JP2573725B2 - 超電導スイッチによる対瞬時停電保護装置 - Google Patents
超電導スイッチによる対瞬時停電保護装置Info
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- JP2573725B2 JP2573725B2 JP2147466A JP14746690A JP2573725B2 JP 2573725 B2 JP2573725 B2 JP 2573725B2 JP 2147466 A JP2147466 A JP 2147466A JP 14746690 A JP14746690 A JP 14746690A JP 2573725 B2 JP2573725 B2 JP 2573725B2
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- Japan
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- superconducting
- power
- switch
- superconducting coil
- power supply
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、超電導技術を用いたエネルギー貯蔵装置
に係り、特に磁気エネルギーとして電力を貯えるための
超電導マグネットを、電源の瞬時停電から保護する超電
導スイッチによる対瞬時停電保護装置に関する。
に係り、特に磁気エネルギーとして電力を貯えるための
超電導マグネットを、電源の瞬時停電から保護する超電
導スイッチによる対瞬時停電保護装置に関する。
（従来の技術） 周知のように、交流電力を交直変換器により直流電力
に交換し、超電導マグネットを構成する超電導コイルに
永久電流の形で流すことにより、電力を磁気エネルギー
として貯蔵し、必要に応じて交直変換器を逆変換運転す
ることにより、貯蔵された磁気エネルギーを交流電力に
変換して系統側へ放出することが可能な、超電導エネル
ギー貯蔵装置が開発されている。そして、この超電導エ
ネルギー貯蔵装置は、電力貯蔵効率が90％以上と高いこ
と、応答速度が数ｍ秒と高速制御できること及び有効・
無効電力を独立制御できること等の特徴を有しており、
規模に応じて幅広い利用用途が考えられている。
に交換し、超電導マグネットを構成する超電導コイルに
永久電流の形で流すことにより、電力を磁気エネルギー
として貯蔵し、必要に応じて交直変換器を逆変換運転す
ることにより、貯蔵された磁気エネルギーを交流電力に
変換して系統側へ放出することが可能な、超電導エネル
ギー貯蔵装置が開発されている。そして、この超電導エ
ネルギー貯蔵装置は、電力貯蔵効率が90％以上と高いこ
と、応答速度が数ｍ秒と高速制御できること及び有効・
無効電力を独立制御できること等の特徴を有しており、
規模に応じて幅広い利用用途が考えられている。
第３図は、このような超電導エネルギー貯蔵装置を示
している。まず、エネルギー初期貯蔵過程においては、
電源11からの出力交流電力が、変圧器12を介して順変換
運転された交直変換器13に供給されて直流電力に変換さ
れ、超電導コイル14が励磁される。そして、超電導コイ
ル14の励磁電流Ｉが、０から設定電流I0になるまでの期
間が、エネルギー初期貯蔵過程となる。この場合、超電
導コイル14のインダクタンスをＬとし、その端子間電圧
をＶとすると、 Ｖ＝Ｌ×（dI/dt） が成立し、励磁電流Ｉは時間ｔの経過とともに直線的に
増加する。なお、このエネルギー初期貯蔵期間のピーク
電力Ｐは、 Ｐ＝Ｖ×I0 である。
している。まず、エネルギー初期貯蔵過程においては、
電源11からの出力交流電力が、変圧器12を介して順変換
運転された交直変換器13に供給されて直流電力に変換さ
れ、超電導コイル14が励磁される。そして、超電導コイ
ル14の励磁電流Ｉが、０から設定電流I0になるまでの期
間が、エネルギー初期貯蔵過程となる。この場合、超電
導コイル14のインダクタンスをＬとし、その端子間電圧
をＶとすると、 Ｖ＝Ｌ×（dI/dt） が成立し、励磁電流Ｉは時間ｔの経過とともに直線的に
増加する。なお、このエネルギー初期貯蔵期間のピーク
電力Ｐは、 Ｐ＝Ｖ×I0 である。
ただし、超電導コイル14は、その内部の電流変化（dI
/dt）に、コイルの特性によって決まる所定の制限を設
けて設計されており、この制限値を越えるとクエンチが
発生する。このクエンチとは、超電導コイルが何らかの
要因でその一部が超電導状態から常電導状態に転移する
と、その部分のジュール熱によりその周りのコイルも常
電導状態に転移されて順次発熱部分が広がっていくこと
をいい、クエンチが進むとコイルが破損することがあ
る。このため、エネルギー初期貯蔵過程では、交直変換
器13によって、超電導コイル14の内部の電流変化（dI/d
t）が、上記制限を越えない、つまりクエンチしない範
