(57)【要約】【課題】高調波ひずみを低減させる経済的で効率的な電流調節法を提供する。【解決手段】  −  １次コイル（２）を通して１次電流（１）を送り、クエンチする能力を有する超電導体を含み、このクエンチにより、超電導体を、低抵抗の超電導状態から高抵抗のクエンチされた状態へ遷移させる２次コイル（３）を、共通磁束を介して１次コイル（２）に結合し、及び、２次コイル（３）の低抵抗の超電導状態において、１次コイル（２）と２次コイル（３）の共通磁束のうちの主となる部分（８）を、強磁性媒質（５ａ）の内部に導く電流調節法は、超電導体の高抵抗のクエンチされた状態において、共通磁束のうちの主となる部分（１７）が、強磁性媒質（５ａ）の外部に導かれるように、クエンチするときに共通磁束を切り替えることを特徴とする。【選択図】図１ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  １次コイル（２）を通して１次電流（１）を送り、
−  クエンチする能力を有する超電導体を含み、前記クエンチが、前記超電導体を、低抵抗の超電導状態から高抵抗のクエンチされた状態へ遷移させる２次コイル（３）を、共通磁束を介して前記１次コイル（２）に結合し、および
−  前記２次コイル（３）の前記低抵抗の超電導状態において、前記１次コイル（２）と前記２次コイル（３）の前記共通磁束のうちの主となる部分（８）を、強磁性媒質（５ａ）の内部に導く
電流調節法において、
−  前記超電導体の前記高抵抗のクエンチされた状態において、前記共通磁束のうちの主となる部分（１７）が、前記強磁性媒質（５ａ）の外部に導かれるように、クエンチするとき前記共通磁束を切り替える
ことを特徴とする電流調節法。
【請求項２】
−  前記２次コイル（３）の前記低抵抗状態では、前記強磁性媒質（５ａ）を飽和させず、
−  前記２次コイル（３）の前記高抵抗状態では、前記強磁性媒質（５ａ）を飽和させる
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記２次コイル（３）の前記低抵抗状態における全共通磁束が、前記２次コイル（３）の前記高抵抗状態において前記強磁性媒質（５ａ）の外部に導かれる前記共通磁束よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記１次電流（１）が、
−  交流電流、
−  または、直流電流が重ね合せられた交流電流である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記１次コイル（２）および／または前記２次コイル（３）の内側であって前記強磁性媒質（５ａ）の外側に冷却剤を配置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記２次コイル（３）の前記高抵抗状態において前記２次コイル（３）に誘導される２次電流（４）の電流量の絶対値が、前記１次電流（１）の電流量の絶対値に前記１次コイル（２）の巻線の数（Ｎ）を掛けたものの１／１００以上、好ましくは１／５０以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
特に請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法を実行するのに適し、
−  １次コイル（２）と、
−  クエンチする能力を有する超電導体を含む２次コイル（３）と、
−  前記１次コイル（２）と前記２次コイル（３）の両方を貫いて延びる強磁性媒質（５ａ）のコア（５）と
を備える障害電流制限器（２０）において、
前記コア（５）、前記１次コイル（２）および前記２次コイル（３）が、クエンチするときに、前記１次コイル（２）と前記２次コイル（３）の共通磁束のうちの相当な割合を、前記コア（５）の内側から前記コア（５）の外側へ切り替える能力を有する
ことを特徴とする障害電流制限器（２０）。
【請求項８】
