(57)【要約】      （修正有）【課題】任意な数の事象又は不具合、例えば、送電線又は他のシステムコンポーネントが落雷などの深刻な気象によって損傷することで系統内に故障電流を生ずるときに瞬時に現れる電流サージを防ぐＦＣＬ（故障電流リミッタ）のコスト、複雑さ及びサイズを改善する。【解決手段】固体故障電流リミッタ２００は、システム電流入力部、受動電流出力部及び制御電流出力部を有する電流分流リアクトル２０２を備える。電圧制御リアクトル２０８は、第１端部及び第２端部を有し、第１端部は制御電流出力部に接続し、また第２端部は受動電流出力部に接続する。故障電流トリガ回路２１０は、電圧制御リアクトルに並列に接続し、またシステム電流入力部が受ける故障電流が所定トリガ電流を超えるとき開状態になるように構成する。電圧制御リアクトルと並列に接続し、故障電流を受けるようにする過渡電圧制御回路をさらに有する。【選択図】図２Ａ
2019017249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端部及び第２端部を有し、前記第１端部は前記制御電流出力部に接続し、また前記
第２端部は前記受動電流出力部に接続する電圧制御リアクトルと、
前記電圧制御リアクトルに並列に接続し、また前記システム電流入力部が受ける故障電
流が所定トリガ電流を超えるとき開状態になるように構成する故障トリガ回路と、
前記電圧制御リアクトルに並列に接続し、前記故障電流を受けるように構成する過渡電
圧制御回路と、
を備える、固体故障電流リミッタ。
【請求項２】
システム電流入力部、受動電流出力部及び制御電流出力部を有する電流分流リアクトル
を、さらに備え、
前記電流分流リアクトルは、さらに、第１回路及び第２回路を有し、前記第１回路及び
第２回路は、定常状態作動状況中に磁気的に結合し、また故障状況中に磁気的に減結合し
て、負荷に分配される電流量を制限し、また定常状態電流及び故障電流の一部を前記故障
トリガ回路に流すことができるように構成する、請求項１記載の固体故障電流リミッタ。
【請求項３】
前記第１回路は、コア周りに巻き付けた第１導電性巻線を有し、前記第２回路は、コア
周りに巻き付けた第２導電性巻線を有し、前記第２導電性巻線は前記第１導電性巻線とは
逆向きに巻き付ける、請求項２記載の固体故障電流リミッタ。
【請求項４】
前記第１導電性巻線は、電流を第１方向に搬送するように構成し、前記第２導電性巻線
は、電流を前記第１方向とは逆向きの第２方向に搬送するように構成し、前記定常状態作
動状況中に前記第１導電性巻線に関連する第１磁界が前記第２導電性巻線の第２磁界に結
合するようにする、請求項３記載の固体故障電流リミッタ。
【請求項５】
前記電流分流リアクトルは、故障状況中に前記第１導電性巻線及び前記第２導電性巻線
の双方により前記故障電流を搬送するように構成する、請求項４記載の固体故障電流リミ
ッタ。
【請求項６】
前記電流分流リアクトルは、前記故障トリガ回路が開状態になるのに応答して、前記故
障電流を前記電圧制御リアクトル及び前記過渡電圧制御回路に転流させるように構成する
、請求項５記載の固体故障電流リミッタ。
【請求項７】
前記電圧制御リアクトル及び前記過渡電圧制御回路は、前記故障トリガ回路が開状態に
なるのに応答してインピーダンスを増大させるように構成し、また前記電流分流リアクト
ルは、インピーダンスの増大に応答して電流制限リアクタンスを生ずるように構成する、
請求項６記載の固体故障電流リミッタ。
【請求項８】
前記過渡電圧制御回路は、さらに、直列接続した抵抗及びキャパシタンス（ＲＣ）回路
と抵抗との並列接続を有する、請求項７記載の固体故障電流リミッタ。
【請求項９】
前記電流分流デバイスに接続した電圧制御リアクトルと、
前記電圧制御リアクトルに並列に接続した過渡電圧制御回路と、
前記電圧制御リアクトルに並列に接続した固体故障トリガ回路と、
を備え、
前記固体故障トリガ回路は、前記第２導電性巻線を流れる前記故障電流が所定閾値電流
より多くなるとき開状態となるように構成し、また前記電圧制御リアクトル及び前記過渡
電圧制御回路は、前記固体故障トリガ回路が開状態となるとき、前記第２導電性巻線から
前記故障電流を受けるように構成する、固体故障電流リミッタシステム。
【請求項１０】
コア周りに巻き付けた第１導電性巻線及び第２導電性巻線を有し、前記第１導電性巻線
は、故障状況中に前記第１導電性巻線及び第２導電性巻線の双方により故障電流を搬送す
るように構成する、電流分流デバイスを、さらに備え、
前記第１導電性巻線及び第２導電性巻線は、定常状態作動状況中に磁気的に結合し、ま
た定常状態電流及び前記故障電流の一部を前記故障トリガ回路に流すことができるように
構成する、請求項９記載の固体故障電流リミッタ。
【請求項１１】
前記第１導電性巻線は、電流を第１方向に搬送するように構成し、前記第２導電性巻線
は、電流を前記第１方向とは逆向きの第２方向に搬送するように構成し、前記固体故障電
流リミッタシステムの定常状態動作状況中に、前記第１導電性巻線に関連する第１磁界が
前記第２導電性巻線の第２磁界に結合するようにする、請求項１０記載の固体故障電流リ
ミッタ。
【請求項１２】
前記固体故障トリガ回路は、前記故障電流が所定閾値電流を超える信号を受信するのに
応答して開状態になるように構成する、請求項９記載の固体故障電流リミッタ。
【請求項１３】
前記固体故障トリガ回路が開状態になるのに応答して、前記電圧制御リアクトル及び前
記過渡電圧制御回路がインピーダンスを増大するように構成する、請求項９記載の固体故
障電流リミッタ。
【請求項１４】
前記電流分流デバイスの前記第１導電性巻線及び第２導電性巻線は、故障状況中に磁気
的に減結合して負荷に分配される電流量を制限するように構成する、請求項１０記載の固
体故障電流リミッタ。
【請求項１５】
前記電流分流デバイスの前記第１導電性巻線及び第２導電性巻線は、故障状況中に、前
記電流分流デバイスの等価インピーダンスを増大して、前記負荷に分配される電流量を制
限するように構成する、請求項１４記載の固体故障電流リミッタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の本発明による実施形態は、電流制御デバイス、より具体的には、故障
電流制限デバイス及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
故障電流リミッタ（ＦＣＬｓ）は、例えば、送電及び配電ネットワークにおける電流サ
ージを保護するのに使用される。様々なタイプのＦＣＬｓがここ数１０年にわたり開発さ
れており、超電導故障電流リミッタ（ＳＣＦＣＬ）、誘導故障電流リミッタ、並びに従来
よく知られている他の種類のものがある。ＦＣＬを実装する電力系統には、電力を発電し
、また電力を様々な工業用、商業用、及び／又は住宅用の電気的負荷に対して配給する、
発電、送電及び配電のネットワークがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
故障電流は、例えば、短絡のようなシステムの障害から生ずる電気系統における異常電
流である。故障電流は、任意な数の事象又は不具合、例えば、送電線又は他のシステムコ
ンポーネントが深刻な気象（例えば、落雷）によって損傷することによって系統内に生じ
得る。このような故障を生ずるとき、大きな負荷が回路に瞬時に現れる。これに応じて、
