JPH0787666A - Current limiting device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain high voltage and large capacity by preventing stationary loss by a current-limiting element while widening the specific-resistance change width of the current-limiting element. CONSTITUTION:Current-limiting elements 501 being connected in series with an electric circuit 100 and having a positive resistance temperature coefficient, an overcurrent detector 300 detecting overcurrents flowing through the electric circuit 100 and outputting a contact parting command, a switch means 400 being connected in parallel with the current-limiting elements 501 and conducting contact parting in response to the contact parting command and a cooling means 600 cooling the current-limiting elements 501 are provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、大電流の電路に生じる
事故電流を抑制するための限流装置に関し、特に温度が
上昇すると固有抵抗値が増大する限流素子と高速スイッ
チとを並列に組み合わせることで限流機能を発揮する限
流装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current limiting device for suppressing a fault current generated in a high-current circuit, and in particular, a high-speed switch and a current limiting element whose specific resistance value increases as temperature rises in parallel. The present invention relates to a current limiting device that exhibits a current limiting function when combined.

【０００２】[0002]

【従来の技術】電路に短絡や地絡事故が発生すると数十
ｋＡにも及ぶ事故電流が流れ、系統及び電力機器に大き
なダメージを与えてしまう。この様な事故電流を瞬時に
検出し抑制する装置を限流装置と称し、これまで様々な
原理のものが提案されている。図６及び図７は、その代
表的従来技術の構成と適用回路の一例を示したもので、
特許第７９１４８７号として登録されているものであ
る。図７において、Ｅは電源、Ｒは線路抵抗、Ｘは線路
リアクタンス、Ｂは回路遮断器、ＲＧは限流素子であ
る。限流素子ＲＧとしてはニオブカーバイドからなるＰ
ＴＣ（positive temperature coefficient）抵抗体が用
いられ、そのＰＴＣ特性を利用して事故電流を限流する
ようになっている。ニオブカーバイドは図６に示すよう
に温度上昇に対応して固有抵抗が大きく変化するＰＴＣ
特性を有している。従って、通常の電流値では限流素子
ＲＧの固有抵抗が小さいので発熱量も小さく、素子温度
は上昇せず低抵抗状態を維持して回路に影響を与えな
い。しかし、回路に事故が発生して過大な電流が流れる
と限流素子ＲＧの発熱が急激に増大して素子温度が上昇
する。その結果、限流素子ＲＧの固有抵抗が増大して回
路電流を減少させるように作用する。この様な限流作用
によって事故電流が大幅に抑制されることから、回路遮
断器のコンパクト化と過大な事故電流による系統へのダ
メージ低減が可能となる。2. Description of the Related Art When a short circuit or a ground fault occurs in an electric line, a fault current of several tens of kA flows, and the system and electric power equipment are seriously damaged. A device that instantaneously detects and suppresses such a fault current is called a current limiting device, and various principles have been proposed so far. 6 and 7 show an example of the configuration and application circuit of the typical prior art,
It is registered as Japanese Patent No. 791487. In FIG. 7, E is a power source, R is a line resistance, X is a line reactance, B is a circuit breaker, and RG is a current limiting element. P made of niobium carbide as the current limiting element RG
A TC (positive temperature coefficient) resistor is used, and its PTC characteristic is utilized to limit the fault current. As shown in Fig. 6, niobium carbide is a PTC whose specific resistance changes greatly in response to temperature rise.
It has characteristics. Therefore, at a normal current value, since the specific resistance of the current limiting element RG is small, the amount of heat generated is small, the element temperature does not rise, and the low resistance state is maintained so that the circuit is not affected. However, when an accident occurs in the circuit and an excessive current flows, the heat generation of the current limiting element RG sharply increases and the element temperature rises. As a result, the specific resistance of the current limiting element RG increases and acts to reduce the circuit current. Since the fault current is greatly suppressed by such a current limiting action, it becomes possible to make the circuit breaker compact and reduce damage to the system due to excessive fault current.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
限流装置では限流素子と回路遮断器とを直列に接続した
構成により、短絡電流のような急峻な立ち上がりを持つ
過電流に対して、第１波から限流できる優れた特性を有
する反面、固有抵抗の変化幅が比較的小さいため、以下
のような解決すべき課題も残されている。（イ）限流素
子に常時負荷電流が流れることから、通電容量が制限さ
れる。即ち、負荷電流に比例して限流素子温度が上昇す
るため、回路や限流特性に影響を及ぼさない程度に限流
素子の定常温度（通電電流値）を抑制する必要がある。
（ロ）限流素子に常時負荷電流が流れることから、定常
通電電流によるジュール発熱（電力損失）が生じる。
（ハ）現状実用可能な限流素子の常温下における固有抵
抗変化幅は、約１：１０が限度となる。従って、従来の
ように限流素子を電源と負荷間に直列に接続する構成で
は、適用回路電圧が高くなるほど限流効果が減少するこ
とになる。即ち、限流素子の限流時における必要抵抗値
（Ｒ_m ）は、As described above, in the conventional current limiting device, the current limiting element and the circuit breaker are connected in series to prevent overcurrent having a steep rise such as a short circuit current. Although it has an excellent characteristic that the current can be limited from the first wave, the change width of the specific resistance is relatively small, and therefore the following problems to be solved still remain. (A) Since the load current always flows through the current limiting element, the current carrying capacity is limited. That is, since the temperature of the current limiting element rises in proportion to the load current, it is necessary to suppress the steady temperature (current-carrying current value) of the current limiting element to the extent that the circuit and current limiting characteristics are not affected.
(B) Since the load current always flows through the current limiting element, Joule heat generation (power loss) occurs due to the steady conduction current.
(C) The width of change in the specific resistance of the current-limiting device that is practically usable at room temperature is limited to about 1:10. Therefore, in the conventional configuration in which the current limiting element is connected in series between the power source and the load, the current limiting effect decreases as the applied circuit voltage increases. That is, the required resistance value (R _m ) of the current limiting element during current limiting is

