JP2013234906A

JP2013234906A - 加圧器ヒーター制御装置

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Publication number: JP2013234906A
Application number: JP2012107237A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kawasaki; 義雄川崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2013-11-21
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: JP5787825B2

Abstract

【課題】ヒーター回路を制御する半導体スイッチ回路を並列接続することにより、半導体スイッチを制御する制御回路を共用化し、制御可能な電力を大きくする。
【解決手段】交流電源に接続される第１入力受電端子３ａと負荷に対して電力を供給する分電盤５に接続される第１出力端子４ａとを有する第１の制御装置２ａと、第１の制御装置２ａと並列接続され、上記交流電源に接続される第２入力受電端子３ｂと分電盤５に接続される第２出力端子４ｂとを有する第２の制御装置２ｂを備えた。第１の制御装置２ａの半導体スイッチ回路Ｌ１、Ｌ２と、第２の制御装置２ｂの半導体スイッチ回路Ｌ３、Ｌ４を並列接続し、半導体素子１１ａ，１１ｂを制御する制御回路１５を共用化した。
【選択図】図１

Description

この発明は、原子力発電プラントの圧力制御のために用いられる加圧器ヒーターに対し、所望の交流電力を供給する加圧器ヒーター制御装置に関するものである。

原子力発電プラントには、原子炉の運転時に、高温の一次冷却水を未飽和状態に維持するとともに、原子炉内の水位を保持するために、立置円筒形容器である加圧器が用いられている。円筒形容器は、一般的に内径２〜３ｍ程度で、高さ１０数ｍ程度で、およそ１／３が水、残りの上部が蒸気であって、水中には加熱ヒーターが、蒸気部分には、冷却用スプレーノズルが設けられている。

加圧器は、系統の圧力が下がると水中にある加熱ヒーターに通電して蒸気を発生させ、蒸気部体積を増大させて圧力を上げ、また、系統の圧力が設定圧力より高くなると、蒸気部分に低温水をスプレーして蒸気を凝縮し蒸気部分の体積を収縮させて圧力を下げることにより、系統の圧力制御を行っている。また、スプレーによる圧力抑制の範囲を超えると、逃し弁あるいは安全弁から蒸気を加圧器の逃しタンクに放出し運転圧力を維持するように構成されている。このように、原子力発電プラントの加圧器では、圧力調整のために加圧器ヒーターへの通電制御が行われている。

ところで、自動販売機に冷却装置とヒーター等を有する加湿装置を内蔵し、複数の貯蔵室を冷却と加湿されている部屋に分けて、缶入りコーヒー等のようにホット商品とコールド商品を併売するものが従来から広く普及している。この自動販売機において使用されているヒーター回路では、複数個のヒーターに対して同一電源からそれぞれの回路に設けられたサイリスタにより、それぞれのヒーターをオン・オフ制御している。そして、無接点化した回路によって、ヒーターへの通電電流を容易に制御できるようにし、また、全体の総使用電流を抑制するようにしている。（例えば、特許文献１参照）

特開平５−８９３３６号公報（要約の欄、図１）

上記特許文献１に開示されているように、従来のヒーター回路を有する自動販売機は、ヒーター回路を個々の制御回路によりオン・オフするように構成されているので、それぞれのヒーター容量に対応するオン・オフ可能な制御回路を設けなければならず、個々のヒーター容量に応じたスイッチを設ける必要がある。また、オン・オフ制御する回路の組み合わせにより、半波整流となることによって、交流電源を歪ませる問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、原子力発電プラントの圧力制御のために用いられる加圧器ヒーターへの通電を制御する半導体スイッチ回路を並列接続にすることにより、この半導体スイッチを制御する制御回路を共用化し、制御可能な電力を大きくする加圧器ヒーター制御装置を得ることを目的とするものである。