前記１次コイル（２）の断面の過半数および前記２次コイル（３）の断面の過半数が、強磁性媒質（５ａ）で満たされていないことを特徴とする請求項７記載の障害電流制限器（２０）。
【請求項９】
前記コア（５）が閉じた形状を有することを特徴とする請求項７又は８記載の障害電流制限器（２０）。
【請求項１０】
前記コア（５）が開いた形状を有し、
特に、前記１次コイル（２）と前記２次コイル（３）が同軸に配置されている
ことを特徴とする請求項７又は８記載の障害電流制限器（２０）。
【請求項１１】
前記２次コイル（３）が、１回巻きの短絡されたコイルであることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の障害電流制限器（２０）。
【請求項１２】
前記１回巻きの短絡されたコイルが、互いに結合された多数の環を備えることを特徴とする請求項１１記載の障害電流制限器（２０）。
【請求項１３】
遮蔽渦電流を維持するための第３のコイルをさら含み、
特に、前記第３のコイルが、常電導性の１回巻きの短絡されたコイルである
ことを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の障害電流制限器（２０）。
【請求項１４】
前記２次コイル（３）が、高温超電導体、好ましくは被覆導体型の高温超電導体を含むことを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか１項に記載の障害電流制限器（２０）。
【請求項１５】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法における請求項７乃至１４のいずれか１項に記載の障害電流制限器（２０）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
−  １次コイルを通して１次電流を送り、
−  クエンチする能力を有する超電導体を含み、このクエンチにより、この超電導体を、低抵抗の超電導状態から高抵抗のクエンチされた状態へ遷移させる２次コイルを、共通磁束を介して１次コイルに結合し、および
−  ２次コイルの低抵抗の超電導状態において、１次コイルと２次コイルの共通磁束のうちの主となる部分を、強磁性媒質の内部を通して導くこと
からなる電流調節法に関する。
【０００２】
このような方法は、独国特許出願公開第１９５  ２４  ５７９  Ａ１号明細書から知られている。
【０００３】
本発明は電流調節法に関し、特に、送配電網用の発電、送電および配電の分野や、障害電流からの機器の保護の分野での電流調節法に関する。
【背景技術】
【０００４】
発電、送電および配電においては電流調節が必要である。障害電流（例えば短絡された電流）の電流制限とみなされる電流調節は、過電流から電気機器を保護することを可能にするだけでなく、既に使用可能な機器を、より高いレベルで送られた電力で利用することをも可能にする。
【０００５】
電流調節は一般に、多くの方法によって、例えば磁気飽和法（飽和リアクタ）、機械的に切り替える方法、（固体スイッチに基づいて）電子的に切り替える方法などを使用して、実現することができる。最近開発された電流調節法は、超電導体の低抵抗（超電導）状態から高抵抗（クエンチされた）状態への遷移に基づいており、中電圧および高電圧の高電流の調節を可能にする。この超電導体の遷移を使用する最も経済的な電流調節法、特に、電力損失および極低温電力消費に関して最も経済的な電流調節法は、調節しようとする回路電流を超電導体と誘導結合させることに基づく。この方法では、周囲温度の領域と極低温の領域とを接続する電流リードが不要であり、超電導体（一般に短絡された超電導コイル）を完全にカプセル封入することができ、そのため、断熱が単純かつ効率的になる。後にこの分野において、障害電流を制限することを目的としたいくつかの電流調節法が開発された。
【０００６】
