JPH0993800A - 超電導コイル電源装置 - Google Patents

超電導コイル電源装置

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JPH0993800A
JPH0993800A JP7242963A JP24296395A JPH0993800A JP H0993800 A JPH0993800 A JP H0993800A JP 7242963 A JP7242963 A JP 7242963A JP 24296395 A JP24296395 A JP 24296395A JP H0993800 A JPH0993800 A JP H0993800A
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JP
Japan
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superconducting coil
power supply
superconducting
supply device
coils
Prior art date
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Pending
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JP7242963A
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English (en)
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Hiromasa Ninomiya
博正 二宮
Yoshikazu Takahashi
良和 高橋
Toshiya Kai
俊也 甲斐
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Toshiba Corp
Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Toshiba Corp
Japan Atomic Energy Research Institute
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Japan Atomic Energy Research Institute filed Critical Toshiba Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】クエンチ保護動作時のしゃ断電圧を小さくし、
超電導コイルの絶縁耐圧を低く抑えることを可能にする
ことにある。 【構成】励磁電源2に直列に複数個の超電導コイル1a
〜1fを接続した超電導コイル電源装置において、クエ
ンチ時に回路をしゃ断する直流しゃ断器3a〜3fを超
電導コイル1a〜1fと交互に直列接続すると共に、コ
イルの蓄積エネルギを消費する保護抵抗4a〜4fを直
流しゃ断器3a〜3fと並列に接続し、クエンチ時には
全ての直流しゃ断器を一斉に動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば核融合実験装置
のトロイダル磁場コイル電源のように負荷となる複数個
の超電導コイルが励磁電源に直列に接続された電源装置
において、超電導コイルをクエンチによる損傷から保護
するクエンチ保護システムを採用した超電導コイル電源
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、核融合実験装置、加速器、超電導
電力貯蔵設備などの様々な分野で超電導コイルが適用さ
れている。超電導コイルは、通常その電気抵抗は零であ
るが、磁場や温度の急変などによりその超電導性が失わ
れるという異常現象(以下これを「クエンチ」と称す
る)が発生することがある。
【0003】超電導コイルにクエンチが発生すると、液
体ヘリウムの異常発生による圧力上昇に起因するコイル
破損やコイルに蓄えられたエネルギがクエンチを起こし
たコイルで消費されることでコイルの焼損といった不具
合を発生することから、クエンチ発生時には速やかにコ
イルを消磁するための保護装置が必要である。
【0004】図6はこの種の保護装置を備えた一般的な
超電導コイル電源装置の構成例を示したものである。図
