JPH0568328A - 超電導コイルの保護装置 - Google Patents
超電導コイルの保護装置Info
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- JPH0568328A JPH0568328A JP3255859A JP25585991A JPH0568328A JP H0568328 A JPH0568328 A JP H0568328A JP 3255859 A JP3255859 A JP 3255859A JP 25585991 A JP25585991 A JP 25585991A JP H0568328 A JPH0568328 A JP H0568328A
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- coil
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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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- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 超電導コイルにクエンチが発生したとき、該
コイルに蓄積したエネルギーを保護抵抗で急速に消費さ
せて、超電導コイルを保護する装置を小形安価に構成
し、かつ信頼性を向上させることのできるものを提供す
ることにある。 【構成】 サイリスタ変換器と超電導コイルとの間に断
路器を介挿し、超電導コイルに投入器を介して保護抵抗
を並列に挿入し、この保護抵抗の端子間に、しゃ断器
と、少なくとも１以上のダイオード等からなる非線形素
子と限流ヒューズを直列に接続した回路とを並列に挿入
して構成し、クエンチ発生時、しゃ断器→限流ヒューズ
→保護抵抗の順にコイル電流を転流せしめて、超電導コ
イルを保護するようにしたことを特徴とする。
コイルに蓄積したエネルギーを保護抵抗で急速に消費さ
せて、超電導コイルを保護する装置を小形安価に構成
し、かつ信頼性を向上させることのできるものを提供す
ることにある。 【構成】 サイリスタ変換器と超電導コイルとの間に断
路器を介挿し、超電導コイルに投入器を介して保護抵抗
を並列に挿入し、この保護抵抗の端子間に、しゃ断器
と、少なくとも１以上のダイオード等からなる非線形素
子と限流ヒューズを直列に接続した回路とを並列に挿入
して構成し、クエンチ発生時、しゃ断器→限流ヒューズ
→保護抵抗の順にコイル電流を転流せしめて、超電導コ
イルを保護するようにしたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は強磁場発生装置に用いら
れる超電導コイルの保護装置に関する。
れる超電導コイルの保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近時、電力貯蔵、核融合などの強磁場発
生装置に用いられる超電導コイルは大形化し、コイル電
流も大きくなり、数〜数十ｋＡに達し、超電導コイルに
蓄積されるエネルギーも数十〜数百ＭＪと巨大なものに
なってきている。超電導コイルは液体ヘリウムにより冷
却されて超電導状態を保っているが、何らかの原因でコ
イルの一部が常電導転移（以下、クエンチという）を起
こすと、その部分が発熱し、さらにその周辺が加熱して
次々にクエンチが発生し、最終的には超電導コイルが破
壊されるという問題があることはよく知られている。こ
のため、超電導線は、細い超電導線の周りを銅で厚く被
覆し、クエンチが発生した場合には電流を銅の部分に流
し、超電導線の断線を防止し、発熱も最小限に抑制する
ようにしている。
生装置に用いられる超電導コイルは大形化し、コイル電
流も大きくなり、数〜数十ｋＡに達し、超電導コイルに
蓄積されるエネルギーも数十〜数百ＭＪと巨大なものに
なってきている。超電導コイルは液体ヘリウムにより冷
却されて超電導状態を保っているが、何らかの原因でコ
イルの一部が常電導転移（以下、クエンチという）を起
こすと、その部分が発熱し、さらにその周辺が加熱して
次々にクエンチが発生し、最終的には超電導コイルが破
壊されるという問題があることはよく知られている。こ
のため、超電導線は、細い超電導線の周りを銅で厚く被
覆し、クエンチが発生した場合には電流を銅の部分に流
し、超電導線の断線を防止し、発熱も最小限に抑制する
ようにしている。
【０００３】このように小部分での短時間のクエンチは
防止することが可能であるが、クエンチの発生時間が長