特許文献１は、調節しようとする回路電流（１次電流）を１次コイルを通して送り、この第１のコイルに、１次コイルの半径方向内側に配置された超電導材料でできた２次コイルを、共通磁束を介して結合させる電流調節法を開示している。２次コイルの低抵抗（超電導）状態と高抵抗（クエンチされた）状態の両方において、共通磁束は空気中を通して導かれる。この方法により、小さな電流調節効果、より具体的には小さな電流制限効果を奏することができる。
【０００７】
より程度が良好な電流調節は、強磁性媒質の内部を通して磁束を導いたときに達成された。特許文献２に記載された方法を比較されたい。この方法では、回路電流（１次電流）を１次コイルを通して送り、この第１のコイルに、１次コイルの半径方向外側に配置された超電導材料でできた２次コイルを、共通磁束を介して結合する。２次コイルの高抵抗（クエンチされた）状態と低抵抗（超電導）状態の両方において、共通磁束は、強磁性変圧器のコアの内部を通して導かれる。しかしながら、この電流調節法により、２次コイルの高抵抗状態において１次電流に重大な高調波ひずみが生じる。この全高調波ひずみは２０ないし３０％をたやすく超えることもある。この高調波ひずみは、１次電流が供給されている送配電網および電気機器の安全性に対する重大な脅威となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−１１２６２０号公報
【特許文献２】独国特許発明第１９  ５２４  ５７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高調波ひずみを低減させる経済的で効率的な電流調節法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、この目的は、冒頭に紹介した方法であって、
−  超電導体の高抵抗のクエンチされた状態において、共通磁束のうちの主となる部分が、強磁性媒質の外部に導かれるように、クエンチするとき共通磁束を切り替えること
を特徴とする電流調節法よって達成される。
【００１１】
本発明の発明者らは、強磁性媒質の外部に導かれる磁束の割合を増大させると、２次コイルのクエンチ可能な超電導体が高抵抗（クエンチされた）状態にあるときの全高調波ひずみ（ＴＨＤ）が急速に低下することを見出した。使用する強磁性材料とは無関係に、このＴＨＤの低下は、共通磁束のうちの主となる部分が強磁性媒質の外部にあるときに起こる。したがって、クエンチ時に、共通磁束のうちのある割合（百分率）を、強磁性媒質に関して内部空間から外部空間へ切り替える（再分配する）と、高調波ひずみの少なくとも一部分を抑制することができる。
【００１２】
本発明によれば、超電導体の低抵抗（超電導）状態においては、共通磁束のうちの主となる部分が強磁性媒質の内部を通して導かれ、これにより、通常動作中、および主に通常動作モード（低抵抗状態）から高抵抗状態への遷移の初期段階中の第１のコイルと第２のコイルの良好な結合が保証されることに留意されたい。したがって、本発明の方法を実行するための機器を比較的小さく保つことができる。また、強磁性媒質はさらに、１次コイルのインダクタンスを増大させることにより、超電導体の高抵抗（クエンチされた）状態における電流制限効果を向上させる。
【００１３】
ここで、共通磁束とは、閉じた磁力線が、１次コイルと２次コイルの両方を通り抜けることを意味する。ここで、主となる部分とは、５０％超、好ましくは少なくとも７５％を意味する（このことは、クエンチ前に強磁性媒質の内部を通る束の割合とクエンチ後に強磁性媒質の外部を通る束の割合の両方に適用可能であり、これらの２つの束の割合は互いに独立であることができ、一般に異なる値を有することができることに留意されたい）。この磁束は、面積Ａにわたって磁束密度Ｂ（μ０×μ×Ｈにより導出される）を積分することによって計算することができる。ここで、μ０およびμはそれぞれ絶対透磁率および比透磁率を表す。
【００１４】
