JP2006340418A

JP2006340418A - 超電導コイルの保護装置

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Publication number: JP2006340418A
Application number: JP2005158642A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Shimada; 一人島田; Mamoru Shimada; 守嶋田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP4468243B2

Abstract

【課題】大型の超電導コイルを用いた超電導コイル電源装置において、過大な電圧設計を避けることで合理的な設備を実現すること。
【解決手段】磁場発生器としての超電導コイル１１を分割した分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃを励起電源１２と直列に接続した直流主回路１００と、この直流主回路１００の電位を大地電位に固定する接地回路１０１とを備え、分割超電導コイル１１ａが形成するユニット回路１０６ａに、分割超電導コイル１１ａの保護時にその分割超電導コイル１１ａに蓄積されたエネルギを放出する保護抵抗１６ａと分割超電導コイル１１ａとで構成されるコイル保護回路１０７ａと、このコイル保護回路１０７ａに並列に接続され、分割超電導コイル１１ａの保護時に閉極する接地スイッチ１７ａとを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、励起電源に直列に接続された超電導コイルの保護技術に係り、特に、超電導コイルをクエンチによる損傷から保護する超電導コイルの保護装置に関する。

核融合実験装置、加速器、超電導電力貯蔵設備等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等によりその超電導性が失われるという異常現象であるクエンチ（常電導転移）が発生することがある。

超電導コイルにクエンチが発生すると、コイルの焼損といった不具合を発生する。よって一般に、超電導コイルがクエンチを起こした場合に、できるだけ早く超電導コイルのエネルギを放出し、超電導コイルに流れている電流を零にして、超電導コイルの焼損を回避して超電導コイルを保護する。このような超電導コイルの保護としては、超電導コイルを含む回路に、保護抵抗を直列に投入し、超電導コイルのエネルギを保護抵抗で消費することにより、超電導コイルの電流を零にする保護抵抗法というものがある。

保護抵抗法における超電導コイルの保護では、できるだけ早く超電導コイルのエネルギを放出するために、超電導コイルのインダクタンス（Ｌ）を保護抵抗値（Ｒ）で除した値からなる直流電流の減衰時定数τ（τ＝Ｌ／Ｒ）が必要な値以下になるように、保護抵抗値を選定する。保護抵抗を投入した時に発生する電圧は、超電導コイルに流れる電流と保護抵抗値の積で決まるが、超電導コイルのエネルギが比較的小さい場合、常時に超電導コイルの両端に印可される電源の運転電圧と比較して同じレベルの電圧又はそれ以下になる。よって、超電導コイルのエネルギが比較的小さい場合、直流主回路の電圧設計を合理的に実施することができる。

一方、近時、超電導コイルが大型化し、コイル電流も大きくなり数〜数十ｋＡに達し、超電導コイルに蓄積するエネルギも数十〜数百ＭＪと巨大なものになってきている。超電導コイルに蓄積するエネルギが大きいと、エネルギに比例して超電導コイルのインダクタンスが大きくなるため、大きな値の保護抵抗値を選定する必要がある。保護抵抗を投入した時に発生する電圧は、超電導コイルに流れる電流と保護抵抗値の積で決まるため、超電導コイルのエネルギや回路構成や電源の出力によっては、常時に印加される運転電圧の数倍〜数１０倍に達する。例えば、保護抵抗を投入したときの電圧Ｖｐｒｏと常時に超電導コイルに印加される電源の運転電圧Ｖｏｐの関係は、
［数１］
Ｖｐｒｏ＝Ｖｏｐ×（Ｅ／Ｐ）×（２／τ）
Ｅ：超電導コイルのエネルギ（ＭＪ）
Ｐ：超電導コイルを励消磁する電源の直流定格容量（ＭＶＡ）
τ：保護時の直流電流の減衰時定数（秒）
の式で表される。一般的な超電導コイルの減衰時定数τは数秒程度であり、τを２秒とすると、保護抵抗を投入した時に発生する電圧は、常時に印加される運転電圧のＥ／Ｐ倍の電圧となる。このような構成の場合、Ｅ≫Ｐの条件を仕様とする装置では、超電導コイルの保護時に発生する電圧を最大使用電圧として、超電導コイルや電源や周辺機器を設計することになり、過大な電圧設計となる。よって、超電導コイルのエネルギが比較的大きい場合、超電導コイルを複数に分割し、分割された個々の超電導コイルにエネルギを分散させる技術も考案されている。