この発明による加圧器ヒーター制御装置は、交流電源に接続される第１入力受電端子と負荷に対して電力を供給する分電盤に接続される第１出力端子とを有する第１の制御装置
と、上記第１の制御装置と並列接続され、上記交流電源に接続される第２入力受電端子と上記分電盤に接続される第２出力端子とを有する第２の制御装置と、を備え、
上記第１の制御装置は、上記第１入力受電端子と上記第１出力端子との間に接続されるサイリスタ素子を含む第１回路と、上記第１回路に対して並列接続されると共に、上記サイリスタ素子の導通方向と逆方向に導通するダイオード素子を含む第２回路と、上記サイリスタ素子を制御する制御回路と、を有し、
上記第２の制御装置は、上記第２入力受電端子と上記第２出力端子との間に接続され、上記制御回路により制御されるサイリスタ素子を含む第３回路と、上記第３回路に対して並列接続されると共に、上記第３回路のサイリスタ素子の導通方向と逆方向に導通するダイオード素子を含む第４回路と、を有し、
上記第１回路と上記第２回路を接続する点の上記第１入力受電端子側と、上記第３回路と上記第４回路を接続する点の上記第２入力受電端子側とを第１接続母線で接続すると共に、上記第１回路と上記第２回路を接続する点の上記第１出力端子側と、上記第３回路と上記第４回路を接続する点の上記第２出力端子側とを第２接続母線で接続することを特徴とするものである。

この発明による加圧器ヒーター制御装置によれば、上記構成により、負荷を制御する半導体スイッチ回路を並列接続することにより、半導体スイッチを制御する制御回路を共用化し、制御可能な電力を大きくする加圧器ヒーター制御装置が得られる。

実施の形態１による加圧器ヒーター制御装置の回路構成図である。実施の形態２による加圧器ヒーター制御装置の回路構成図である。実施の形態３による加圧器ヒーター制御装置の回路構成図である。実施の形態３による加圧器ヒーター制御装置の動作概念図である。

以下、この発明による加圧器ヒーター制御装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による原子力発電プラントの加圧器ヒーター制御装置の回路構成図である。
図１において、加圧器ヒーター制御装置１は、第１の制御装置２ａと第１の制御装置２ａに並列接続される第２の制御装置２ｂより構成されている。第１の制御装置２ａには第１入力受電端子３ａと第１出力端子４ａが設けられ、第２の制御装置２ｂには第２入力受電端子３ｂと第２出力端子４ｂが設けられている。第１および第２入力受電端子３ａ、３ｂは交流電源（図示せず）に接続され、第１および第２出力端子４ａ、４ｂは加圧器ヒーター制御装置１の出力電力を分岐する分電盤５に接続される。第１および第２入力受電端子３ａ、３ｂで受電された電力は、それぞれ第１の制御装置２ａ、第２の制御装置２ｂへ供給され、所定の電力が第１および第２出力端子４ａ、４ｂから分電盤５に給電される。そして、分電盤５に給電された電力は負荷となる加圧器ヒーターに供給される。

また、第１の制御装置２ａには、制御端子６および故障信号送出端子７が設けられると共に、第１の制御装置２ａの筐体を接地する接地端子８が設けられている。なお、第２の制御装置２ｂは、第１の制御装置２ａと並列接続されるが、第１の制御装置２ａと反対側において第２の制御装置２ｂと同一の制御装置と並列接続できるように構成されている。

制御端子６には、加圧器ヒーター制御装置１の出力電力を制御するために信号線９によ
り外部から制御信号が供給され、故障信号送出端子７からは、加圧器ヒーター制御装置１の故障信号が原子力発電プラントの故障表示設備（図示せず）に送出されるようになっている。

第１の制御装置２ａには、第１入力受電端子３ａと第１出力端子４ａとの間に、電源をオン・オフする配線用遮断器１０ａと、サイリスタ素子１１ａとサイリスタ素子１１ａを保護する第１ヒューズ１２ａとの直列接続体からなる第１回路Ｌ１が直列接続されている。また、ダイオード素子１３ａとダイオード素子１３ａを保護する第２ヒューズ１４ａとの直列接続体からなる第２回路Ｌ２が、第１回路Ｌ１に対し、サイリスタ素子１１ａの導通方向とダイオード素子１３ａの導通方向が逆方向となるように並列接続されている。

