JPH07170652A - 超電導コイルの地絡保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】超電導コイルが地絡事故を発生した場合、クエ
ンチが起きないように超電導状態において確実に地絡を
検出し、超電導コイルをクエンチに伴う損傷から保護す
ることにある。 【構成】絶縁物で覆われた複数の超電導導体を巻回して
コイルケースに納め、これを対地絶縁して断熱真空容器
内に断熱支持物を介して支持する構成の超電導コイル５
ａ，５ｂの地絡保護装置において、超電導導体５ａ，５
ｂとコイル支持物６との間に電圧を印加する地絡検出用
直流電源８と、この地絡検出用直流電源８により印加さ
れた超電導導体およびコイルケース間の電圧に変化があ
るかどうかを監視する電圧検出器８と、この電圧検出器
８により電圧変化が検出されると前記超電導コイルへの
供給電源回路に設けられた直流しゃ断器３を開放する保
護操作器９とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば核融合装置にお
けるプラズマ閉じ込め用の超電導コイルの地絡保護装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の大形核融合装置では、装置が大形
化してきており、同時にプラズマ閉じ込め磁場を強くす
るためにコイルの電流を大きくする必要がある。そし
て、プラズマ閉じ込めに必要なコイル電流の分布を実現
し、且つ電源容量が大きくなり過ぎないように、超電導
コイルの適用が必要となっている。

【０００３】ところで、超電導コイルとしては幾つかの
冷却方式が考案、研究されている。その中でも強制冷却
方式の導体は、大形コイルに適した機械的強度、超電導
安定性を持つものとして注目されている。

【０００４】この強制冷却導体は、超電導素線を収納し
た金属製コンジット内に冷媒として液体ヘリウム又は超
臨界ヘリウムを流して冷却する方式のコイル導体であ
る。ここで、かかる強制冷却式超電導コイルの構成を図
５により説明する。図５に示すように、素線２１を撚り
線にして角筒形のコンジット２２内に納め、その外側を
絶縁物２３で覆って強制冷却導体を構成し、コンジット
２２内に冷媒を流すようにしている。このような強制冷
却導体を縦、横にそれぞれ複数列に配設し巻装して超電
導コイル２４とし、その外周に絶縁物２５を施して対地
絶縁し、さらにこれをコイルケース２６に納めて断熱真
空容器２７内に支持物２８により支持する構造としたも
のである。

【０００５】従来、このような強制冷却導体を用いた超
電導コイルの保護装置としては、図６に示すような構成
のものがある。図６において、３１は１次側が交流電源
に接続された変圧器、３２はこの変圧器３１の２次側よ
り入力される交流電力を直流電力に変換する整流器で、
この整流器３２の出力端に直流しゃ断器３３を介して超
電導コイル３５ａ，３５ｂが直列に接続され、その直列
回路に並列に保護用抵抗３４が接続されている。また、
超電導コイル３５ａ，３５ｂに並列的に電圧検出器３６
ａ，３６ｂがそれぞれ設けられると共に、超電導コイル
３５ａ，３５ｂの接続点間に電流検出器３７の一端が接
続され、その他端が接地抵抗３８を介して接地点３９に
接続されている。

【０００６】一方、４０は電圧検出器３６ａ，３６ｂに
より検出された電圧検出信号が入力されるバランス検出
器で、このバランス検出器４０は超電導コイル３５ａ，
３５ｂに地絡が発生したことによる電圧変化を検出する
ものである。また、４１は電流検出器３７より地絡電流
検出信号が入力され、且つバランス検出器４０より電圧
変化検出信号が入力されると、直流しゃ断器３３をしゃ
断操作する保護操作器である。