図７は、従来の超電導コイルの保護装置を示す回路構成図である。

図７に示した従来の超電導コイルの保護装置には、超電導コイル１を６個に分割した超電導コイル１ａ乃至１ｆと、６個の直流しゃ断器３ａ乃至３ｆとが交互に、励起電源２に直列に接続されている。また、各直流しゃ断器３ａ乃至３ｆに保護抵抗４ａ乃至４ｆをそれぞれ並列に接続する。

超電導コイルの保護装置の超電導コイル１ａにクエンチが発生すると、各直流しゃ断器３ａ乃至３ｆの全てを一斉に動作させて回路をしゃ断する。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乃至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乃至３ｆの全てを一斉に作動させ回路をしゃ断することになり、各超電導コイル１ａ乃至１ｆに蓄積されたエネルギは、そのコイルに直列の保護抵抗４ａ乃至４ｆによりそれぞれ放出される（例えば、特許文献１参照。）。

図９に示した従来の超電導コイルの保護装置では、励起電源２の運転電圧や超電導コイルに蓄積するエネルギを、複数に分割された個々の超電導コイル１ａ乃至１ｆに分散させることができるので、コイル自体の両端に発生する電圧を抑制することができる。よって、保護時に発生する電圧を最大使用電圧として、超電導コイルや電源や周辺機器を設計するにあたり、保護抵抗を投入した時に発生する電圧を抑制することで、電圧設計が容易となる。
特開平９−９３８００号公報

しかしながら、従来の技術によると、超電導コイルの保護時に問題となるストレーＣ等に起因する異常電位上昇を抑制するため、個々の保護抵抗に接地回路を設ける必要があり、各保護抵抗に対する常時多点接地となり好ましくない。

また、分割した複数の超電導コイルを直列に接続する場合、コイル個々の両端に発生する電圧は抑制される一方、直流回路の対地電圧は、コイル個々に印可される電圧の和となるため、常時の運転電圧を超える大地電位が直流主回路に印可され、分割しない場合と同様の電圧設計が必要となる。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、超電導コイルの保護時に発生する電圧を制御することによって過大な電圧設計を避けることができ、合理的な設備を実現できる超電導コイルの保護装置を提供することを目的とする。

本発明に係る超電導コイルの保護装置は、上述した課題を解決するために、磁場発生器としての超電導コイルを分割した複数の分割超電導コイルを励起電源と直列に接続した直流主回路と、前記直流主回路の電位を大地電位に固定する接地回路とを備え、前記分割超電導コイルが形成するユニット回路に、前記分割超電導コイルの保護時にその分割超電導コイルに蓄積されたエネルギを放出する保護抵抗と前記分割超電導コイルとで構成されるコイル保護回路と、前記コイル保護回路に並列に接続され、前記分割超電導コイルの保護時に閉極する接地スイッチとを備えた。

また、本発明に係る超電導コイルの保護装置は、磁場発生器としての超電導コイルを分割した複数の分割超電導コイルを励起電源と直列に接続した直流主回路と、前記直流主回路の電位を大地電位に固定する接地回路とを備え、前記分割超電導コイルが形成するユニット回路に、前記分割超電導コイルの保護時にその分割超電導コイルに蓄積されたエネルギを放出する保護抵抗と前記分割超電導コイルとで構成されるコイル保護回路と、前記コイル保護回路の片端に接続され、前記分割超電導コイルの保護時に閉極する接地スイッチを有するユニット接地回路とを備えた。

本発明に係る超電導コイルの保護装置によると、超電導コイルの保護時に発生する電圧を制御することによって過大な電圧設計を避けることができ、合理的な設備を実現できる。

本発明に係る超電導コイルの保護装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る超電導コイルの保護装置の第１実施形態を示す回路構成図である。