制御回路１５は、第１の制御装置２ａに設けられて制御端子６に接続され、信号線９により供給される外部から制御信号に基づき第１回路Ｌ１のサイリスタ素子１１をオン・オフ制御する。三相回路で適用される場合には、サイリスタ素子１１ａとダイオード素子１３ａによる逆並列接続により、交流スイッチの機能が満足されることは周知のとおりである。なお、配線用遮断器１０ａは、第１の制御装置２ａの内部故障または出力過電流検知によりトリップし、電源をオフして第１の制御装置２ａを保護停止させる。

また、第２の制御装置２ｂには、第１の制御装置２ａと同様に、第２入力受電端子３ｂと第２出力端子４ｂとの間に、電源をオン・オフする配線用遮断器１０ｂと、サイリスタ素子１１ｂとサイリスタ素子１１ｂを保護する第３ヒューズ１２ｂとの直列接続体からなる第３回路Ｌ３が直列接続されている。また、ダイオード素子１３ｂとダイオード素子１３ｂを保護する第４のヒューズ１４ｂとの直列接続体からなる第４回路Ｌ４が、第３回路Ｌ３に対し、サイリスタ素子１１ｂの導通方向とダイオード素子１３ｂの導通方向が逆方向となるように並列接続されている。なお、サイリスタ素子１１ｂは、第１の制御装置２ａに設けられた制御回路１５によりオン・オフ制御され、第２の制御装置２ｂには、制御回路１５に相当する制御回路が備えられていない。また、制御回路１５は、上記第３の制御装置に対してもそのサイリスタ素子をオン・オフ制御できるように構成されている。

加圧器ヒーター制御装置１は上記のように構成されているが、更に、第１の制御装置２ａの第１入力受電端子３ａと配線用遮断器１０ａとの接続点Ｐ１と、第２の制御装置２ｂの第２入力受電端子３ｂと配線用遮断器１０ｂとの接続点Ｐ２間が第１接続母線１６で接続されている。また、第１回路Ｌ１と第２回路Ｌ２の接続点と第１出力端子４ａとの接続点Ｑ１と、第３回路Ｌ３と第４回路Ｌ２の接続点と第２出力端子４ｂとの接続点Ｑ２間が第２接続母線１７で接続されている。

更に、サイリスタ素子１１ａとサイリスタ素子１１ｂ、ダイオード素子１３ａとダイオード素子１３ｂ、第１ヒューズ１２ａと第のヒューズ１２ｂ、第２ヒューズ１４ａと第４ヒューズ１４ｂ、配線用遮断器１０ａと配線用遮断器１０ｂは、それぞれ全く同様の部品および構造体で構成されており、第１の制御装置２ａの回路インピーダンスと、第２の制御装置２ｂの回路インピーダンスが揃えられている。

実施の形態１による原子力発電プラントの加圧器ヒーター制御装置は、上記のように構成されており、次の特徴を備えている。即ち、一般的には、加圧器ヒーター制御装置１の出力容量を増加するために、第１入力受電端子３ａから第１出力端子４ａまでの経路、および第２入力受電端子３ｂから第２出力端子４ｂまでの経路に設けられている配線用遮断器１０ａ、１０ｂ、第１および第２ヒューズ１２ａ、１４ａ、第３および第４ヒューズ１２ｂ、１４ｂ、サイリスタ素子１１ａ、１１ｂ、およびダイオード素子１３ａ、１３ｂの電流容量を増加し、経路の電流容量を増加できるように、配線を太くする等の設計を行っている。また、上記の各部分の容量増加による構造的な変化を加圧器ヒーター制御装置１の筐体の設計に反映して、製作して容量を増加させている。