【数１】 Ｒ_m ＝Ｅ／Ｉ_m （Ω） …（１） ここで、Ｅ：回路電圧（Ｖ），Ｉ_m ：限流電流値（Ａ）
無通電時における限流素子抵抗値（Ｒ_o ）は（Ｒ_m ）の
１／１０であるから Ｒ_o ＝Ｒ_m ／１０（Ω） …（２） となる。従って、限流素子の連続通電電流許容値（Ｉ）
は、次式のようになる。## EQU1 ## R _m = E / I _m (Ω) (1) where E: circuit voltage (V), I _m : current limiting current value (A)
Since the resistance value (R _o ) of the current limiting element at the time of non-conduction is 1/10 of (R _m ), R _o = R _m / 10 (Ω) (2). Therefore, the continuous conduction current allowable value (I) of the current limiting element
Is as follows:

【数２】 Ｉ＝［α・θ_t ／｛Ｒ_o （１＋β・θ_t ）｝］^1/2 （Ａ） …（３） ここで、α ：限流素子の放熱係数（Ｗ／Ｋ），β：限
流素子の抵抗温度係数 θ_t ：限流素子の定常時における許容温度上昇値（Ｋ） 以上の結果から分るように限流電流値（Ｉ_m ）を一定と
した場合、回路電圧（Ｅ）が高くなると限流素子の限流
時抵抗値（Ｒ_m ）もそれに応じて大きなものが必要とな
り、定常時抵抗値（Ｒ_o ）が大きくなる。限流素子の放
熱係数（α）と定常時許容温度上昇値（θ_t ）は、限流
素子の外形及び特性で決定されるが、これを一定とおけ
ば前述の限流素子定常抵抗値（Ｒ_o ）が大きいほど、連
続通電電流許容値（Ｉ）は低くなる。逆に、限流素子の
定常時抵抗値を通電電流値を優先して決定すれば、限流
時における限流素子抵抗値はその１０倍程度しか上昇し
ないから、回路電圧が高くなるに伴って必然的に限流電
流値が大きくなり、限流効果が減少する。## EQU2 ## I = [αθ _t / {R _o (1 + βθ _t )}] ^1/2 (A) (3) where α: heat dissipation coefficient (W / K) of the current limiting element, β: Resistance temperature coefficient of current limiting element θ _t : Allowable temperature rise value (K) of current limiting element in steady state As can be seen from the above results, when the current limiting current value (I _m ) is constant, the circuit voltage When (E) becomes high, the current limiting resistance value (R _m ) of the current limiting element also needs to be large accordingly, and the steady-state resistance value (R _o ) becomes large. The heat radiation coefficient (α) of the current limiting element and the allowable steady-state temperature rise value (θ _t ) are determined by the outer shape and characteristics of the current limiting element. If this is kept constant, the steady state resistance value of the current limiting element ( The larger R _o ) is, the lower the continuous conduction current allowable value (I) is. On the contrary, if the steady-state resistance value of the current limiting element is determined by giving priority to the energizing current value, the resistance value of the current limiting element at the time of current limiting increases only about 10 times, so as the circuit voltage increases. Inevitably, the current limiting value increases and the current limiting effect decreases.