囲となるように制御されている。
/dt）に、コイルの特性によって決まる所定の制限を設
けて設計されており、この制限値を越えるとクエンチが
発生する。このクエンチとは、超電導コイルが何らかの
要因でその一部が超電導状態から常電導状態に転移する
と、その部分のジュール熱によりその周りのコイルも常
電導状態に転移されて順次発熱部分が広がっていくこと
をいい、クエンチが進むとコイルが破損することがあ
る。このため、エネルギー初期貯蔵過程では、交直変換
器13によって、超電導コイル14の内部の電流変化（dI/d
t）が、上記制限を越えない、つまりクエンチしない範
囲となるように制御されている。
次に、超電導コイル14の励磁電流Ｉが設定電流I0に到
達すると、超電導コイル14に並列接続され永久電流スイ
ッチを模擬したサイリスタスイッチ15がオン状態になさ
れるとともに、交直変換器13の動作が停止される。これ
により、超電導コイル14の励磁電流Ｉは、超電導コイル
14とサイリスタスイッチ15とよりなる閉回路を流れ続
け、エネルギー貯蔵状態となる。この場合の貯蔵エネル
ギーＷは、 Ｗ＝（1/2）×Ｌ×I2 となる。そして、超電導コイル14からエネルギーを系統
側へ取り出すエネルギー放出過程においては、超電導コ
イル14の励磁電流Ｉを交直変換器13に移して、交直変換
器13を逆変換運転すればよく、このときの励磁電流Ｉは
時間ｔの経過とともに直線的に減少する。
達すると、超電導コイル14に並列接続され永久電流スイ
ッチを模擬したサイリスタスイッチ15がオン状態になさ
れるとともに、交直変換器13の動作が停止される。これ
により、超電導コイル14の励磁電流Ｉは、超電導コイル
14とサイリスタスイッチ15とよりなる閉回路を流れ続
け、エネルギー貯蔵状態となる。この場合の貯蔵エネル
ギーＷは、 Ｗ＝（1/2）×Ｌ×I2 となる。そして、超電導コイル14からエネルギーを系統
側へ取り出すエネルギー放出過程においては、超電導コ
イル14の励磁電流Ｉを交直変換器13に移して、交直変換
器13を逆変換運転すればよく、このときの励磁電流Ｉは
時間ｔの経過とともに直線的に減少する。
ところで、上述した超電導エネルギー貯蔵装置にあっ
ては、そのエネルギー初期貯蔵過程で電源11が瞬時停電
すると、上述した交直変換器13による超電導コイル14内
の電流変化をクエンチしない範囲となるように制御する
機能が失われ、交直変換器13を含む回路抵抗による電流
変化により、超電導コイル14内の電流変化が、クエンチ
を起こさない範囲の電流変化よりも大きくなり、超電導
コイル14にクエンチが発生する可能性が生じる。
ては、そのエネルギー初期貯蔵過程で電源11が瞬時停電
すると、上述した交直変換器13による超電導コイル14内
の電流変化をクエンチしない範囲となるように制御する
機能が失われ、交直変換器13を含む回路抵抗による電流
変化により、超電導コイル14内の電流変化が、クエンチ
を起こさない範囲の電流変化よりも大きくなり、超電導
コイル14にクエンチが発生する可能性が生じる。
そこで、従来では、バックアップ電源を用意して、瞬
時停電時における超電導コイル14の保護対策を施すよう
にしているが、超電導マグネットの特性から、大電流
（数十KA程度）低電圧の電源を必要とするため、通常の
CVCF（定電圧定周波電源）では対応できず、フライホイ
ールあるいはこれに代わるものを設置する必要があり、
設備が大型化して経済的な不利を招くという問題が生じ
る。また、従来では、第４図に示すように、超電導コイ
ル14に保護抵抗16を並列接続し、電源11の瞬時停電時に
超電導コイル14内に蓄積されているエネルギーを、保護
抵抗16で消費させることも考えられているが、コイル内
の電流変化（dI/dt）が大きい場合には、コイル内に蓄
積されたエネルギーが保護抵抗16で消費される前に、コ
イル内でクエンチが発生してしまうという問題が生じ
る。
時停電時における超電導コイル14の保護対策を施すよう
にしているが、超電導マグネットの特性から、大電流
（数十KA程度）低電圧の電源を必要とするため、通常の
CVCF（定電圧定周波電源）では対応できず、フライホイ
ールあるいはこれに代わるものを設置する必要があり、
設備が大型化して経済的な不利を招くという問題が生じ
る。また、従来では、第４図に示すように、超電導コイ
ル14に保護抵抗16を並列接続し、電源11の瞬時停電時に
超電導コイル14内に蓄積されているエネルギーを、保護
抵抗16で消費させることも考えられているが、コイル内
の電流変化（dI/dt）が大きい場合には、コイル内に蓄
積されたエネルギーが保護抵抗16で消費される前に、コ
イル内でクエンチが発生してしまうという問題が生じ
る。
（発明が解決しようとする課題） 以上のように、超電導エネルギー貯蔵装置における、
超電導マグネットを電源の瞬時停電から保護するための
従来の保護手段では、設備が大型化して経済的な不利を
