(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一鉄心コアに結線された１次巻線、２次巻線及び３次巻線；
前記１次巻線及び前記２次巻線のいずれか一つと連結された超伝導体；
前記１次巻線及び前記２次巻線のいずれか一つと連結され、故障電流が発生すれば故障区間の分離のために開放し、前記故障電流が除去されれば短絡する第１スイッチ；及び
前記３次巻線と直列連結され、前記故障電流の発生の際に安定した電源供給のために短絡し、前記故障電流が除去されれば開放する第２スイッチ；を含むことを特徴とする、超伝導電流制限器。
【請求項２】
前記故障電流の発生によって前記超伝導体で測定された電圧または電流の値が増加すれば、前記第１スイッチが開放し、前記第２スイッチが短絡することを特徴とする、請求項１に記載の超伝導電流制限器。
【請求項３】
前記故障電流の発生によって負荷で測定された電圧または電流の値が減少すれば、前記第１スイッチが開放し、前記第２スイッチが短絡することを特徴とする、請求項１に記載の超伝導電流制限器。
【請求項４】
前記故障電流の発生によって前記３次巻線で測定された電圧または電流の値が増加すれば、前記第１スイッチが開放し、前記第２スイッチが短絡することを特徴とする、請求項１に記載の超伝導電流制限器。
【請求項５】
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは、前記故障電流の発生または除去が遮断器によって感知されれば、前記遮断器から伝送された信号に応じて通信によって開放または短絡することを特徴とする、請求項１に記載の超伝導電流制限器。
【請求項６】
前記第１スイッチは不足電圧継電器（Ｕｎｄｅｒ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｒｅｌａｙ：ＵＶＲ）であり、前記第２スイッチは前記第１スイッチの動作による制御信号によって動作することを特徴とする、請求項１に記載の超伝導電流制限器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力系統のバス電圧降下を抑制する超伝導電流制限器に係り、より詳しくは磁気結合によって迅速な抵抗発生で故障電流の大きさを制限し、故障の際に発生するバス電圧の降下抑制のために電源を供給する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで配電系統に対する電力需要の増加と分散電源の導入によって、大容量変圧器への入替えを避けることができなくなった。これにより、増加した故障電流が系統に設置された遮断器の容量を超過するため、系統の安定度向上及びこれら遮断器の大容量器機への入替えによる経済的費用発生を節減するための現実的な方案で超伝導電流制限器が研究されて来た。
【０００３】
図１〜図３は既存の超伝導電流制限器の例を示す図である。図１〜図３に示す超伝導電流制限器はいずれも同一コアに結線された２本のコイル（１次巻線及び２次巻線）間の磁気結合を用いるもので、１次巻線及び２次巻線間の結線形態は図１では非絶縁型の中で並列連結、図２では非絶縁型の中で直列連結、そして図３は絶縁型に相当する。故障の前には超伝導体（ＨＴＳＣ）が超伝導状態でゼロ抵抗を維持して２本のコイルで発生する磁束が互いに相殺することにより、それぞれのコイルに誘起される電圧は０となる。しかし、故障が発生して超伝導体に流れる電流が臨界値を超えれば、超伝導体で抵抗が発生し、これにより２本のコイルで発生する磁束はそれ以上相殺しないので、それぞれのコイルに電圧が誘起され、超伝導電流制限器でインピーダンスが発生して故障電流が制限される。
【０００４】