【０００４】本発明は、以上のような事情に鑑みなされ
たもので、限流素子による定常損失を無くすと共に、限
流素子の固有抵抗変化幅を広げて高電圧、大容量の限流
装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and eliminates a steady loss due to a current limiting element and widens the variation range of the specific resistance of the current limiting element to provide a high voltage, large capacity current limiting device. The purpose is to provide.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第１に、図１に示すように、電路１００
に生じる事故電流を抑制するための限流装置において、
前記電路１００に直列接続され正の抵抗温度係数を有す
る限流素子５０１と、前記電路１００に流れる過電流を
検出して開極指令を出力する過電流検出器３００と、前
記限流素子５０１に並列接続され前記開極指令に応答し
て開極するスイッチ手段４００と、前記限流素子５０１
を冷却する冷却手段６００とを有することを要旨とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention firstly proposes, as shown in FIG.
In the current limiting device for suppressing the fault current generated in
A current limiting element 501 that is connected in series to the electric circuit 100 and has a positive temperature coefficient of resistance, an overcurrent detector 300 that detects an overcurrent flowing in the electric circuit 100 and outputs an opening command, and a current limiting element 501. Switch means 400 connected in parallel and opening in response to the opening command, and the current limiting element 501.
The gist is to have a cooling means 600 for cooling the.

【０００６】第２に、上記第１の構成において、前記限
流素子は、非直線抵抗線材を無誘導に構成してなること
を要旨とする。Secondly, the gist of the above-mentioned first structure is that the current limiting element is formed of a non-linear resistance wire in a non-inductive manner.

【０００７】[0007]

【作用】上記構成において、第１に、限流素子５０１は
冷却手段６００により冷却されているため、常温（２０
℃）下における固有抵抗に対し、はるかに小さな固有抵
抗状態となっている。一方、スイッチ手段４００は、定
常通電時には閉状態となっているため、回路電流の殆ん
どはスイッチ手段４００側を流れる。従って、定常通電
時に限流素子５０１には発熱は無く、また回路電流が限
流素子５０１を通過する際の電圧降下も生じることはな
く、限流素子５０１による定常損失は殆んど無くなる。
事故が発生して回路電流が上昇し、限流動作レベルに達
すると過電流検出器３００が動作してスイッチ手段４０
０に対し開極指令が出力される。これによりスイッチ手
段４００は直ちに開極動作し、スイッチ手段４００の極
間にはアークが発生してアーク抵抗が生じる。このアー
ク抵抗に対して限流素子５０１の初期抵抗ははるかに小
さいため、スイッチ手段４００側を流れていた電流の殆
んどは限流素子５０１側へ転流し、その結果、極間のア
ークが消滅してスイッチ手段４００は高耐圧の絶縁状態
となる。限流素子５０１側へ転流した事故電流はさらに
上昇しようとするが、その電流値に応じて限流素子５０
１の温度が上昇し、抵抗値が増大して事故電流の上昇が
抑制される。前記のように、限流素子５０１は冷却手段
６００で冷却されているので、その固有抵抗変化幅が広
げられ、限流電流を一定値に抑制する場合、その適用回
路電圧は固有抵抗変化幅に比例することから高電圧まで
引き上げることが可能となる。In the above structure, firstly, since the current limiting element 501 is cooled by the cooling means 600, it is kept at room temperature (20
The specific resistance state is much smaller than the specific resistance under (° C). On the other hand, since the switch means 400 is in the closed state during steady energization, most of the circuit current flows through the switch means 400 side. Therefore, there is no heat generation in the current limiting element 501 during steady energization, no voltage drop occurs when the circuit current passes through the current limiting element 501, and the steady loss due to the current limiting element 501 is almost eliminated.
When an accident occurs and the circuit current rises to reach the current limiting operation level, the overcurrent detector 300 operates and the switching means 40
An opening command is output for 0. As a result, the switch means 400 is immediately opened, and an arc is generated between the poles of the switch means 400 to generate an arc resistance. Since the initial resistance of the current limiting element 501 is much smaller than this arc resistance, most of the current flowing through the switching means 400 side is commutated to the current limiting element 501 side, and as a result, the arc between the poles is generated. When the switch means 400 disappears, the switch means 400 enters a high-voltage insulated state. The fault current commutated to the current limiting element 501 side tries to rise further, but the current limiting element 50 is changed according to the current value.
The temperature of 1 rises, the resistance value increases, and the rise of the fault current is suppressed. As described above, since the current limiting element 501 is cooled by the cooling means 600, the variation range of the specific resistance thereof is widened, and when the current limiting current is suppressed to a constant value, the applied circuit voltage has the variation range of the specific resistance. Since it is proportional, it is possible to raise it to a high voltage.