【０００７】このような構成の超電導コイルの保護装置
において、交流電源から変圧器３１を介して入力される
交流電力を整流器３２により直流電力に変換し、これを
直流しゃ断器３３を介して超電導コイル３５ａ，３５ｂ
に供給している。いま、超電導コイル３５ａ，３５ｂが
仮に常電導状態にあるときに地絡事故が発生した場合に
は、これら超電導コイル３５ａ，３５ｂから地絡電流が
接地抵抗３８を通して接地点３９に流れ、この地絡電流
は電流検出器３７により検出される。また、このときバ
ランス検出器４０は電圧検出器３６ａ，３６ｂよりそれ
ぞれ入力される超電導コイル３５ａ，３５ｂの電圧検出
信号により超電導コイルから地絡電流が流れたことによ
る電圧変化を検出する。

【０００８】従って、保護操作器３１は電流検出器３７
より地絡電流検出信号が入力されると共に、バランス検
出器４０より電圧変化信号が入力されることで、直流し
ゃ断器３３を開放し、超電導コイル３５ａ，３５ｂを保
護することができる。

【０００９】しかし、超電導コイル３５ａ，３５ｂが超
電導状態にあるとき、地絡事故が起きても、地絡経路の
回路抵抗値より超電導コイル自体の抵抗値の方が小さい
ので、地絡電流は超電導コイルの方に流れ易く、主回路
に現れる電圧変化が非常に小さくなり、検出が難しい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の超電
導コイルの地絡保護装置では、超電導コイルが超電導状
態から常電動状態へ移行して異常な電圧を発生しなけれ
ば、地絡検出が困難であり、地絡を検出した時には既に
超電導コイルはクエンチを起こした後となる。

【００１１】従って、クエンチが発生すると、冷媒のヘ
リウムがガス化し、その急激な圧力上昇によって導体、
絶縁部、各種計器類等にダメージを与える。また、一度
クエンチを起こすと、再び冷却し、通電を行うために
は、膨大な時間と冷媒を使用することになる。このた
め、クエンチは極力未然に防ぐ必要がある。

【００１２】本発明は、超電導コイルが地絡事故を発生
した場合、クエンチが起きないように超電導状態におい
て確実に地絡を検出し、超電導コイルをクエンチに伴う
損傷から保護することができる超電導コイルの地絡保護
装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため次のような手段を講じたものである。 （１）絶縁物で覆われた複数の超電導導体を巻回してコ
イルケースに納め、これを断熱真空容器内に断熱支持物
を介して支持する構成とし、且つ供給電源により通電さ
れる超電導コイルの地絡保護装置において、前記超電導
導体と前記コイルケースとの間に電圧を印加する地絡検
出用電源と、この地絡検出用電源により印加された前記
超電導導体および前記コイルケース間の電圧に変化があ
るかどうかを監視する電圧検出手段と、この電圧検出手
段により電圧変化が検出されると前記超電導コイルへの
供給電源を制御する保護操作手段とを備える。 （２）上記（１）の構成において、超電導導体とコイル
ケースとの間に電圧を印加する地絡検出用電源の通電回
路に保護用抵抗器と逆流防止ダイオードを接続する。 （３）絶縁物で覆われた複数の超電導導体を巻回してコ
イルケースに納め、これを断熱真空容器内に複数の断熱
支持物を介して支持する構成とし、且つ供給電源により
通電される超電導コイルの地絡保護装置において、前記
超電導導体と前記コイルケースとの間に電圧を印加する
地絡検出用電源と、前記各断熱支持物と対地間にそれぞ
れ設けられた複数の電流検出手段と、これら何ずれかの
電流検出手段により電流が検出されると前記超電導コイ
ルへの供給電源を制御する保護操作手段とを備える。

【００１４】

【作用】上記（１）のような構成の超電導コイルの地絡
保護装置にあっては、超電導導体とコイルケース間が絶
縁されているが何らかの原因より超電導導体とコイルケ
ース間で地絡を発生して地絡検出用電源からの電流が超
電導導体を介してコイルケースに流れ、地絡検出用電源
の電圧が低下するので、この電圧変化を電圧検出手段に
より検出して超電導コイルへの供給電源を制御すること
により、超電導コイルを保護することが可能となる。