図１は、強磁場発生器としての超電導コイルのエネルギを分散させるべく、超電導コイルを複数に分割させ、分割された超電導コイル（以下、「分割超電導コイル」という。）を励起電源と直列に接続した超電導コイル電源装置において、超電導性が失われるという異常現象であるクエンチ（常電導転移）が超電導コイルに発生した場合、超電導コイルを保護する超電導コイルの保護装置１０を示す。なお、超電導コイルにクエンチが発生する場合として、各分割超電導コイルどうしが十分に遠い距離にあり、特定の分割超電導コイルのみにクエンチが発生する場合や、各分割超電導コイルどうしが十分に近い距離にあり、超電導コイル全体にクエンチが発生する場合がある。

超電導コイルの保護装置１０は、超電導コイル１１を分割した複数の分割超電導コイル、例えば３つに分割された分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃと励起電源１２とが直列に接続された直流主回路１００と、その直流主回路１００の電位を大地電位に固定する接地回路１０１と、励起電源１２及び分割超電導コイル１１ａの切離しを行なう切離スイッチ１４とから構成されている。

また、超電導コイルの保護装置１０の分割超電導コイル１１ａはユニット回路１０６ａを形成し、そのユニット回路１０６ａには、分割超電導コイル１１ａとその分割超電導コイル１１ａの保護時に分割超電導コイル１１ａに蓄積されたエネルギを放出する保護抵抗１６ａとで構成されるコイル保護回路１０７ａと、このコイル保護回路１０７ａに並列に接続され、分割超電導コイル１１ａの保護時に閉極する接地スイッチ（しゃ断器）１７ａとが備えられる。

分割超電導コイル１１ａと保護抵抗１６ａとで構成されるコイル保護回路１０７ａは、分割超電導コイル１１ａとその分割超電導コイル１１ａに並列に接続する保護抵抗１６ａとからなる第１並列回路に、強磁場発生時に閉極して分割超電導コイル１１ａに直流電流を流す転流スイッチ２１ａを直列に接続すると共に、保護抵抗１６ａに、強磁場発生時に開極する投入スイッチ２２ａを直列に接続した構成とする。なお、ユニット回路１０６ｂ，１０６ｃの構成についてもユニット回路１０６ａと同様とし、また、コイル保護回路１０７ｂ，１０７ｃの構成についてもコイル保護回路１０７ａと同様とし、符号ａを符号ｂ又はｃにそれぞれ置換した構成とする。また、超電導コイル１１の分割数は３個に限定されるものではない。

励起電源１２は、交流電源（図示しない）に接続された変換器用変圧器２６と、この変換器用変圧器２６の交流電力を整流した直流電流を超電導コイル１１に供給するサイリスタ変換器２７とが設けられる。

続けて、超電導コイルの保護装置１０の動作について説明する。

図１に示した超電導コイルの保護装置１０では、超電導コイル１１の強磁場発生時、切離スイッチ１４及び転流スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは全て閉極され、接地スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ及び投入スイッチ２２ａ，２２ｂ，２２ｃは全て開極されている。交流電源に接続された変換器用変圧器２６の交流電力をサイリスタ変換器２７で整流した直流電流は、励起電源１２からユニット回路１０６ａの転流スイッチ２１ａ、分割超電導コイル１１ａ、ユニット回路１０６ｂの転流スイッチ２１ｂ、分割超電導コイル１１ｂ、ユニット回路１０６ｃの転流スイッチ２１ｃ、分割超電導コイル１１ｃ及び切離スイッチ１４を順に介して再び励起電源１２に戻り、直流主回路１００による閉回路（ループ）が構成される。ユニット回路１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃの両端には、超電導コイル１１を励消磁する時に印加される励起電源１２の運転電圧を、超電導コイル１１の分割数で除した電圧（ここでは１／３）がそれぞれ印加される。

一方、クエンチ検出器（図示しない）等で超電導コイル１１又は特定の分割超電導コイル、例えば超電導コイル１１ａの異常を検出した場合や、装置全体の運転を急速に停止する必要がある場合、励起電源１２が短絡モードに切り替えられる。この短絡モードでは励消磁を停止すると共に、投入スイッチ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを全て閉極して保護抵抗１６ａ，１６ｂ，１６ｃを介して分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃが全て短絡される。そして、接地スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを全て閉極してユニット回路１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃの電位が大地電位に固定される。その後、切離スイッチ１４を開極し、超電導コイル１１と励起電源１２とを切離すと共に、転流スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを全て開極して、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃを流れている電流が保護抵抗１６ａ，１６ｂ，１６ｃにそれぞれ転流される。