招いたり、実用上十分に確実な保護が行なえず信頼性が
低い等の種々の問題を有している。
超電導マグネットを電源の瞬時停電から保護するための
従来の保護手段では、設備が大型化して経済的な不利を
招いたり、実用上十分に確実な保護が行なえず信頼性が
低い等の種々の問題を有している。
そこで、この発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、バックアップで電源を不要として設備の増大を回避
し経済的に有利とするとともに、実用上十分かつ確実に
超電導マグネットを電源の瞬時停電から保護し得る極め
て良好な超電導スイッチによる対瞬時停電保護装置を提
供することを目的とする。
で、バックアップで電源を不要として設備の増大を回避
し経済的に有利とするとともに、実用上十分かつ確実に
超電導マグネットを電源の瞬時停電から保護し得る極め
て良好な超電導スイッチによる対瞬時停電保護装置を提
供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） この発明に係る超電導スイッチによる対瞬時停電保護
装置は、電源から出力される交流電力を直流に変換し
て、超電導マグネットを構成する超電導コイルに供給す
ることにより、交流電力を磁気エネルギーに変換して貯
蔵する超電導エネルギー貯蔵装置を対象としている。そ
して、高速スイッチング動作可能な超電導スイッチを超
電導コイルに並列に接続し、この超電導スイッチを電源
の出力電力の有，無に応じてオフ，オン状態に制御する
ようにしたものである。
装置は、電源から出力される交流電力を直流に変換し
て、超電導マグネットを構成する超電導コイルに供給す
ることにより、交流電力を磁気エネルギーに変換して貯
蔵する超電導エネルギー貯蔵装置を対象としている。そ
して、高速スイッチング動作可能な超電導スイッチを超
電導コイルに並列に接続し、この超電導スイッチを電源
の出力電力の有，無に応じてオフ，オン状態に制御する
ようにしたものである。
（作用） 上記のような構成によれば、電源が瞬時停電すると超
電導スイッチがオン状態となり、超電導コイルの励磁電
流が超電導コイルと超電導スイッチとよりなる閉回路を
流れ続けて大きな変化を生じることがなくなるため、実
用上十分かつ確実に超電導マグネットを電源の瞬時停電
から保護することができる。また、バックアップ電源も
必要としないので、設備の増大を回避し経済的にも有利
とすることができる。
電導スイッチがオン状態となり、超電導コイルの励磁電
流が超電導コイルと超電導スイッチとよりなる閉回路を
流れ続けて大きな変化を生じることがなくなるため、実
用上十分かつ確実に超電導マグネットを電源の瞬時停電
から保護することができる。また、バックアップ電源も
必要としないので、設備の増大を回避し経済的にも有利
とすることができる。
（実施例） 以下、この発明の一実施例について図面を参照して詳
細に説明する。第１図において、第３図と同一部分には
同一符号を付して示している。すなわち、超電導コイル
14に並列に超電導スイッチ17が接続されている。また、
上記変圧器12には、２系統の２次巻線12a,12bが用意さ
れており、一方の２次巻線12aは交直変換器13に接続さ
れ、他方の２次巻線12bは整流回路18に接続されてい
る。そして、この整流回路18は、２次巻線12bから発生
される電源11の出力交流電力に基づく交流電力を直流に
変換して、超電導スイッチ17にそのオンオフ制御のため
に供給している。つまり、上記超電導スイッチ17は、整
流回路18から出力される直流電力の有，無に応じて、オ
フ，オン状態に切り換え制御される構成となっている。
細に説明する。第１図において、第３図と同一部分には
同一符号を付して示している。すなわち、超電導コイル
14に並列に超電導スイッチ17が接続されている。また、
上記変圧器12には、２系統の２次巻線12a,12bが用意さ
れており、一方の２次巻線12aは交直変換器13に接続さ
れ、他方の２次巻線12bは整流回路18に接続されてい
る。そして、この整流回路18は、２次巻線12bから発生
される電源11の出力交流電力に基づく交流電力を直流に
変換して、超電導スイッチ17にそのオンオフ制御のため
に供給している。つまり、上記超電導スイッチ17は、整
流回路18から出力される直流電力の有，無に応じて、オ
フ，オン状態に切り換え制御される構成となっている。
ここで、この超電導スイッチ17は、磁界式永久電流ス
イッチと称される高速スイッチング動作の可能なものが
使用されており、第２図にその具体的構成を示してい
る。すなわち、この超電導スイッチ17は、１本の超電導
線を折り返して２本に重ねたものを巻回して構成された
超電導コイル17aを、円筒形状の超電導マグネットを構
成する超電導コイル17b内に設置した状態で、液体ヘリ
ウムのはいった容器17c内に収納したものである。そし
て、超電導コイル17aの両端部は、それぞれ接続端子17