しかし、実施の形態１による加圧器ヒーター制御装置１は、上記のようにサイリスタ素子１１ａ、１１ｂ、ダイオード素子１３ａ、１３ｂ、第１および第２ヒューズ１２ａ、１４ａ、第３および第４ヒューズ１２ｂ、１４ｂを含む経路を並列に接続して、電流バランスが取れるように構成されており、従って、経路の回路インピーダンスが揃えられているので、並列用の機器を設けることなく、直接並列を実現することができる。

また、第１の制御装置２ａと第２の制御装置２ｂとの並列回路の電流バランスは、経路の機械的対称性と、サイリスタ素子１１ａ、１１ｂ相互間、およびダイオード素子１３ａ、１３ｂ相互間の特性を揃えることで、良好な電流バランスが得られている。

更に、加圧器ヒーター制御装置１を大容量化する場合、第１の制御装置２ａ、第２の制御装置２ｂで使用されるサイリスタ素子１１ａ、１１ｂ、ダイオード素子１３ａ、１３ｂおよび第１ヒューズ１２ａ、第２ヒューズ１４ａ、第３ヒューズ１２ｂ、第４ヒューズ１４ｂ等の予備品が、大容量化前と同一の部品を使用できることから、予備品を共用化でき、ユーザーおよびメーカにとって有利となる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による加圧器ヒーター制御装置について説明する。実施の形態１では、第１の制御装置２ａおよび第２の制御装置２ｂのそれぞれの第１および第２入力受電端子３ａ、３ｂと配線用遮断器１０ａ、１０ｂとの接続点Ｐ１、Ｐ２間、および第１回路Ｌ１と第２回路Ｌ２の接続点と第１出力端子４ａとの接続点Ｑ１と、第３回路Ｌ３と第４回路Ｌ４の接続点と第２出力端子４ｂとの接続点Ｑ２間をそれぞれ、第１接続母線１６、第２接続母線１７で接続することによって並列接続する場合を説明した。

図２は、実施の形態２による加圧器ヒーター制御装置の回路構成図である。実施の形態２による加圧器ヒーター制御装置２０は、図２に示すように、第１の分電盤５ａおよび第２の分電盤５ｂを設け、第１回路Ｌ１と第２回路Ｌ２の接続点と第１出力端子４ａとの接続点と、第３回路Ｌ３と第４回路Ｌ４の接続点と第２出力端子４ｂとの接続点間の接続母線を削除することにより、第１の制御装置２１ａおよび第２の制御装置２１ｂの電流バランスを負荷側のヒーター容量により決まる電流値で制限されるようにしたものである。また、第１の分電盤５ａおよび第２の分電盤５ｂに接続される加圧器ヒーターは、同一性能、同一容量のものが使用される。なお、その他の構成については実施の形態１と同様であり、同一符号を付してその説明を省略する。

実施の形態２による加圧器ヒーター制御装置２０は上記のように構成され、この構成によれば、実施の形態１のように、サイリスタ素子１１ａ、１１ｂ相互間、およびダイオード素子１３ａ、１３ｂ相互間の特性を揃えることや、電気回路の経路の構造を対称にする等の制約が除外される特徴を有する。

また、第１の制御装置２１ａおよび第２の制御装置２１ｂに接続されるヒーターのそれぞれの短絡故障による過電流に対しても、それぞれのサイリスタ素子１１ａ、１１ｂのゲート遮断、若しくは第１および第２ヒューズ１２ａ、１４ａ、第３および第４ヒューズ１２ｂ、１４ｂによる遮断で保護停止できるので、加圧器ヒーター制御装置１が１台で制御できるヒーターの容量は、ほぼ半減するが、零とはならない特徴を有する。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による加圧器ヒーター制御装置について説明する。図３は、実施の形態３による加圧器ヒーター制御装置の回路構成図である。実施の形態３によ
る加圧器ヒーター制御装置３０は、図３に示すように、第３の制御装置３１を実施の形態２で説明した第１の制御装置２１ａおよび第２の制御装置２１ｂと分離して設けると共に、第３の分電盤５ｃを第１の分電盤５ａおよび第２の分電盤５ｂと分離して設けたものである。