ここでは、比透磁率μ（非飽和の場合）が１．１以上、好ましくは１００以上の場合に、媒質は強磁性とみなされる（一般に、一般的な鉄材料の比透磁率は１０００程度、またはそれ以上である）。強磁性媒質の外側には、真空、気体（例えば空気）、非磁性液体（例えば液体窒素）、非磁性固体（例えば黄銅、非磁性ステンレス鋼など）などの、一般に０．９９から１．０１までの間の比透磁率を有する非磁性媒質が置かれる。
【００１５】
クエンチするときの切替えは、強磁性媒質の内部を通して導かれる共通磁束の割合（百分率）を、（全共通束に関して）少なくとも２５％、好ましくは少なくとも５０％、最も好ましくは少なくとも７５％引き下げることを含む。言い換えると、非磁性媒質に導かれる共通磁束の割合（百分率）を増大させる（クエンチするときに全共通磁束は増大することに留意されたい）。その結果、クエンチ後、１次コイルと２次コイルの共通磁束のうちの主となる部分が強磁性媒質の外側へ導かれる。
本発明の好ましい変型実施形態
本発明の方法の有利な変型実施形態は、
−  ２次コイルの低抵抗状態では、強磁性媒質を飽和させず、
−  ２次コイルの高抵抗状態では、強磁性媒質を飽和させる
ことを特徴とする。低抵抗状態において強磁性媒質を飽和させないことによって、１次コイルと２次コイルの良好な結合を確立することができる。ここで、飽和していないという表現は、強磁性媒質が平均して不飽和であり、場合により、局所的な磁気効果（縁領域、コーナーなど）によって飽和される可能性がある領域が非常に小さい（例えば＜１体積％）ことを意味する。高抵抗状態において強磁性媒質を飽和させると、クエンチするときに、共通束のうちの相当な割合を強磁性媒質の外部へ切り替えることが容易になる。
【００１６】
他の好ましい変型実施形態では、２次コイルの低抵抗状態における全共通磁束（非平衡束）が、２次コイルの高抵抗状態において強磁性媒質の外部に導かれる共通磁束よりも小さい。したがって、高調波ひずみが低減した良好な電流制限効果を達成することができる。
【００１７】
１次電流が、
−  交流電流、
−  または、直流電流が重ね合せられた交流電流
である変型実施形態も好ましい。一般に、この交流電流は正弦型である。このような１次電流（回路電流）は、本発明の方法によって容易に調節することができる。
【００１８】
有利な一変型実施形態は、１次コイルおよび／または２次コイルの内側の冷却剤を強磁性媒質の外側に配置することを特徴とする。この冷却剤は、超電導体（特に臨界温度が４０Ｋ以上、好ましくは８５Ｋ以上のＨＴＳ材料を含む超電導体）を冷却することを目的とする。一般に、１次コイルおよび／または２次コイルの内側の空間は、冷却剤で部分的にしか満たされない。冷却剤は、クライオスタット、トロイダルデュワーなどの容器内に配置することができる。この容器内に２次コイルを配置することが可能である。冷却剤は例えばＬＮ２またはＬＨｅ２またはＬＮｅ２とすることできる。この容器は、構造をよりコンパクトにし、補充と補充の間の動作時間をより長くすることを可能にする。コイルの外側で冷却剤を使用し、これらの冷却剤へ金属熱結合を適用する方法、直接冷却（特に高温超電導体が使用されるとき）など、２次コイルを冷却する別の方法を使用することもできることに留意すべきである。
【００１９】
２次コイルの高抵抗状態において２次コイルに誘導される２次電流の電流量の絶対値が、１次電流の電流量の絶対値に１次コイルの巻線の数を掛けたものの１／１００以上、好ましく１／５０以上である他の変型実施形態も好ましい。この場合、２次コイルによって抵抗損失が導入されるため、２次コイルは、電流制限／調節効果にさらに寄与することができる。共通磁束のある種の抑制にもかかわらず、全体として非常に好ましい効果が維持される。
【００２０】
特に上記の本発明の方法を実行するのに適し、
−  １次コイルと、
−  クエンチする能力を有する超電導体を含む２次コイルと、
−  １次コイルと２次コイルの両方を貫いて延びる強磁性媒質のコアと
を備える障害電流制限器であって、
