(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の電力系統の間に直列に接続された第１および第２の開閉器と、冷凍容器に収容され前記第１および第２の開閉器の間に接続された超電導限流素子と、前記第１の開閉器、前記超電導限流素子および前記第２の開閉器と並列に接続された第３の開閉器と、前記超電導限流素子を冷却する冷凍機と、前記第１の電力系統の電圧または電流の異常を検出する検出器と、前記検出器の出力信号を受けて前記第１、第２、第３の開閉器を開閉制御する制御装置とを備え、前記第１、第２、第３の開閉器と前記冷凍容器と前記冷凍機は同一の筐体内に設けられている超電導限流装置であって、
前記制御装置は限流動作時点から所定時間経過したとき又は前記検出器が波形異常を検出したとき、前記第１及び第２の開閉器を閉から開とすることを特徴とする超電導限流装置。
【請求項２】
前記第１および第２の開閉器を開状態とすることにより前記超電導限流素子は前記第１、第２の電力系統から切離されることを特徴とする請求項１記載の超電導限流装置。
【請求項３】
前記第３の開閉器を閉状態とすることで前記超電導素子を経由せずに前記第１および第２の電力系統間を接続するパイバス回路を形成することを特徴とする請求項１記載の超電導限流装置。
【請求項４】
前記超電導限流素子にスイッチを介して接続された定電流電源を設け、前記超電導限流素子が限流動作後、前記制御装置により前記第１および第２の開閉器を動作させて前記超電導限流素子を前記第１および第２の電力系統から切離し、その後前記スイッチを閉状態として前記超電導限流素子に前記定電流電源より電流を供給し、電力系統異常が解除したのちに、前記超電導限流素子を前記第１および第２の電力系統と再接続することを特徴とする請求項１記載の超電導限流装置。
【請求項５】
前記筐体は、前記第１、第２、第３の開閉器と前記冷凍容器および前記冷凍機を分離する隔壁を備えていることを特徴とする請求項１記載の超電導限流装置。
【請求項６】
前記隔壁は、前記冷凍容器の電流端子に接続されたリード線が接続されるコネクタを備えていることを特徴とする請求項５記載の超電導限流装置。
【請求項７】
前記冷凍容器を移動させるキャスターまたはレールを備えていることを特徴とする請求項１記載の超電導限流装置。
【請求項８】
前記冷凍容器の電流端子は前記超電導限流素子の電極引外し機構に近い位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の超電導限流装置。
【請求項９】
前記筐体は、運転状態を表示する表示器と、バイパス運転状態または休止状態のときにのみに開くことができるドアスイッチとを備えていることを特徴とする請求項１記載の超電導限流装置。
【請求項１０】
前記筐体は、前記筐体内への課電を絶つドアロック装置と、前記筐体内への課電の有無を表示するための位置スイッチとを備えていることを特徴とする請求項１記載の超電導限流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導限流素子を備え電力系統に接続されて事故時に電力系統に流れる過大電流を所定値以下に抑制する超電導限流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
安定な電力を必要とする重要負荷を所有している電力需用家においては、落雷等の電力系統事故による瞬停や停電等の送電トラブルに備えるために自家発電装置を所有する需用家が増えてきている。自家発電装置は多くの場合、電力会社へ支払う電力料金を低減するために自家発電電力と電力会社電力の並行運転を行っている。このとき電力会社側系統に地絡や短絡等の事故が起こると、自家発電側から系統事故点へ向けて過大な電流が流れる危険がある。超電導限流装置は、この過大電流を瞬時に限流し抑制する静止器である。
【０００３】
超電導限流装置は、通常運転状態では抵抗のない超電導限流素子に系統電流を流すことでほとんど損失なく通電しているが、ひとたび系統事故が発生した場合には過大な事故電流で超電導限流素子が常電導転移（クエンチ）し、発生抵抗で事故電流を瞬時に所定電流値以下に抑制する。超電導限流素子の過大電流による常電導転移を利用するため検出手段を必要とせず、原理的に誤不動作がなく確実に保護動作することができる。事故時には、事故電流立上り第１波目から電流を抑制し、設計により通常使用電流の数倍程度に事故電流を抑制することが可能である。超電導限流素子の限流時の抵抗値は事故時に回路側で許容される電流の大きさにより決まり、概ね数Ω〜十数Ω程度である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