ネットワークは大量の電流（すなわち、故障電流）を負荷に配給する。この電流サージは
、負荷に対して、例えば、ネットワーク自体、又はネットワークに接続した機器に対して
損傷を与えるおそれがあるため、望ましくない。ＦＣＬデバイスに関する問題は、そのコ
スト、複雑さ、及びサイズである。本発明による改良が提案されたのは、これら及び他の
考慮によってである。
【０００４】
この要約は、以下に詳細な説明でさらに記載する簡素化した形式における概念の選択肢
を導入するために提示するものである。この要約は、特許請求の範囲の要旨における重要
な特徴又は基本的な特徴を同定することは意図せず、特許請求の範囲の要旨における範囲
決定の支援を意図するものでもない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、システム電流入力部、受動電流出力部及び制御電流出力部を有する電流分流
リアクトルを備えた固体故障電流リミッタを提供する。電圧制御リアクトルは、第１端部
及び第２端部を有し、前記第１端部は前記制御電流出力部に接続し、また前記第２端部は
前記受動電流出力部に接続する。故障電流トリガ回路は、前記電圧制御リアクトルに並列
に接続し、また前記システム電流入力部が受ける故障電流が所定トリガ電流を超えるとき
開状態になるよう構成する。過渡電圧制御回路は、前記電圧制御リアクトルに並列に接続
し、前記故障電流を受けるようにする。
【０００６】
一実施形態において、システム電流入力部、受動電流出力部及び制御電流出力部を有す
る固体故障電流リミッタを提供する。電圧制御リアクトルは、第１端部及び第２端部を有
し、第１端部は制御電流出力部に接続し、第２端部は受動電流出力部に接続する。故障電
流トリガ回路は、前記電圧制御リアクトルに並列に接続し、また前記システム電流入力部
が受ける故障電流が所定トリガ電流を超えるとき開状態になるように構成する。過渡電圧
制御回路は、前記電圧制御リアクトルに並列に接続し、前記故障電流を受けるようにする
。
【０００７】
一実施形態において固体故障電流リミッタシステムを提供し、この固体故障電流リミッ
タシステムは、コア周りに巻き付けた第１導電性巻線及び第２導電性巻線を有し、前記第
１導電性巻線は、故障状況中に前記第１導電性巻線及び第２導電性巻線の双方により故障
電流を搬送するよう構成する、電流分流デバイスと、前記電流分流デバイスに接続した電
圧制御リアクトルと、前記電圧制御リアクトルに並列に接続した過渡電圧制御回路と、前
記電圧制御リアクトルに並列に接続した固体故障トリガ回路と、を備える。前記固体故障
トリガ回路は、前記第２導電性巻線を流れる前記故障電流が所定閾値電流より多くなると
き開状態となるように構成し、また前記電圧制御リアクトル及び前記過渡電圧制御回路は
、前記固体故障トリガ回路が開状態となるとき前記第２導電性巻線から前記故障電流を受
けるように構成する。
【０００８】
一実施形態において固体故障電流リミッタシステムを提供し、この固体故障電流リミッ
タシステムは、コア周りに巻き付けた第１導電性巻線及び第２導電性巻線を有する電流分
流デバイスを備える。前記第１導電性巻線は、故障状況中に前記第１導電性巻線及び第２
導電性巻線の双方に故障電流を搬送するように構成する。電圧制御リアクトル及び故障ト
リガ回路よりなり、直列接続した複数個のモジュールを電流分流デバイスに接続し、前記
電圧制御リアクトル及び故障トリガ回路よりなり、直列接続した複数個のモジュールそれ
ぞれは、故障トリガ回路に並列接続した電圧制御リアクトルを有する。
【０００９】
本発明をより完全に理解するのを容易にするため添付図面を参照し、これら図面におい
て、同一要素には同一参照符号を付して言及する。これら図面は、本発明を限定するもの
と解すべきでなく、単なる例示であることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明実施形態による送電又は配電システムにおける故障電流リミッタ（ＦＣＬ）の適用例である。
【図２Ａ】本発明実施形態による送電システムに使用したＦＣＬ回路である。
【図２Ｂ】本発明実施形態による送電システムに使用したＦＣＬ回路である。
【図２Ｃ】本発明実施形態による、コア周りに巻付けた第１巻線及び第２巻線を有するＦＣＬ回路を示す。
【図３】図３Ａは、本発明実施形態による、電磁スイッチ又はヒューズを使用する故障電流感知スイッチ（ＦＣＳＳ：Fault Current Sensing Switch）を示す。図３Ｂは、本発明実施形態による、ＩＧＢＴ及びダイオードを使用するＦＣＳＳを示す。図３Ｃは、本発明実施形態による、ＩＧＣＴ及びダイオードを使用するＦＣＳＳを示す。図３Ｄは、本発明実施形態による、ＩＧＢＴ及びダイオードを使用するＦＣＳＳを示す。
【図４】本発明実施形態による、直列接続した電圧制御リアクトル（ＶＣＲ：Voltage Control Reactor）及び故障トリガ回路（ＦＴＣ：Fault Trigger Circuit）モジュールを使用するＦＣＬを示す。
【図５】本発明実施形態による、直列接続したＦＴＣモジュールを使用するＦＣＬを示す。
【図６】本発明実施形態による、直列接続したＦＴＣモジュールを使用するモジュール式ＦＣＬを示す。
【図７】本発明実施形態による、電流分流リアクトルを含まないＦＣＬ回路を示す。
【図８】本発明実施形態による、アーク火花保護に使用される電流分流リアクトル又は電圧制御リアクトルを含まないＦＣＬ回路を示す。
【図９】本発明実施形態による、フェーズ・トゥ・グラウンド故障を制限するよう変成器のニュートラル・トゥ・グラウンドに使用する電圧制御リアクトルを有するＦＣＬ回路を示す。
【図１０】本発明実施形態による、グラウンド故障電流を抑制するのが必要な箇所でフェーズ・トゥ・グラウンド故障を制限するよう変成器のニュートラル・トゥ・グラウンドに使用する電圧制御リアクトルを有するＦＣＬ回路を示す。
【図１１】本発明実施形態による固体故障電流リミッタの動作方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明による実施形態を以下に添付図面につきより詳細に説明し、添付図面は幾つかの
実施形態を示す。本発明の要旨は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に
記載の実施形態に限定されるものと解すべきではない。これら実施形態は、本明細書が完
璧かつ完全であるように、また当業者に対して発明要旨の範囲を十分に伝えるように提示
したものである。図面において、同一参照符号は全体を通して同様の要素に言及する。
【００１２】
実施形態は、電流分流相互リアクトル設計を使用する固体（ソリッドステート）故障電
流リミッタ（「ＳＳＦＣＬ：Solid State Fault Current Limiter」）を提供する。この
ＳＳＦＣＬは、有利にも、機械的動作の故障電流リミッタと比べると、先ず短絡故障で作
動し、この短絡を分離する。ＳＳＦＣＬは、正弦波的故障電流の最初の周期ピーク（例え
ば、６０Ｈｚ電源に対して約４〜１０ｍｓにおける第１ピーク）を少なくとも２５％〜７
５％減少することができる。図１〜１２は、任意の電気回路、例えば、送電、配電及び発
電のネットワークにおける短絡故障電流を制限するＳＳＦＣＬ動作の基本原理を示す。
【００１３】
図１は、固体故障電流リミッタ（ＳＳＦＣＬ）２００を含む例示的な故障電流リミッタ