分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃから保護抵抗１６ａ，１６ｂ，１６ｃにそれぞれ転流した電流は、投入スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを介し、再び分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃに戻り、閉回路がそれぞれ構成される。その結果、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃに蓄積されたエネルギは保護抵抗１６ａ，１６ｂ，１６ｃでそれぞれ放出され、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃに流れていた電流は、超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃと保護抵抗１６ａ，１６ｂ，１６ｃとからなる減衰時定数でそれぞれ減少する。

なお、接地スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを閉極すると、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃは接地スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃでそれぞれ短絡された状態となるため、比較的容易に励起電源１２と超電導コイル１１とを切離すことができる。このため、切離スイッチ１４の替わりに、励起電源１２のゲートをブロックすることで、励起電源１２と超電導コイル１１との切離しを行なうことも可能であり、その場合、切離スイッチ１４を省略することもできる。

また、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの電位を大地電位に固定する接地スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃと並列に、設定した電圧以上の電圧が印可された場合に分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃを短絡する短絡スイッチ、例えばアレスタをそれぞれ設けることで過電圧保護回路を形成させてもよい。この場合、接地スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃが動作しない場合に、過電圧保護回路が動作することにより、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの電位が大地電位に固定され、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃを保護することが可能となる。

図１に示した超電導コイルの保護装置１０によると、超電導コイル１１を分割し、保護時に全ての分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの電位を大地電位に固定するため、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの保護時に発生する電圧を制御することが可能となる。よって、大型の超電導コイルにおいて、直流主回路１００の最大使用電圧を任意の値以下に設定できるので過大な電圧設計を避けることができ、合理的な設備を実現できる。

図２は、本発明に係る超電導コイルの保護装置の第２実施形態を示す回路構成図である。

図２は、本発明に係る超電導コイルの保護装置１０Ａを示し、この超電導コイルの保護装置１０Ａに備えられ、分割超電導コイル１１ａと保護抵抗１６ａとで構成されるコイル保護回路１０７ａは、分割超電導コイル１１ａに、保護抵抗１６ａと転流スイッチ２１ａとからなる第２並列回路を直列に接続した構成とする。なお、ユニット回路１０６ｂ，１０６ｃの構成についてもユニット回路１０６ａと同様とし、また、コイル保護回路１０７ｂ，１０７ｃの構成についてもコイル保護回路１０７ａと同様とし、符号ａを符号ｂ又はｃにそれぞれ置換した構成とする。さらに、超電導コイルの保護装置１０Ａにおいて、図１に示した超電導コイルの保護装置１０と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

続けて、超電導コイルの保護装置１０Ａの動作について説明する。

図２に示した超電導コイルの保護装置１０Ａでは、クエンチ検出器（図示しない）等で超電導コイル１１又は特定の分割超電導コイル１１ａの異常を検出した場合や、装置全体の運転を急速に停止する必要がある場合、励起電源１２の励消磁を停止すると共に、接地スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを全て閉極し、ユニット回路１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃの電位が大地電位に固定される。その後、切離スイッチ１４を開極し、超電導コイル１１と励起電源１２とを切離すと共に、転流スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを全て開極して、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃに流れている電流が接地スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを介して保護抵抗１６ａ，１６ｂ，１６ｃにそれぞれ転流される。

分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃから保護抵抗１６ａ，１６ｂ，１６ｃにそれぞれ転流した電流は、再び分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃに戻り、閉回路がそれぞれ構成される。その結果、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃに蓄積されたエネルギは保護抵抗１６ａ，１６ｂ，１６ｃでそれぞれ放出され、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃに流れていた電流は、超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃと保護抵抗１６ａ，１６ｂ，１６ｃとからなる減衰時定数でそれぞれ減少する。

