(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導体の第１の電流経路と、該第１の電流経路に並列に接続され、無誘導に巻かれた複数のコイルからなる第２の電流経路とを備えた超電導限流器であって、
短絡事故発生後に、上記複数のコイルの無誘導状態を解消してインピーダンスを増加させるようにしたことを特徴とする超電導限流器。
【請求項２】
上記複数のコイルは固定コイルおよび可動コイルからなり、上記可動コイルを上にして、該固定コイルおよび可動コイルを鉛直線上に配置したことを特徴とする請求項１記載の超電導限流器。
【請求項３】
定常状態で、上記可動コイルを外力により上記固定コイルに接近させるようにしたことを特徴とする請求項２記載の超電導限流器。
【請求項４】
上記可動コイルを複数の可動コイルで構成したことを特徴とする請求項３記載の超電導限流器。
【請求項５】
超電導体と接点からなる第１の電流経路、該第１の電流経路に並列に接続され、互いの磁界を打ち消す向きに巻かれた固定コイルおよび可動コイルからなる第２の電流経路とを備えた超電導限流器であって、
上記可動コイルの動きと上記接点の開極動作を一体化したことを特徴とする超電導限流器。
【請求項６】
上記並列接続の第１および第２の電流経路に直列接続された遮断器を備え、上記可動コイルの動きと上記接点および上記遮断器接点の開極動作を一体化したことを特徴とする請求項５記載の超電導限流器。
【請求項７】
定常状態で、上記可動コイルを外力により上記固定コイルに接近させるようにしたことを特徴とする請求項５または６記載の超電導限流器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流回路における過電流を電磁的に抑制する超電導限流器に関するのもである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来の超電導限流器を示す構成図である。
図において、１は第１のコイル、２は第２のコイルであって、いずれも超電導コイルで、第１のコイル１は無誘導に巻かれている。通常状態では、第１のコイル１に電流が流れる。事故が発生し、第１のコイル１が超電導状態から抵抗体に変化（クエンチ）すると、第２のコイル２に転流し、そのインダクタンスで限流する。その際、第２のコイル２が作る磁界４でスイッチ３を開き、第１のコイル１に流れていた電流をゼロにする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような構成をなす従来の超電導限流器の場合、第２のコイルは限流効果を呈するため、大きなインダクタンス値を有している。このため、第１のコイルがクエンチしても、第１のコイルから第２のコイルへ電流が移りにくい。このため、第１のコイルの発熱が大きく、温度上昇が大きいという問題点があった。
【０００４】
この発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、超電導限流器を超電導体の第１の電流経路と、これに並列接続の、無誘導に巻かれた複数のコイルからなる第２の電流経路とで構成し、第２の電流経路のコイルを無誘導状態から誘導状態へ変えることにより、電流の移りを容易にして、第１の電流経路の超電導体の発熱が小さく、温度上昇が小さい超電導限流器を得ることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る超電導限流器は、超電導体の第１の電流経路と、該第１の電流経路に並列に接続され、無誘導に巻かれた複数のコイルからなる第２の電流経路とを備えた超電導限流器であって、短絡事故発生後に、上記複数のコイルの無誘導状態を解消してインピーダンスを増加させるようにしたものである。
【０００６】
また、この発明に係る超電導限流器は、上記複数のコイルは固定コイルおよび可動コイルからなり、上記可動コイルを上にして、該固定コイルおよび可動コイルを鉛直線上に配置したものである。
【０００７】
また、この発明に係る超電導限流器は、定常状態で、上記可動コイルを外力により上記固定コイルに接近させるようにしたものである。
【０００８】
また、この発明に係る超電導限流器は、上記可動コイルを複数の可動コイルで構成したものである。
【０００９】
また、この発明に係る超電導限流器は、超電導体と接点からなる第１の電流経路、該第１の電流経路に並列に接続され、互いの磁界を打ち消す向きに巻かれた固定コイルおよび可動コイルからなる第２の電流経路とを備えた超電導限流器であって、上記可動コイルの動きと上記接点の開極動作を一体化したものである。
【００１０】