【００１５】また、上記（１）のような構成の超電導コ
イルの地絡保護装置にあっては、上記作用に加え、常電
導状態等での地絡事故でもダイオードにより超電導コイ
ル側からの逆電流の流れ込みを防止すると共に、保護用
抵抗器により地絡検出用電源より流れる電流を軽減する
ことができる。

【００１６】さらに、上記（３）のような構成の超電導
コイルの地絡保護装置にあっては、上記（１）の構成に
よる作用に加え、何ずれの電流検出器により地絡電流が
検出されたかにより、地絡した部位を確実に検知するこ
とができる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本発明による超電導コイルの地絡保護装置の
第１の実施例の回路構成を示すものである。図１におい
て、１は１次側が交流電源に接続された変圧器、２はこ
の変圧器１の２次側より入力される交流を直流に変換す
る整流器で、この整流器２の出力端に直流しゃ断器３を
介して超電導コイル５ａ，５ｂが直列に接続され、その
直列回路に並列に保護用抵抗４が接続されている。

【００１８】一方、６は超電導コイル５ａ，５ｂを支持
するコイル支持物で、このコイル支持物６と一方の超電
導コイル５ｂとの間に直流電圧を印加する地絡検出用直
流電源７を接続する。また、地絡検出用直流電源７と並
列に電圧検出器８を接続し、この電圧検出器８により検
出された電圧検出信号を直流しゃ断器３を開閉操作する
保護操作器９に入力する。この場合、電圧検出器８は超
電導導体とコイルケース間電圧を検出するものである。

【００１９】さらに、超電導コイル５ａ，５ｂの直列接
続点を接地抵抗１０を介して接地点１１に接続すると共
にコイル支持物６に接続する。このような構成の超電導
コイルの地絡保護装置において、超電導状態で超電導コ
イル５ａ，５ｂが通電されているとき何らかの理由によ
り超電導コイル５ａ，５ｂとコイル支持物６との間で地
絡事故が発生すると、超電導コイル自身の電圧、電流に
は殆ど変化は現れない。しかし、このとき地絡検出用直
流電源７からの電流が超電導コイル５ａ，５ｂからコイ
ルケースに流れ出し、地絡検出用直流電源７の電圧が低
下する。

【００２０】従って、この電圧変化を電圧検出器８によ
り検出し、その検出信号を保護操作器９に入力すること
により、直流しゃ断器３が開放されるので、超電導コイ
ル５ａ，５ｂを保護することができる。このことにより
超電導状態においても、超電導コイルの地絡検出が可能
となるので、クエンチによる超電導コイルへのダメージ
を軽減することができる。

【００２１】図２は本発明の第２の実施例の回路構成を
示すもので、図１と同一部品には同一符号を付してその
説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。第２
の実施例では、図２に示すようにコイル支持物６と一方
の超電導コイル５ｂとの間に直流電圧を印加する地絡検
出用直流電源７をそのプラス側に図示極性のダイオード
１２、マイナス側に保護用抵抗器１３をそれぞれ介して
接続するようにしたものである。この場合、ダイオード
１２は超電導コイル側からの逆電流の流れ込みを防止す
るためのものであり、また保護用抵抗器１３は地絡検出
用直流電源７を過電流から保護するものである。

【００２２】このような構成とすれば、第１の実施例と
同様の効果を得られると共に、常電導状態等での地絡事
故でも検出回路に流れる電流が軽減され、地絡検出用直
流電源を保護することができる。

【００２３】図３は本発明の第３の実施例の構成例を示
すもので、図２と同一部品には同一符号を付してその説
明を省略し、ここでは異なる点について述べる。第３の
実施例では、図３に示すように変圧器１を介して入力さ
れる交流電力を直流電力に変換する変換器として整流器
に代えてサイリスタ変換器１４を設けるようにしたもの
である。