また、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの電位を大地電位に固定する接地スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃと並列に、設定した電圧以上の電圧が印可された場合に分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃを短絡する短絡スイッチ、例えばアレスタをそれぞれ設けることで過電圧保護回路を形成させてもよい。この場合、接地スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃが動作しない場合に、過電圧保護回路が動作することにより、超電導コイルの電位が大地に固定され、超電導コイルを保護することが可能となる。

図２に示した超電導コイルの保護装置１０Ａによると、超電導コイル１１を分割し、保護時に全ての分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの電位を大地電位に固定するため、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの保護時に発生する電圧を制御することが可能となる。よって、大型の超電導コイルにおいて、直流主回路１００の最大使用電圧を任意の値以下に設定することができるので過大な電圧設計を避けることができ、合理的な設備を実現できる。

図３は、本発明に係る超電導コイルの保護装置の第３実施形態を示す回路構成図である。

図３は、本発明に係る超電導コイルの保護装置１０Ｂを示す。超電導コイルの保護装置１０の分割超電導コイル１１ａはユニット回路１０６ａを形成し、そのユニット回路１０６ａには、分割超電導コイル１１ａとその分割超電導コイル１１ａの保護時に分割超電導コイル１１ａに蓄積されたエネルギを放出する保護抵抗１６ａとで構成されるコイル保護回路１０７ａと、このコイル保護回路１０７ａの片端に接続され、分割超電導コイル１１ａの保護時に閉極する接地スイッチ１７ａを有するユニット接地回路１０９ａとが備えられる。なお、ユニット回路１０６ｂ，１０６ｃの構成についてもユニット回路１０６ａと同様とし、また、コイル保護回路１０７ｂ，１０７ｃの構成についてもコイル保護回路１０７ａと同様とし、符号ａを符号ｂ又はｃにそれぞれ置換した構成とする。さらに、超電導コイルの保護装置１０Ｂにおいて、図１に示した超電導コイルの保護装置１０と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

続けて、超電導コイルの保護装置１０Ｂの動作について説明する。

図３に示した超電導コイルの保護装置１０Ｂでは、クエンチ検出器（図示しない）等で超電導コイル１１又は特定の分割超電導コイル１１ａの異常を検出した場合や、装置全体の運転を急速に停止する必要がある場合、励起電源１２を短絡モードに切り替えて励消磁を停止すると共に、投入スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを全て閉極して保護抵抗１６ａ，１６ｂ，１６ｃを介して分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃが全て短絡される。そして、接地スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを全て閉極してユニット回路１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃの電位がユニット接地回路１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃを介してそれぞれ大地電位に固定される。その後、切離スイッチ１４を開極し、励起電源１２と超電導コイル１１とを切離すと共に、転流スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを全て開極して、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃにそれぞれ流れている電流が保護抵抗１６ａ，１６ｂ，１６ｃにそれぞれ転流される。

分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃから保護抵抗１６ａ，１６ｂ，１６ｃにそれぞれ転流した電流は、投入スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを介し、再び分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃに戻り、閉回路がそれぞれ構成される。その結果、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃに蓄積されたエネルギを保護抵抗１６ａ，１６ｂ，１６ｃにそれぞれ放出でき、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃにそれぞれ流れていた電流は、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃと保護抵抗１６ａ，１６，１６ｃからなる減衰時定数で減少することで、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの保護を実現する。

図３に示した超電導コイルの保護装置１０Ｂによると、超電導コイル１１を分割し、保護時に全ての分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの電位を大地電位に固定するため、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの保護時に発生する電圧を制御することが可能となる。よって、大型の超電導コイルにおいて、直流主回路１００の最大使用電圧を任意の値以下に設定することができるので過大な電圧設計を避けることができ、合理的な設備を実現できる。

図４は、本発明に係る超電導コイルの保護装置の第４実施形態を示す回路構成図である。

図４は、本発明に係る超電導コイルの保護装置１０Ｃを示し、この超電導コイルの保護装置１０Ｃに備えられ、分割超電導コイル１１ａと保護抵抗１６ａとから構成されるコイル保護回路１０７ａは、保護時に開極して分割超電導コイル１１の両端を直流主回路１０１から断路する断路スイッチ３６ａ，３７ａを具備する。なお、ユニット回路１０６ｂ，１０６ｃの構成についてもユニット回路１０６ａと同様とし、また、コイル保護回路１０７ｂ，１０７ｃの構成についてもコイル保護回路１０７ａと同様とし、符号ａを符号ｂ又はｃにそれぞれ置換した構成とする。さらに、超電導コイルの保護装置１０Ｃにおいて、図２に示した超電導コイルの保護装置１０Ａと同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