また、この発明に係る超電導限流器は、上記並列接続の第１および第２の電流経路に直列接続された遮断器を備え、上記可動コイルの動きと上記接点および上記遮断器接点の開極動作を一体化したものである。
【００１１】
また、この発明に係る超電導限流器は、定常状態で、上記可動コイルを外力により上記固定コイルに接近させるようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による超電導限流器を示す構成図である。
図において、１１は低温領域１０の低温に冷却された超電導体、１２は超電導体１１の第１の電流経路としての電流経路、１５は互いの磁界を打ち消す向き（無誘導）に巻かれた固定コイル１３および可動コイル１４からなる第２の電流経路としての電流経路、１６は可動コイル１４を移動させるための駆動機構であり、電流経路１２と電流経路１５は並列に接続されている。また、ここでは、電流経路１５の下側を固定コイル１３、上側を可動コイル１４として、可動コイル１４は駆動機構１６により上側に移動可能としている。なお、ここでは、電流経路１２と電流経路１５の各一側、即ち超電導体１１の一端と可動コイル１４の接続点は電源側に接続され、電流経路１２と電流経路１５の各他側、即ち超電導体１１の他端と固定コイル１３の接続点は負荷側に接続されている。
【００１３】
次に、動作について説明する。
通常時は、電流が抵抗のない超電導体１１（電流経路１２）を流れる。電力系統事故時に過大な短絡電流が流れると、超電導体１１がクエンチし抵抗体となり、インピーダンスを発生する。このため、短絡電流は無誘導に巻かれたコイル（電流経路１５）に転流するが、無誘導状態ではインピーダンスが小さいので、この転流は容易である。この状態では、無誘導に巻かれたコイルのインピーダンスが小さいので限流効果は小さいが、超電導体１１に流れる電流が小さいので、超電導体１１の温度上昇が小さい。その後、駆動機構１６により、可動コイル１４が動き（図１では上方向）、インピーダンスが増加して限流する。
【００１４】
図２は、図１における電流の変化と超電導体の温度上昇を示す図である。
当初、限流効果が小さいが、温度上昇が小さい。また、図示していないが、一般に超電導体１１の上側の電源側に挿入される遮断器が動作する３サイクル時では、限流効果を示している。
【００１５】
以上のように、この実施の形態１によれば、超電導体の温度上昇が小さい超電導限流器が得られる。
【００１６】
実施の形態２
図３は、この発明の実施の形態２による超電導限流器を示す構成図である。なお、同図において、図１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
本実施の形態では、無誘導コイルである可動コイル１４と固定コイル１３の配置を、対向配置から同軸配置へ変更したものである。その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。
【００１７】
次に、動作について説明する。
通常時は、電流が抵抗のない超電導体１１（電流経路１２）を流れる。電力系統事故時に過大な短絡電流が流れると、超電導体１１がクエンチし抵抗体となり、インピーダンスを発生する。このため、短絡電流は無誘導に巻かれたコイル（電流経路１５）に転流するが、無誘導状態ではインピーダンスが小さいので、この転流は容易である。この状態では、無誘導に巻かれたコイルのインピーダンスが小さいので限流効果は小さいが、超電導体１１に流れる電流が小さいので、超電導体１１の温度上昇が小さい。その後、駆動機構１６により、可動コイル１４が動き（図３では上方向）、インピーダンスが増加して限流する。
【００１８】
以上のように、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様に、限超電導体の温度上昇が小さい超電導限流器が得られる。
【００１９】
実施の形態３
図４は、この発明の実施の形態３による超電導限流器を示す構成図である。なお、同図において、図１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
ここでは、電流経路１５の無誘導コイル部のみを示しており、図４（ａ）はその上面図、図４（ｂ）は矢印Ａの方向から見た正面図である。回転軸１７の周りに回転可能な可動コイル１４および固定コイル１３からなり、互いの磁界を打ち消す向き（無誘導）に配置されている。
【００２０】
次に、動作について説明する。
通常時は、電流は超電導体１１（図１）を流れ、コイルは無誘導の位置にある。電力系統事故時に過大な短絡電流が流れると、超電導体１１がクエンチし抵抗体となり、インピーダンスを発生する。このため、短絡電流は無誘導に巻かれた可動コイル１４および固定コイル１３即ち電流経路１５側に転流し、可動コイル１４が回転軸１７の周りに回転して無誘導を解消する。その他の動作は、上記実施の形態１と同様である。