このように、２本のコイルの磁気結合を用いた超伝導電流制限器は、故障の際に引き起こされる電力負担を非絶縁型（並列または直列）または絶縁型で連結された２本のコイルと超伝導体に分けて負担させることができるので、超伝導体の数を減らすのみならず磁気結合によって直列連結された超伝導体が同時に常伝導体に相転移する現象（ｑｕｅｎｃｈ）を誘導することができる特徴がある。また、巻線比を調節してインピーダンスの大きさを調節することにより、電流制限値を効果よく調節することができる。しかし、故障発生の際、バス電圧の降下現象が発生する問題が引き起こされるため、これを解決することができる方法が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする技術的課題は、故障発生の際に超伝導体の抵抗が発生するようにして故障電流を制限し、故障区間を分離してバス電圧の降下を防止し、安定的に電源を供給することができる電力系統のバス電圧降下を抑制する超伝導電流制限器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記技術的課題を達成するために、本発明による電力系統のバス電圧降下を抑制する超伝導電流制限器は、同一鉄心コアに結線された１次巻線、２次巻線及び３次巻線；前記１次巻線及び前記２次巻線のいずれか一つと連結された超伝導体；前記１次巻線及び前記２次巻線のいずれか一つと連結され、故障電流が発生すれば故障区間の分離のために開放し、前記故障電流が除去されれば短絡する第１スイッチ；及び前記３次巻線と直列連結され、前記故障電流の発生の際に安定した電源供給のために短絡し、前記故障電流が除去されれば開放する第２スイッチ；を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による電力系統のバス電圧降下を抑制する超伝導電流制限器によれば、非絶縁型（並列または直列）または絶縁型で連結された２本のコイルの磁気結合を用いて故障電流を制限するとともにスイッチによって故障区間を分離し、３次巻線及びそれに連結されたスイッチを使って、故障電流によってバス電圧の降下現象が発生した区間に安定的に電源を供給することにより、系統の安定度を向上させかつ経済的な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】既存の超伝導電流制限器の例を示す図である。
【図２】既存の超伝導電流制限器の例を示す図である。
【図３】既存の超伝導電流制限器の例を示す図である。
【図４】同一コアに結線された２本のコイルを持つ既存の超伝導電流制限器に磁界印加コイルが連結された形態を示す図である。
【図５】磁界印加コイルで発生する磁界の大きさによる超伝導体の抵抗を示すグラフである。
【図６】本発明による電力系統のバス電圧降下を抑制する超伝導電流制限器の第１実施例を示す図である。
【図７】本発明による電力系統のバス電圧降下を抑制する超伝導電流制限器の第２実施例を示す図である。
【図８】本発明による電力系統のバス電圧降下を抑制する超伝導電流制限器の第３実施例を示す図である。
【図９】経時による各部分での電圧及び電流変化を示すグラフである。
【図１０】故障発生時の各スイッチの動作を示すグラフである。
【図１１】本発明による超伝導電流制限器の電流制限及び無停電電源供給特性を示すグラフである。
【図１２】本発明による超伝導電流制限器が短絡の発生した配電系統に適用された場合の第１実施例を示す図である。
【図１３】本発明による超伝導電流制限器が短絡の発生した配電系統に適用された場合の第２実施例を示す図である。
【図１４】本発明による超伝導電流制限器が短絡の発生した配電系統に適用された場合の第３実施例を示す図である。
【図１５】既存の超伝導電流制限器が適用された場合の電圧及び電流変化を示すグラフである。
【図１６】本発明による超伝導電流制限器が適用された場合の電圧及び電流変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して本発明による電力系統のバス電圧降下を抑制する超伝導電流制限器の好適な実施例について詳細に説明する。
【００１０】
まず、図４は同一コアに結線された２本のコイルを持つ既存の超伝導電流制限器に磁界印加コイルが連結された形態を示す図である。図４の超伝導電流制限器には、１次巻線及び２次巻線が並列連結され、同一コアに３次巻線がさらに結線され、３次巻線には磁界印加コイル（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｃｏｉｌ）が設けられている。故障の際には、超伝導体のｑｕｅｎｃｈによって３次巻線に電流が流れるため、磁界が発生して超伝導体の抵抗に影響を及ぼすことになる。