第３の制御装置３１には、第３入力受電端子３ｃと第３出力端子４ｃが設けられている。第３入力受電端子３ｃは交流電源（図示せず）に接続され、第３出力端子４ｃは加圧器ヒーター制御装置３０の出力電力を分岐する第３の分電盤５ｃに接続される。第３入力受電端子３ｃで受電した電力は、必要電力によってオン・オフできるスイッチ手段３２を介して第３出力端子４ｃから第３の分電盤５ｃへ給電され、第３の分電盤５ｃに全体の加圧器ヒーターの５０％までの容量を賄うように構成されている。また、第３の制御装置３１には、筐体を接地する接地端子３３が設けられている。なお、その他の構成については実施の形態２と同様であり、同一符号を付してその説明を省略する。

実施の形態３による加圧器ヒーター制御装置３０は上記のように構成され、この構成によれば、第３の制御装置３１が、全体の加圧器ヒーターの５０％までの容量を賄うので、加圧器ヒーターの５０％までの容量を第１の制御装置２１ａおよび第２の制御装置２１ｂで制御し、第１から第３の分電盤５ａ、５ｂ、５ｃの合計容量を連続的に制御することができる。従って、第１の制御装置２１ａおよび第２の制御装置２１ｂの容量を低減できる特徴がある。

図４は、実施の形態３による加圧器ヒーター制御装置３０の動作概念図である。実施の形態３による加圧器ヒーター制御装置３０は、図４の動作概念図に示すように、例えば、加圧器ヒーターに必要な電力が、全体の０％から５０％以下であれば、第１の制御装置２１ａおよび第２の制御装置２１ｂから出力するように制御し、加圧器ヒーターに必要な電力が全体の５０％から１００％であれば、第３の制御装置３１により５０％の必要電力を供給し、それ以降の必要電力は、１００%まで第１の制御装置２１ａおよび第２の制御装置２１ｂと、第３の制御装置３１を組み合わせることで、電力を０％から１００％まで連続的に制御できることになる。

なお、上記各実施の形態において、サイリスタ素子１１ａと第１ヒューズ１２ａの直列接続体、あるいはサイリスタ素子１１ｂと第３ヒューズ１２ｂの直列接続体、およびダイオード素子１３ａと第２ヒューズ１４ａとの直列接続体、あるいはダイオード素子１３ｂと第４ヒューズ１４ｂとの直列接続体を用いた実施の形態について説明したが、サイリスタ素子１１ａとダイオード素子１３ａの逆並列接続体に、第１ヒューズ１２ａまたは第２ヒューズ１４ａを直列接続し、サイリスタ素子１１ｂとダイオード素子１３ｂの逆並列接続体に、第３ヒューズ１２ｂまたは第４ヒューズ１４ｂを接続する形態にし、ヒューズを削減してもよい。

上記において、この発明の実施の形態１から実施の形態３について説明したが、この発明はこれらに限定されるものでなく、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、第３の制御装置３１を実施の形態２と組み合わせた形態について説明したが、第３の制御装置３１を実施の形態１と組み合わせた形態にすることも考えられる。

１、２０、３０加圧器ヒーター制御装置２ａ、２１ａ第１の制御装置
２ｂ、２１ｂ第２の制御装置３ａ第１入力受電端子
３ｂ第２入力受電端子３ｃ第２入力受電端子
４ａ第１出力端子４ｂ第２出力端子
４ｃ第３出力端子５分電盤
５ａ第１分電盤５ｂ第２分電盤
５ｃ第３分電盤６制御端子
７故障信号送出端子８、３３接地端子
９信号線１０ａ、１０ｂ配線用遮断器
１１ａ、１１ｂサイリスタ素子１２ａ第１ヒューズ
１２ｂ第３ヒューズ１３ａ、１３ｂダイオード素子
１４ａ第２ヒューズ１４ｂ第４ヒューズ
１５制御回路１６第１接続母線
１７第２接続母線３１第３の制御装置
３２スイッチＬ１第１回路
Ｌ２第２回路Ｌ３第３回路
Ｌ４第４回路