【００２１】
以上のように、この実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様に、限超電導体の温度上昇が小さい超電導限流器が得られ、また、無誘導コイルの重心位置が変わらないので、コイルの固定が容易である。
【００２２】
実施の形態４
図５は、この発明の実施の形態４による超電導限流器を示す構成図である。なお、同図において、図１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
図において、低温に冷却された超電導体１１の電流経路１２と、互いの磁界を打ち消す向き（無誘導）に巻かれた固定コイル１３および可動コイル１４からなる電流経路１５を有し、これらを並列に接続して超電導限流器を構成する点は、上記実施の形態１と同様であるが、本実施の形態では、下側を固定コイル１３、上側を可動コイル１４として略鉛直線上に配置し、可動コイル１４はコイル間の反発力により上に移動可能としている点が、上記実施の形態１とは異なる。
【００２３】
次に、動作について説明する。
通常時は、電流が抵抗のない超電導体１１（電流経路１２）を流れる。電力系統事故時に過大な短絡電流が流れると、超電導体１１がクエンチし抵抗体となり、インピーダンスを発生する。このため、短絡電流は無誘導に巻かれた可動コイル１４および固定コイル１３即ち電流経路１５側に転流するが、無誘導状態ではインピーダンスが小さいので、この転流は容易である。この状態では、無誘導に巻かれたコイル即ち可動コイル１４および固定コイル１３のインピーダンスが小さいので限流効果は小さいが、超電導体１１に流れる電流が小さいので、超電導体１１の温度上昇が小さい。無誘導に巻かれたコイルは転流した電流により反発し、可動コイル１４が動き（図５では矢印で示す上方向）、インピーダンスが増加して限流する。
【００２４】
以上のように、この実施の形態４によれば、上記実施の形態１と同様に、限超電導体の温度上昇が小さい超電導限流器が得られ、また、事故時以外には、可動コイルが自重により固定コイルと接近して無誘導になるため、外部からの可動コイルの初期制御が不要で、駆動機構を削除でき、小型の超電導限流器が得られる。
【００２５】
実施の形態５
図６は、この発明の実施の形態５による超電導限流器を示す構成図である。なお、同図において、図１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
図において、１８は壁、１９はバネであって、本実施の形態では、可動コイル１４と壁１８の間にバネ１９を設け、定常状態で、可動コイル１４をバネ１９の弾性力により固定コイル１３に接近させるものである。その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。
【００２６】
次に、動作について説明する。
限流時に、コイルの反発力がバネ力を上回れば、可動コイル１３は右に動いて、インピーダンスが増大する。その他の動作は、上記実施の形態１と同様である。
【００２７】
以上のように、この実施の形態５によれば、定常状態で、可動コイルを外力により、つまり、バネの強さを変えることにより固定コイルに接近させるため、可動コイル、固定コイルの配置を広く許容できる（例えば横方向）。また、バネの強さを変えることにより、可動コイルの動きを制御できる。
【００２８】
実施の形態６
図７は、この発明の実施の形態６による超電導限流器を示す構成図である。なお、同図において、図１および図５と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
本実施の形態では、電流経路１５を１個の固定コイルと２個の可動コイルで構成したもので、１４ａ、１４ｂは共に可動コイルである。その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。
【００２９】
次に、動作について説明する。
限流時に、コイルの反発力がバネ力を上回れば、可動コイル１４ａは左、可動コイル１４ｂは右に動いて、インピーダンスが増大する。その他の動作は、上記実施の形態１と同様である。
【００３０】
以上のように、この実施の形態６によれば、１個の可動コイルの重量を軽くできるので、無誘導の低インピーダンス状態から高インピーダンス状態に早く移行できる。また、可動コイルが対称に動くので、重心位置が変わらない。このため、壁の固定が不要にできる。
【００３１】
実施の形態７