電気回路上は、超電導限流素子の電気抵抗が事故時に瞬時に回路に現れる超電導限流装置を実際の機器として実現するためには、超電導限流素子を収納するクライオスタットや冷凍機およびコンプレッサー、遮断器や断路器、検出器、シーケンス回路、電源機器等が必要である。電気機器としての超電導限流装置は、これらの構成要素を含む全体を組み合わせたものである。
【０００５】
超電導限流装置が適用される態様のうち、需用家内の電力配電系統の保護用として設置されるのは、電圧階級が6.6ｋV〜66ｋV程度であることが多い。このような適用例では、たとえば、66ｋV〜77ｋV程度の電圧で電力会社側系統から工場内に受電し、工場内に6.6ｋVで給電する一方、工場内に設置した自家発電装置をこの6.6ｋV系統に連系して電力の一部または過半を供給するような構成として、事故電流の防止などの系統保護用に超電導限流装置が適用される。
【０００６】
需用家内の配電系統などで使われる電力機器は通常建屋の内部に設置され、遮断器や変圧器等の単一の機器あるいは機能ごとにキュービクルと呼ばれる扉のついた箱型のケース（標準盤）に収納されて設置されることがほとんどである。機器類がキュービクルに収納されるのは、設置後にメンテナンス作業を行う作業者等が機器内や機器間の接続配線等に接触して感電することを防止する安全上の目的のほかに、機器の境界を作業者等に明確に認識させる役割や、設置後の構成機器が盤外にはみ出さないことによる安全通路の確保や、初期設置時や故障時などの運搬上のメリットなど、様々なメリットがあることによる。したがって、需用家内の配電系統の保護用に超電導限流装置が適用される場合には、他の変圧器や遮断器等の電力機器の設置態様と同様、超電導限流素子も標準のキュービクル内に収納されて適用に供されることが望ましい。
【０００７】
超電導限流素子がキュービクル内に収容されて設置されると、超電導コイル等からなる限流素子を収納するクライオスタットや冷凍機コンプレッサー等、限流装置内の構成機器間の配線や配管が外部に露出することなく、作業者等がこれらに足を引っ掛けたり、コンプレッサーの電源スイッチに誤って接触してスイッチを切ってしまったりするトラブルを防止することができる。また、クライオスタット等重量の大きい構成機器を収納した状態で運搬できる場合には、機器内の配線や配管類をあらかじめ接続し、液体窒素などの冷媒を収納した状態で工場から設置サイトまで運搬することができ、冷却系のトラブルの機会を大幅に減らせるメリットもある。
【特許文献１】特許第３１０８４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、超電導限流装置をキュービクルタイプに構成するといろいろメリットがあるが、超電導限流素子を電力機器のキュービクル内に収納して使用するためには、大きな問題が発生する。それは、液体窒素などの冷媒の蒸発ガスを液化再凝縮して冷媒の注液を不要とする冷凍機ヘッドと冷凍機コンプレッサーは、定期的に運転を停止させてメンテナンスを実施することが必要であることにより生じる問題である。
【０００９】
超電導限流装置は直列機器であるため、ほとんどすべてのケースにおいて平常時には常時電流を流し続ける責務を負う。冷媒が液体窒素の場合の冷凍機ヘッドのメンテナンス間隔は１年に約１回であり、メンテナンスを実施するための時間は半日間程度以下であるが、限流装置が適用される電力系統は一般的にこの時間も通電を停止することは許されない。ところが、冷凍機のメンテナンスを実施するために開放することが必要なキュービクルのドアは、開放時には自動的に回路全体を遮断するように設定されているので、メンテナンスを実施するためにキュービクルのドアを開けると、自動的に電源等が遮断され、限流装置はOFFの状態にきりかわってしまう。逆に冷凍機のメンテナンスを実施する際に、電流端子等が課電状態になっていると、メンテナンスの実施中に誤って課電部に接触して大事故につながる恐れがあり、大変危険である。