JPH0442728A

JPH0442728A - 超電導スイッチによる対瞬時停電保護装置

Info

Publication number: JPH0442728A
Application number: JP2147466A
Authority: JP
Inventors: Koushichi Noto; 能登　宏七
Original assignee: Tohoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Tohoku Electric Power Co Inc
Priority date: 1990-06-07
Filing date: 1990-06-07
Publication date: 1992-02-13
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JP2573725B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

（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
変換し、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
ー貯蔵装置か開発されている。そして、この超電導エネ
ルギー貯蔵装置は、電力貯蔵効率か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Ｉ。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−ＬＸ　（ｄ　Ｉ／
ｄ　ｔ）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、 −ＶＸＩＯである。

ただし、超電導コイル１４は、その内部の電流変化（ｄ
Ｉ／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
（ｄ　Ｉ／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■。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クスイッチ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とサイリスクスイッチ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）ｘＬｘ　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■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■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１
４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・ソトの特性から、大電流
（数十ＫＡ径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（ｄ　Ｉ／ｄ　ｔ）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。

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。

（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。

（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１
４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、１２
ｂ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１
８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１７ｄ、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１７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、１７８間に抵抗か発生されて、超電導ス
イッチ１７かオフ状態となる。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の動作が実行される
。

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］２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からの磁界発生か停止されることにより、超電
導コイル１７ａか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■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
を流れ続は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。

したかって、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。

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。

（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。

【図面の簡単な説明】

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・・・サイリスク
スイッチ、１６・・・保護抵抗、１７・・・超電導スイ
ッチ、１８・・・整流回路。１１１１！１ＩｉＩＧ図［２図１１ｉ４図

Claims

【特許請求の範囲】

（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。
（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。