装置は、電路を構成している各相
にそれぞれ介挿され、それぞれが電路の制限電流値より
小さく、かつ上記電路の定常電流値より大きい臨界電流
値を有した超電導線を無誘導巻してなる第１の限流素子
と上記第１の限流素子に対して並列に接続されるととも
に一定のインピーダンス値を有した第２の限流素子とで
構成された相数と同数の限流ユニットと、これら限流ユ
ニットを各相毎に電磁的に分離する分離手段とを備えて
いる。

【０００９】

【作用】第１の限流素子と第２の限流素子とを並列接続
して構成された限流ユニットは電路に直列に接続される
。第１の限流素子は電路の制限電流値より小さく、かつ
電路の定常電流値より大きい臨界電流値（限流開始目標
値）を有した超電導線を無誘導巻きして構成されている
ので、限流開始目標値未満の電流ではインピーダンスが
ほぼ零である。したがって、定常時、電路電流は第１の
限流素子を通して流れ、第２の限流素子には流れない。 このとき、第１の限流素子における電圧降下は、無視で
きる程小さい。

【００１０】電路電流が限流開始目標値を越えようとす
ると、第１の限流素子を構成している超電導線が瞬時に
常電導に転移する。この常電導への転移によって第１の
限流素子のインピーダンスが第２の限流素子のインピー
ダンスより大きい数１０Ωのオーダまで増加する。この
増加によって電路電流の大部分が第２の限流素子に流れ
るようになる。したがって、電路電流は第２の限流素子
のインピーダンスによって決まる十分小さな値に抑えら
れる。

【００１１】常電導に転移した超電導線は、超電導転移
温度まで冷却されない限り、常電導状態を継続する。し
たがって、電路電流は、限流装置がないときの値に比べ
て大幅に小さい値に維持されることになる。この場合、
超電導線の臨界電流値は、通常、安定しており、ほぼ一
定値である。したがって、装置としての安定性を確保で
きる。

【００１２】また、各限流ユニットを各相毎に電磁的に
分離しているので、たとえば一線地絡事故が発生したよ
うな場合、その事故相に挿設されている限流ユニットの
第２の限流素子が発生する磁束に誘発されて健全相に挿
設されている限流ユニットの第１の限流素子が常電導転
移するのを防止でき、装置としての安定性を一層向上さ
せることができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明する
。

【００１４】図１には本発明の一実施例に係る限流装置
を一部切欠した斜視図が示されている。すなわち、この
図には三相６．６ｋＶ、定格電流２ｋＡの配電線路に用
いられ、限流開始電流値Ｉｄ（波高値）が５ｋＡに設定
された限流装置が示されている。

【００１５】同図において、１はキュービクルを示して
いる。このキュービクル１内には限流装置２と、図示し
ない回路遮断器と、限流装置２を外部電路に接続するた
めの図示しない相分離母線と、ヘリウム冷凍機４とが収
容されている。

【００１６】限流装置２は、クライオスタット１１と、
このクライオスタット１１内に対称的に配置されたＵ相
限流ユニット１２ｕ，Ｖ相限流ユニット１２ｖおよびＷ
相限流ユニット（図示せず。）と、これら限流ユニット
が没するレベルまでクライオスタット１１内に収容され
た液体ヘリウム（図示せず。）と、各限流ユニットを磁
気的に分離する形にクライオスタット１１内に配置され
た磁気シールド部材１３と、クライオスタット１１の上
壁を気密に貫通して設けられ、各限流ユニットの両端子
を対応する相分離母線に接続するためのブッシング１４
とで構成されている。

【００１７】前記クライオスタット１１は、公知のもの
と同様に、内槽と、外槽と、内外槽間に設けられた断熱
材層とで構成されている。断熱材層には、真空断熱層お
よび液体窒素レベルの温度に保持された熱シールド板が
設けられている。そして、内槽内に前述した各相限流ユ
ニット、液体ヘリウムおよび磁気シールド部材１３が収
容されている。なお、液体ヘリウムのレベルは、前記ヘ
リウム冷凍機によって常に一定に保持されている。

【００１８】前記各相限流ユニットは、それぞれ同一構
成に形成されている。代表してＵ相限流ユニット１２ｕ
だけを取り出すと、図２に示すように構成されている。 すなわち、非磁性で、かつ電気絶縁材で形成された巻枠
２１の外周に第２の限流素子となる超電導コイル２２を
装着するとともに、超電導コイル２２の外側に断熱材２
３を介して第１の限流素子となる超電導コイル２４を装
着したものとなっている。

【００１９】超電導コイル２２は、ＮｂＴｉ，ＮｂＺｒ
等の合金系、Ｎｂ３Ｓｎ，Ｖ３　Ｇａ等の化合物系ある
いは酸化物系で、限流開始目標値Ｉｄの数倍の臨界電流
値Ｉｓａを有した超電導線材を巻回して形成されている
。 そして、そのインピーダンスは、数Ω程度となるように
設定されている。