図８は、この発明の実施の形態７による超電導限流器を示す構成図である。なお、同図において、図１および図５と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
図において、１２Ａは超電導体１１と固定接点２０および可動接点２１からなる第１の電流経路としての電流経路であって、この電流経路１２Ａに対して、互いの磁界を打ち消す向き（無誘導）に巻かれた固定コイル１３および可動コイル１４を有する第２の電流経路としての電流経路１５を並列に接続する。２２は可動接点２１の可動棒である。
【００３２】
また、本実施の形態でも、上記実施の形態５と同様に、可動コイル１４と壁１８の間にバネ１９を設け、定常状態で、可動コイル１４をバネ１９の弾性力により固定コイル１３に接近させる。そして、本実施の形態では、可動コイル１４の動きと接点２０，２１の開極動作を実質的に一体化する。その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。
【００３３】
次に、動作について、図９を参照しながら説明する。
通常時（定常時）は、図９（ａ）に示すように、電流が抵抗のない超電導体１１即ち電流経路１２Ａを流れるので、インピ−ダンスゼロである。次に、電力系統事故時（事故発生初期）に過大な短絡電流が流れると、超電導体１１がクエンチし抵抗体となり、インピーダンスを発生する。このため、図９（ｂ）に示すように、短絡電流は電流経路１５の無誘導に巻かれたコイル即ち固定コイル１３および可動コイル１４に転流するが、無誘導状態ではインピーダンスが小さいので、この転流は容易である。
【００３４】
この状態では、無誘導に巻かれたコイルのインピーダンスが小さいので限流効果は小さいが、超電導体１１に流れる電流が小さいので、超電導体１１の温度上昇が小さい。無誘導に巻かれたコイルは転流した電流により反発し、コイルの無誘導状態が解消し、インダクタンスを発生して限流する、つまり、図９（ｃ）に示すように、可動コイル１４が動き（図では下方向）、インピーダンスが増加するとともに、接点２０，２１を開き、電流経路１２Ａに流れる電流を遮断する。
【００３５】
以上のように、この実施の形態７によれば、遮断器が動作する３サイクル時では、大きな限流効果を呈するとともに、クエンチした超電導体に電流が流れる時間が短いので、超電導体の温度上昇を低くできる。
【００３６】
実施の形態８
図１０は、この発明の実施の形態８による超電導限流器を示す構成図である。なお、同図において、図１および図８と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
図において、超電導体１１と固定接点２０および可動接点２１からなる電流経路１２Ａに対して、互いの磁界を打ち消す向き（無誘導）に巻かれた固定コイル１３および可動コイル１４を有する電流経路１５を並列に接続することは、上記実施の形態７と同様である。
【００３７】
本実施の形態では、このような構成の超電導限流器に、ワイプ機構の断器接点を有する遮断器を直列に接続し、可動コイルの動きと接点（電流経路１２Ａ）および遮断器接点の開極動作を一体化したものである。
図において、２３は駆動機構１６の上部に設けられた遮断器であって、固定接点２３ａと可動接点２３ｂを有し、固定接点２３ａは電源側に接続され、可動接点２３ｂは電流経路１２Ａおよび１５の共通接続点に接続される。
【００３８】
次に、動作について、図１１を参照して説明する。
通常時（定常時）は、図１１（ａ）に示すように、電流が抵抗のない超電導体１１即ち電流経路１２Ａを流れるので、インピ−ダンスゼロである。次に、電力系統事故時（事故発生初期）に過大な短絡電流が流れると、超電導体１１がクエンチし抵抗体となり、インピーダンスを発生する。このため、図１１（ｂ）に示すように、短絡電流は電流経路１５の無誘導に巻かれたコイル即ち固定コイル１３および可動コイル１４に転流するが、無誘導状態ではインピーダンスが小さいので、この転流は容易である。
【００３９】
この状態では、無誘導に巻かれたコイルのインピーダンスが小さいので限流効果は小さいが、超電導体１１に流れる電流が小さいので、超電導体１１の温度上昇が小さい。無誘導に巻かれたコイルは転流した電流により反発し、コイルの無誘導状態が解消し、インダクタンスを発生して限流する、つまり、図１１（ｃ）に示すように、可動コイル１４が動き（図では下方向）、インピーダンスが増加するとともに、接点２０，２１を開き、電流経路１２Ａに流れる電流を遮断する。その後、電極接点が開き、即ち遮断器２３の接点２３ａ、２３ｂが開極し、電流を遮断して遮断器としても動作する。
【００４０】
