JP3256616B2 - 原子炉の安全保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電プラント等
に配置される原子炉の安全保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、原子力発電プラント等には、原
子炉の安全を確保するための機器として、安全保護系と
称される各種の安全保護装置が配設されている。このよ
うな原子炉の安全保護装置においては、通常の制御系と
は異なり、正常時に動作することは無いが、万一、原子
炉に異常が発生した際には１００％間違いなく動作する
ことが要求される。

【０００３】図４に、従来提案されている半導体化され
た原子炉の安全保護装置の要部構成を示す。同図に示す
ように、原子炉の安全保護装置には、スイッチコントロ
ール部（以下、コントロール部という。）１と、負荷ス
イッチ回路（以下、スイッチ部という。）１０が設けら
れている。

【０００４】上記コントロール部１は、発信器２、周波
数弁別器３、アンド（ＡＮＤ）回路G2、発光ダイオード
LED2、フォト・ダイオードPD1 を具備しており、一方、
スイッチ部１０は、発信器１１、周波数弁別器１２、ス
イッチ１３、アンド回路G1、アンド回路G3、発光ダイオ
ードLED3、フォト・ダイオードPD2 、直流カット用トラ
ンスT1、負荷電流検出用トランスT2、整流用ダイオード
D2を具備している。そして、これらのコントロール部１
と、スイッチ部１０は、光ファイバ２０によって接続さ
れている。

【０００５】上記構成の原子炉の安全保護装置におい
て、コントロール部１に入力された負荷オン／オフ信号
は、アンド回路G2において、発信器２の出力との論理積
を取った後、発光ダイオードLED2に送られ交流の光信号
に変換される。そして、この光信号は、光ファイバ２０
を通じてスイッチ部１０に送られる。

【０００６】スイッチ部１０に送られた光信号は、フォ
ト・ダイオードPD2 により、電気信号に変換され、さら
に周波数弁別器１２で周波数弁別された後、アンド回路
G1において、スイッチ部１０に設けられた発振器１１の
出力との論理積をとり、直流カット用トランスT1に加え
られる。

【０００７】直流カット用トランスT1の出力は、整流用
ダイオードD2により整流され、パワーＭＯＳ・ＦＥＴ等
により構成されるスイッチ１３に制御信号として入力さ
れる。

【０００８】ここで、コントロール部１とスイッチ部１
０は光により絶縁されており、また、スイッチ部１０で
は入力光を周波数弁別することにより、光ファイバ２０
の外れ、外来光等によるスイッチ１３の誤動作の可能性
を無くしている。また、スイッチ１３のコントロール信
号は、直流カット用トランスT1により絶縁されているた
め、１次側回路の故障により万一直流のハイ信号が出力
されてもスイッチ１３が誤動作する可能性は極めて低
い。

【０００９】スイッチ１３の負荷信号は、負荷電流検出
用トランスT2により常時モニタされており、負荷電流が
流れると、アンド回路G3において、発振器１１の出力と
の倫理積が取られ、発光ダイオードLED3が点灯するよう
になっている。この発光ダイオードLED3の光は、光ファ
イバ２０によりコントロール部１に送られ、コントロー
ル部１ではフォト・ダイオードPD1 により電気信号に変
換し、周波数弁別器３を経て、負荷電流が流れているか
否かの判断ができるようになっている。

【００１０】前述したように、原子炉の安全保護系は通
常の制御系とは異なり、正常時に動作することは無い
が、万一、原子炉に異常が発生した際には１００％間違
いなく動作することが要求される。このため、安全保護
系は多重化され、フェイルセーフ性と厳密な自己診断機
能が要求される。

【００１１】以下、このような立場に立って、上述した
原子炉の安全保護装置を考察する。まず、コントロール
部１からスイッチ部１０への信号の伝送について考察す
ると、コントロール部１に入力信号が無い時には、コン
トロール部１の発光ダイオードLED2は点灯しないよう構
成されているが、このことは、出力オフ時においては、
スイッチ部１０側単独でコントロール部１との接続状況
が確認できないことを意味している。

【００１２】また、スイッチ部１０のスイッチ１３への
コントロール信号について考察すると、直流カット用ト
ランスT1により絶縁され、交流結合となっているもの
の、周波数弁別器１２、アンド回路G1等に故障が生じた
場合は、入力信号無しでスイッチ１３の駆動信号が直流
カット用トランスT1に加えられる可能性がある。