続けて、超電導コイルの保護装置１０Ｃの動作について、図５，６を用いて説明する。図５，６の装置構成は、図４の装置構成と同じものとする。

まず、図５に示した超電導コイルの保護装置１０Ｃのように、超電導コイル１１の強磁場発生時、切離スイッチ１４と、転流スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、断路スイッチ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３７ａ，３７ｂ，３７ｃとは全て閉極され、接地スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃは全て開極される。交流電源に接続された変換器用変圧器２６の交流電力をサイリスタ変換器２７で整流した直流電流は、励起電源１２からユニット回路１０６ａの断路スイッチ３６ａ、転流スイッチ２１ａ、分割超電導コイル１１ａ、断路スイッチ３７ａ、ユニット回路１０６ｂの断路スイッチ３６ｂ、転流スイッチ２１ｂ、分割超電導コイル１１ｂ、断路スイッチ３７ｂ、ユニット回路１０６ｃの断路スイッチ３６ｃ、転流スイッチ２１ｃ、分割超電導コイル１１ｃ、断路スイッチ３７ｃ及び切離スイッチ１４を順に介して再び励起電源１２に戻り、直流主回路１００による閉回路（図中太線）が構成される。

次いで、メンテナンス等で特定のユニット回路、例えばユニット回路１０６ａを切離し、かつ、その他のユニット回路１０６ｂ，１０６ｃでは運転を継続する場合、図６に示した超電導コイルの保護装置１０Ｃのように、分割超電導コイル１１ａの両極に設けられた断路スイッチ３６ａ，３６ｂを共に開極する。交流電源に接続された変換器用変圧器２６の交流電力をサイリスタ変換器２７で整流した直流電流は、励起電源１２からユニット回路１０６ａの接地スイッチ１７ａ、ユニット回路１０６ｂの転流スイッチ２１ｂ、分割超電導コイル１１ｂ、ユニット回路１０６ｃの転流スイッチ２１ｃ、分割超電導コイル１１ｃ及び切離スイッチ１４を順に介して再び励起電源１２に戻り、直流主回路１００による閉回路（図中太線）が構成される。

図４に示した超電導コイルの保護装置１０Ｃによると、超電導コイル１１を分割し、保護時に全ての分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの電位を大地電位に固定するため、分割超電導コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの保護時に発生する電圧を制御することが可能となる。よって、大型の超電導コイルにおいて、直流主回路１００の最大使用電圧を任意の値以下に設定することができるので過大な電圧設計を避けることができ、合理的な設備を実現できる。

また、超電導コイルの保護装置１０Ｃによると、直流主回路１００から特定のユニット回路１０６ａを簡易に断路すると共に、その他のユニット回路１０６ｂ，１０６ｃにおける分割超電導コイル１１ｂ，１１ｃの運転を継続できるので、冗長性を持つ運用が可能となる。

本発明に係る超電導コイルの保護装置の第１実施形態を示す回路構成図。本発明に係る超電導コイルの保護装置の第２実施形態を示す回路構成図。本発明に係る超電導コイルの保護装置の第３実施形態を示す回路構成図。本発明に係る超電導コイルの保護装置の第４実施形態を示す回路構成図。本発明に係る超電導コイルの保護装置の第４実施形態における一動作を示す図。本発明に係る超電導コイルの保護装置の第４実施形態における一動作を示す図。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

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ超電導コイルの保護装置
１１超電導コイル
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ分割超電導コイル
１２励起電源
１４切離スイッチ
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ保護抵抗
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ接地スイッチ
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ転流スイッチ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ投入スイッチ
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３７ａ，３７ｂ，３７ｃ断路スイッチ
１００直流主回路
１０１接地回路
１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃユニット回路
１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃコイル保護回路
１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃユニット接地回路