d,17eを介して、上記超電導コイル14の両端に接続され
ている。また、超電導コイル17bの両端部は、それぞれ
接続端子17f,17gを介して、上記整流回路の出力端に接
続され、直流電流が供給されるようになされている。
イッチと称される高速スイッチング動作の可能なものが
使用されており、第２図にその具体的構成を示してい
る。すなわち、この超電導スイッチ17は、１本の超電導
線を折り返して２本に重ねたものを巻回して構成された
超電導コイル17aを、円筒形状の超電導マグネットを構
成する超電導コイル17b内に設置した状態で、液体ヘリ
ウムのはいった容器17c内に収納したものである。そし
て、超電導コイル17aの両端部は、それぞれ接続端子17
d,17eを介して、上記超電導コイル14の両端に接続され
ている。また、超電導コイル17bの両端部は、それぞれ
接続端子17f,17gを介して、上記整流回路の出力端に接
続され、直流電流が供給されるようになされている。
上記のような構成において、まず、電源11から安定に
交流電力が出力されている状態では、変圧器12の２次巻
線12bに発生された交流電力が、整流回路18で直流に変
換された後、接続端子17f,17gを介して超電導スイッチ1
7の超電導コイル17bに供給されている。すると、超電導
コイル17bから発生される磁界が超電導コイル17aに印加
されることにより、超電導コイル17aは常電導状態とな
って、その両端間つまり接続端子17d,17e間に抵抗が発
生されて、超電導スイッチ17がオフ状態となる。このた
め、第３図の場合と同様に、エネルギー初期貯蔵過程と
動作が実行される。
交流電力が出力されている状態では、変圧器12の２次巻
線12bに発生された交流電力が、整流回路18で直流に変
換された後、接続端子17f,17gを介して超電導スイッチ1
7の超電導コイル17bに供給されている。すると、超電導
コイル17bから発生される磁界が超電導コイル17aに印加
されることにより、超電導コイル17aは常電導状態とな
って、その両端間つまり接続端子17d,17e間に抵抗が発
生されて、超電導スイッチ17がオフ状態となる。このた
め、第３図の場合と同様に、エネルギー初期貯蔵過程と
動作が実行される。
次に、エネルギー初期貯蔵過程で電源11が瞬時停電す
ると、変圧器12の２次巻線12bからの交流電力の発生が
停止されるため、整流回路18からの直流出力が無状態と
なる。すると、超電導スイッチ17の超電導コイル17bか
らの磁界発生が停止されることにより、超電導コイル17
aが超電導状態に戻りその両端間の抵抗値が０となっ
て、超電導スイッチ17が高速でオン状態となる。このた
め、超電導コイル14の励磁電流Ｉは、超電導コイル14と
超電導スイッチ17とよりなる閉回路を流れ続け大きな変
化を生じないので、クエンチの発生を防止することがで
きる。
ると、変圧器12の２次巻線12bからの交流電力の発生が
停止されるため、整流回路18からの直流出力が無状態と
なる。すると、超電導スイッチ17の超電導コイル17bか
らの磁界発生が停止されることにより、超電導コイル17
aが超電導状態に戻りその両端間の抵抗値が０となっ
て、超電導スイッチ17が高速でオン状態となる。このた
め、超電導コイル14の励磁電流Ｉは、超電導コイル14と
超電導スイッチ17とよりなる閉回路を流れ続け大きな変
化を生じないので、クエンチの発生を防止することがで
きる。
したがって、上記実施例の構成によれば、超電導コイ
ル14に電力を供給するための電源11の出力の有，無に応
じてオフ，オン状態に制御される、磁気式の高速超電導
スイッチ17を、超電導マグネットを構成する超電導コイ
ル14に並列に接続するようにしたので、エネルギー初期
貯蔵過程で電源11が瞬時停電したとき、超電導コイル14
の励磁電流Ｉが超電導コイル14と超電導スイッチ17とよ
りなる閉回路を流れ続けて大きな変化を生じることがな
く、実用上十分かつ確実に超電導マグネットを電源11の
瞬時停電から保護することができる。また、従来のよう
に、バックアップ電源も必要としないので、設備の増大
を回避し経済的にも有利となるものである。
ル14に電力を供給するための電源11の出力の有，無に応
じてオフ，オン状態に制御される、磁気式の高速超電導
スイッチ17を、超電導マグネットを構成する超電導コイ
ル14に並列に接続するようにしたので、エネルギー初期
貯蔵過程で電源11が瞬時停電したとき、超電導コイル14
の励磁電流Ｉが超電導コイル14と超電導スイッチ17とよ
りなる閉回路を流れ続けて大きな変化を生じることがな
く、実用上十分かつ確実に超電導マグネットを電源11の
瞬時停電から保護することができる。また、従来のよう
に、バックアップ電源も必要としないので、設備の増大
を回避し経済的にも有利となるものである。
なお、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。