【０００８】第２に、限流素子は非直線抵抗線材で無誘
導に構成することにより、スイッチ手段からの転流電流
に対する誘起電圧が極めて小さくなって転流の阻害され
ることがなくなる。Secondly, since the current limiting element is made of a non-linear resistance wire and is non-inductive, the induced voltage with respect to the commutation current from the switch means becomes extremely small and the commutation is not obstructed.

【０００９】[0009]

【実施例】以下、本発明の実施例を図２乃至図５に基づ
いて説明する。図２の全体構成において、３００は過電
流検出器であり、変流器３０１とレベル検出回路３０２
とで構成されている。４００はスイッチ手段としての高
速スイッチであり、その構成は、スイッチ部に真空バル
ブが用いられ電磁石コイルによってスイッチ部を投入操
作し、電磁反発コイルによって高速にスイッチ部を開極
遮断する構造となっている。即ち、４０１は真空バル
ブ、４０２は固定電極、４０３は可動電極、４０４はシ
ョートリング、４０５は絶縁バーリヤ、４０６は電磁反
発コイル、４０７は投入電磁石、４０８は可動ヨーク、
４０９はワイプばね、４１０は開路ばね、４１１は投入
用電源、４１２は開極用電源、４１３，４１４はそれぞ
れ制御スイッチである。５００は限流器であり、限流素
子５０１、低温シールド５０２、真空容器５０３、電源
側端子５０４、負荷側端子５０５、冷却手段としての冷
凍機６００で構成されている。限流素子５０１は、温度
により固有抵抗値が正に変化するＰＴＣ材料で構成さ
れ、高速スイッチ４００からの転流電流に応じて自己発
熱し、その時の温度上昇に応じた抵抗を発生して限流作
用を行う。２００は電路１００のスイッチ、７００，８
００は導体である。また図２中、ｉは回路の全電流、ｉ
ｓは高速スイッチ側電流、ｉｃは限流器側電流を表して
いる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the overall configuration of FIG. 2, reference numeral 300 denotes an overcurrent detector, which includes a current transformer 301 and a level detection circuit 302.
It consists of and. Reference numeral 400 denotes a high-speed switch as a switch means, which has a structure in which a vacuum valve is used in the switch portion, the switch portion is closed by an electromagnet coil, and the electromagnetic repulsion coil rapidly opens and closes the switch portion. There is. That is, 401 is a vacuum valve, 402 is a fixed electrode, 403 is a movable electrode, 404 is a short ring, 405 is an insulating barrier, 406 is an electromagnetic repulsion coil, 407 is a closing electromagnet, 408 is a movable yoke,
Reference numeral 409 is a wipe spring, 410 is an open spring, 411 is a power source for closing, 412 is a power source for opening, and 413 and 414 are control switches. Reference numeral 500 denotes a current limiting device, which includes a current limiting element 501, a low temperature shield 502, a vacuum container 503, a power source side terminal 504, a load side terminal 505, and a refrigerator 600 as a cooling means. The current limiting element 501 is made of a PTC material whose specific resistance value changes positively with temperature, self-heats according to the commutation current from the high-speed switch 400, and generates resistance according to the temperature increase at that time to limit the current. Perform flow action. 200 is a switch of the electric circuit 100, 700, 8
00 is a conductor. In FIG. 2, i is the total current of the circuit, i
s represents the high-speed switch side current, and ic represents the current limiter side current.