【００２０】超電導コイル２４は、巻き方向を異ならせ
た２つの超電導コイル２５ａ，２５ｂを直列に接続した
ものとなっている。これらの超電導コイル２５ａ，２５
ｂは、大きさ、巻き数が等しく設定され、全体として無
誘導巻を実現している。なお、超電導コイル２５ａ，２
５ｂは並列に接続されていてもよい。各超電導コイル２
５ａ，２５ｂは、ＮｂＴｉ，ＮｂＺｒ等の合金系あるい
はＮｂ３　Ｓｎ，Ｖ３　Ｇａ等の化合物系で、超電導フ
ィラメントの直径が１ミクロン以下の極細多芯構造で、
マトリックスがＣｕー１０ＮｉあるいはＣｕー３０Ｎｉ
等の高抵抗材で形成され、かつ限流開始目標値Ｉｄと等
しい臨界電流値Ｉｓｂを有した超電導線材を巻回して形
成されている。したがって、超電導コイル２４は、定常
状態においてはインピーダンスがほぼ零で、常電導に転
移したときには数１０Ωのインピーダンス（抵抗分）を
示す。

【００２１】超電導コイル２２と超電導コイル２４とは
、図２に示すように、導体２６、２７によって並列に接
続されている。この並列回路の両端は、図１にも示すよ
うに、安定化材として用いている銀シースの全断面積が
３ｍｍ２　以下の酸化物超電導線で形成されたパワーリ
ード２８，２９を介してブッシング１４の中心導体に接
続されている。そして、パワーリード２８、２９とブッ
シング１４の中心導体との接続部は、クライオスタット
１１の断熱材層内に位置している熱シールド板に対して
窒化アルミ等のように熱伝導の良い絶縁材を介して熱的
に接続されている。なお、巻枠２１の各鍔部には各コイ
ルの層間へ液体ヘリウムを導くための穴（図示せず）が
複数形成されている。

【００２２】前記磁気シールド部材１３は、Ｎｂ，Ｎｂ
Ｔｉ，Ｎｂ３　Ｓｎ，ＮｂＺｒ，Ｖ３　Ｇａ，酸化物超
電導体等の超電導部材あるいは表面にこれらの層を設け
た部材によって形成されている。

【００２３】図３には限流ユニットと電路との電気的な
接続形態が１相分だけ、ここにはＵ相分だけが示されて
いる。前述のように、Ｕ相限流ユニット１２ｕを構成し
ている超電導コイル２２と超電導コイル２４とは並列に
接続されており、この並列回路がＵ相電路３０ｕに対し
て直列に接続される。Ｕ相限流ユニット１２ｕを境にし
てＵ相電路３０ｕの電源側には回路遮断器３１ｕが挿設
されており、回路遮断器３１ｕとＵ相限流ユニット１２
ｕとの間には変流器３２ｕが挿設されている。変流器３
２ｕの出力は過電流検出器３３ｕに導入される。過電流
検出器３３ｕは、Ｕ相電路３０ｕに流れている電流のピ
ーク値が４ｋＡを越えた時点から一定期間Ｔ１　経過し
た時点で回路遮断器３１ｕをオフさせる信号を出力する
。

【００２４】次に、上記のように構成された限流装置の
作用を図３に示されているＵ相の構成を参照しながら説
明する。

【００２５】定常時、超電導コイル２２，２４は超電導
状態にある。そして、超電導コイル２２のインピーダン
スは数Ωの状態にあり、また超電導コイル２４は無誘導
巻きされているのでインピーダンスがほぼ零Ωの状態に
ある。このため、Ｕ相電路電流は超電導コイル２４を介
して流れ、超電導コイル２２には流れない。超電導コイ
ル２４は、限流開始目標値Ｉｄと等しい臨界電流値Ｉｓ
ｂの超電導線で構成されている。したがって、Ｕ相電路
電流が限流開始目標値Ｉｄ未満の間はインピーダンスの
増加は起こらず、Ｕ相電路電流が継続して超電導コイル
２４に流れる。このとき、超電導コイル２４の両端電圧
は無視できるほど小さい。

【００２６】短絡事故等によってＵ相電路電流が増加し
、このＵ相電路電流の波高値が限流開始目標値Ｉｄを越
えようとすると、超電導コイル２４が瞬時に常電導に転
移する。このため、超電導コイル２４のインピーダンス
が瞬時に数１０Ωオーダまで増加する。このように超電
導コイル２４のインピーダンスが増加すると、Ｕ相電路
電流の大部分が超電導コイル２２に流れる。すなわち、
超電導コイル２２のインピーダンスは常電導に転移した
超電導コイル２４のインピーダンスより小さいので、Ｕ
相電路電流の大部分が超電導コイル２２に流れる。した
がって、Ｕ相電路電流は、超電導コイル２２のインピー
ダンスによって決まる値に抑えら、ここに限流装置とし
ての機能が発揮される。