以上のように、この実施の形態８によれば、限流効果を呈すると共に、遮断器としても動作する、いわゆる遮断機能を有する限流器が得られる。また、可動電極には駆動機構からの力に加えコイルの反発電磁力が加わるので、遮断器の駆動機構の力を小さくできる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、超電導体の第１の電流経路と、該第１の電流経路に並列に接続され、無誘導に巻かれた複数のコイルからなる第２の電流経路とを備えた超電導限流器であって、短絡事故発生後に、上記複数のコイルの無誘導状態を解消してインピーダンスを増加させるようにしたので、超電導体の温度上昇が小さい超電導限流器が得られるという効果がある。
【００４２】
また、この発明によれば、上記複数のコイルは固定コイルおよび可動コイルからなり、上記可動コイルを上にして、該固定コイルおよび可動コイルを鉛直線上に配置したので、外部からの可動コイルの初期制御が不要となり、駆動機構を削除できるため、小型の超電導限流器が得られるという効果がある。
【００４３】
また、この発明によれば、定常状態で、上記可動コイルを外力により上記固定コイルに接近させるようにしたので、可動コイル、固定コイルの配置を広く許容でき、また、可動コイルの動きを制御できるという効果がある。
【００４４】
また、この発明によれば、上記可動コイルを複数の可動コイルで構成したので、１個の可動コイルの重量を軽して、無誘導の低インピーダンス状態から高インピーダンス状態に早く移行でき、また、可動コイルが対称に動くので、重心位置が変わらず、このため、壁の固定が不要にできるという効果がある。
【００４５】
また、この発明によれば、超電導体と接点からなる第１の電流経路、該第１の電流経路に並列に接続され、互いの磁界を打ち消す向きに巻かれた固定コイルおよび可動コイルからなる第２の電流経路とを備えた超電導限流器であって、上記可動コイルの動きと上記接点の開極動作を一体化したので、クエンチした超電導体に電流が流れる時間が短く、超電導体の温度上昇を低くできるという効果がある。
【００４６】
また、この発明によれば、上記並列接続の第１および第２の電流経路に直列接続された遮断器を備え、上記可動コイルの動きと上記接点および上記遮断器接点の開極動作を一体化したので、遮断機能を有する限流器が得られるという効果がある。
【００４７】
さらに、この発明によれば、上記可動コイルの動きと上記接点の開極動作を一体化または上記可動コイルの動きと上記接点および上記遮断器接点の開極動作を一体化する際に、定常状態で、上記可動コイルを外力により上記固定コイルに接近させるようにしたので、可動コイル、固定コイルの配置を広く許容でき、また、可動コイルの動きを制御できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による超電導限流器を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１における電流変化と超電導体の温度上昇を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態２による超電導限流器を示す構成図である。
【図４】  この発明の実施の形態３による超電導限流器を示す構成図である。
【図５】  この発明の実施の形態４による超電導限流器を示す構成図である。
【図６】  この発明の実施の形態５による超電導限流器を示す構成図である。
【図７】  この発明の実施の形態６による超電導限流器を示す構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態７による超電導限流器を示す構成図である。
【図９】  この発明の実施の形態７における動作説明に供するための図である。
【図１０】  この発明の実施の形態８による超電導限流器を示す構成図である。
【図１１】  この発明の実施の形態８における動作説明に供するための図である。
【図１２】  従来の超電導限流器を示す構成図である。
【符号の説明】
１１  超電導体、１２，１２Ａ，１５  電流経路、１３  固定コイル、１４  可動コイル、１６  駆動機構、１７  回転軸、１８  壁、１９  バネ、２０  可動接点、２１  固定接点、２３  遮断器、２３ａ  遮断器固定接点、２３ｂ  遮断器可動接点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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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