6において、1は負荷となる超電導コイル、2は超電導
コイル1を励磁する励磁電源(図ではサイリスタ変換器
を例として示してある)、3はこの励磁電源2の出力側
に励磁電源2と直列に接続された直流しゃ断器、4は超
電導コイル1と並列に接続され、クエンチが発生すると
超電導コイル1に蓄えられているエネルギを吸収するた
めの保護抵抗である。
【0005】このような保護装置を備えた超電導コイル
電源装置において、超電導コイル1にクエンチが発生し
た場合、直流しゃ断器3をしゃ断することにより超電導
コイル1と保護抵抗4との間に閉ループ回路が形成さ
れ、超電導コイル1に蓄えられたエネルギが保護抵抗4
により吸収されるので、急速に超電導コイル1を消磁す
ることができる。
【0006】更に、例えば核融合実験装置のトロイダル
磁場コイル電源の場合、一つの励磁電源に対して複数個
の超電導コイルが直列に接続されることが考えられる。
このような場合の従来の電源装置の構成例を図7に示
す。
【0007】図7において、1a〜1fはトロイダル状
に設置される複数個の超電導コイルを示しており、図の
例では6個のコイルで構成されているが、実際にはより
多数のコイルで構成されることが多い。このような構成
の電源装置の場合、超電導コイル1a〜1fのうち何ず
れかのコイルがクエンチした場合、直流しゃ断器3をし
ゃ断し、全てのエネルギを一括して保護抵抗4で吸収さ
せる運転が行われていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述したように励磁電
源に複数個の超電導コイルを直列接続した従来の超電導
コイル電源装置においては、1台の保護抵抗で全てのコ
イルのエネルギを吸収させているため、コイルに印加さ
れるしゃ断電圧がかなり大きくなってしまう。
【0009】特に近年の核融合実験装置のように大型化
が進むにつれて超電導コイルも大型化し、コイルの通電
電流やインダクタンスなども大きくなり、しゃ断電圧が
大きくなるという問題が顕著に現れる。
【0010】つまり、全てのコイルのインダクタンスを
L、保護抵抗値をRとした場合、クエンチ時の電流減衰
をコイル保護のため、ある程度短い時間(例えば数秒〜
十数秒程度)に行う必要があるため、L/Rで与えられ
る減衰の時定数が小さくなるようRを大きな値にするこ
とになる。
【0011】従って、コイル通電電流I×Rで与えられ
るしゃ断電圧は大きくなり、現状の超電導コイルの許容
する絶縁耐電圧を大幅に越えてしまうといった問題が発
生する。
【0012】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたもので、クエンチ保護動作時のしゃ断電圧を小さく
し、超電導コイルの絶縁耐圧を低く抑えることが可能な
超電導コイル電源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、次のような手段により超電導コイル電源装
置を構成するものである。請求項1に対応する発明は、
励磁電源に直列に複数個の超電導コイルを接続した超電
導コイル電源装置において、クエンチ時に回路をしゃ断
する直流しゃ断器を超電導コイルと交互に直列接続する
と共に、コイルの蓄積エネルギを消費する保護抵抗を前
記直流しゃ断器と並列に接続し、クエンチ時には全ての
直流しゃ断器を一斉に動作させる。
【0014】請求項2に対応する発明は、励磁電源に直
列に複数個の超電導コイルを接続した超電導コイル電源
装置において、2個もしくはそれ以上の超電導コイルに
対し、各々1台の直流しゃ断器を直列接続すると共に、
コイルの蓄積エネルギを消費する保護抵抗を前記直流し
ゃ断器と並列に接続し、クエンチ時には全ての直流しゃ
断器を一斉に動作させる。
【0015】請求項3に対応する発明は、上記請求項1
又は請求項2に対応する発明の各超電導コイルの中点ま
たは各保護抵抗の中点を直接接地する。請求項4に対応
する発明は、上記請求項1又は請求項2に対応する発明
の各超電導コイルの中点または各保護抵抗の中点を抵抗
接地する。
【0016】
【作用】上記請求項1に対応する発明の超電導コイル電
源装置にあっては、一つの保護抵抗の抵抗値は一つの超
電導コイルに対応したものでよいので、コイルに印加さ
れるしゃ断電圧も小さく抑えることが可能となる。
【0017】上記請求項2に対応する発明の超電導コイ
ル電源装置にあっては、複数個の保護抵抗の抵抗値は一
つの超電導コイルに対応したものでよいので、コイルに