システム１０００を示し、このシステムは送電及び配電システムに実装することができる
。電源１０１は、実部成分ＲＳ及び虚部成分ＸＳよりなる複素インピーダンスＺＳを有す
るインタフェース回路１０３、及び回路ブレーカ１０５に電力を供給する。送電ライン１
０６は、送電ライン電圧を段階的に負荷１２１，１２３に適合する電圧まで段階的に下げ
るよう構成した変成器１０９を有するサブステーションとのインタフェース１０７に達す
る。変成器１０９の出力部を回路ブレーカ１１１及びＳＳＦＣＬ２００に接続する。ＳＳ
ＦＣＬは、回路ブレーカ１１５及び整合回路１１７，１１９を介して負荷１２１，１２３
に接続する。付加的な負荷及び整合回路を設けることができる。短絡故障１２５が発生し
、また存在した場合、この短絡故障１２５は、本明細書に記載の種々の実施形態の動作に
よって分離する。
【００１４】
図２Ａ〜１０は、図１に示すＳＳＦＣＬ２００として使用可能な故障電流リミッタの様
々な実施形態を示す。とくに、図２Ａは、故障電流トリガ回路（ＦＴＣ）２１０に並列接
続した電流分流リアクトル（ＣＳＲ）２０２及び電圧制御リアクトル（ＶＣＲ）２０８を
有するＳＳＦＣＬ２００を示す。図２Ａにつき手短に説明すると、ＣＳＲ２０２は、磁気
コア２０３に巻き付けた第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻線２０６を有する。第２
導電性巻線２０６は、逆巻き又は十字交差巻きの構成とすることができ、第１導電性巻線
２０４及び第２導電性巻線２０６のような導電性巻線それぞれは、同一巻回数にすること
ができる。ＳＳＦＣＬ２００におけるＣＳＲ２０２の磁気コア２０３は、好適には、ＣＳ
Ｒ２０２における増加した磁束レベルの関数として予測可能な磁気特性を有する透磁性材
料に該当することができる（図２Ａ参照）。ＣＳＲ２０２は、定常状態動作中に最小イン
ピーダンスを呈し、また故障状況中には比較的より大きなインピーダンスを呈して故障電
流を効果的に制限するよう構成した第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻線２０６を有
する。
【００１５】
図２Ｂは、故障電流トリガ回路（ＦＴＣ）２１０に接続した電流分流リアクトル（ＣＳ
Ｒ）２０２を有するＳＳＦＣＬ２００を示す。図２Ｂにおいて、電流分流リアクトル（Ｃ
ＳＲ）２０２は、電圧制御リアクトル（ＶＣＲ）２０８（図２Ａ参照）を設けることなく
使用する。図２Ｂにつき手短に説明すると、ＣＳＲ２０２は、磁気コア２０３を巻き付け
た第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻線２０６を有する。第２導電性巻線２０６は、
逆巻き又は十字交差巻きの構成とすることができ、第１導電性巻線２０４及び第２導電性
巻線２０６のような導電性巻線それぞれは、同一巻回数にすることができる。ＳＳＦＣＬ
２００におけるＣＳＲ２０２の磁気コア２０３は、好適には、ＣＳＲ２０２における増加
した磁束レベルの関数として予測可能な磁気特性を有する透磁性材料に該当することがで
きる。ＣＳＲ２０２は、定常状態動作中に最小インピーダンスを呈し、また故障状況中に
は比較的より大きなインピーダンスを呈して故障電流を効果的に制限するように構成した
第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻線２０６を有する。したがって、一実施形態にお
いて、ＣＳＲ２０２をＦＴＣ２１０に接続し、このＦＴＣ２１０は、システム電流入力部
が受ける故障電流が所定トリガ電流を超えるとき開状態になるように構成する。過渡電圧
制御回路をＣＳＲ２０２に接続することができる。
【００１６】
図２Ａ及び２Ｂに戻って説明すると、ＳＳＦＣＬ２００は約２５０アンペア又はそれ以
上のシステム電流ＩＴで使用することができる。例えば、４,０００アンペアの電流は、
入手可能な適当なサイズのコンポーネントを有する図２Ａの回路によって保護することが
できる。ＦＴＣ２１０は、図３Ａ〜３Ｃにつき以下にさらに説明するような過渡過電圧制
御回路（ＴＯＣＣ）及びスイッチを有する。故障状況下において、約２０００ボルト又は
それ以上の電圧低下をＦＴＣ２１０で順応することができる。
【００１７】
ＣＳＲ２０２を使用して高システム電流を管理し、通常／定常状態電流及び故障電流の
より少ない割合部分が個体故障電流トリガ回路２１０に流れるようにすることができる。
多くの個体デバイス、例えば、ＩＧＣＴｓ、ＩＧＢＴｓ、及びダイオード等々は、送電ラ
イン１０６に供給される公共システム電流に比べるとより低い電流が定格付けされる。Ｃ
ＳＲ２０２は、固体デバイスを用いて、ＳＳＦＣＬ２００を設計することができ、この理
由としては、システム電流ＩＴのより少ない部分がＦＴＣ２１０に流れるからである。入
来するシステム電流ＩＴは、巻線２０４を流れる第１成分ＩＷ１と、第２導電性巻線２０
６を流れる第２成分ＩＷ２とに分割される。電流ＩＷ２は、さらに、ＶＣＲ２０８を流れ
る電流ＩＶＣＲと、ＦＴＣ２１０を流れる電流ＩＦＴＣとに分割される。
【００１８】
一実施形態において、第１導電性巻線２０４は第２導電性巻線２０６に対して逆並列関
係となるように電気的に接続することができる。ＣＳＲ２０２に流入する電流は、第１導
電性巻線２０４を第１方向に流れるように導かれ、また第２導電性巻線２０６を逆向きの
第２方向に導かれる。一実施形態において、第１導電性巻線２０４を流れる電流は、した
がって、第２導電性巻線２０６に流れる電流と等しくすることができ、また、第１導電性
巻線２０４及び第２導電性巻線２０６を上述の逆並列形態に配列することで、これら導電
性巻線は磁気的に結合され、また無視できる正味及び／又は等価のインピーダンスを呈す
るようになる。第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻線２０６はコア（図２Ｃに示すよ
うな磁気コア２０３）の周りに、例えば、2本巻きコイル構成にして巻き付ける。他の巻
線構成も使用に利用可能であり、好適性及び／又は技術的な設定に基づいて適用すること
ができる。コアは、当業者には理解できる特別な用途の電流制限設定で規定されている寸
法を有する鉄コア又は空気コアとすることができる。
【００１９】
適切な巻回数を有する第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻線２０６を使用すること
によって、ＳＳＦＣＬ２００の定常状態動作は、定常状態電流を並列分路ＩＷ１及びＩＷ
２に分配し、定常状態電流のｘ％が分路ＩＷ１に流れる場合、定常状態電流の残りの（１
００−ｘ）％がＩＷ２に流れる。その代わりに、定常状態電流のｘ％が分路ＩＷ２に流れ
る場合、定常状態電流の残りの（１００−ｘ）％がＩＷ１流れる。したがって、定常状態
動作（例えば、定常状態状況）中には、ＣＳＲ２０２の第１導電性巻線２０４及び第２導
電性巻線２０６は、定常状態電流を並列分路ＩＷ１及びＩＷ２に予め規定した様態で分配
するよう設定することができる。
【００２０】
一実施形態において、例えば、第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻線２０６は、Ｓ
ＳＦＣＬ２００における電流を分路ＩＷ１及びＩＷ２に均等に分配するのに適合する巻回