このように、定期的に冷凍機のメンテナンスを実施する際に、盤をあけた際、系統回路に問題を起こさないような設定ができないと、機器の安全な運用と、地絡時の事故時の確実な系統保護ができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、電力系統の地絡等の事故時に需用家負荷に電力供給が滞る問題を解決し、電力供給を行いつつ安全にメンテナンス作業を行うことができる超電導限流装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の超電導限流装置は、第１および第２の電力系統の間に直列に接続された第１および第２の開閉器と、冷凍容器に収容され前記第１および第２の開閉器の間に接続された超電導限流素子と、前記第１の開閉器、前記超電導限流素子および前記第２の開閉器と並列に接続された第３の開閉器と、前記超電導限流素子を冷却する冷凍機と、前記第１の電力系統の電圧または電流の異常を検出する検出器と、前記検出器の出力信号を受けて前記第１、第２、第３の開閉器を開閉制御する制御装置とを備え、前記第１、第２、第３の開閉器と前記冷凍容器と前記冷凍機は同一の筐体内に設けられている超電導限流装置であって、前記制御装置は限流動作時点から所定時間経過したとき又は前記検出器が波形異常を検出したとき、前記第１及び第２の開閉器を閉から開とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電力系統の地絡等の事故時に需用家負荷に電力供給が滞る問題を解決し、電力供給を行いつつ安全にメンテナンス作業を行うことができる超電導限流装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態の超電導限流装置を図１を参照して説明する。すなわち、図１に示すように、第１の電力系統である商用電力系統１より筐体２内の遮断器３および遮断器４の一次側に系統電力が供給されている。遮断器４の二次側には冷凍容器８内に設けられた超電導限流素子９が接続され、超電導限流素子９の出力側は断路器または遮断器５の一次側に接続され、断路器または遮断器５の二次側には第２の電力系統である自家発電装置１０と需用家重要負荷１３が接続されている。
【００１４】
商用電力系統１の電圧または電流は異常検出器１１によって検出され制御回路１２に入力されて常に瞬時電圧値または電流値が監視され電力系統異常を監視する。需用家重要負荷１３には需用家の自家発電装置１０が接続され、商用電力系統１との並行運転が行われる。遮断器３は通常時は開状態であるが、閉状態とすることで超電導限流素子９を経由せずに２つの電力系統間を接続するバイパス回路を形成する。遮断器４は第１の開閉器であり、断路器または遮断器５は第２の開閉器であり、遮断器３は第３の開閉器である。
【００１５】
筐体２内において遮断器３、遮断器４および断路器または遮断器５を収納する部分と冷凍容器８および極低温冷凍機７を収納する部分とは隔壁６で分離されている。また筐体２は、超電導限流装置が、「通常状態」、「限流状態」、「バイパス運転状態」、「休止状態」等を明記する表示を前面に備え、「バイパス運転状態」、「休止状態」のときにのみに開くことができるドアスイッチを具備している。
【００１６】
また図２に示すように、冷凍容器８の上部に設置し超電導限流素子９と接続するための３対の電流端子１７は、冷凍容器８の上部フランジに軸対称ではなく超電導限流素子９の電極引き外し機構２０に近い位置に設けられている。
【００１７】
冷凍容器８の電流端子１７に接続された電線は隔壁６に取り付けたコネクタで容易に着脱できる構成になっている。あるいは隔壁６に貫通用ブッシングを設けることにより、高電圧電線または導体ブスバーを隔壁６に通す。冷凍容器８はキャスターまたはレールによって移動可能な構造とし、筐体２外に搬出して筐体２外でメンテナンス作業を行うことができる構成になっている。
【００１８】
遮断器３，４および断路器または遮断器５は、メンテナンス時に筐体２から電気回路的に完全に開となる断路位置に引き出すことにより完全に電気的分離ができ、且つマイクロスイッチ等の位置スイッチによってメンテナンス作業部に高電圧課電部がないことを表示し、電気的ドアロックを解除できる機能を有する構成になっている。
【００１９】
本実施の形態の超電導限流装置を電力システム内の所定の場所に設置する工程としては、まず筐体２を設置し、その後に超電導限流素子９を収納した冷凍容器８、極低温冷凍機７、遮断器３，４および断路器または遮断器５を筐体２に設置する。