【００１０】ここで、過電流検出器３００は、回路電流
ｉの値が許容値以下であれば制御スイッチ４１３を閉に
して高速スイッチ４００の閉入動作を継続させ、回路電
流ｉが許容値を超えた場合には、制御スイッチ４１３を
開、他方の制御スイッチ４１４を閉にして高速スイッチ
４００を開極させるようになっている。即ち、投入動作
においては、制御スイッチ４１３を閉入操作して投入電
源４１１から電磁石コイル４０７へ電力を供給する。こ
れにより、可動ヨーク４０８が電磁石コイル４０７に吸
引され、可動電極４０３が上へ押し上げられて投入状態
となる。また、遮断動作においては、制御スイッチ４１
４を閉入操作して、まず開極用電源４１２から電磁反発
コイル４０６に電力を供給する。これにより、電磁反発
コイル４０６は強磁界を発生し、その磁界によってショ
ートリング４０４には電磁反発コイル４０６と反発しあ
う力が発生する。その結果、ショートリング４０４と一
体締結されている可動電極４０３が、ワイプばね４０９
の押しつけ力に打ち勝って下方に押し下げられ、高速ス
イッチ４００は開極する。この電磁反発開極動作と同時
に、制御スイッチ４１３が開極操作されるため、電磁石
コイル４０７の励磁が解かれ、可動ヨーク４０８は開路
ばね４１０によって引き寄せられる。これにより、可動
電極４０３はさらに下方（開路方向）に駆動され、仮に
電磁反発コイル４０６の励磁が解かれても高速スイッチ
４００は遮断状態を維持し続ける。以上のように本実施
例による高速スイッチ４００は、スイッチ部に真空バル
ブを用いることにより投入時抵抗値を５０μΩ程度と極
めて小さい値にすると共に、前述のような電磁反発開極
機構によって開極時間を１ｍｓｅｃ程度に速めることが
できる。Here, if the value of the circuit current i is equal to or less than the allowable value, the overcurrent detector 300 closes the control switch 413 to continue the closing operation of the high speed switch 400, and the circuit current i reaches the allowable value. When it exceeds, the control switch 413 is opened and the other control switch 414 is closed to open the high-speed switch 400. That is, in the closing operation, the control switch 413 is closed to supply power from the closing power supply 411 to the electromagnet coil 407. As a result, the movable yoke 408 is attracted to the electromagnet coil 407, and the movable electrode 403 is pushed up to be in the closed state. In the shutoff operation, the control switch 41
4 is closed, and power is first supplied from the power supply 412 for opening to the electromagnetic repulsion coil 406. As a result, the electromagnetic repulsion coil 406 generates a strong magnetic field, and the magnetic field generates a force in the short ring 404 that repels the electromagnetic repulsion coil 406. As a result, the movable electrode 403, which is integrally fastened to the short ring 404, moves to the wipe spring 409.
The high-speed switch 400 is opened by overcoming the pressing force of and pushing down. At the same time as this electromagnetic repulsion opening operation, the control switch 413 is opened, so that the electromagnet coil 407 is deenergized and the movable yoke 408 is attracted by the open circuit spring 410. As a result, the movable electrode 403 is driven further downward (open circuit direction), and even if the electromagnetic repulsion coil 406 is deenergized, the high-speed switch 400 continues to maintain the cutoff state. As described above, the high-speed switch 400 according to the present embodiment makes the resistance value at the time of closing extremely small, about 50 μΩ by using the vacuum valve for the switch portion, and the opening time by the electromagnetic repulsion opening mechanism as described above. Can be accelerated to about 1 msec.

【００１１】図３には、限流素子５０１の構成を示す。
同図において、５１１は例えば純鉄線で構成された右巻
きのコイル、５１２は左巻きのコイル、５１３はコイル
５１１の巻枠、５１４はコイル５１２の巻枠、５１５，
５１６はコイル５１１，５１２の共通端子である。２つ
のコイル５１１，５１２は両端で接続されており、且つ
その直径が近接して互いに逆巻となっていることから、
ほぼ無誘導の抵抗体となっている。FIG. 3 shows the configuration of the current limiting element 501.
In the figure, 511 is a right-handed coil made of pure iron wire, 512 is a left-handed coil, 513 is a winding frame of the coil 511, 514 is a winding frame of the coil 512, 515.
Reference numeral 516 is a common terminal of the coils 511 and 512. Since the two coils 511 and 512 are connected at both ends, and their diameters are close to each other and they are wound in opposite directions,
It is an almost non-inductive resistor.