コア、１次コイルおよび２次コイルが、クエンチするときに、１次コイルと２次コイルの共通磁束のうちの相当な割合を、コアの内側からコアの外側へ切り替える能力を有する
ことを特徴とする障害電流制限器も、本発明の範囲に含まれる。本発明の障害電流制限器によって、中電圧または高電圧の高電流を、わずかな労力で制御することができ、高抵抗（クエンチされた）状態において高調波ひずみが導入されない。コア、１次コイル（特にその配置）および２次コイル（特にその配置）は、２次コイルがクエンチするときに共通磁束の切替えが達成されるように設計される。ここで、相当な割合を切り替えるという表現は、超電導体の低抵抗の超電導状態において強磁性媒質の内部を通して導かれる共通磁束の割合（百分率）が、超電導体の高抵抗のクエンチされた状態よりも（全共通磁束に関して）少なくとも２５％、好ましくは少なくとも５０％、最も好ましくは少なくとも７５％高いことを意味する。
【００２１】
本発明の障害電流制限器の好ましい一実施形態では、１次コイルの断面の過半数および２次コイルの断面の過半数が、強磁性媒質で満たされていない。このことは、共通磁束のうちの相当な割合をコアの外部へ切り替えることを容易にする。ここで、断面の過半数とは、５０％超、好ましくは７５％以上であり、本発明によれば９０％以上とすることも可能である。磁性（強磁性）コアは一般に、１次コイルおよび２次コイルの断面積の、２％から４０％、好ましくは３％から３０％、最も好ましくは５％から２０％を占める。この断面積に関する百分率は一般に、コイル内部の体積の百分率にも当てはまることに留意されたい。
【００２２】
コアが閉じた形状を有する実施形態も好ましい。こうすると漂遊磁界が低減する。
【００２３】
また、コアが開いた形状を有し、特に、１次コイルと２次コイルが同軸に配置される実施形態も好ましい。開いた形状にすると、強磁性材料がより少なくてすむ。ここで、「同軸に」は、これらのコイルが共通の回転対称軸を有することを意味し（コイルの断面は円形とすることができるが、円形である必要は必ずしもなく、例えば４つ折軸を有する矩形〜方形とすることもできることに留意されたい）、一般に、一方のコイルの内側にもう一方のコイルが置かれる（一般に２次コイルが内側のコイルとして配置される）。さらに、コイルは、軸方向にずらさずに配置される（すなわち一方のコイルの上方にもう一方のコイルが配置されない）ことが好ましい。
【００２４】
他の有利な実施形態では、２次コイルが、１回巻きの短絡されたコイルである。このような２次コイルは製造が特に単純である。
【００２５】
この実施形態の他の好ましい発展実施形態では、この１回巻きの短絡されたコイルが、互いに結合された多数の環を備える。複数の環を使用することにより、２次コイルの絶対臨界電流を定格値に調整することができる。この結合は、共通磁束を介して、または／かつガルバニックに（すなわち電気的に）実施される。
【００２６】
障害電流制限器がさらに、遮蔽渦電流を維持するための第３のコイルを含み、特に、この第３のコイルが、常電導性の１回巻きの短絡されたコイルである実施形態も好ましい。このコイルは、調節されまたは制限された電流を定格値に適合させ、そして、公称電流と調節された電流の必要な比（「調節」率または「制限」率）とすることを可能にする。この第３のコイルが１回巻き型である場合には、製造が特に単純になる。１回巻き型の第３のコイルは、互いに結合された多数の環、特に、共通磁束を介して、または／かつガルバニックに（すなわち電気的に）結合された多数の環を備えることができることに留意されたい。
【００２７】
他の有利な実施形態では、２次コイルが、高温超電導体（ＨＴＳ）、好ましくは被覆導体型の高温超電導体を含む。したがって、第２のコイルの超電導体を冷却するコストを低く保つことができる。この高温超電導体の臨界温度Ｔｃは一般に４０Ｋ超、好ましくは８５Ｋ超である。ＨＴＳ材料として、ＹＢＣＯ材料を使用することができる。
【００２８】
