JPH0350497B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、サイリスタ変換器を介して交流電
流を直流電流に変換して電気的エネルギーを超電
導マグネツトにより貯蔵するエネルギー貯蔵装置
に関する。

〔従来技術とその問題点〕

この種のエネルギー貯蔵装置として、従来第１
図に示すものが知られている。第１図において、
符号１は交流電源として電力供給線、TCは電力
供給線１からの交流を昇降圧するための変圧器２
とサイリスタ３とから構成されるサイリスタ変換
器、４は液体ヘリウム等を収納している極低温槽
Ｔ内に設けられた超電導マグネツト、５は極低温
槽Ｔ内に設けられた永久電流スイツチ、６はその
抵抗値が常電導状態下にあるマグネツト４の抵抗
値よりも十分に小さい値を有する保護用抵抗、７
は超電導マグネツト４が常電導に転移したときこ
れを閉じてエネルギーを速かに保護用抵抗６に回
収するためのスイツチを示す。

第１図に示す従来のエネルギー貯蔵装置におい
て、電気的エネルギーを貯蔵する場合には、まず
サイリスタ変換器TCを順変換器として作動させ
ることにより、交流電流を直流電流に変換したの
ち、この直流電流で超電導マグネツト４を励磁し
最大許容電流値に達するまで超電導マグネツト４
に電流を供給してから、機械的スイツチに代表さ
れる永久電流スイツチ５を閉じると、永久電流が
超電導マグネツト４と永久電流スイツチ５とで形
成される閉回路内を還流し、これにより電気的エ
ネルギーが貯蔵される。

超電導マグネツト４に貯蔵された電気的エネル
ギーを外出電力供給線１に取り出すには、サイリ
スタ変換器TCを逆変換器として作動させ、永久
電流スイツチ５を開くことにより超電導マグネツ
ト４に生ずる電圧により電力供給線１に電気的エ
ネルギーを取り出すことができる。

前述したような超電導マグネツトによるエネル
ギー貯蔵装置において、超電導マグネツト４の周
囲における温度が局部的に上昇したり、あるいは
超電導マグネツト４における電流や磁束密度があ
る値を超えたりすると、この超電導マグネツト４
は短時間のうちに常電導状態に転移してジユール
熱を発生するとともにマグネツト４の両端に非常
に高い電圧を発生するが、このような事態が発生
した際には、永久電流スイツチ５をすばやく開放
し、スイツチ７を閉じて貯蔵エネルギーを保護用
抵抗６へ分流させて、この抵抗６によつて貯蔵エ
ネルギーを急速に消費させることにより、超電導
マグネツト４が絶縁破壊等を起こしたり、液体ヘ
リウムが急激に気化したりすることを防止してい
る。

しかしながら、このような従来のエネルギー貯
蔵装置では、超電導マグネツト４の常電導転移時
に、貯蔵エネルギーが保護用抵抗６によりほとん
ど全て消費されるので、大規模な超電導エネルギ
ー貯蔵装置例えば揚水発電所レベルの電力をこの
装置にて貯蔵する場合、そのエネルギー損失は莫
大なものとなるほか、液体ヘリウムの消耗も多く
さらに保護用装置の大型化を招くという問題があ
つた。

〔発明の目的〕

この発明は前述の問題点に鑑みてなされたもの
で、超電導マグネツトの常電導転移時において、
常電導転移を超電導マグネツトの一部に留め、こ
の超電導マグネツトを保護するための貯蔵エネル
ギーの放出による損失および極低温槽内における
液体ヘリウムの気化による消耗を最小限に抑えか
つ保護用装置の小型化を図る超電導エネルギー貯
蔵装置を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、交流電源にサイリスタ変換器を介
して接続された超電導マグネツトを備えたエネル
ギー貯蔵装置において、超電導マグネツトを複数
個の超電導コイルを直列接続して構成し、各超電
導コイルに保護用永久電流スイツチを夫々並列に
接続し、更に複数個の超電導コイルからなる超電
導マグネツト全体に並列に永久電流スイツチを接
続すると共に、超電導マグネツト、保護用永久電
流スイツチおよび永久電流スイツチを極低温槽に
収納することにより、常時は極低温槽中の液体ヘ
リウム中の超電導回路のみでエネルギーを貯蔵す
ると共に、一部の超電導コイルに常電導転移が生
じた場合に、常電導転移の生じたコイルとそのコ
イルに並列接続された保護用永久電流スイツチと
から成る局所閉回路および他の健全なコイルの超
電導マグネツト全体に並列に設けた永久電流スイ
ツチとから成る閉回路を形成することにより、超
電導マグネツト保護のため貯蔵エネルギーをほと
んど外部へ放出することなく、健全な超電導コイ
ルへ吸収するようにするものである。