【００１１】
図５は磁界印加コイルで発生する磁界の大きさによる超伝導体の抵抗を示すグラフである。図５を参照すれば、３次巻線に電流が流れて磁界が発生した後、超伝導体の抵抗が緩やかに増加することを確認することができる。
【００１２】
図６〜図８はそれぞれ本発明による電力系統のバス電圧降下を抑制する超伝導電流制限器の第１実施例〜第３実施例を示す図である。図６〜図８を参照すれば、本発明による超伝導電流制限器は同一鉄心コアに結線された３本のコイル１１２、１１４、１１６、超伝導体１２０、二つのスイッチ１３２、１３４、三つの電圧センサー１４２、１４４、１４６及び三つの電流センサー１５２、１５４、１５６を備える。
【００１３】
コアに連結された３本のコイル１１２、１１４、１１６の中で１次巻線１１２及び２次巻線１１４は互いに非絶縁型で直列連結されるか並列連結されることができ、あるいは絶縁型で連結されることもできる。図６に示す本発明による超伝導電流制限器の第１実施例においては、１次巻線１１２と２次巻線１１４が非絶縁型で並列連結されており、図７に示す第２実施例においては直列連結されており、図８に示す第３実施例においては絶縁型で連結されてある。また、超伝導体１２０は、図６〜図８に示すように、１次巻線１１２または２次巻線１１４と非絶縁型または絶縁型で連結されて故障電流を制限する機能をする。これまでは図１〜図３に基づいて説明した既存の超伝導電流制限器の構成と同様である。
【００１４】
一方、３次巻線１１６は１次巻線１１２及び２次巻線１１４と同一コアに結線される。３次巻線１１６は後述する第２スイッチ１３４に連結され、故障電流の発生の際にバス電圧の低下が発生した区間に安定的に電源を供給するために備えられる。この際、第２スイッチ１３４の開放または短絡は３次巻線１１６に連結された第３電圧センサー１４６または第３電流センサー１５６によってなされることができる。
【００１５】
故障電流が発生する場合、故障区間を分離するために備えられた第１スイッチ１３２の動作は次の方法の一つで制御できる。まず、超伝導体１２０の電圧または電流を測定する第１電圧センサー１４２及び第１電流センサー１５２によって超伝導体の電圧または電流が一定値以上に増加すれば、第１スイッチ１３２を開放させて故障区間を分離することができる。また、負荷側の電圧または電流を測定する第２電圧センサー１４４及び第２電流センサー１５４によって負荷側の電圧または電流が一定値以下に減少すれば、第１スイッチ１３２を開放させることができる。他の方法としては、通信によって、故障電流発生の際、遮断器として動作させる方法が可能であり、第１スイッチ１３２として不足電圧継電器（Ｕｎｄｅｒ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｒｅｌａｙ：ＵＶＲ）を使うこともできる。第１スイッチ１３２がＵＶＲの場合、電圧降下を感知してＵＶＲが動作すれば、このような動作を制御信号として第２スイッチ１３４が動作することになる。
【００１６】
以上説明した方法によって第１スイッチ１３２を開放して故障区間を分離した後、故障によってバス電圧が降下した区間に電源を供給するためには、第２スイッチ１３４が短絡しなければならない。前述したように、第２スイッチ１３４の短絡は第３電圧センサー１４６または第３電流センサー１５６によってなされ、一例として第３電圧センサー１４６によって測定された３次巻線１１６の電圧が前もって設定された基準電圧以上になれば、第３電圧センサー１４６は第２スイッチ１３４を短絡させることで、電圧が降下した母線に電源が供給されるようにする。
【００１７】
第１スイッチ１３２と第２スイッチ１３４の動作方法は前述したものに限定されなく、第１スイッチ１３２を動作させることと同様な方法で第２スイッチ１３４を動作させることもでき、第２スイッチ１３４を動作させることと同様な方法で第１スイッチ１３２を動作させることもできる。この際、それぞれの電圧センサー１４２、１４４、１４６及び電流センサー１５２、１５４、１５６が各スイッチ１３２、１３４を動作させるための基準電圧または基準電流を個別に設定することができる。
【００１８】