数を選択し、５０％が分路ＩＷ２に流れ、５０％が分路ＩＷ１に流れて分配できるように
する。他の実施形態において、この比は、４０％が分路ＩＷ２に流れ、６０％が分路ＩＷ
１に流れる；３０％が分路ＩＷ２に流れ、７０％が分路ＩＷ１に流れる；ように設定する
ことができる。換言すれば、例えば、分路ＩＷ２及びＩＷ１に４０／６０、３０／７０、
２０／８０で流れるよう設定することができる。電流分配を精密に設定する幾つかの事例
において、外部巻回巻線（図示せず）を随意的デバイスとして実装することができる。
【００２１】
ＳＳＦＣＬ２００の定常状態動作中、第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻線２０６
のような逆巻き巻線を有するＣＳＲ２０２は、電流分流リアクトルのコア内部で磁界を相
殺する。より具体的には、電流分流デバイスは定常状態電流（例えば、システム電流ＩＴ
）を、第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻線２０６に逆向きに流れる２つの分路（Ｉ
Ｗ１及びＩＷ２）に分割し、正味ゼロ又は無視できる磁界を生じ、この結果、回路におい
て無視できる等価の又は正味のインピーダンスとなる。第１導電性巻線２０４のリアクタ
ンスは、したがって、第２導電性巻線２０６の逆向きリアクタンスによって打ち消される
。このようにして、適切な巻回数を有する第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻線２０
６を選択することによって、定常状態電流の所定部分をＣＳＲに経路付けすることができ
る。ＳＳＦＣＬ２００における定常状態電流負荷は、従来型のＦＣＬシステムよりも減少
する。したがって、ＦＣＬのコスト及び物理的サイズも減少することができる。
【００２２】
故障状況が発生する際、ＳＳＦＣＬ２００を流れる電流は、例えば、図１に示す電流セ
ンサ１５０によって増加した故障電流を測定する箇所で急激に増加する。換言すれば、短
絡故障状況中に故障電流は通常の定常状態電流を超えて巻線２０４及び巻線２０６の双方
を流れる。
【００２３】
故障電流が所定閾値電流レベルを超えることを示す電流センサ１５０からの信号出力を
受け取る際に、少なくとも１個のプロセッサデバイス及びこれに格納された少なくとも１
個のメモリデバイスを有するコントローラ１７５（図１に示すような）は、即座にＣＳＲ
２０２を「トリップ（作動）」させる。換言すれば、コントローラ１７５及び電流センサ
１５０はＳＳＦＣＬ２００を故障状態に移行させる。とくに、巻線２０６における電流が
所定トリガ電流（例えば、所定閾値電流）を超えるとき、ＦＴＣ２１０は開状態になり、
故障電流はＶＣＲ２０８及び（図３Ａ〜３Ｄに３１２，３２２，３３２又は３４２で示す
ような）過渡過電圧制御回路（ＴＯＣＣ）に転流する。ＦＴＣ２１０が開状態になるとき
、ＶＣＲ２０８及びＴＯＣＣ３１２，３２２，３３２又は３４２におけるインピーダンス
は、巻線２０６を流れる電流を減少するのに十分な程度に高くなり、したがって、ＣＳＲ
２０２の磁界相殺を喪失させ、また故障電流リミッタシステム１０００を通過する所定閾
値電流を故障電流が超えているという信号（例えば、電流センサから検出した）をＦＴＣ
２１０が受け取るとき、開回路となるように動作可能な高電流制限ＦＴＣ２１０を導入す
る。ＦＴＣ２１０が開状態になるとき、ＦＴＣ２１０を流れていた電流ＩＦＴＣはＶＣＲ
２０８及びＴＯＣＣを通過するＩＶＣＲに転流する。ＣＳＲ２０２は、故障電流を負荷１
２１，１２３に対する許容可能なピーク間振幅まで制限するのに十分大きな等価インピー
ダンスを呈する。換言すれば、ＦＣＴ２１０を開状態にすることにより、ＶＣＲ２０８及
びＴＯＣＣ３１２，３２２，３３２，又は３４２の高インピーダンスを回路に挿入し、第
２導電性巻線２０６を流れる電流を減少する。（例えば、高インピーダンスは、いかなる
電流も流れることができない、又は電流の一部が流れることができない回路におけるポイ
ントを意味し、このポイントにおいて、ＶＣＲ２０８及びＴＯＣＣのインピーダンスは、
第２導電性巻線２０６のインピーダンスよりも相当高い。）復旧中、又は故障が解消され
た後、ＦＴＣ２１０は閉状態になり、低インピーダンス回路を有する通常動作条件が確立
する。
【００２４】
代案として、ＣＳＲ２０２を持たない故障電流制限回路は、故障電流リミッタに対して
強制的に固体スイッチを並列でトリガさせる。このような並列トリガは極めて難題であり
、バランスが悪い電流シェアリング及び関連の障害に起因して信頼性が低い。本発明によ
る実施形態は、並列能動故障電流トリガ回路を有する回路設計を回避する。したがって、
ＳＳＦＣＬ２００は、極めて低いインピーダンスのデバイスであり、定常状態動作中、シ
ステムインピーダンスの１％未満のインピーダンスを挿入する。換言すれば、ＳＳＦＣＬ
は１％未満の電圧低下を有する。ＶＣＲ２０８には無視できる電流が流れる。例えば、Ｓ
ＣＲ２０２が、第１導電性巻線２０４と第２導電性巻線２０６との間に３：１の電流比を
有する場合、巻線２０６を流れるＦＴＣ分路は総電流の２５％が見込まれる。他の比は、
第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻線２０６それぞれにおける巻回数Ｎ１及びＮ２の
比を変更することによって容易に達成することができる。
【００２５】
図３Ａ〜３Ｄは、図２Ａ〜２Ｂに示すＦＴＣ２１０の一部として設けることができる故
障電流感知スイッチ（ＦＣＳＳ）回路３１０、３２０，３３０及び３４０をそれぞれ示す
。ＦＣＳＳ回路３１０、３２０，３３０及び３４０としては種々のタイプのスイッチがあ
り、例えば、電気機械的スイッチ、迅速応答可変抵抗、ヒューズ、集積ゲート整流サイリ
スタ（ＩＧＣＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、真空管、等々があ
る。各ＦＣＳＳとしては、「スナバ（緩衝器）」回路としても知られているＴＯＣＣ３１
２，３２２，３３２、又は３４２がある。スナバ回路は過渡過電圧抑制回路である。ＴＯ
ＣＣ回路３１２，３２２，３３２、又は３４２は、１つ又は複数の異なるスナバリング（
もみ消し）機能を発揮してＦＴＣ２１０の一部として効率的で信頼性の高い動作を行うよ
うに設計する。例えば、スナバ回路は、出力部に誘導フィルタ回路を有する切替えインバ
ータ又はチョッパ回路におけるように、電流をオフにスイッチングする結果としてスイッ
チに発生する電圧スパイクを抑制する。とくに、スナバ回路は、切替えデバイスの開き、
及びこの結果として出力部フィルタの誘導素子を流れる電流の遮断の際に切替えデバイス
における過剰過渡電圧ピークの発生を防止する。ＴＯＣＣ回路３１２，３２２，３３２、
又は３４２は、過渡電圧ピークが切替えデバイスの定格電圧限界を超えるとき生ずる切替
えデバイスへの損傷を防止する。ＴＯＣＣ回路３１２，３２２，３３２、又は３４２は、
スイッチングの軌跡を仕立て、スイッチング損失を減少し、及び／又は回路における寄生
要素の効果を制御するのに使用することができる。
【００２６】
図３Ａに示すＦＣＳＳ回路３１０は、概して、電気機械的スイッチである。ＩＧＣＴス
イッチ３１４と、(a) 直列の抵抗（Ｒ）３１２ａ及びキャパシタンス（Ｃ）３１２ｂ；(b