【００１３】次に、スイッチ部１０の動作に対するコン
トロール部１での自己診断特性について考察すると、図
４に示されるように、スイッチ１３がオフの状態では、
負荷電流が無いため、コントロール部１へは何の信号も
送れない。このことは、この状態では、スイッチ部１０
が正常か否か、光ファイバ２０の接続が正常か否かとい
った事項のチェックが不可能であることを意味してい
る。

【００１４】以上のように、図４に示したような従来の
半導体回路の構成では、原子炉安全保護系に使用するに
あたっては、フェイルセーフ性、自己診断性が十分でな
いということができる。また、半導体回路は、その故障
モードが、オープン／ショート、何れの側になるかの確
率がほぼ等しいとされているため、信頼性・フェイルセ
ーフ性が要求される分野では殆ど使用されていなかっ
た。このような事情から、原子炉の安全保護装置におい
ても、一部半導体化を試みた例もあるが、リレー・シー
ケンスによるものがほとんどであった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原子炉
の安全保護装置においては、計算機による原子炉制御を
行なうため、半導体化されることが望まれていた。

【００１６】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、半導体回路を用いた原子炉の安全保護装
置であって、フェイルセーフ性を高め、またその動作に
対して診断機能を充実させた原子炉の安全保護装置を提
供しようとするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図１に示すように、請求
項１記載の発明は、コントロール部１とスイッチ部１０
とを具備し、前記コントロール部１は入力信号に応じて
前記スイッチ部１０に所定信号を送出し、前記スイッチ
部１０は前記コントロール部１からの前記所定信号に応
じてスイッチ１３を駆動して所定の原子炉の安全保護系
の機器を動作させる原子炉の安全保護装置において、前
記コントロール部１に、前記入力信号に応じて周波数を
切換えて発振を行う可変周波数発振手段４を配設し、前
記スイッチ部１０に、前記コントロール部１からの信号
の周波数を弁別する周波数弁別手段１４を配設して、こ
の周波数弁別手段１４により所定周波数を検出した時の
みに、受信周波数で、前記スイッチ１３を駆動するため
のスイッチ駆動電圧を発生させるようにしたことを特徴
とする原子炉の安全保護装置。

【００１８】また、請求項２記載の発明は、コントロー
ル部１とスイッチ部１０とを具備し、前記コントロール
部１は入力信号に応じて前記スイッチ部１０に所定信号
を送出し、前記スイッチ部１０は前記コントロール部１
からの前記所定信号に応じてスイッチ１３を駆動して所
定の原子炉の安全保護系の機器を動作させる原子炉の安
全保護装置において、前記コントロール部１に、前記入
力信号に応じて周波数を切換えて発振を行う可変周波数
発振手段４を配設し、前記スイッチ部１０に、前記コン
トロール部１からの信号の周波数を弁別する周波数弁別
手段１４を配設して、この周波数弁別手段１４により所
定周波数を検出した時のみに、受信周波数で、前記スイ
ッチ１３を駆動するためのスイッチ駆動電圧を発生させ
るようにするとともに、前記コントロール部１からの信
号の交流成分のみで作動し、前記コントロール部１との
接続の状態を表示する表示手段LED1を配設したことを特
徴とする原子炉の安全保護装置。

【００１９】また、請求項３記載の発明は、前記スイッ
チ部１０は、アンド回路G1を具備し、前記周波数弁別手
段１４の出力と、前記コントロール部１からの信号の論
理積とから前記スイッチ１３を駆動するためのスイッチ
駆動電圧を発生させることを特徴とする請求項１〜２記
載の原子炉の安全保護装置。

【００２０】請求項４記載の発明は、コントロール部１
とスイッチ部１０とを具備し、前記コントロール部１は
入力信号に応じて前記スイッチ部１０に所定信号を送出
し、前記スイッチ部１０は前記コントロール部１からの
前記所定信号に応じてスイッチ１３を駆動して所定の原
子炉の安全保護系の機器を動作させる原子炉の安全保護
装置において、前記スイッチ部１０は、前記スイッチ１
３をオンとした際に、前記安全保護系の機器に流れる負
荷電流を検出し、この検出信号に一定のバイアス電圧を
加えた後、電圧／周波数変換した交流信号を前記コント
ロール部１に送出し、前記コントロール部１は、前記交
流信号を周波数弁別して、前記スイッチ部１０の状態を
検出するよう構成されたことを特徴とする原子炉の安全
保護装置。

【００２１】

【作用】請求項１〜３記載の本発明の原子炉の安全保護
装置では、スイッチ部１０に発振回路を設けることな
く、スイッチ１３のコントロール信号を発生させること
ができ、これによって、万一回路内部のロジック部等に
異常が発生した場合でも、誤ってスイッチ１３のコント
ロール信号を発生させる恐れが無く、フェイルセーフ性
を高めることができる。