〔発明の実施例〕

第２図はこの発明の実施例を示す電気回路図、
第３図はその作用を説明するための電流図であ
る。第１図と同一部分には同一記号を符して説明
を省略する。第２図において超電導マグネツト８
は例えば３個に分割された超電導コイル８ａ，８
ｂおよび８ｃを直列接続したものから構成されて
おり、各コイルに対応して保護用永久電流スイツ
チ９ａ，９ｂおよび９ｃが夫々並列に接続されて
いる。また超電導マグネツト８と並列に永久電流
スイツチ１０が接続され、前記超電導マグネツト
８および保護用永久電流スイツチ９ａ〜９ｃと共
に極低温槽Ｔ１内に収納されている。さらに超電
導マグネツト８を保護するときにのみ開き、サイ
リスタ変換器TCと超電導マグネツト８を切り離
すためのスイツチ１１が、超電導マグネツト８と
サイリスタ変換器TCとの間に接続されている。

このような構成において、電気的エネルギーを
超電導マグネツト８により貯蔵するには、まずサ
イリスタ変換器TCを順変換器として作動させる
ことにより、電流値が各超電導コイル８ａ，８
ｂ，８ｃの最大許容電流値になるまで、各コイル
８ａ，８ｂ，８ｃに充電する。その際、各保護用
永久電流スイツチ９ａ，９ｂ，９ｃおよび永久電
流スイツチ１０はいずれも開いた状態にしてお
く。

充電が完了すると、永久電流スイツチ１０を閉
じてエネルギーを保護する。永久電流スイツチ１
０を閉じても、各保護用永久電流スイツチ９ａ〜
９ｃは開いた状態のままにしておく。従つて、各
超電導コイル８ａ〜８ｃを流れる電流は、永久電
流スイツチ１０と超電導マグネツト８とで形成さ
れる閉回路内を環流して外部へは放出されず、こ
れにより電気的エネルギーが超電導マグネツト８
に貯蔵され続けることになる。超電導マグネツト
８に貯蔵された電気エネルギーを外部電力供給線
１に取り出すには、サイリスタ変換器TCを逆変
換器として作動させ永久電流スイツチ１０を開く
ことにより行うことは第１図において説明した動
作と同様である。

次に一部の超電導コイルに常電導転移が生じた
場合の動作について第３図を参照して説明する。
一例として常電導転移が超電導コイル８ｂに生じ
たとすると、直ちに超電導コイル８ｂに並列接続
された保護用永久電流スイツチ９ｂを閉じると同
時に永久電流スイツチ１０も閉じる。その際、保
護用永久電流スイツチ９ａおよび９ｃは依然とし
て開いた状態のままにしておく。この一連の動作
において、最後にスイツチ１１を開き超電導マグ
ネツト８をサイリスタ変換器TCから切離す。こ
れにより超電導コイル８ａおよび８ｃの有する電
気エネルギーは、第３図実線Ｐループで示すよう
に、超電導コイル８ａおよび８ｃと永久電流スイ
ツチ１０および保護用永久電流スイツチ９ｂとで
形成される閉回路内を電流として環流せしめら
れ、これによりこれらのエネルギーは外部へ放出
されることなく貯蔵されつづけることになる。

一方超電導コイル８ｂの電流は第３図の破線Ｑ
ループで示すように局所閉回路を環流し、それが
有する貯蔵エネルギーは、一部は常電導転移した
部分でのジユール熱として消費されるが、大部分
の貯蔵エネルギーは超電導コイル８ａおよび８ｃ
と８ｂとの相互インダクタンスにより超電導コイ
ル８ａおよび８ｃに転送され、急速に超電導コイ
ル８ｂのエネルギーを減衰させることができる。
このエネルギー転送の原理について簡単に説明す
る。第３図において、超電導コイル８ｂが常電動
状態に転移した後、破線Ｑのループで電流が流れ
る。しかし常電導状態に転移した部分の抵抗が存
在するため、超電導コイル８ｂを流れる電流は減
衰する。すると、超電導コイル８ｂと超電導コイ
ル８ａとの相互誘導係数と、超電導コイル８ｂと
超電導コイル８ｃとの相互誘導係数とに応じて超
電導コイル８ａ、超電導コイル８ｃに流れる電流
は変化する。変化の方向は磁束変化を妨げる方向
である。超電導コイル８ａに鎖交している超電導
コイル８ｂが発生した磁束は、超電導コイル８ｂ
を流れる電流の減衰に伴い減少しようとする。よ
つてこの変化を妨げるように、即ち超電導コイル
８ａの発生磁束が増加するように、超電導コイル
８ａを流れる電流が増加する。同様にして超電導
コイル８ｃに流れる電流も増加する。この結果、
超電導コイル８ｂのエネルギーの減少に伴つて、
超電導コイル８ａ、超電導コイル８ｃのエネルギ
ーが増加する。