【００１２】図４は、この限流素子５０１に使用される
純鉄線の温度対固有抵抗の特性を示している。同図から
分かるとおり、純鉄線の固有抵抗は高温（６００℃）に
おいて約１００μΩ−cm、常温（２０℃）において１０
μΩ−cm、低温（−２００℃）において１μΩ−cmとな
っており、冷凍機６００により本限流素子５０１を−２
００℃に冷却することで約１：１００の抵抗変化が得ら
れる。本実施例では、限流素子５０１の定常時における
抵抗値は０．０１Ω、限流時には最大１Ωまで上昇する
とする。また、限流素子５０１は、ほぼ無誘導となって
いることから、高速スイッチ４００からの転流電流に対
する誘起電圧が極めて小さく、転流を阻害する要因とな
らない。従って、このような限流素子５０１を高速スイ
ッチ４００に並列に接続することにより、高速スイッチ
開極時のアーク時間を１ｍｓｅｃ以下にすることが可能
となる。さらに、限流素子５０１を無誘導化することで
限流時の発生磁界値を極めて低く抑えることができ、低
温シールド５０２に対して過電流損失を生じさせる懸念
も無い。真空容器５０３は、限流素子５０１を効率的に
冷却するためのもので、真空にすることで常温領域から
低温領域への対流による侵入熱量を抑制して冷凍機６０
０の熱負荷を軽減するよう考慮されている。低温シール
ド５０２は、冷凍機６００により直接冷却される金属容
器で、限流素子５０１の収納エリアを７７Ｋに保持する
ためのものである。冷凍機６００は、限流素子５０１の
初期抵抗値を極力小さくするためのものであり、例え
ば、スターリング方式の冷凍機を適用することで−２０
０℃程度まで冷却可能なものとなっている。高速スイッ
チ４００と限流素子５０１は、導体７００及び８００に
よって並列に接続されている。FIG. 4 shows characteristics of the pure iron wire used in the current limiting element 501 with respect to temperature and specific resistance. As can be seen from the figure, the specific resistance of the pure iron wire is about 100 μΩ-cm at high temperature (600 ° C) and 10 at normal temperature (20 ° C).
μΩ-cm, 1 μΩ-cm at low temperature (−200 ° C.), the refrigerator 600 sets the current limiting element 501 to −2.
Cooling to 00 ° C. gives a resistance change of about 1: 100. In this embodiment, it is assumed that the resistance value of the current limiting element 501 in the steady state is 0.01Ω, and the maximum resistance value is 1Ω in the current limiting state. Further, since the current limiting element 501 is substantially non-inductive, the induced voltage with respect to the commutation current from the high-speed switch 400 is extremely small and does not become a factor that hinders commutation. Therefore, by connecting such a current limiting element 501 in parallel with the high-speed switch 400, the arc time when the high-speed switch is opened can be reduced to 1 msec or less. Further, by making the current limiting element 501 non-inductive, the generated magnetic field value during current limiting can be suppressed to an extremely low level, and there is no concern of causing overcurrent loss to the low temperature shield 502. The vacuum container 503 is for efficiently cooling the current limiting element 501, and by creating a vacuum, the amount of heat entering the convection from the normal temperature region to the low temperature region is suppressed and the refrigerator 60 is cooled.
It is considered to reduce the heat load of zero. The low temperature shield 502 is a metal container that is directly cooled by the refrigerator 600, and is for holding the storage area of the current limiting element 501 at 77K. The refrigerator 600 is for minimizing the initial resistance value of the current limiting element 501. For example, by applying a Stirling refrigerator, the refrigerator 600 has a temperature of −20.
It can be cooled down to about 0 ° C. The high speed switch 400 and the current limiting element 501 are connected in parallel by conductors 700 and 800.