) 抵抗（ＲＰ）３１２ｃ；及び(c) 金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）３１２ｄ；の並列接続
とを有する。ＴＯＣＣ回路３１２は、比較的高いキャパシタンス値及び抵抗値を有し、電
流リミッタ用途に対して＞１００μｓの時定数（すなわち、Ｒ・Ｃ＞１００μｓ）を使用
する。低トリガ電流を有する幾つかの用途では、１００μｓ（マイクロ秒）未満（＜１０
０μｓ）の時定数を用いることもできることに留意されたい。例えば、ブラシ火花保護の
ためには２０μｓの時定数を用いることができる。概して、理想時定数は１０μｓよりも
大きいものとする（＞１０μｓ）。
【００２７】
最も固体的又は電子的な電力スイッチ、例えばＩＧＢＴ（図３Ｂに示すような）を、回
路内に低インダクタンスが存在する用途に使用する。電力周波数を使用する故障電流リミ
ッタは、通常、高インダクタンスを有する回路で動作し、また故障が発生するとき、Ｌ×
δｉ／δｔの高い積の値が比較的高い過渡過電圧を生ずる。電力系統における発電、送電
及び配電のような高インダクタンス回路は、キャパシタンス及び抵抗の高い値を用いて、
過渡過電圧を抑制するＴＯＣＣ３１２，３２２，３３２、又は３４２のような過渡過電圧
制御回路を使用する。
【００２８】
図３Ｂに示すＦＣＳＳ回路３２０は、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２を含むＩＧＢＴスイッ
チ３２４と並列にしたＴＯＣＣ３２２を有する。ＴＯＣＣ３１２と同様に、ＴＯＣＣ３２
２は、(a) 直列の抵抗（Ｒ）３２２ａ及びキャパシタンス（Ｃ）３２２ｂ；(b) 抵抗（Ｒ
Ｐ）３２２ｃ；及び(c) 金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）３２２ｄ；の並列接続を有する。
最も固体的又は電子的な電力スイッチ、例えばＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２を、回路内に低
インダクタンスが存在する用途に使用する。電力周波数で使用する故障電流リミッタは、
通常、高インダクタンスを有する回路で動作し、また故障が発生するとき、Ｌ×δｉ／δ
ｔの高い積の値が比較的高い過渡過電圧を生ずる。ＳＳＦＣＬにおける高インダクタンス
回路は、キャパシタンス及び抵抗の高い値を有する模範的ＴＯＣＣを用いて、過渡過電圧
を抑制する。
【００２９】
図３Ｃは、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２を含むＩＧＢＴスイッチ３１４と並列にしたＴＯ
ＣＣ３３２を有するＦＣＳＳ回路３３０を示す。ＴＯＣＣ３１２及びＴＯＣＣ３２２と同
様に、ＴＯＣＣ３３２は、(a) 直列の抵抗（Ｒ）３３２ａ及びキャパシタンス（Ｃ）３３
２ｂ；(b) 抵抗（ＲＰ）３３２ｃ；及び(c) 金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）３３２ｄ；の
並列接続を有する。ＦＣＳＳ回路３１０，３２０，３３０及び３４０は、他のタイプのス
イッチ、例えば、真空管に使用することができる。
【００３０】
図３Ｄは、ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２を含むＩＧＢＴスイッチ３２４と並列にしたＴＯ
ＣＣ３４２を有するＦＣＳＳ回路３４０を示す。ＴＯＣＣ３１２、３２２及びＴＯＣＣ３
３２と同様に、ＴＯＣＣ３４２は、(a) 直列の抵抗（Ｒ）３４２ａ及びキャパシタンス（
Ｃ）３４２ｂ；及び(c) 金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）３４２ｄ；の並列接続を有する。
ＩＧＢＴスイッチ３２４は電気機械的スイッチとすることができる。図３Ｄは、各ＩＧＢ
Ｔスイッチ３１４（ＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２）又は他の切替えデバイスがキャパシタン
ス３４３Ｃ及びＴＯＣＣ３１２，３２２，３３２、又は３４２を有することができること
を示す。キャパシタンス３４３Ｃ及びＴＯＣＣ３１２，３２２，３３２、又は３４２は、
共通又は個別の金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）３３２ｄを有する抵抗スナバ回路とするこ
とができる。
【００３１】
図４〜６は、より高い電圧用途に使用できる故障制御回路１１３の様々な実施形態を示
す。ＦＴＣ２１０にかかる電圧低下は約２ＫＶであるため、より高い電圧に適合できる故
障電流リミッタ回路を得るためにＦＴＣｓを追加して使用することができる。
【００３２】
とくに、図４に示すＳＳＦＣＬ２００は、ＣＳＲ２０２と、直列接続した複数個のＶＣ
Ｒ及びＦＴＣモジュールＭ１,…,Ｍｎを有する。各モジュールＭ１,…,Ｍｎは、電圧制御
リアクトル（ＶＣＲ）２０８（208-1,208-2及び208-nとして示す）を、故障トリガ回路（
ＦＴＣ）（210-1,210-2及び210-nとして示す）と並列接続して設ける。例えば、ＳＳＦＣ
ＬモジュールＭ１は、図４に208-1として示すＶＣＲ１と、これに並列接続した故障トリ
ガ回路ＦＴＣ１（210-1）とを有する。ＳＳＦＣＬモジュールＭ２は、電圧制御リアクト
ルＶＣＲ２（208-2）と、これに並列接続した故障トリガ回路ＦＴＣ２（210-2）とを有す
る。ＳＳＦＣＬモジュールＭｎは、電圧制御リアクトルＶＣＲｎ（208-n）と、これに並
列接続した故障トリガ回路ＦＴＣｎ（210- n）とを有する。複数個のＳＳＦＣＬモジュー
ルＭ１,…,Ｍｎは直列接続し、またＣＳＲ２０２の第２導電性巻線Ｎ２に直列接続する。
図４のＳＳＦＣＬ２００は、さらに、モジュールＭ１,…,Ｍｎにおける個別のＶＣＲ又は
ＦＴＣが故障する場合に冗長性を与える。
【００３３】
図５は、複数個の故障トリガ回路ＦＴＣ１（210-1）、ＦＴＣ２（210-2）…ＦＴＣｎ（
210-n）に並列接続した比較的高いインダクタンスを有するＶＣＲ２０８を設けたＳＳＦ
ＣＬ２００を示し、各ＦＴＣｓ210-1,…210-nは直列接続し、また図５に示すように相互
連結する。この実施形態において、各ＦＴＣはモジュールＭ１,…,Ｍｎを画定する。例え
ば、モジュールＭ１はＦＴＣ１（210-1）として画定する。同様に、モジュールＭ２はＦ
ＴＣ２（210-2）として画定し、またモジュールＭｎはＦＴＣｎ（210-n）として画定する
。他の実施形態（図５には示さない）において、複数個のＶＣＲｓを直列接続し、また各
ＶＣＲは２個又はそれ以上のＦＴＣｓに並列接続することができる。
【００３４】
図６は、複数個の直列接続したＳＳＦＣＬモジュール601-1,…601-nを含む故障電流制
限回路のＳＳＦＣＬ２００を示す。図６は、デバイスレベルのモジュール性を示し、各モ
ジュール601-1,…601-nは、ＦＴＣ610-1,…610-nに並列接続したＣＳＲ602-1,…602-n及
びＶＣＲ608-1,…608-nを有する。例えば、モジュール601-1は、巻線Ｎ１1及び巻線Ｎ２1
を有するＣＳＲ602-1と、ＦＴＣ610-1に並列接続したＶＣＲ608-1とを備える。同様に、
モジュール601-2は、巻線Ｎ１1及び巻線Ｎ２2を有するＣＳＲ602-2と、ＦＴＣ610-2に並