したがつて超電導マグネツト８の一部に常電導
転移が起きた場合に、常電導転移を他の正常な部
分に伝播することなしに局所に抑えることが可能
となり、貯蔵エネルギーのごとく一部だけが失わ
れるのみで、第１図に示す従来装置に比べてエネ
ルギー放出による損失ならびに極低温槽内におけ
る液体ヘリウムの気化による消耗を最小限に抑え
ることができる。

また、常電導転移により超電導マグネツト８に
電圧が発生するが、この発生電圧は十分に低くこ
れにより超電導マグネツト８が絶縁破壊すること
もない。さらにこの方法によれば、保護用永久電
流スイツチは極低温槽Ｔ１内にあるので、各々の
超電導コイル８ａ，８ｂ，８ｃから外部常温部に
特別の電流リードを設ける必要がなく、極低温部
にリード線を介して侵入する熱が存在しないた
め、エネルギー貯蔵装置としての効果を低下させ
ることがない。さらにまた保護用抵抗が存在しな
いため、その分装置が小型化するメリツトが生ず
る。

以上説明した実施例では、超電導マグネツト８
を三つのコイルに分割した例について説明した
が、この分割数は３に限定されるものではない。
さらに多数分割すればする程、常電導発生時に伴
なう動作による各回路に及ぼす衝撃は無視し時る
程小さいものにすることができる。また実施例で
はサイリスタ変換器TCと超電導マグネツト８と
の間に、スイツチ１１を直列接続する例について
説明したが、このスイツチ１１は省略することも
できる。なぜならば、このスイツチ１１を開く代
りにサイリスタをブロツクしておけばよい。

〔発明の効果〕 この発明によれば、交流電源にサイリスタ変換
器を介して接続された超電導マグネツトを備えた
エネルギー貯蔵装置において、前記超電導マグネ
ツトを複数個の超電導コイルを直列接続して構成
し、該超電導コイルに保護用永久電流スイツチを
夫々並列に接続し、更に前記超電導マグネツトに
並列に永久電流スイツチを接続すると共に、前記
超電導マグネツト、前記保護用永久電流スイツチ
および前記永久電流スイツチを極低温槽に収納す
るものとしたので、一部の超電導コイルに常電導
転移が生じた場合に、常電導転移の生じたコイル
とそのコイルに並列接続された保護用永久電流ス
イツチとから成る局所閉回路およびその他の健全
なコイルと超電導マグネツト全体に並列に設けた
永久電流スイツチとから成る閉回路が形成され、
超電導マグネツト保護のための電気エネルギーの
損失および極低温冷媒である液体ヘリウムの消耗
を最小限に抑えかつ保護用装置の小型化を図る効
果が得られる。

特に保護用永久電流スイツチを極低温槽に収納
したので、各超電導コイルから外部の常温部に特
別の電流リードを設ける必要がなく、極低温部に
リード線を介して侵入する熱が存在しないため、
エネルギー貯蔵装置としての効率が低下すること
はない。また、永久電流スイツチも極低温槽に収
納したので、常時液体ヘリウム中の超電導回路の
みでエネルギーを貯蔵でき、発熱による効率の低
下も防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超電導マグネツトによるエネル
ギー貯蔵装置の電気回路図、第２図はこの発明の
実施例の電気回路図、第３図は第２図の実施例の
作用を説明するための電流図である。 ８……超電導マグネツト、８ａ，８ｂ，８ｃ…
…超電導コイル、９ａ，９ｂ，９ｃ……保護用永
久電流スイツチ、１０……永久電流スイツチ、１
１……スイツチ、TC……サイリスタ変換器、Ｔ
１……極低温槽。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源にサイリスタ変換器を介して接続さ
   れた超電導マグネツトを備えたエネルギー貯蔵装
   置において、前記超電導マグネツトを複数個の超
   電導コイルを直列接続して構成し、該超電導コイ
   ルに保護用永久電流スイツチを夫々並列に接続
   し、更に前記超電導マグネツトに並列に永久電流
   スイツチを接続すると共に、前記超電導マグネツ
   ト、前記保護用永久電流スイツチおよび前記永久
   電流スイツチを極低温槽に収納してなることを特
   徴とする超電導マグネツトによるエネルギー貯蔵
   装置。