く、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。
（発明の効果） 以上詳述したようにこの発明によれば、バックアップ
電源を不要として設備の増大を回避し経済的に有利とす
るとともに、実用上十分かつ確実に超電導マグネットを
電源の瞬時停電から保護し得る極めて良好な超電導スイ
ッチによる対瞬時停電保護装置を提供することができ
る。
電源を不要として設備の増大を回避し経済的に有利とす
るとともに、実用上十分かつ確実に超電導マグネットを
電源の瞬時停電から保護し得る極めて良好な超電導スイ
ッチによる対瞬時停電保護装置を提供することができ
る。
第１図はこの発明に係る超電導スイッチによる対瞬時停
電保護装置の一実施例を示すブロック回路構成図、第２
図は同実施例の要部の詳細を示す構成図、第３図は超電
導エネルギー貯蔵装置を示すブロック回路構成図、第４
図は同貯蔵装置に使用される従来の保護手段を示すブロ
ック回路構成図である。 11……電源、12……変圧器、13……交直変換器、14……
超電導コイル、15……サイリスタスイッチ、16……保護
抵抗、17……超電導スイッチ、18……整流回路。
電保護装置の一実施例を示すブロック回路構成図、第２
図は同実施例の要部の詳細を示す構成図、第３図は超電
導エネルギー貯蔵装置を示すブロック回路構成図、第４
図は同貯蔵装置に使用される従来の保護手段を示すブロ
ック回路構成図である。 11……電源、12……変圧器、13……交直変換器、14……
超電導コイル、15……サイリスタスイッチ、16……保護
抵抗、17……超電導スイッチ、18……整流回路。
Claims (2)
- 【請求項１】電源から出力される交流電力を直流に変換
して、超電導マグネットを構成する超電導コイルに供給
することにより、前記交流電力を磁気エネルギーに変換
して貯蔵する超電導エネルギー貯蔵装置において、前記
超電導コイルに並列に接続される高速スイッチング動作
可能な超電導スイッチと、この超電導スイッチを前記電
源の出力電力の有，無に応じてオフ，オン状態に制御す
る制御手段とを具備してなることを特徴とする超電導ス
イッチによる対瞬時停電保護装置。 - 【請求項２】前記超電導スイッチは、磁界式永久電流ス
イッチであることを特徴とする請求項１記載の超電導ス
イッチによる対瞬時停電保護装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2147466A JP2573725B2 (ja) | 1990-06-07 | 1990-06-07 | 超電導スイッチによる対瞬時停電保護装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2147466A JP2573725B2 (ja) | 1990-06-07 | 1990-06-07 | 超電導スイッチによる対瞬時停電保護装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0442728A JPH0442728A (ja) | 1992-02-13 |
| JP2573725B2 true JP2573725B2 (ja) | 1997-01-22 |
Family
ID=15431019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2147466A Expired - Lifetime JP2573725B2 (ja) | 1990-06-07 | 1990-06-07 | 超電導スイッチによる対瞬時停電保護装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2573725B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4414636B2 (ja) * | 2002-07-17 | 2010-02-10 | 住友重機械工業株式会社 | 超伝導磁石装置 |
| JP5129310B2 (ja) * | 2009-11-04 | 2013-01-30 | ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 | 超電導マグネット用の励磁電源、およびその操作方法 |
| CN102055172B (zh) * | 2009-11-04 | 2014-01-29 | 日本超导体技术公司 | 超导磁体用的励磁电源及其操作方法 |
-
1990
- 1990-06-07 JP JP2147466A patent/JP2573725B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0442728A (ja) | 1992-02-13 |
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