列接続したＶＣＲ608-2とを備える。モジュール601-nは、巻線Ｎ１n及び巻線Ｎ２nを有す
るＣＳＲ602-nと、ＦＴＣ610-nに並列接続したＶＣＲ608-nとを備える。図４及び５に示
すＳＳＦＣＬ２００と比較すると、図６のＳＳＦＣＬ２００は、ＳＳＦＣＬモジュール60
1-1,…601-nを有するＳＳＦＣＬ２００間でより大きい電圧隔離及び独立性をもたらし、
電圧制御能力を増大する。短絡故障１２５（図１に１２５で示す）のような故障状況が発
生した場合、ＳＳＦＣＬモジュール601-1,…601-nのＦＴＣは開状態になり、故障電流は
定常状態電流に等しい量まで、又は例えば、５０％のような所定量まで減少する。
【００３５】
図７は、ＶＣＲ２０８及びＦＴＣ２１０が取り扱う負荷電流ＩＴを有するＳＳＦＣＬ回
路の実施形態であって、１個又はそれ以上のＦＴＣ２１０コンポーネントは電流分流リア
クトルに並列接続しない実施形態７００を示す。この実施形態７００は、例えば、約２５
０アンペアまで達する電流ＩＴで使用することができる。
【００３６】
図８は、ＦＴＣ２１０が取り扱う負荷電流ＩＴを有するＳＳＦＣＬ回路の実施形態であ
って、ＦＴＣ２１０はＶＣＲ２０８（図２Ａ参照）又はＣＳＲ２０２（図２Ａ参照）のい
ずれかに接続しない実施形態８００を示す。図８に示す形態は、図３Ａ〜Ｃに示す「スナ
バ」回路としても知られているＴＯＣＣ３１２，３２２，３３２又は３４２と組み合わせ
てアーク火花保護に使用することができる。実施形態８００は約２５０アンペアまで達す
る電流ＩＴで使用することができる。
【００３７】
図９は、フェーズ・トゥ・グラウンド故障を制限するように変成器のニュートラル・ト
ゥ・グラウンドに使用する電圧制御リアクトルを有するＦＣＬ回路のブロック図９００を
示す。この用途は、本発明の実施形態によるアーク火花減少に適用することができる。図
９は、ＶＣＲ２０８及びＳＳＦＣＬ２００よりなるＦＣＬ回路との組合せでニュートラル
・トゥ・グラウンド（グラウンドを「Ｇ」９２５で示し、またニュートラルを「Ｎ」で示
す）に使用する変成器１０９（図１参照）を示す。この形態は、ＳＳＦＣＬ２００からの
電流ＩＳＳ（「ＩＳＳ」はソリッドステート電流）を十分少なくし、またＦＴＣ（例えば
、ＦＴＣ２１０）はＣＳＲ２０２（図２参照）に相互接続せずに、フェーズ・トゥ・グラ
ウンド故障電流、例えば、短絡故障１２５を制限するのに使用する。アーク火花減少及び
ブラシ火花保護はＳＳＦＣＬ２００を使用する幾つかの用途であり、本明細書に記載した
図示の実施形態は任意な故障電流制限に使用することができる。
【００３８】
図１０は、アーク火花減少を含め、フェーズ・トゥ・グラウンド故障のための汎用ＦＣ
Ｌ回路として使用される故障電流リミッタシステム１０００を示す。特に、故障電流リミ
ッタシステム１０００は、一方の側で変成器１０９（図１参照）に、他方の側でグラウン
ド９２５に接続するニュートラル・トゥ・グラウンド（グラウンドを「Ｇ」９２５で示し
、またニュートラルを「Ｎ」で示す）で接続した、変成器１０９にＳＳＦＣＬ２００回路
を有する。ＳＳＦＣＬ２００は、ソリッドステート電流ＩＳＳを十分少なくしてＳＳＦＣ
Ｌ２００で対処することによるブラシ火花保護のため、短絡故障１２５のようなフェーズ
・トゥ・グラウンド故障電流を抑制する。変成器１０９のニュートラル・トゥ・グラウン
ドに構成したＳＳＦＣＬ２００は、例えば、ブラシ火花保護用途におけるように、グラウ
ンド故障電流を極めて少ない電流まで抑制する必要がある場合に使用する。
【００３９】
図１１は固体故障電流リミッタシステムの動作方法のフローチャート１１００を示す。
定常状態動作中、第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻線２０６（逆巻き巻線）を有す
るＣＳＲ２０２はステップ１１１０で入力電流を受ける。第１導電性巻線２０４及び第２
導電性巻線２０６は、電流分流リアクトル２０２のコア内部に磁界を有する。短絡故障状
況下において、故障電流はステップ１１２０でＣＳＲ２０２によって検出する。ステップ
１１２０において、ＣＳＲ２０２は、故障電流が第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻
線２０６の双方を流れる正常電流（定常状態電流）より多いことを検出する。特に、ステ
ップ１１３０において、ＣＳＲ２０２は所定閾値／トリガ電流を超える第２導電性巻線２
０６を検出する。ＦＴＣ２１０はステップ１１４０で開状態になり、故障電流は、ステッ
プ１１５０において、ＶＣＲ２０９及び過渡過電圧制御回路（ＴＯＣＣ）に転流する。Ｔ
ＯＣＣは、ＣＳＲ２０２又はＶＣＲ２０８（図３Ａ〜３Ｃに示す実施形態）に並列接続す
ることができる。ＦＴＣ２１０が開状態になるとき、ＶＣＲ２０８及びＴＯＣＣのインピ
ーダンスがステップ１１６０で増加して第２導電性巻線２０６を流れる電流を減少し、し
たがって、ＣＳＲ２０２に対して磁界相殺を喪失させ、また高電流制限リアクタンスを導
入する。ＣＳＲにおける磁界の相殺及び高電流制限リアクタンスの導入は、故障状況下に
ある間に負荷に分配される電流量を制限する。
【００４０】
要約すれば、本発明の実施形態は、より複雑かつコストがかかる他の電子保護回路より
も恩恵が得られる機械的保護デバイスを用いて、故障を保護する電流保護システムを提供
する。例えば、本発明による固体故障電流リミッタシステムは、回路ブレーカのためのア
ーク火花エネルギー減少、及びより低いアーク火花エネルギーを操作しかつ取り扱って安
全性の恩恵を提供することができる。このことは、恒久的設置の故障保護デバイスとして
、又は携帯型の故障保護デバイスとして有用となり得る。例えば、可搬式デバイスとして
は、スイッチギヤ領域で作業する作業員のための安全デバイスとして使用し、このデバイ
スの使用が潜在的電流を減少することができる。さらに、固体故障電流リミッタシステム
は低電流及び高電流の用途に使用することができる。アークエネルギーの減少は、電気的
短絡故障に起因する火災も減少することができる。この用途は、電気的発火に起因する火
災を受け易い電気設備に恩恵がある。さらに、電流分流リアクトルを使用することにより
、固体故障電流リミッタを用いて、固体スイッチによる高電流に関連する問題を解決する
ことができ、より複雑かつコストがかかる他の電子保護回路よりも恩恵をもたらすことが
できる。
【００４１】
したがって、本明細書に記載したように、種々の実施形態は固体故障電流リミッタシス
テムを提供する。固体故障電流リミッタは、システム電流入力部、受動電流出力部、及び
制御電流出力部を有する電流分流リアクトルと、第１端部及び第２端部を有し、前記第１
端部は制御電流出力部に接続し、また第２端部は受動電流出力部に接続する電圧制御リア
クトルと、並びに電圧制御リアクトルに並列に接続した故障電流トリガ回路と、を備える
。故障電流トリガ回路は、システム電流入力部が受ける故障電流が所定トリガ電流を超え
るとき開状態になるよう構成する。固体故障電流リミッタは、さらに、電圧制御リアクト
ルに並列に接続し、故障電流を受けるようにする過渡電圧制御回路を備える。
【００４２】
電流分流リアクトルは、さらに、第１回路及び第２回路を有し、第１回路及び第２回路
は、定常状態作動状況中に磁気的に結合し、また故障状況中に磁気的に減結合して負荷に
分配される電流量を制限し、また電流及び故障電流の制限された部分を故障トリガ回路に