【００２２】また、請求項２記載の本発明の原子炉の安
全保護装置では、表示手段LED1により、スイッチ部１０
において、コントロール部１との接続状態が正常か否か
を常に確認できる。

【００２３】また、請求項３記載の本発明の原子炉の安
全保護装置では、スイッチ部１０への入力信号がオンを
示す信号からオフを示す信号に変化した際も、応答送れ
無くスイッチ１３を動作させることができる。

【００２４】さらに、請求項４記載の本発明の原子炉の
安全保護装置では、無負荷時でも、コントロール部１
で、スイッチ部１０の異常および、接続状態が確認で
き、自己診断特性が向上する。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の原子炉の安全保護装置の詳細
を図面を参照して一実施例について説明する。

【００２６】図２は、本発明の一実施例の原子炉の安全
保護装置の要部構成を示すものである。同図に示すよう
に、コントロール部１とスイッチ部１０は離れた場所に
設置され、相互に絶縁がとられており、コントロール部
１とスイッチ部１０は、光ファイバ２０により接続され
ている。

【００２７】コントロール部１は、負荷オン／オフの入
力を受け、出力周波数を予め設定されている高群の周波
数と低群の周波数に可変する可変周波数発信器４と、こ
の可変周波数発信器４の出力をスイッチ部１０に送信す
る光変換のための発光ダイオードLED2と、スイッチ部１
０からの光信号を電気信号に変換するフォトダイオード
PD1 と、フォトダイオードPD1 の出力を受け、受信周波
数が予め設定されている高群の周波数に相当するか低群
の周波数に相当するかを判定する周波数弁別回路５を具
備している。

【００２８】一方、スイッチ部１０は、コントロール部
１からの光信号を電気信号に変換するためのフォトダイ
オードPD2 と、フォトダイオードPD2 の出力信号から直
流成分を取り除くコンテンサC1と、このコンテンサC1に
接続されコントロール部１と接続中であることを示す表
示器として機能する発光ダイオードLED1と、コントロー
ル部１からの信号の周波数が高群であるか否かを判別す
る周波数弁別器１４と、この周波数弁別器１４の出力と
入力信号の論理積をとるアンド回路G1と、このアンド回
路G1の出力信号の直流成分をカットし絶縁を図る直流カ
ット用トランスT1と、この直流カット用トランスT1の出
力を整流しスイッチ１３のコントロール信号とするため
の整流用ダイオードD2と、この整流用ダイオードD2の出
力を受け、負荷をオン／オフするスイッチ（パワーＭＯ
Ｓ・ＦＥＴ等で構成される）１３とを具備している。

【００２９】さらに、スイッチ部１０は、負荷の電流を
電気信号として取り出す負荷電流検出用トランスT2と、
この負荷電流検出用トランスT2の出力を整流する整流用
ダイオードD1と、整流用ダイオードD1の出力にバイアス
電圧Ｖ１を加算する加算器１５と、この加算器１５の出
力電圧を周波数に変換する電圧／周波数（Ｖ／Ｆ）変換
器１６と、この電圧／周波数変換器１６の出力を光に変
換し負荷電流の信号をコントロール部１に伝える発光ダ
イオードLED3とを具備している。

【００３０】なお、周波数弁別器１４は、後述するよう
に、純粋にパッシブな素子のみで構成されている。

【００３１】次に、上記構成の本実施例の原子炉の安全
保護装置の動作について説明する。コントロール部１に
おいて、入力信号により可変周波数発信器４の出力信号
は入力有の時に高群、入力無の時に低群の周波数とな
る。この出力信号は、発光ダイオードLED2により光に変
換され、光ファイバ２０を経由してスイッチ部１０に伝
えられる。

【００３２】スイッチ部１０では、この光信号をフォト
ダイオードPD2 で受け、電気信号に変換した後、周波数
弁別器１４において、入力周波数が高群か否かを判定
し、高群と判断すると出力をアクティブにする。アンド
回路G1は、周波数弁別器１４の出力と入力信号の論理積
をとり、直流カット用トランスT1を駆動する。直流カッ
ト用トランスT1の２次側出力は、整流用ダイオードD2に
より整流された後、スイッチ１３のコントロール入力に
加えられる。

【００３３】これによって、コントロール部１に入力信
号有りの時、スイッチ１３がオンとなり、負荷電流を流
す。

【００３４】スイッチ部１０において、入力信号はま
た、コンデンサC1を経由して入力信号に含まれる交流成
分のみで、発光ダイオードLED1を点灯させる。これによ
って、発光ダイオードLED1は、コントロール部１からの
入力状態を表示する。