上記の本発明の方法において、上記の本発明の障害電流制限器を使用することも、本発明の範囲に含まれる。
【００２９】
この説明および添付の図面から、追加の利点を抽出することができる。上記の諸特徴および後述する諸特徴を、本発明に従って、個別に、または任意の組合せでひとまとめにして使用することができる。記載された実施形態を、網羅的な列挙として理解するべきではなく、本発明を説明するための例示としての性格を有する。
【００３０】
本発明は図面に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１ａ】２次コイルが低抵抗（超電導）状態にあるときの、本発明の方法を実行する本発明の障害電流制限器の一実施形態を概略的に示す図である。
【図１ｂ】２次コイルが高抵抗（クエンチされた）状態にあるときの、図１ａの障害電流制限器を示す図である。
【図２】計算された全高調波ひずみを、図１ｂに示した障害電流制限器と同等の障害電流制限器の強磁性媒質の外部に導かれた共通磁束の割合の関数として示す図である。
【図３】図１ｂに示した障害電流制限器と同等の障害電流制限器において、２次コイルが高抵抗（クエンチされた）状態にあるときの１次コイルにおける、電圧、および強磁性媒質の外部に導かれた共通磁束の異なる割合に対して計算された電流を、時間の関数として示す図である。
【図４ａ】閉じたコアを備える本発明の障害電流制限器の他の実施形態の概略断面図である。
【図４ｂ】閉じたコアを備える本発明の障害電流制限器の他の実施形態の概略断面図である。
【図５ａ】開いたコアを備える本発明の障害電流制限器の他の実施形態の概略断面図である。
【図５ｂ】開いたコアを備える本発明の障害電流制限器の他の実施形態の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１ａは、本発明の電流調節法を実施する目的に使用することができる本発明の障害電流制限器２０を示す。
【００３３】
障害電流制限器２０は、１次電流（または回路電流）１を運ぶ（送る）１次コイル２と、２次電流４を運ぶ（すなわち送る）２次コイル３と、強磁性媒質５ａのコア５とを備える。
【００３４】
この例では、１次コイル２が、複数の巻線を備え（図１ａには５つの巻線が示されている）、２次コイル３が、１回巻きの短絡されたタイプのコイルである。２次コイル３は、２次コイル３内の２次電流４が、低抵抗状態（図１ａに示された状態）では超電導電流経路上を流れることができるか、または高抵抗（クエンチされた）状態では常電導電流経路上を流れることができるように、クエンチ可能な超電導体を含む。２次コイルを超電導体の臨界温度Ｔｃまで（またはＴｃよりも低い温度まで）冷却するため、２次コイル３は一般に、極低温流体、例えば液体窒素で満たされた容器（単純にするためこの図には示されていない）の中に配置される。
【００３５】
２次コイル３（またはその２次電流４それぞれ）は、１次コイル２（またはその１次電流１それぞれ）に、磁束の共通部分（「共通磁束」）を介して誘導結合される。破線の磁力線を比較されたい。１次電流１は、１次コイル２の内側と外側の両方に磁束密度を生じさせる。この磁束のうち、１次コイル２の内側にあり、かつ２次コイル３の内側にある部分は、共通部分とみなされる。１次コイル２と２次コイル３は同軸に配置され、図１ａではこの対応する軸が垂直に延びている。
【００３６】
コア５は、強磁性媒質（強磁性材料）、一般に鉄、好ましくは軟鉄でできており、磁気的に閉じていてもよく、または磁気的に開いていてもよい（図１ａではコアを破断表示している）。コア５の周囲であって２次コイル３の内側にある残りの空間は、非磁性媒質、ここでは空気で満たされている。図示の例では、コア５が、２次コイル３の（縦軸に垂直な）断面積の約５％を占めている。
【００３７】