【００２４】このような構成とすれば、第２の実施例と
同様の効果が得られる他に、直流直流しゃ断器３をしゃ
断しないで、サイリスタ変換器１４の出力電流を絞る制
御を行うことにより、コイル電流の低下のスピードをコ
ントロールし、プラズマ電圧を抑制しながらコイルを保
護する動作が可能となる。

【００２５】図４は本発明の第４の実施例における強制
冷却式超電導コイルとその保護回路の構成図を示すもの
である。第４の実施例では、図４に示すように複数個の
コイル支持物６により支持された超電導コイル５ｂにお
いて、その口出し導体１５に地絡検出用直流電源７のプ
ラス側を接続し、マイナス側を各コイル支持物６に対し
て複数の独立した電流検出器１６を介して接続する構成
としたもので、それ以外は図１の回路構成と同様であ
る。

【００２６】このような構成とすれば、第１の実施例と
同様の効果が得られるばかりでなく、地絡した部位を確
実に知ることができる。なお、前述した各実施例で説明
した地絡検出用直流電源を交流電源又は高周波電源とし
ても同様の効果を得ることができることは言うまでもな
い。また、前述した各実施例では強制冷却型超電導導体
について説明したが、それ以外の超電導導体方式につい
ても同様に適用実施できることは勿論である。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、超電
導コイルが地絡事故を発生した場合、クエンチが起きな
いように超電導状態において確実に地絡を検出し、超電
導コイルをクエンチに伴う損傷から保護することができ
る超電導コイルの地絡保護装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超電導コイルの地絡保護装置の第
１の実施例を示す回路構成図。

【図２】本発明の第２の実施例を示す回路構成図。

【図３】本発明の第３の実施例を示す回路構成図。

【図４】本発明の第４の実施例における強制冷却式超電
導コイルとその保護回路の構成図。

【図５】強制冷却式超電導コイルの構成を説明するため
の斜視図。

【図６】従来の超電導コイルの保護装置を示す回路構成
図。

【符号の説明】

１…変圧器、２…整流器、３…直流しゃ断器、４…保護
用抵抗器、５ａ，５ｂ…超電導コイル、６…コイル支持
物、７…地絡検出用直流電源、８…電圧検出器、９…保
護操作器、１０…接地抵抗、１１…接地点、１２…ダイ
オード、１３…保護用抵抗器、１４…サイリスタ変換
器、１５…口出し導体、１６…電流検出器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁物で覆われた複数の超電導導体を巻
   回してコイルケースに納め、これを断熱真空容器内に断
   熱支持物を介して支持する構成とし、且つ供給電源によ
   り通電される超電導コイルの地絡保護装置において、前
   記超電導導体と前記コイルケースとの間に電圧を印加す
   る地絡検出用電源と、この地絡検出用電源により印加さ
   れた前記超電導導体および前記コイルケース間の電圧に
   変化があるかどうかを監視する電圧検出手段と、この電
   圧検出手段により電圧変化が検出されると前記超電導コ
   イルへの供給電源を制御する保護操作手段とを備えたこ
   とを特徴とする超電導コイルの地絡保護装置。
2. 【請求項２】 超電導導体とコイルケースとの間に電圧
   を印加する地絡検出用電源の通電回路に保護用抵抗器と
   逆流防止ダイオードを接続したことを特徴とする請求項
   １に記載の超電導コイルの地絡保護装置。
3. 【請求項３】 絶縁物で覆われた複数の超電導導体を巻
   回してコイルケースに納め、これを断熱真空容器内に複
   数の断熱支持物を介して支持する構成とし、且つ供給電
   源により通電される超電導コイルの地絡保護装置におい
   て、前記超電導導体と前記コイルケースとの間に電圧を
   印加する地絡検出用電源と、前記各断熱支持物と対地間
   にそれぞれ設けられた複数の電流検出手段と、これら何
   ずれかの電流検出手段により電流が検出されると前記超
   電導コイルへの供給電源を制御する保護操作手段とを備
   えたことを特徴とする超電導コイルの地絡保護装置。