【００３５】また、負荷に流れる電流は、負荷電流検出
用トランスT2により電圧信号として取り出され、整流用
ダイオードD1で整流された後、加算器１５によりバイア
ス電圧Ｖ１と加算される。そして、バイアス電圧Ｖ１を
加えられた信号は、電圧／周波数変換器１６に入力さ
れ、電圧／周波数変換された後、発光ダイオードLED3で
光に変換され、コントロール部１に伝えられる。

【００３６】コントロール部１では、入力光をフォトダ
イオードPD1 で電気信号に変換した後、周波数弁別回路
５に加え、スイッチ部１０からの信号周波数が無負荷
（スイッチオフ）時の周波数相当か、定格負荷電流時の
周波数かを判断し、無負荷時の周波数以上であれば“接
続モニタ”出力をアクティブにし、定格負荷電流相当の
周波数以上であれば“負荷モニタ”出力をアクティブに
する。

【００３７】なお、図３は前述したように、純粋にパッ
シブな素子のみで構成された周波数弁別器１４の例を示
すもので、通称“ダイオード・ポンプ回路”と称される
回路である。

【００３８】この回路において、Ｃｉは１回にポンプす
る電荷量を決めるコンデンサ、Ｃｏは出力電圧を保持す
るためのコンデンサ、Ｄｒは入力が負の時にコンデンサ
Ｃｉに電荷を充電させるためのダイオード、Ｄｆは入力
が正の時にコンデンサＣｉに蓄積された電荷をコンデン
サＣｏに充電させるためのダイオード、Ｒｏは出力電圧
を低下させるため（コンデンサＣｏの電荷を放電させる
ため）の抵抗である。このようなダイオード・ポンプ回
路では、Ａに加えられた入力電圧は、負のサイクルの
時、［入力電圧×コンデンサＣｉの静電容量］の電荷が
コンデンサＣｉに蓄積され、入力電圧が正のサイクルの
ときにこの電荷がダイオードＤｆを通じてコンデンサＣ
ｏに蓄積され、出力電圧（“Ｃ”点の電圧）となる。ま
た、この電荷は入力の変化が、途切れる、もしくは入力
周波数が低くなると抵抗Ｒｏを通じて放電される。

【００３９】入力周波数が高い場合、コンデンサＣｏに
は十分な電荷が蓄積されその出力は高電位となる。一
方、入力周波数が低下すると、コンデンサＣｏの蓄積さ
れた電荷は、ダイオードＤｆを通じてチャージされる電
荷より抵抗Ｒｏを通じて放電される電荷の方が多くな
り、出力電圧は低電位となる。この動作により周波数弁
別機能が実現される。

【００４０】以上説明したように、本実施例では、コン
トロール部１より送られてきた交流信号を周波数弁別
し、高群と判断された時に周波数弁別器１４の出力がア
クティブになり、この信号と入力信号の論理積を取った
出力で、直流カット用トランスT1を駆動する。したがっ
て、従来の回路ではスイッチ部１０に発振回路を持って
いたため、万一回路内部のロジック部の異常が発生した
場合、誤ってスイッチ１３のコントロール信号を発生さ
せる恐れがあったが、本実施例においては、その恐れが
無くなる。

【００４１】つまり、スイッチ部１０の負荷駆動回路
が、パッシブな素子のみで構成され、かつ、交流結合さ
れているため、如何なる故障モードでも、スイッチ１３
に誤ったコントロール信号が加えられることはない。こ
れによって、フェイルセーフ性が極めて高くなる。

【００４２】また、コントロール部１からスイッチ部１
０への信号伝送は単一線路とさているが、スイッチ部１
０の入力信号として、オン／オフに関わらず常に交流信
号が加えられているため、直流成分をコンデンサC1でカ
ットして、発光ダイオードLED1に加えることで、極めて
簡単な構成でありながら、コントロール部１との接続状
態が、正常か否かを常に確認でき、自己診断特性が向上
する。

【００４３】さらに、直流カット用トランスT1に出力さ
れる信号が、コントロール部１からの入力信号と周波数
弁別器の出力の論理積であるため、入力信号が高群→低
群に変化した際、オフ時に低群の周波数を入力しておい
ても（オフ時に周波数を“ゼロ”しなくても）応答送れ
無くスイッチ動作させることができる。