い場合や、コイルの冷却部能力が不足したような場合に
は、電流をすみやかに減少させ、蓄積エネルギーを外部
放出させて超電導コイルを保護する必要がある。
防止することが可能であるが、クエンチの発生時間が長
い場合や、コイルの冷却部能力が不足したような場合に
は、電流をすみやかに減少させ、蓄積エネルギーを外部
放出させて超電導コイルを保護する必要がある。
【０００４】このような保護装置として例えば図５に示
すようなものがある。これについて説明すると、１は負
荷としての超電導コイル、２は図示しない交流電源に接
続された変換器用変圧器３に接続され、交流電力を整流
した直流電流を上記超電導コイル１に供給するサイリス
タ変換器である。４は上記超電導コイル１にダイオード
５を介して並列に接続され、超電導コイル１にクエンチ
が発生した場合、該コイル１に蓄積されたエネルギーを
吸収するための保護抵抗である。６は上記サイリスタ変
換器２の直流出力側に介挿された直流しゃ断回路であ
る。これは、上記サイリスタ変換器２に直列に接続され
た真空しゃ断器等からなる直流しゃ断器ＶＣＢと、この
直流しゃ断器ＶＣＢに、コンデンサＣを転流リアクトル
Ｌとイグナイトロン、トリガギャップ等からなるギャッ
プスイッチＧとを介して並列に接続し、上記コンデンサ
Ｃの端子間に抵抗Ｒを介して直流電源ＤＣを接続して構
成されている。
すようなものがある。これについて説明すると、１は負
荷としての超電導コイル、２は図示しない交流電源に接
続された変換器用変圧器３に接続され、交流電力を整流
した直流電流を上記超電導コイル１に供給するサイリス
タ変換器である。４は上記超電導コイル１にダイオード
５を介して並列に接続され、超電導コイル１にクエンチ
が発生した場合、該コイル１に蓄積されたエネルギーを
吸収するための保護抵抗である。６は上記サイリスタ変
換器２の直流出力側に介挿された直流しゃ断回路であ
る。これは、上記サイリスタ変換器２に直列に接続され
た真空しゃ断器等からなる直流しゃ断器ＶＣＢと、この
直流しゃ断器ＶＣＢに、コンデンサＣを転流リアクトル
Ｌとイグナイトロン、トリガギャップ等からなるギャッ
プスイッチＧとを介して並列に接続し、上記コンデンサ
Ｃの端子間に抵抗Ｒを介して直流電源ＤＣを接続して構
成されている。
【０００５】そして、通常運転時には、サイリスタ変換
器２により、超電導コイル１に直流しゃ断回路６の直流
しゃ断器ＶＣＢを介して直流電流が供給されている。こ
の状態で、超電導コイル１にクエンチが発生した場合、
直流しゃ断器ＶＣＢによって直流しゃ断し、超電導コイ
ル１に蓄積されたエネルギーを保護抵抗４で急速に消費
させてコイル１を保護するようになっている。
器２により、超電導コイル１に直流しゃ断回路６の直流
しゃ断器ＶＣＢを介して直流電流が供給されている。こ
の状態で、超電導コイル１にクエンチが発生した場合、
直流しゃ断器ＶＣＢによって直流しゃ断し、超電導コイ
ル１に蓄積されたエネルギーを保護抵抗４で急速に消費
させてコイル１を保護するようになっている。
【０００６】この際、直流しゃ断回路６は、直流しゃ断
器ＶＣＢを開極し、直流電源ＤＣにより、あらかじめ充
電されたコンデンサＣの電荷によってギャップスイッチ
Ｇを放電導通させ、転流リアクトルＬを介して共振させ
た大電流を直流しゃ断器ＶＣＢに注入して強制的に電流
零点をつくって直流しゃ断する。直流しゃ断後のコイル
電流は１→４→５→１の経路で流れ、超電導コイル１に
蓄積されたエネルギーを保護抵抗４で消費する。
器ＶＣＢを開極し、直流電源ＤＣにより、あらかじめ充
電されたコンデンサＣの電荷によってギャップスイッチ
Ｇを放電導通させ、転流リアクトルＬを介して共振させ
た大電流を直流しゃ断器ＶＣＢに注入して強制的に電流
零点をつくって直流しゃ断する。直流しゃ断後のコイル
電流は１→４→５→１の経路で流れ、超電導コイル１に
蓄積されたエネルギーを保護抵抗４で消費する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、上記のよ
うに構成された場合、超電導コイル１の保護は可能とな
るが、直流しゃ断器ＶＣＢには連続に数十ｋＡ以上の電
流を流すことになるため、相当大きな直流しゃ断器が必
要となり、汎用性のある直流しゃ断器は数ｋＡ程度なの
で単一バルブでは実現することができず、並列使用等格
別な構成が必要となるという問題を有している。しか
も、直流しゃ断器の開極時に電流零点をつくるために放
電するコンデンサも大容量となり、これの充電装置も必
要となって構成を複雑化し、装置を大形化して高価なも
のになるという問題を有している。また、コンデンサは