【００２０】
上記のように構成された本実施の形態の超電導限流装置において、通常状態では商用電力系統１から遮断器４、超電導限流素子９および断路器または遮断器５を介して需用家重要負荷１３に電力供給されている。このとき商用電力系統１側で地絡や短絡等の事故が起こると、自家発電装置１０側から系統事故点へ向けて短絡大電流が流れ始める。この事故電流が超電導限流素子９の設計設定値を超えると、超電導限流素子９は抵抗ゼロの超電導状態から常電導状態へ移行し（クエンチ）、数Ω〜十数Ωの抵抗を発生し事故電流を第一波の立上りから限流する。制御装置１２は、限流動作時点から数十ｍ秒後に遮断器４および断路器または遮断器５を開にして商用電力系統１より自家発電装置１０および需用家重要負荷１３を切離す。このようにして、系統事故時にも需用家重要負荷１３には自家発電装置１０より電力が瞬断することなく供給され続ける。
【００２１】
商用電力系統１の地絡や短絡が遠方で起こった場合や事故の状態により、過大な事故電流ではなく常電導転移ギリギリで超電導限流素子９が超電導状態を維持することもありうるが、この場合も需用家の自家発電装置１０から事故電流が事故点に向かい流れ出る可能性がある。そうした場合にも、商用電力系統１の電圧または電流を常に監視している異常検出器１１で検出し、波形異常の場合、制御回路１２で遮断器４および断路器または遮断器５を動作させ、商用電力系統１から需用家重要負荷１３および自家発電装置１０を速やかに切離し、需用家重要負荷１３に影響のないようにする。
【００２２】
超電導限流装置には１回／半年の頻度で極低温冷凍機７の定期検査が機能確保上必要となる。この場合にも需用家重要負荷１３には継続して電力供給が必要である一方、メンテナンス時に高電圧課電部近接作業等は法律上・安全上問題がある。このようなメンテナンス時には、遮断器３を閉にし、遮断器４および断路器または遮断器５を開にし、隔壁６で仕切られている冷凍容器８と極低温冷凍機７には電圧が印加されない状態にして、安全にメンテナンス作業を行うことができる。メンテナンス作業中にも異常検出器１１と制御回路１２は継続動作させて系統事故による波形異常を監視し、異常時には遮断器３を開き自家発電装置１０から事故電流の流出を防ぎ、需用家重要負荷１３を保護する。
【００２３】
なお、本実施の形態の超電導限流装置は、図３に示すように、商用電力系統１との間に外付け遮断器１４を接続してもよい。また、図４に示すように、超電導限流素子９に高電圧スイッチ１５を介して接続した定電流電源１６を設けた構成とし、超電導限流素子９が限流動作後、制御装置１２により遮断器４および断路器または遮断器５を動作させ超電導限流素子９を商用電力系統１から切離し、その後、高電圧スイッチ１５を閉状態として超電導限流素子９に定電流電源１６より設定電流を供給し、その後発生電圧を観測し、発生電圧が所定電圧より低下し、且つ商用電力系統１の異常が解除した場合に、超電導限流素子９と商用電力系統１との再接続を行うようにしてもよい。
【００２４】
上記説明のように、本実施の形態の超電導限流装置によれば、電力系統の地絡等の事故時に需用家負荷に電力供給が滞る問題を解決し、電力供給を行いつつ安全にメンテナンス作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態の超電導限流装置の構成を示す回路図。
【図２】本発明の実施の形態の超電導限流装置に備えられる冷凍容器の上部平面図。
【図３】本発明の実施の形態の第１の変形例の超電導限流装置の構成を示す回路図。
【図４】本発明の実施の形態の第２の変形例の超電導限流装置の構成を示す回路図。
【符号の説明】
【００２６】
１…商用電力系統、２…筐体、３，４…遮断器、５…断路器または遮断器、６…隔壁、７…極低温冷凍機、８…冷凍容器、９…限流素子、１０…自家発電装置、１１…異常検出器、１２…制御装置、１３…需用家重要負荷、１４…外付け遮断器、１５…高電圧スイッチ、１６…定電流電源、１７…電流端子、１８…冷凍機ヘッド、２０…電極引外し機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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