Claims

原子力発電プラントの圧力制御のために用いられる加圧器のヒーターに対し、所望の交流電力を供給する加圧器ヒーター制御装置において、
交流電源に接続される第１入力受電端子と負荷に対して電力を供給する分電盤に接続される第１出力端子とを有する第１の制御装置と、
上記第１の制御装置と並列接続され、上記交流電源に接続される第２入力受電端子と上記分電盤に接続される第２出力端子とを有する第２の制御装置と、を備え、
上記第１の制御装置は、
上記第１入力受電端子と上記第１出力端子との間に接続されるサイリスタ素子を含む第１回路と、上記第１回路に対して並列接続されると共に、上記サイリスタ素子の導通方向と逆方向に導通するダイオード素子を含む第２回路と、上記サイリスタ素子を制御する制御回路と、を有し、
上記第２の制御装置は、
上記第２入力受電端子と上記第２出力端子との間に接続され、上記制御回路により制御されるサイリスタ素子を含む第３回路と、上記第３回路に対して並列接続されると共に、上記第３回路のサイリスタ素子の導通方向と逆方向に導通するダイオード素子を含む第４回路と、を有し、
上記第１回路と上記第２回路を接続する点の上記第１入力受電端子側と、上記第３回路と上記第４回路を接続する点の上記第２入力受電端子側とを第１接続母線で接続すると共に、
上記第１回路と上記第２回路を接続する点の上記第１出力端子側と、上記第３回路と上記第４回路を接続する点の上記第２出力端子側とを第２接続母線で接続することを特徴とする加圧器ヒーター制御装置。
交流電源に接続される第１入力受電端子と負荷に対して電力を供給する第１分電盤に接続される第１出力端子とを有する第１の制御装置と、
上記第１の制御装置と並列接続され、上記交流電源に接続される第２入力受電端子と上記負荷に対して電力を供給する第２分電盤に接続される第２出力端子とを有する第２の制御装置と、を備え、
上記第１の制御装置は、
上記第１入力受電端子と上記第１出力端子との間に接続されるサイリスタ素子を含む第１回路と、上記第１回路に対して並列接続されると共に、上記サイリスタ素子の導通方向と逆方向に導通するダイオード素子を含む第２回路と、上記サイリスタ素子を制御する制御回路と、を有し、
上記第２の制御装置は、
上記第２入力受電端子と上記第２出力端子との間に接続され、上記制御回路により制御されるサイリスタ素子を含む第３回路と、上記第３回路に対して並列接続されると共に、上記第３回路のサイリスタ素子の導通方向と逆方向に導通するダイオード素子を含む第４回路と、を有し、
上記第１回路と上記第２回路を接続する点の上記第１入力受電端子側と、上記第３回路と上記第４回路を接続する点の上記第１入力受電端子側とを接続母線で接続することを特徴とする加圧器ヒーター制御装置。
上記第１の制御装置および上記第２の制御装置と分離して第３の制御装置を設け、
上記第３の制御装置は、
上記交流電源に接続される第３入力受電端子と、
上記負荷に対して電力を供給する第２の分電盤に接続される第３出力端子と、
上記第３入力受電端子と上記第３出力端子間の接続を開閉するスイッチ手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の加圧器ヒーター制御装置。
上記第１の制御装置および上記第２の制御装置と分離して第３の制御装置を設け、
上記第３の制御装置は、
上記交流電源に接続される第３入力受電端子と、
上記負荷に対して電力を供給する第３の分電盤に接続される第３出力端子と、
上記第３入力受電端子と上記第３出力端子間の接続を開閉するスイッチ手段と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の加圧器ヒーター制御装置。
上記第２の制御装置は、上記第１の制御装置と反対側において、上記第２の制御装置と同一の制御装置と並列接続される構成であることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の加圧器ヒーター制御装置。