印加されるしゃ断電圧も小さく抑えることが可能とな
り、しかも電流リードや電源との接続バスラインの数を
減らし、冷媒液化機の容量も小さくできるので、経済的
に有利なシステムとなし得る。
【0018】請求項3に対応する発明の超電導コイル電
源装置にあっては、各超電導コイルの中点または各保護
抵抗の中点を直接接地することでクエンチ保護動作時の
回路の対地電圧を半分にすることができる。
【0019】請求項4に対応する発明の超電導コイル電
源装置にあっては、各超電導コイルの中点または各保護
抵抗の中点を抵抗接地することで、複数台のしゃ断器の
うち1台にしゃ断失敗を生じた場合に流れる大きな接地
電流を抑制することが可能となり、コイル間の電流アン
バランスを改善することができる。
【0020】
【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電源装置の第1の
実施例を示す回路構成図で、図7と同一部品には同一符
号を付して示す。
【0021】第1の実施例では、図1に示すように励磁
電源2に直列接続された複数個の超電導コイル1a〜1
fと複数個の直流しゃ断器3a〜3fとを交互に直列接
続すると共に、各直流しゃ断器3a〜3fに保護抵抗4
a〜4fをそれぞれ並列接続する構成とするものであ
る。
【0022】かかる回路構成の超電導コイル電源装置に
おいて、例えば超電導コイル1aにクエンチが発生する
と、各直流しゃ断器3a〜3fの全てを一斉に動作さ
せ、回路をしゃ断する。この場合、直流しゃ断器3aの
みをしゃ断すると超電導コイル1a〜1fの全てのエネ
ルギが保護抵抗4aに流入するが、各直流しゃ断器3a
〜3fの全てを一斉に動作させ、回路をしゃ断すること
になり、各超電導コイル1a〜1fのエネルギはそのコ
イルに直列の保護抵抗4a〜4fによりそれぞれ吸収さ
れる。
【0023】このように第1の実施例によれば、保護抵
抗4a〜4fはそれぞれ対応する超電導コイル一つ当り
の蓄積エネルギのみを考えて製作することができる。従
って、図7の場合、例えば超電導コイル1aの対地絶縁
はしゃ断電圧であるV=IRの電圧で考える必要がある
が、図1に示す実施例の場合にはクエンチ保護動作時の
回路各部の電位は図2に示すものとなり、一つの保護抵
抗の抵抗値R´は例えば図7の場合の1/6程度でよい
ため、V´=IR´で与えられる回路の最高電圧と最低
電圧の電位差は例えば図7の1/6程度に抑えることが
できる。
【0024】このことにより、コイルの対地絶縁も小さ
くすることができ、経済的なコイルの製作が可能とな
る。また、一つの保護抵抗自身の抵抗値が小さくなるの
で、抵抗器の設計、製作が容易になるという利点もあ
る。
【0025】図3は本発明による超電導コイル電源装置
の第2の実施例を示す回路構成図で、図7と同一部品に
は同一符号を付して示す。第2の実施例では、図3に示
すように例えば2個の超電導コイル1a,1bに対して
1台の直流しゃ断器3a´を直列に接続すると共に、こ
の直流しゃ断器3a´に保護抵抗4a´を並列に接続す
るという具合に2個の超電導コイルに対して1台の直流
しゃ断器とこれに並列接続された保護抵抗を直列に接続
するようにしたものである。
【0026】このような第2の実施例による回路構成と
しても、コイルと保護抵抗の設計基準の許す範囲で直流
しゃ断器と保護抵抗の負担するコイルの個数を増やして
いっても、上記第1の実施例と同様の効果を得ることが
できる。
【0027】実際に電源装置を製作する場合には、上述
したようにある程度の数のコイルをまとめて最適設計す
ることにより、電流リードや電源との接続バスラインの
数も減らすことができ、またヘリウム液化機の容量も小
さくすることができるので、より経済的なシステムとす
ることができる。
【0028】図4は本発明による超電導コイル電源装置
の第3の実施例を示す回路構成図で、図7と同一部品に
は同一符号を付して示す。第3の実施例では、図4に示
すように励磁電源2に直列接続された複数個の超電導コ
イル1a〜1fと複数個の直流しゃ断器3a〜3fとを
交互に直列接続すると共に、各直流しゃ断器3a〜3f
に保護抵抗4a〜4fをそれぞれ並列接続する構成と
し、且つ各保護抵抗4a〜4fの中点を直接接地したも
のである。
【0029】このような構成とすれば、片端接地した場
合に比べてクエンチ保護動作時の回路の対地電圧を半分
にすることができ、コイルの絶縁設計の面からなお一層
の効果を得ることができる。