流すことができるように構成する。第１回路は、コア周りに巻き付けた第１導電性巻線を
有し、第２回路は、コア周りに巻き付けた第２導電性巻線を有し、第２巻線は第１巻線と
は逆向きに巻き付ける。第１導電性巻線は、電流（通常動作電流）を第１方向に搬送する
ように構成し、第２導電性巻線は、電流を第１方向とは逆向きの第２方向に搬送するよう
に構成し、固体故障電流リミッタシステムの定常状態動作中に第１導電性巻線に関連する
第１磁界が第２導電性巻線の第２磁界に結合するように構成する。電流分流リアクトルは
、故障状況中に第１導電性巻線及び第２導電性巻線の双方に故障電流を搬送するように構
成する。電流分流リアクトルは、故障トリガ回路が開状態になるのに応答して、前記故障
電流を電圧制御リアクトル及び過渡過電圧制御回路に転流させるように構成する。
【００４３】
電圧制御リアクトル及び過渡過電圧制御回路は、故障トリガ回路が開状態になるのに応
答してインピーダンスを増大させるように構成し、また電流分流リアクトルは、増大した
インピーダンスに応答して電流制限リアクタンスを生ずるように構成する。過渡電圧制御
回路は、さらに、直列接続した抵抗及びキャパシタンス（ＲＣ）回路と抵抗との並列接続
を有する。
【００４４】
ＳＳＦＣＬ２００の上述した形態を考慮すると、ＣＳＲ２０２がＳＳＦＣＬ２００にお
ける定常状態電流の大きな部分を取り扱うので、ＳＳＦＣＬ２００は、相当少ない定常状
態電流を扱うだけのサイズにすることができる。したがって、材料コスト及び人件費も減
少する。ＦＣＬの物理的サイズも減少でき、そうでないと設置が困難で実用的でなかった
ような場所にも設置できるようになる。さらに、電磁力及びその効果も減少させることが
でき、これは、活性が低いＳＳＦＣＬ２００コンポーネントに起因する。ＳＳＦＣＬ２０
０で消散するエネルギー量も減少する。
【００４５】
本発明の要旨を若干の実施形態につき説明したが、これら記載した実施形態に対する多
くの変更、修正、及び改変も、特許請求の範囲で定義する本発明の要旨から逸脱すること
なく、可能である。したがって、本発明の要旨は記載した実施形態に限定すべきではなく
、特許請求の範囲の用語で定義される範囲全体及びその均等物を含むものであることを意
図する。
【００４６】
本発明による若干の実施形態を本明細書において記載したが、それは本発明を限定する
ものではなく、範囲はできるだけ広く、また明細書も同様に読み取るべきものであること
を意図する。したがって、上述の説明は、限定的であると解すべきではなく、特別な実施
形態の例示としてのみ解すべきである。当業者であれば、特許請求の範囲及び精神内の他
の変更を思いつくであろう。
【図１】
2019017249.tif 000003
【図２Ａ】
2019017249.tif 000004
【図２Ｂ】
2019017249.tif 000005
【図２Ｃ】
2019017249.tif 000006
【図３】
2019017249.tif 000007
【図４】
2019017249.tif 000008
【図５】
2019017249.tif 000009
【図６】
2019017249.tif 000010
【図７】
2019017249.tif 000011
【図８】
2019017249.tif 000012
【図９】
2019017249.tif 000013
【図１０】
2019017249.tif 000014
【図１１】
2019017249.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月22日(2018.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端部及び第２端部を有し、前記第１端部は制御電流出力部に接続し、また前記第２端部は受動電流出力部に接続する電圧制御リアクトルと、
前記電圧制御リアクトルに並列に接続し、またシステム電流入力部が受ける故障電流が所定トリガ電流を超えるとき開状態になるように構成する固体故障トリガ回路と、を備え、
該固体故障トリガ回路は、
前記電圧制御リアクトルに並列に接続し、前記故障電流を受けるように構成する過渡電圧制御回路と、
該過渡電圧制御回路に並列に接続するスイッチと、を備える、固体故障電流リミッタ。
【請求項２】
システム電流入力部、受動電流出力部及び制御電流出力部を有する電流分流リアクトルを、さらに備え、
前記電流分流リアクトルは、さらに、第１回路及び第２回路を有し、前記第１回路及び第２回路は、定常状態作動状況中に磁気的に結合し、また故障状況中に磁気的に減結合して、負荷に分配される電流量を制限し、また定常状態電流及び故障電流の一部を前記故障トリガ回路に流すことができるように構成する、請求項１記載の固体故障電流リミッタ。
【請求項３】
前記第１回路は、コア周りに巻き付けた第１導電性巻線を有し、前記第２回路は、コア周りに巻き付けた第２導電性巻線を有し、前記第２導電性巻線は前記第１導電性巻線とは逆向きに巻き付ける、請求項２記載の固体故障電流リミッタ。
【請求項４】
前記第１導電性巻線は、電流を第１方向に搬送するように構成し、前記第２導電性巻線は、電流を前記第１方向とは逆向きの第２方向に搬送するように構成し、前記定常状態作動状況中に前記第１導電性巻線に関連する第１磁界が前記第２導電性巻線の第２磁界に結合するようにする、請求項３記載の固体故障電流リミッタ。
【請求項５】
前記電流分流リアクトルは、故障状況中に前記第１導電性巻線及び前記第２導電性巻線の双方により前記故障電流を搬送するように構成する、請求項４記載の固体故障電流リミッタ。
【請求項６】
前記電流分流リアクトルは、前記故障トリガ回路が開状態になるのに応答して、前記故障電流を前記電圧制御リアクトル及び前記過渡電圧制御回路に転流させるように構成する、請求項２記載の固体故障電流リミッタ。
【請求項７】
前記電圧制御リアクトル及び前記過渡電圧制御回路は、前記故障トリガ回路が開状態になるのに応答してインピーダンスを増大させるように構成し、また前記電流分流リアクトルは、インピーダンスの増大に応答して電流制限リアクタンスを生ずるように構成する、請求項２記載の固体故障電流リミッタ。
【請求項８】
前記過渡電圧制御回路は、さらに、直列接続した抵抗及びキャパシタンス（ＲＣ）回路と抵抗との並列接続を有する、請求項１記載の固体故障電流リミッタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【図１】本発明実施形態による送電又は配電システムにおける故障電流リミッタ（ＦＣＬ）の適用例である。
【図２Ａ】本発明実施形態による送電システムに使用したＦＣＬ回路である。
【図２Ｂ】本発明実施形態による送電システムに使用したＦＣＬ回路である。
【図２Ｃ】本発明実施形態による、コア周りに巻付けた第１導電性巻線及び第２導電性巻線を有するＦＣＬ回路を示す。
【図３Ａ】本発明実施形態による、電磁スイッチ又はヒューズを使用する故障電流感知スイッチ（ＦＣＳＳ：Fault Current Sensing Switch）を示す。
【図３Ｂ】本発明実施形態による、ＩＧＢＴ及びダイオードを使用するＦＣＳＳを示す。
【図３Ｃ】本発明実施形態による、ＩＧＣＴ及びダイオードを使用するＦＣＳＳを示す。
【図３Ｄ】本発明実施形態による、ＩＧＢＴ及びダイオードを使用するＦＣＳＳを示す。