Claims

磁場発生器としての超電導コイルを分割した複数の分割超電導コイルを励起電源と直列に接続した直流主回路と、
前記直流主回路の電位を大地電位に固定する接地回路とを備え、前記分割超電導コイルが形成するユニット回路に、
前記分割超電導コイルの保護時にその分割超電導コイルに蓄積されたエネルギを放出する保護抵抗と前記分割超電導コイルとで構成されるコイル保護回路と、
前記コイル保護回路に並列に接続され、前記分割超電導コイルの保護時に閉極する接地スイッチとを備えたことを特徴とする超電導コイルの保護装置。
前記直流主回路に、前記励起電源と前記超電導コイルとを切離す切離スイッチを備えたことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイルの保護装置。
前記接地スイッチと並列に、所定の電圧以上の電圧が印可された場合に前記分割超電導コイルを短絡する短絡スイッチを設けたことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイルの保護装置。
前記短絡スイッチとしてアレスタを設けたことを特徴とする請求項３に記載の超電導コイルの保護装置。
前記コイル保護回路は、前記分割超電導コイルとその分割超電導コイルに並列に接続する保護抵抗とからなる第１並列回路に、磁場発生時に閉極して前記分割超電導コイルに直流電流を流す転流スイッチを直列に接続すると共に、前記保護抵抗に、磁場発生時に開極する投入スイッチを直列に接続した構成とし、前記超電導コイルの保護時、前記励起電源の励消磁を停止すると共に、前記投入スイッチを閉極して前記分割超電導コイルを短絡し、前記接地スイッチを閉極して前記ユニット回路の電位を大地電位に固定し、前記分割超電導コイルと前記励起電源とを切離すと共に前記転流スイッチを開極して、前記分割超電導コイルを流れている電流を前記保護抵抗に転流させることを特徴とする請求項１に記載の超電導コイルの保護装置。
前記コイル保護回路は、前記分割超電導コイルに、前記分割超電導コイルに直流電流を流す転流スイッチと前記保護抵抗とからなる第２並列回路を直列に接続した構成とし、前記超電導コイルの保護時、前記励起電源の励消磁を停止すると共に、前記接地スイッチを閉極し、前記ユニット回路の電位を大地電位に固定し、前記分割超電導コイルと前記励起電源とを切離すと共に前記転流スイッチを開極して、前記分割超電導コイルに流れている電流を前記保護抵抗に転流させることを特徴とする請求項１に記載の超電導コイルの保護装置。
前記コイル保護回路は、保護時に開極して前記分割超電導コイルの両端を前記直流主回路から断路する断路スイッチを具備し、前記断路スイッチを開極して前記直流主回路から前記分割超電導コイル断路することを特徴とする請求項１に記載の超電導コイルの保護装置。
磁場発生器としての超電導コイルを分割した複数の分割超電導コイルを励起電源と直列に接続した直流主回路と、
前記直流主回路の電位を大地電位に固定する接地回路とを備え、前記分割超電導コイルが形成するユニット回路に、
前記分割超電導コイルの保護時にその分割超電導コイルに蓄積されたエネルギを放出する保護抵抗と前記分割超電導コイルとで構成されるコイル保護回路と、
前記コイル保護回路の片端に接続され、前記分割超電導コイルの保護時に閉極する接地スイッチを有するユニット接地回路とを備えたことを特徴とする超電導コイルの保護装置。
前記コイル保護回路は、前記分割超電導コイルとその分割超電導コイルに並列に接続する保護抵抗とからなる第１並列回路に、磁場発生時に閉極して前記分割超電導コイルに直流電流を流す転流スイッチを直列に接続すると共に、前記保護抵抗に、磁場発生時に開極する投入スイッチを直列に接続した構成とし、前記超電導コイルの保護時、前記励起電源の励消磁を停止すると共に、前記投入スイッチを閉極して前記分割超電導コイルを短絡し、前記接地スイッチを閉極して前記ユニット回路の電位を大地電位に固定し、前記分割超電導コイルと前記励起電源とを切離すと共に前記転流スイッチを開極して、前記分割超電導コイルを流れている電流を前記保護抵抗に転流させることを特徴とする請求項８に記載の超電導コイルの保護装置。