（図１ａに示されている）通常動作では、２次コイル３の超電導体のクエンチを引き起こすしきい値よりも１次電流１（回路電流）が小さいとき（すなわち超電導体が低抵抗の超電導状態にあるとき）に、超電導体が、２次コイル３の内部体積１０を遮蔽（シールド）する。次いで、ごくわずかな磁束だけがこの内部体積１０に侵入する（破線の磁力線を参照されたい）。この侵入磁束（共通磁束）のうち主となる部分８（ここでは約９０％）が、強磁性媒質５ａの内部に、すなわち強磁性コア５を通るように導かれる。この方法では、強磁性媒質５ａが磁気的に飽和されておらず、したがって比較的に高い透磁率（例えば１００から４０００、またはそれ以上）を示すことがある。共通磁束のうちの主ではない部分７（ここでは約１０％）は、強磁性媒質５ａの外部に導かれる。しかしながら、この状態において、「漏れ」インダクタンスの原因となる侵入磁束は、（シールドされていない状態（下記参照）の侵入磁束に比べて）かなり小さい。漏れインダクタンスのある部分は、１次コイル２と２次コイル３の間に生じる磁束９に由来する。これらの束７、８の和は時に「非平衡束」と呼ばれる。
【００３８】
（図１ｂに示されている）障害電流動作では、１次電流（回路電流）１が、クエンチしきい値よりも大きい２次電流４を第２のコイル３内に生じさせる（すなわち超電導体が高抵抗状態へ急速に移行する）。その結果、クエンチされた超電導体は、２次コイル３の内部体積１０を磁束に対してそれ以上（または少なくとも完全には）遮蔽（シールド）しない。磁束の多くは、この内部体積１０内を通り始め（破線の磁力線を参照されたい）、束の割合の再分配（または言い換えると再切替え）を引き起こす。この時点で、侵入磁束のうちの主となる部分１７（ここでは約７０％）が、強磁性媒質５ａの外部に導かれ、束のうちの主ではない部分１８（ここでは約３０％）は依然として強磁性媒質５ａの内部に導かれる。これらの条件下で強磁性媒質５ａは飽和する。
【００３９】
図示の例では、強磁性媒質５ａの内部に導かれる共通磁束の割合が、クエンチするときに、（対応するそれぞれの全共通束に関して）約９０％から約３０％に低下し、このことは、共通磁束の約（９０−３０）％＝６０％が、強磁性媒質５ａの内部から、強磁性媒質５ａの外部へ切り替えられたことを意味する。
【００４０】
一般に、クエンチ可能な超電導体が高抵抗状態にあるときに現れる磁束のうちの主となる部分１７は、クエンチ可能な超電導体が低抵抗状態にあるときに現れる非平衡束（束割合７と８の和）を絶対的に上回る。
【００４１】
この絶対磁束全体の増加（束７と８の和と比較した束１７と１８の和）がかなり大きいため、１次コイル２のインダクタンスが増大し、その結果、１次電流１が受けるインピーダンスが増大する。これにより、１次電流（回路電流）１の調節が開始する。さらに、クエンチ可能な超電導体が高抵抗状態にあるときには、第２のコイル３に、相当な２次電流４が誘導され、これが１次コイル２のインピーダンスにさらに寄与する。この電流４は主に、クエンチ可能な超電導体に取り付けられた分路の導電率に基づく。
【００４２】
強磁性媒質５ａが磁気的に飽和すると、透磁率は実質的に、時間／磁界に依存するようになる。このことが、１次コイル２に供給される電圧の正弦サイクル中に非線形性を生じさせることがあり、その結果、潜在的に高調波が生成される可能性があり、最終的に、１次電流１の正弦波の全高調波ひずみがかなり大きくなる可能性がある。
【００４３】
最も一般的には、ＴＨＤは、基本周波数よりも高い全ての高調波周波数の電力の和と基本的周波数の電力の比として定義される。
【００４４】
【数１】
2012015515.tif 000003
【００４５】
本発明により、束の割合の再切替えが適正に実行されたときには、ＴＨＤを十分に低いレベルに維持することできる。本発明の束の割合の切替えを用いると、強磁性媒質が一般に飽和したときに、超電導体の高抵抗状態において強磁性媒質の内部に導かれる共通磁束の寄与が制限される。したがって、飽和した強磁性媒質によって導入される非線形性も制限される。その代わりに、共通磁束は、大半が、強磁性媒質の外部、すなわち非磁性媒質に由来し、そこでは、非線形性効果によって共通磁束が劣化しない。したがって、障害電流動作において、１次電流の高調波ひずみがより小さくなる。したがって、送配電網および１次コイルに取り付けられた電気機器が直面する、比較的低い電流強度であっても非常に危険である高い周波数のピークがより低くなる。