【図４】本発明実施形態による、直列接続した電圧制御リアクトル（ＶＣＲ：Voltage Control Reactor）及び故障トリガ回路（ＦＴＣ：Fault Trigger Circuit）モジュールを使用するＦＣＬを示す。
【図５】本発明実施形態による、直列接続したＦＴＣモジュールを使用するＦＣＬを示す。
【図６】本発明実施形態による、直列接続したＦＴＣモジュールを使用するモジュール式ＦＣＬを示す。
【図７】本発明実施形態による、電流分流リアクトルを含まないＦＣＬ回路を示す。
【図８】本発明実施形態による、アーク火花保護に使用される電流分流リアクトル又は電圧制御リアクトルを含まないＦＣＬ回路を示す。
【図９】本発明実施形態による、フェーズ・トゥ・グラウンド故障を制限するよう変成器のニュートラル・トゥ・グラウンドに使用する電圧制御リアクトルを有するＦＣＬ回路を示す。
【図１０】本発明実施形態による、グラウンド故障電流を抑制するのが必要な箇所でフェーズ・トゥ・グラウンド故障を制限するよう変成器のニュートラル・トゥ・グラウンドに使用する電圧制御リアクトルを有するＦＣＬ回路を示す。
【図１１】本発明実施形態による固体故障電流リミッタの動作方法を示す。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
ＣＳＲ２０２を使用して高システム電流を管理し、通常／定常状態電流及び故障電流のより少ない割合部分が個体故障電流トリガ回路２１０に流れるようにすることができる。多くの個体デバイス、例えば、ＩＧＣＴｓ、ＩＧＢＴｓ、及びダイオード等々は、送電ライン１０６に供給される公共システム電流に比べるとより低い電流が定格付けされる。ＣＳＲ２０２は、固体デバイスを用いて、ＳＳＦＣＬ２００を設計することができ、この理由としては、システム電流ＩＴのより少ない部分がＦＴＣ２１０に流れるからである。入来するシステム電流ＩＴは、第１導電性巻線２０４を流れる第１成分ＩＷ１と、第２導電性巻線２０６を流れる第２成分ＩＷ２とに分割される。電流ＩＷ２は、さらに、ＶＣＲ２０８を流れる電流ＩＶＣＲと、ＦＴＣ２１０を流れる電流ＩＦＴＣとに分割される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
故障状況が発生する際、ＳＳＦＣＬ２００を流れる電流は、例えば、図１に示す電流センサ１５０によって増加した故障電流を測定する箇所で急激に増加する。換言すれば、短絡故障状況中に故障電流は通常の定常状態電流を超えて第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻線２０６の双方を流れる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
故障電流が所定閾値電流レベルを超えることを示す電流センサ１５０からの信号出力を受け取る際に、少なくとも１個のプロセッサデバイス及びこれに格納された少なくとも１個のメモリデバイスを有するコントローラ１７５（図１に示すような）は、即座にＣＳＲ２０２を「トリップ（作動）」させる。換言すれば、コントローラ１７５及び電流センサ１５０はＳＳＦＣＬ２００を故障状態に移行させる。とくに、第２導電性巻線２０６における電流が所定トリガ電流（例えば、所定閾値電流）を超えるとき、ＦＴＣ２１０は開状態になり、故障電流はＶＣＲ２０８及び（図３Ａ〜３Ｄに３１２，３２２，３３２又は３４２で示すような）過渡過電圧制御回路（ＴＯＣＣ）に転流する。ＦＴＣ２１０が開状態になるとき、ＶＣＲ２０８及びＴＯＣＣ３１２，３２２，３３２又は３４２におけるインピーダンスは、第２導電性巻線２０６を流れる電流を減少するのに十分な程度に高くなり、したがって、ＣＳＲ２０２の磁界相殺を喪失させ、また故障電流リミッタシステム１０００を通過する所定閾値電流を故障電流が超えているという信号（例えば、電流センサから検出した）をＦＴＣ２１０が受け取るとき、開回路となるように動作可能な高電流制限ＦＴＣ２１０を導入する。ＦＴＣ２１０が開状態になるとき、ＦＴＣ２１０を流れていた電流ＩＦＴＣはＶＣＲ２０８及びＴＯＣＣを通過するＩＶＣＲに転流する。ＣＳＲ２０２は、故障電流を負荷１２１，１２３に対する許容可能なピーク間振幅まで制限するのに十分大きな等価インピーダンスを呈する。換言すれば、ＦＣＴ２１０を開状態にすることにより、ＶＣＲ２０８及びＴＯＣＣ３１２，３２２，３３２，又は３４２の高インピーダンスを回路に挿入し、第２導電性巻線２０６を流れる電流を減少する。（例えば、高インピーダンスは、いかなる電流も流れることができない、又は電流の一部が流れることができない回路におけるポイントを意味し、このポイントにおいて、ＶＣＲ２０８及びＴＯＣＣのインピーダンスは、第２導電性巻線２０６のインピーダンスよりも相当高い。）復旧中、又は故障が解消された後、ＦＴＣ２１０は閉状態になり、低インピーダンス回路を有する通常動作条件が確立する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
代案として、ＣＳＲ２０２を持たない故障電流制限回路は、故障電流リミッタに対して強制的に固体スイッチを並列でトリガさせる。このような並列トリガは極めて難題であり、バランスが悪い電流シェアリング及び関連の障害に起因して信頼性が低い。本発明による実施形態は、並列能動故障電流トリガ回路を有する回路設計を回避する。したがって、ＳＳＦＣＬ２００は、極めて低いインピーダンスのデバイスであり、定常状態動作中、システムインピーダンスの１％未満のインピーダンスを挿入する。換言すれば、ＳＳＦＣＬは１％未満の電圧低下を有する。ＶＣＲ２０８には無視できる電流が流れる。例えば、ＳＣＲ２０２が、第１導電性巻線２０４と第２導電性巻線２０６との間に３：１の電流比を有する場合、第２導電性巻線２０６を流れるＦＴＣ分路は総電流の２５％が見込まれる。他の比は、第１導電性巻線２０４及び第２導電性巻線２０６それぞれにおける巻回数Ｎ１及びＮ２の比を変更することによって容易に達成することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
電流分流リアクトルは、さらに、第１回路及び第２回路を有し、第１回路及び第２回路は、定常状態作動状況中に磁気的に結合し、また故障状況中に磁気的に減結合して負荷に分配される電流量を制限し、また電流及び故障電流の制限された部分を故障トリガ回路に流すことができるように構成する。第１回路は、コア周りに巻き付けた第１導電性巻線を有し、第２回路は、コア周りに巻き付けた第２導電性巻線を有し、第２導電性巻線は第１導電性巻線とは逆向きに巻き付ける。第１導電性巻線は、電流（通常動作電流）を第１方向に搬送するように構成し、第２導電性巻線は、電流を第１方向とは逆向きの第２方向に搬送するように構成し、固体故障電流リミッタシステムの定常状態動作中に第１導電性巻線に関連する第１磁界が第２導電性巻線の第２磁界に結合するように構成する。電流分流リアクトルは、故障状況中に第１導電性巻線及び第２導電性巻線の双方に故障電流を搬送するように構成する。電流分流リアクトルは、故障トリガ回路が開状態になるのに応答して、前記故障電流を電圧制御リアクトル及び過渡過電圧制御回路に転流させるように構成する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2019017249.tif 000016
【外国語明細書】
2019017249000001.pdf