また、故障が除去されて３次巻線１１６の電圧が減少するにつれて第３電圧センサー１４６で測定される電圧が基準電圧より小さくなれば、第３電圧センサー１４６は第２スイッチ１３４をまた開放する。第１スイッチ１３２は故障除去によって前述した方法の一つによって短絡するので、本発明による超伝導電流制限器は故障前の状態に回復する。
【００１９】
本発明による超伝導電流制限器を模擬系統に適用して模擬実験を遂行した。図９は経時による各部分での電圧及び電流の変化を示すグラフであり、電流ｉ１〜ｉ３は図４ａ及び図４ｂに示されている。図９を参照すれば、故障が発生することによってコイルで電圧及び電流が発生することを確認することができる。
【００２０】
図１０は故障発生の時に各スイッチ１３２、１３４の動作を示すグラフであり、ＳＷ１は第１スイッチ１３２の動作を示すもので、ＳＷ２は第２スイッチ１３４の動作を示すものである。図１０を参照すれば、故障電流が発生すれば、第１スイッチ１３２は開放し、第２スイッチ１３４は短絡するが、反対に故障が除去されれば、直ちに第１スイッチ１３２は短絡し、第２スイッチ１３４は開放することを確認することができる。
【００２１】
また、図１１は本発明による超伝導電流制限器の電流制限及び電源供給特性を示す波形であり、故障が発生することによって超伝導体１２０が故障電流を早く感知して電流を制限し、故障期間のうちにバス電圧の降下が発生した区間に安定的に電源を供給することを確認することができる。
【００２２】
図１２〜図１４はそれぞれ本発明による超伝導電流制限器が短絡の発生した配電系統に適用された場合の第１実施例〜第３実施例を示す図である。図１２は図６に示す本発明の第１実施例が適用された場合を示すもの、図１３は図７に示す本発明の第２実施例が適用された場合を示すもの、そして図１４は図８に示す本発明の第３実施例が適用された場合を示すものである。また、図１２〜図１４は負荷１で短絡が発生して電圧が降下する場合を示す。
【００２３】
図１５及び図１６はそれぞれ既存の超伝導電流制限器が適用された場合の電圧及び電流変化を示すグラフ及び本発明による超伝導電流制限器が適用された場合の電圧及び電流変化を示すグラフである。
【００２４】
まず、図１５を参照すれば、既存の超伝導電流制限器を配電系統に適用した場合には、故障発生の際に故障電流（ｉｐ１）は制限されるが、バス電圧（Ｖｂｕｓ）の降下現象が発生するため、故障フィーダーだけではなく、健全フィーダーでも不足電圧継電器（ＵＶＲ）が動作して停電区間が発生することを確認することができる。これに対し、図１６を参照すれば、本発明による超伝導電流制限器は、既存の超伝導電流制限器とは異なり、故障発生の際に故障電流（ｉｐ１）を制限するだけでなく短絡が発生することによるバス電圧（Ｖｂｕｓ）の降下を安定した電源供給によって補償することができる。
【００２５】
以上に本発明の好適な実施例について図示しながら説明したが、本発明は上述した特定の好適な実施例に限定されなく、請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなしに当該発明が属する技術分野で通常の知識を持った者であれば誰でも多様な変形実施が可能であるのはもちろんのこと、そのような変更は請求範囲に記載の範囲内に属するものである。
【符号の説明】
【００２６】
１１２、１１４、１１６    コイル
１２０    超伝導体
１３２、１３４    スイッチ
１４２、１４４、１４６    電圧センサー
１５２、１５４、１５６    電流センサー
【図１】
0005390030.tif 000002
【図２】
0005390030.tif 000003
【図３】
0005390030.tif 000004
【図４】
0005390030.tif 000005
【図５】
0005390030.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005390030.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0005390030.tif 000016
【図１６】
0005390030.tif 000017