【００１３】次に、以上のように構成された限流装置の
作用を説明する。いま、図２において、スイッチ２００
が投入され、限流装置に負荷電流１０００Ａが通電され
ているものとすれば、回路電流は真空スイッチ４００側
と限流器５００側のインピーダンス比率に応じてそれぞ
れ分流する。本実施例では前述の通り、真空スイッチ側
インピーダンス０．００００５Ωに対して限流器側イン
ピーダンスは０．０１Ωであるから、９９．５％の電流
が高速スイッチ４００側を流れ、限流器５００側電流値
は約０．５％の５Ａとなる。５Ａ通電時における限流素
子５０１の発生損失は０．２５Ｗと極めて小さく、限流
素子５０１は殆んど温度上昇しない。従って、限流装置
は負荷側に損失無く電力を供給することができる。回路
に負荷短絡などの事故が発生して、過電流が流れると、
過電流検出器３００が動作して高速スイッチ４００に遮
断指令が出力される。この指令によって、高速スイッチ
４００は約１ｍｓｅｃで開極動作を完了し、高速スイッ
チ４００に流れていた事故電流は、冷凍機６００によっ
て極めて低い抵抗値に維持されている限流器５００側へ
転流する。限流器５００側へ転流した事故電流は、回路
電圧を回路インピーダンス（限流阻止し５０１のインピ
ーダンスを含む）で除した電流値に向かって上昇しよう
とする。しかし、転流電流ｉｃによって限流素子５０１
の温度が上昇し、限流素子５０１の抵抗値が増加するた
め、その分、事故電流は抑制される。図５は、過電流発
生時におけるこの回路電源の経時変化を示している。限
流装置が限流動作すると、スイッチ２００によって回路
電流が一旦遮断され、事故箇所を探した後、復旧する。
この間、温度上昇した限流素子５０１は、冷凍機６００
によって冷却されている低温シールド５０２へ向かって
輻射放熱し続ける。仮に一回の限流動作による限流素子
発熱を１５ｋＪ、使用冷凍機能力を２５０Ｗとすると、
限流素子５０１は最悪のケースでも約６０ｓｅｃで初期
状態に復帰する。Next, the operation of the current limiting device constructed as above will be described. Now referring to FIG. 2, the switch 200
If the load current is 1000 A and the load current is 1000 A, the circuit current is divided according to the impedance ratio of the vacuum switch 400 side and the current limiter 500 side. In the present embodiment, as described above, the impedance of the current limiter is 0.01Ω while the impedance of the vacuum switch is 0.0105. Therefore, 99.5% of the current flows through the high-speed switch 400 and the current limiter 500. The current value is about 0.5% of 5A. The generated loss of the current limiting element 501 is very small at 0.25 W when a current of 5 A is applied, and the temperature of the current limiting element 501 hardly rises. Therefore, the current limiting device can supply power to the load side without loss. When an accident such as load short circuit occurs in the circuit and overcurrent flows,
The overcurrent detector 300 operates and a cutoff command is output to the high speed switch 400. By this command, the high-speed switch 400 completes the opening operation in about 1 msec, and the fault current flowing in the high-speed switch 400 is commutated to the current limiter 500 side, which is maintained at an extremely low resistance value by the refrigerator 600. To do. The fault current commutated to the current limiter 500 side tends to increase toward a current value obtained by dividing the circuit voltage by the circuit impedance (including current limiting and including the impedance of 501). However, due to the commutation current ic, the current limiting element 501
Since the temperature rises and the resistance value of the current limiting element 501 increases, the fault current is suppressed accordingly. FIG. 5 shows the change with time of this circuit power supply when an overcurrent occurs. When the current limiting device operates in a current limiting manner, the circuit current is temporarily cut off by the switch 200, and the fault location is searched for and then restored.
During this time, the temperature-limiting element 501 whose temperature has risen is
Radiant heat is continuously radiated toward the low temperature shield 502 which is cooled by. Assuming that the heat generation of the current limiting element by one current limiting operation is 15 kJ and the refrigerating function power used is 250 W,
The current limiting element 501 returns to the initial state in about 60 seconds even in the worst case.

【００１４】上述したように、本実施例によれば、冷凍
機６００を使用することで従来の純鉄製限流素子の固有
抵抗値変化幅を約１００：１に拡大できる。仮に、限流
電流値を一定値に抑制する場合限流装置の適用回路電圧
は限流素子の変化幅に比例する。従って、本案限流装置
の適用により、適用回路電圧を従来の１０倍まで上げる
ことができる。また、本実施例によれば限流装置による
常時損失や電圧降下が殆んど無いことから効率的な運用
が可能となる。As described above, according to this embodiment, by using the refrigerator 600, the variation range of the specific resistance value of the conventional pure iron current limiting element can be expanded to about 100: 1. If the current limiting current value is suppressed to a constant value, the applied circuit voltage of the current limiting device is proportional to the change width of the current limiting element. Therefore, by applying the current limiting device of the present invention, the applied circuit voltage can be increased up to 10 times the conventional voltage. Further, according to the present embodiment, there is almost no constant loss or voltage drop due to the current limiting device, so that efficient operation is possible.

【００１５】なお、上記実施例では、限流素子を真空中
に配置して用いたが、低温シールド５０２を密閉容器に
変更して液体窒素などの冷媒を封入し、冷媒によって限
流素子を冷却する構成とすることも可能である。さらに
は、限流素子を冷媒によって冷却し、気化した冷却は冷
凍機で再液化する構成とすることで、限流素子動作時の
初期状態への復帰時間を数倍速めることが可能となると
同時に、万一、冷凍機が故障しても冷媒を大気中に放出
しながら一定時間運転することが可能となる。Although the current limiting element is placed in a vacuum in the above embodiment, the low temperature shield 502 is changed to a closed container to enclose a refrigerant such as liquid nitrogen and the current limiting element is cooled by the refrigerant. It is also possible to adopt a configuration that does. In addition, by cooling the current limiting element with a refrigerant and reliquefying the vaporized cooling with a refrigerator, it is possible to speed up the recovery time to the initial state when operating the current limiting element several times at the same time. Even if the refrigerator fails, it is possible to operate for a certain period of time while releasing the refrigerant into the atmosphere.