【００４６】
図２は、２次コイルの超電導体の高抵抗状態において、磁性媒質の外部に導かれる共通磁束の割合ｆｒをさまざまに変えたときの（図１ａ、１ｂに示した障害電流制限器と同等の）障害電流制限器内における１次電流の全高調波ひずみ（ＴＨＤ）値を示す。この図から、この例では、磁性媒質の外部に導かれる磁束の割合ｆｒが約６５％以上であるときにＴＨＤが低下することが分かる。この計算され、実験によって確かめられた例では、巻数Ｎ＝４０、長さ０．５ｍ、半径２０ｃｍの１次コイルに対して、Ｕ０＝５０００Ｖおよび周波数５０Ｈｚの正弦波電圧を選択し、さらに、１次コイルの直列抵抗を０．２Ωとし、さらに、Ｓｉをドープした変圧器鋼でできた円形の鉄コアを使用した。鉄コア内の渦電流は、通常動作モードと電流調節モードのいずれにおいても無視できるものであることが分かった。
【００４７】
図３は、図１ａに示した障害電流制限器と同等の障害電流制限器について、２次コイルが高抵抗状態にあるときの１次コイルの電圧Ｖ（正弦形、破線）および結果として生じる１次コイルの１次電流Ａを、時間ｔの関数として示しており、磁性媒質の外部に導かれる共通磁束の割合ｆｒは０％（太実線）および９０％（細実線）であり、電圧Ｖおよび１次電流Ａの単位はいずれも任意の単位（ａ．ｕ．）である。どちらの場合も、電流Ａは、電圧Ｖに比べ、約１／４繰返し周期だけ移相されている。ｆｒ＝０％に対する１次電流は、ゼロ交差付近の領域で水平に推移しており、このことは重大な高調波ひずみがあることを示している。ｆｒ＝９０％に対する１次電流は、ゼロ交差のところに水平の推移を示さず、正弦型の繰返し周期全体にわたって非常に良好な近似をなしており、このことは、重大な高調波ひずみがないことを示している。
【００４８】
図４ａは、強磁性材料５ａの閉じた環状コア５を備える本発明の障害電流制限器２０の一実施形態の垂直断面を示す。コア５は、８つの巻線を有する１次コイル２および短絡された１回巻き型の同軸に配置された２次コイル３の中心を貫いて延びており、２次コイル３は、極低温流体で満たされた容器２１の中に配置されている。図４ｂは、図４ａの障害電流制限器の線Ｂで切った水平断面を示す。２次コイル３の断面積の約２０％がコア５によって占められている。
【００４９】
図５ａは、図４ａに示した障害電流制限器によく似ているが、開いた棒状のコア５を備える点が異なる、本発明の障害電流制限器２０の一実施形態の垂直断面を示す。また、図５ａの線Ｂで切った水平断面を示す。図５ｂから分かるように、この障害電流制限器は、水平面の形状が長円形である。
【符号の説明】
【００５０】
１  １次電流
２  １次コイル
３  ２次コイル
４  ２次電流
５  コア
５ａ  強磁性媒質
７  共通磁束のうちの主ではない部分
８  共通磁束のうちの主となる部分
９  １次コイルと２次コイルの間を通る磁束
１０  内部体積
１７  共通磁束のうちの主となる部分
１８  共通磁束のうちの主ではない部分
２０  障害電流制限器
２１  容器
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
2012015515.tif 000008
【図４ｂ】
2012015515.tif 000009
【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【外国語明細書】
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2012015515000002.pdf
2012015515000003.pdf
2012015515000004.pdf