A-4漏れ磁束を考慮した一磁心形並列バイアス方式限流器の数値解析

知能電気機器研究室杉山　修平

発表の流れ

1.研究背景および目的2.一磁心形限流器の動作3.数値解析に使用した回路モデル4.漏れ磁路調整による限流特性の変化5.磁心特性の限流特性への影響6.寸法比の変化における限流特性7.まとめ

1.研究背景

電力系統の拡充によって、多数の電源が接続される。そこに故障電流が流れ、一箇所でも電源が故障すると系統全体に事故が及ぶ可能性あり

電力系統の拡充によって、多数の電源が接続される。そこに故障電流が流れ、一箇所でも電源が故障すると系統全体に事故が及ぶ可能性あり

限流器（ FCL:Fault Current Limiter)の開発が望まれている限流器（ FCL:Fault Current Limiter)の開発が望まれている

瞬時に電流を抑制できる新しい機器が求められている瞬時に電流を抑制できる新しい機器が求められている

系統機器の保護系統機器の保護 常時使用の情報機器への配慮常時使用の情報機器への配慮

1.研究目的

構造が簡単であり付帯設備を必要とせず、メンテナンスフリーの配電系統向け数ｋ VAの

完全受動型磁気式限流器の設計・開発手法の確立

構造が簡単であり付帯設備を必要とせず、メンテナンスフリーの配電系統向け数ｋ VAの

完全受動型磁気式限流器の設計・開発手法の確立

永久磁石永久磁石 鉄心鉄心 巻線巻線

　性能の向上を目指す

漏れ磁束・磁心特性・磁心寸法比による磁束の変化に着目

限流器内磁束の流れ見直し

2.一磁心形限流器の構造

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 1 2 3 4 5

H(kA/m)

B(T)

一磁心形限流器の構造

磁心特性

永久磁石特性

μu=4800

μs=100

Φ+ ΦmΦdc

Φlk+ Φlk-

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

-1000 -800 -600 -400 -200 0

H(KA/m)

B(T)

2.一磁心形限流器の動作原理

線路電流がプラスの半サイクルの場合

ifcl-ifcl+

Nfcl+

Nfcl-

永久磁石によって偏磁

巻線により磁束が流れる

Vfcl+: 線路電流を抑制Vfcl-: 限流効果を弱める

Φdc：永久磁石の磁束

限流動作時左脚 : 不飽和　右脚 : 飽和

( )

fcl fcl fcl

fcl

v v v

dN

dt

Φp+Φm ：巻線による磁束

dcmp ( )p m dc

飽和脚の端子電圧を弱めることで限流特性が向上

漏れ磁束発生

不飽和 飽和

3.数値解析に使用した回路モデル

電気回路 短絡リング

磁気回路 限流器電圧 ( 実測値 )

VfclVfcl+ Vfcl-

限流器電圧 ( シミュレーション値 )

Vfcl Vfcl+ Vfcl-

4.漏れ磁路調整による限流特性の変化

限流特性 漏れ磁束による限流特性の変化

Rlk: 漏れ磁路の磁気抵抗

S

lR

rlk

0μμ

限流特性μsによる限流特性の変化

5.磁心特性の飽和領域比透磁率の変化

限流器全体の磁気抵抗：大 通常動作時 Vfcl：小

μuによる限流特性の変化 限流特性

5.磁心特性の不飽和領域比透磁率の変化

限流器全体の磁気抵抗あまり変化しない

限流特性はほとんど向上しない

6.寸法比の変化における限流特性

ab

α ac

β

ad

γ 寸法比

ae

δ af

ε

磁心寸法図

a:左右脚幅b:窓枠幅c:窓枠の高さd:奥行e:中央脚幅f:永久磁石の厚さ

寸法比による限流特性の変化

限流特性

まとめと今後の課題

・通常動作時に低インピーダンスとなる構造の検討

・研究成果

・今後の課題

・限流動作により左右の磁心脚に流れる磁束が変動し、飽和脚　に流れ込む磁束が限流特性を悪化させる。これに対して、　磁束が漏れることで飽和脚へ流れ込む磁束が弱められ　限流特性が向上することが明らかになった。・磁心特性の飽和領域比透磁率を小さくできると 1.5倍程度、　中央脚の幅を大きくすると 1.2倍程度、　限流特性が向上することが予測された。