【００１６】[0016]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１に、冷却手段で冷却された限流素子とスイッチ手段
とを並列接続し、電路に過電流が流れたとき過電流検出
器からの開極指令によってスイッチ手段を開極するよう
にしたため、限流素子による定常損失が無くなって負荷
側への効率的な電力供給が可能となる。また限流素子の
固有抵抗変化幅が広げられ、限流電流を一定値に抑制す
る場合、その適用回路電圧は固有抵抗変化幅に比例する
ことから高電圧まで引き上げることができる。As described above, according to the present invention,
Firstly, the current limiting element cooled by the cooling means and the switch means are connected in parallel, and when the overcurrent flows in the electric path, the switch means is opened by the opening instruction from the overcurrent detector. Since the steady loss due to the current limiting element is eliminated, efficient power supply to the load side becomes possible. Further, when the change width of the specific resistance of the current limiting element is widened and the current limiting current is suppressed to a constant value, the applied circuit voltage is proportional to the change width of the specific resistance, so that it can be raised to a high voltage.

【００１７】第２に、限流素子は、非直線抵抗線材で無
誘導に構成したため、スイッチ手段からの転流電流に対
する誘起電圧が極めて小さくなって転流を阻害すること
が無い。Secondly, since the current limiting element is made of non-linear resistance wire and is non-inductive, the induced voltage with respect to the commutation current from the switch means is extremely small and does not hinder the commutation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明に係る限流装置の基本構成を示す回路図
である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration of a current limiting device according to the present invention.

【図２】本発明の実施例を示す回路図であるFIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

【図３】上記実施例における限流素子の詳細構成を示す
図である。FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of a current limiting element in the above embodiment.

【図４】図３の限流素子に使用される純鉄線の温度対固
有抵抗の特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a characteristic of a pure iron wire used in the current limiting element of FIG. 3 with respect to temperature and specific resistance.

【図５】上記実施例を適用した回路の過電流発生時にお
ける回路電流の経時変化を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a change with time of a circuit current when an overcurrent occurs in a circuit to which the above-described embodiment is applied.

【図６】従来の限流素子（ニオブカーバイド）のＰＴＣ
特性を示す図である。FIG. 6 is a PTC of a conventional current limiting element (niobium carbide).
It is a figure which shows a characteristic.

【図７】従来の限流装置を適用した回路構成例を示す図
である。FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration example to which a conventional current limiting device is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１００ 電路 ３００ 過電流検出器 ４００ 高速スイッチ（スイッチ手段） ５００ 限流器 ５０１ 限流素子 ６００ 冷凍機（冷却手段） 100 Electric Circuit 300 Overcurrent Detector 400 High Speed Switch (Switching Means) 500 Current Limiter 501 Current Limiting Element 600 Refrigerator (Cooling Means)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横倉 邦夫 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 松崎 順 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kunio Yokokura 1 in Toshiba Fuchu factory, Fuchu-shi, Tokyo (72) Inventor Jun Matsuzaki 1 in Toshiba-machi Fuchu, Tokyo Tokyo, Fuchu factory

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 電路に生じる事故電流を抑制するための
限流装置において、前記電路に直列接続され正の抵抗温
度係数を有する限流素子と、前記電路に流れる過電流を
検出して開極指令を出力する過電流検出器と、前記限流
素子に並列接続され前記開極指令に応答して開極するス
イッチ手段と、前記限流素子を冷却する冷却手段とを有
することを特徴とする限流装置。1. A current limiting device for suppressing a fault current generated in an electric circuit, comprising: a current limiting element connected in series with the electric circuit and having a positive temperature coefficient of resistance; An overcurrent detector that outputs a command, a switch means that is connected in parallel to the current limiting element and that opens in response to the opening command, and a cooling means that cools the current limiting element. Current limiting device. 【請求項２】 前記限流素子は、非直線抵抗線材を無誘
導に構成してなることを特徴とする請求項１記載の限流
装置。2. The current limiting device according to claim 1, wherein the current limiting element is formed of a non-linear resistance wire material in a non-inductive manner.