【００４４】また、負荷電流検出出力にバイアスが印加
され、電圧／周波数変換器１６によって電圧／周波数変
換されることにより、負荷電流無しの時でも一定の周波
数の信号が電圧／周波数変換器１６から出力されること
になる。これにより、単一線路で構成されているにも関
わらず、無負荷時でもコントロール部１で一定の周波数
の信号が得られることになり、電圧／周波数変換器１６
の異常や、スイッチ部１０との接続状態が確認でき、自
己診断特性が向上する。

【００４５】なお、可変周波数発信器４としては、１個
の固定周波数の発振器に分周回路を付加し、その出力を
選択するように構成したり、２個の個別の固定周波数の
発振器を用いて構成してもよい。また、周波数弁別回路
５は、一定時間（例えば電源周波数の整数倍）入力周波
数をカウントし、その出力を予め設定されたデータとコ
ンパレータで比較して出力する等して構成することがで
きる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体回路を用いた原子炉の安全保護装置であって、フ
ェイルセーフ性を高め、またその動作に対して診断機能
を充実させた原子炉の安全保護装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原子炉の安全保護装置の要部基本構成
を示す図。

【図２】発明の原子炉の安全保護装置の一実施例の要部
構成を示す図。

【図３】図２の周波数弁別器の構成例を示す図。

【図４】従来の原子炉の安全保護装置の要部構成を示す
図。

【符号の説明】

１ コントロール部 ４ 可変周波数発信器 ５ 周波数弁別回路 １０ スイッチ部 １３ スイッチ １４ 周波数弁別器 １５ 加算器 １６ 電圧／周波数変換器 LED1 発光ダイオード T1 直流カット用トランス T2 負荷電流検出用トランス G1 アンド回路

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コントロール部とスイッチ部とを具備
   し、前記コントロール部は入力信号に応じて前記スイッ
   チ部に所定信号を送出し、前記スイッチ部は前記コント
   ロール部からの前記所定信号に応じてスイッチを駆動し
   て所定の原子炉の安全保護系の機器を動作させる原子炉
   の安全保護装置において、 前記コントロール部に、前記入力信号に応じて周波数を
   切換えて発振を行う可変周波数発振手段を配設し、 前記スイッチ部に、前記コントロール部からの信号の周
   波数を弁別する周波数弁別手段を配設して、この周波数
   弁別手段により所定周波数を検出した時のみに、受信周
   波数で、前記スイッチを駆動するためのスイッチ駆動電
   圧を発生させるようにしたことを特徴とする原子炉の安
   全保護装置。
2. 【請求項２】 コントロール部とスイッチ部とを具備
   し、前記コントロール部は入力信号に応じて前記スイッ
   チ部に所定信号を送出し、前記スイッチ部は前記コント
   ロール部からの前記所定信号に応じてスイッチを駆動し
   て所定の原子炉の安全保護系の機器を動作させる原子炉
   の安全保護装置において、 前記コントロール部に、前記入力信号に応じて周波数を
   切換えて発振を行う可変周波数発振手段を配設し、 前記スイッチ部に、前記コントロール部からの信号の周
   波数を弁別する周波数弁別手段を配設して、この周波数
   弁別手段により所定周波数を検出した時のみに、受信周
   波数で、前記スイッチを駆動するためのスイッチ駆動電
   圧を発生させるようにするとともに、前記コントロール
   部からの信号の交流成分のみで作動し、前記コントロー
   ル部との接続の状態を表示する表示手段を配設したこと
   を特徴とする原子炉の安全保護装置。
3. 【請求項３】 前記スイッチ部は、アンド回路を具備
   し、前記周波数弁別手段の出力と、前記コントロール部
   からの信号の論理積とから前記スイッチを駆動するため
   のスイッチ駆動電圧を発生させることを特徴とする請求
   項１〜２記載の原子炉の安全保護装置。
4. 【請求項４】 コントロール部とスイッチ部とを具備
   し、前記コントロール部は入力信号に応じて前記スイッ
   チ部に所定信号を送出し、前記スイッチ部は前記コント
   ロール部からの前記所定信号に応じてスイッチを駆動し
   て所定の原子炉の安全保護系の機器を動作させる原子炉
   の安全保護装置において、 前記スイッチ部は、前記スイッチをオンとした際に、前
   記安全保護系の機器に流れる負荷電流を検出し、この検
   出信号に一定のバイアス電圧を加えた後、電圧／周波数
   変換した交流信号を前記コントロール部に送出し、 前記コントロール部は、前記交流信号を周波数弁別し
   て、前記スイッチ部の状態を検出するよう構成されたこ
   とを特徴とする原子炉の安全保護装置。