【0030】なお、技術的に可能であれば、各超電導コ
イルの中点から接地ラインを引き出してきても同様の効
果を得ることができる。図5は本発明による超電導コイ
ル電源装置の第4の実施例を示す回路構成図で、図4に
示す回路において、各接地を直接接地ではなく接地抵抗
5a〜5fを介して抵抗接地するようにしたものであ
る。
【0031】直接接地方式では、回路に地絡が発生した
場合や複数台のしゃ断器のうちの1台にしゃ断規模が生
じた場合に接地電流が大きくなり、、コイル間の電流ア
ンバランスを生じ易くなるといった問題があるが、第4
の実施例のように抵抗接地方式とすることにより、直接
接地方式による問題を改善することができる。
【0032】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、クエ
ンチ保護動作時のしゃ断電圧を小さくし、超電導コイル
の絶縁耐圧を低く抑えることができる超電導コイル電源
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電源装置の第1の実
施例を示す回路構成図。
【図2】図1の回路構成におけるクエンチ保護動作時の
回路各部の電位を示す図。
【図3】本発明の第2の実施例を示す回路構成図。
【図4】本発明の第3の実施例を示す回路構成図。
【図5】本発明の第4の実施例を示す回路構成図。
【図6】従来の一般的な超電導コイル電源装置を示す回
路構成図。
【図7】励磁電源に複数個の超伝導コイルが直列接続さ
れる従来の超電導コイル電源装置を示す回路構成図。
【符号の説明】
1a〜1f……超電導コイル、2……励磁電源、3a〜
3f,3a´,3c´,3e´……直流しゃ断器、4a
〜4f,4a´,4c´,4e´……保護抵抗、5a〜
5f……接地抵抗。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02J 15/00 ZAA H02M 9/00 A H02M 9/00 H05H 7/04 H05H 7/04 H01F 5/08 ZAAC (72)発明者 甲斐 俊也 東京都港区芝浦一丁目1番1号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 励磁電源に直列に複数個の超電導コイル
    を接続した超電導コイル電源装置において、クエンチ時
    に回路をしゃ断する直流しゃ断器を超電導コイルと交互
    に直列接続すると共に、コイルの蓄積エネルギを消費す
    る保護抵抗を前記直流しゃ断器と並列に接続し、クエン
    チ時には全ての直流しゃ断器を一斉に動作させることを
    特徴とする超電導コイル電源装置。
  2. 【請求項2】 励磁電源に直列に複数個の超電導コイル
    を接続した超電導コイル電源装置において、2個もしく
    はそれ以上の超電導コイルに対し、各々1台の直流しゃ
    断器を直列接続すると共に、コイルの蓄積エネルギを消
    費する保護抵抗を前記直流しゃ断器と並列に接続し、ク
    エンチ時には全ての直流しゃ断器を一斉に動作させるこ
    とを特徴とする超電導コイル電源装置。
  3. 【請求項3】 各超電導コイルの中点または各保護抵抗
    の中点を直接接地したことを特徴とする請求項1又は請
    求項2記載の超電導コイル電源装置。
  4. 【請求項4】 各超電導コイルの中点または各保護抵抗
    の中点を抵抗接地したことを特徴とする請求項1又は請
    求項2記載の超電導コイル電源装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009504120A (ja) * 2005-07-29 2009-01-29 アメリカン スーパーコンダクター コーポレイション Hts電力ケーブルの故障管理
CN102136336A (zh) * 2010-12-29 2011-07-27 中国船舶重工集团公司第七一○研究所 一种通过分流补偿磁场线圈非均匀性的方法
JP6727470B1 (ja) * 2019-06-06 2020-07-22 三菱電機株式会社 超伝導コイルの保護装置
JP2021126154A (ja) * 2020-02-10 2021-09-02 株式会社日立製作所 粒子線治療装置、医療用超電導装置、および、超電導磁石装置

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