【００２７】超電導コイル２４は、一旦常電導に転移す
ると、通常、それ自身に電流が流れている限り、超電導
状態には復帰しない。この例では、電路電流の波高値が
４ｋＡに達すると、過電流検出器３３ｕが動作し、この
検出器３３ｕの出力によって回路遮断器３１ｕがオフ動
作し、回路遮断器３１ｕより下流側が電源から完全に切
り離される。したがって、回路遮断器３１ｕは、事故時
にＵ相電路３０ｕを電源から切り離す機能と、超電導コ
イル２４を超電導状態に復帰させる機能とを果たしてい
る。

【００２８】このように超電導線が備えている臨界電流
特性を利用して限流効果を発揮させている。臨界電流値
は、超電導フイラメントの量等によって決まり、安定し
ている。したがって、限流開始目標値Ｉｄと等しい臨界
電流値を有した線材で超電導コイル２４を形成しておき
さえすれば、電路電流が限流開始目標値Ｉｄを越えよう
とした時点で確実に限流動作を行なわせることができる
。

【００２９】また、各相に挿設された限流ユニットをク
ライオスタット１１内に対称配置するとともに、各限流
ユニット間を磁気シールド部材１３で仕切るようにして
いるので、各相の限流ユニットを磁気的に独立させるこ
とができ、装置の信頼性を一層向上させることができる
。たとえば、一線地絡事故が発生したような場合、その
事故相に挿設されている限流ユニットの超電導コイル２
２が発生する磁束に誘発されて健全相に挿設されている
限流ユニットの超電導コイル２４が常電導転移するよう
な事態の発生を防止できる。したがって、装置としての
信頼性を一層向上させることができる。

【００３０】また、実施例にように、超電導フィラメン
トの直径が１ミクロン以下の極細多芯超電導線で超電導
コイル２４を構成すると、通電中に自己磁場によって発
生する交流損失を減らすことができ、超電導線の安定性
を高めることができる。

【００３１】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。すなわち、超電導コイル２４が常電導
に転移すると、超電導コイル２４で発熱が起こり、この
発熱は液体ヘリウムの消費量を増加させる。この増加を
抑制するとともに超電導状態への復帰を早めるために、
図４に示すように、超電導コイル２４と直列に高速スイ
ッチ３４ｕを設け、この高速スイッチ３４ｕを過電流検
出器３３ｕの出力でオフさせるようにしてもよい。

【００３２】さらに、上述した各実施例では、第２の限
流素子を超電導コイル２２で構成し、これをトリガ用の
第１の限流素子である超電導コイル２４と同一巻枠に装
着しているが、別の巻枠に装着してもよいし、また第２
の限流素子を常電導コイルで構成し、これをクライオス
タット外に配置するようにしてもよい。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形できる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、定
常時における電圧降下を無視できる程度に小さくでき、
しかも限流開始電流値を安定させることができ、そのう
え繰返し使用できる、信頼性に富んだ限流装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る三相用限流装置を一部
切欠して示す斜視図

【図２】各相に挿設された限流ユニットの縦断面図

【図
３】限流ユニットと電路との接続関係を示す回路図

【図
４】本発明の別の実施例に係る限流装置の構成を説明す
るための図。

【符号の説明】

１…キュービクル、　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　２…限流装置、１１…クライオスタット、　　
　　　　　　　　　　　　１２ｕ…Ｕ相限流ユニット、
１２ｖ…Ｖ相限流ユニット、　　１３…磁気シールド部
材、２１…巻枠、　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　３０ｕ…Ｕ相電路、３１ｕ…回路遮
断器、　　　　　　　　　　　　　　　　　　３１ｕ…
変流器、３３ｕ…過電流検出器、　　　　　　　　　　
　　　　　　３４ｕ…高速スイッチ、２２…第２の限流
素子としての超電導コイル、２４…第１の限流素子とし
ての超電導コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電路を構成している各相にそれぞれ介挿さ
   れ、それぞれが電路の制限電流値より小さく、かつ上記
   電路の定常電流値より大きい臨界電流値を有した超電導
   線を無誘導巻してなる第１の限流素子と上記第１の限流
   素子に対して並列に接続されるとともに一定のインピー
   ダンス値を有した第２の限流素子とで構成された相数と
   同数の限流ユニットと、これら限流ユニットを各相毎に
   電磁的に分離する分離手段とを具備してなることを特徴
   とする限流装置。