常時充電していなければならず、ギャップスイッチがミ
ス放電すればしゃ断機能が失われるおそれを有し、直流
しゃ断器の開極とギャップスイッチの放電導通とのタイ
ミングがずれるとしゃ断不能となり、タイミング合わせ
の精度も高くなって（例えば１ｍｓ以下）、両者の組合
わせ調整もはん雑になって手間を要し、信頼性を低下さ
せるという問題を有している。
うに構成された場合、超電導コイル１の保護は可能とな
るが、直流しゃ断器ＶＣＢには連続に数十ｋＡ以上の電
流を流すことになるため、相当大きな直流しゃ断器が必
要となり、汎用性のある直流しゃ断器は数ｋＡ程度なの
で単一バルブでは実現することができず、並列使用等格
別な構成が必要となるという問題を有している。しか
も、直流しゃ断器の開極時に電流零点をつくるために放
電するコンデンサも大容量となり、これの充電装置も必
要となって構成を複雑化し、装置を大形化して高価なも
のになるという問題を有している。また、コンデンサは
常時充電していなければならず、ギャップスイッチがミ
ス放電すればしゃ断機能が失われるおそれを有し、直流
しゃ断器の開極とギャップスイッチの放電導通とのタイ
ミングがずれるとしゃ断不能となり、タイミング合わせ
の精度も高くなって（例えば１ｍｓ以下）、両者の組合
わせ調整もはん雑になって手間を要し、信頼性を低下さ
せるという問題を有している。
【０００８】本発明は上述した点にかんがみてなされた
もので、その目的とするところは、簡略化した構成で小
形安価で、かつ信頼性を向上することができるものを提
供することにある。
もので、その目的とするところは、簡略化した構成で小
形安価で、かつ信頼性を向上することができるものを提
供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は電源としてのサイリスタ変換器と負荷とし
ての超電導コイルとの間に、断路器を介挿し、超電導コ
イルに投入器を介して保護抵抗を並列に挿入し、この保
護抵抗の端子間に、しゃ断器と、少なくとも１以上のダ
イオード等からなる非線形素子と限流ヒューズを直列に
接続した回路とを並列に挿入して、クエンチ発生時、し
ゃ断器→限流ヒューズ→保護抵抗の順にコイル電流を転
流せしめて超電導コイルを保護するようにしたことを特
徴とする。
め、本発明は電源としてのサイリスタ変換器と負荷とし
ての超電導コイルとの間に、断路器を介挿し、超電導コ
イルに投入器を介して保護抵抗を並列に挿入し、この保
護抵抗の端子間に、しゃ断器と、少なくとも１以上のダ
イオード等からなる非線形素子と限流ヒューズを直列に
接続した回路とを並列に挿入して、クエンチ発生時、し
ゃ断器→限流ヒューズ→保護抵抗の順にコイル電流を転
流せしめて超電導コイルを保護するようにしたことを特
徴とする。
【００１０】
【作用】超電導コイルにクエンチが発生した場合、サイ
リスタ変換器を制御遅れ角を９０°より遅らせて負電圧
を出力させてから投入器を投入させ、コイル電流をしゃ
断器に移して、電源側の電流を零にして断路器を開極
し、その後しゃ断器を開極させ、この開極によって生じ
るアーク電圧によりコイル電流を限流ヒューズに転流
し、限流ヒューズ溶断時に発生するアーク電圧によりコ
イル電流を保護抵抗に転流させて、コイル電流をＬ／Ｒ
で定まる減衰時定数で減衰させ、蓄積されたエネルギー
は保護抵抗で消費して超電導コイルは保護される。この
際、上記コイル電流をしゃ断器に移したとき、コイル電
流がしゃ断器の接点抵抗による電圧降下（以下、接点電
圧降下という）によって限流ヒューズに分流しようとす
るが、限流ヒューズには少なくとも１以上の非線形素子
が直列に接続されているため、しゃ断器開極以前におけ
る分流を抑制し、限流ヒューズの温度上昇が防止され、
しゃ断器開極後にのみ限流ヒューズへコイル電流が転流
することによって限流ヒューズへの転流完了前における
ヒューズの発弧が防止される。
リスタ変換器を制御遅れ角を９０°より遅らせて負電圧
を出力させてから投入器を投入させ、コイル電流をしゃ
断器に移して、電源側の電流を零にして断路器を開極
し、その後しゃ断器を開極させ、この開極によって生じ
るアーク電圧によりコイル電流を限流ヒューズに転流
し、限流ヒューズ溶断時に発生するアーク電圧によりコ
イル電流を保護抵抗に転流させて、コイル電流をＬ／Ｒ
で定まる減衰時定数で減衰させ、蓄積されたエネルギー
は保護抵抗で消費して超電導コイルは保護される。この
際、上記コイル電流をしゃ断器に移したとき、コイル電
流がしゃ断器の接点抵抗による電圧降下（以下、接点電
圧降下という）によって限流ヒューズに分流しようとす
るが、限流ヒューズには少なくとも１以上の非線形素子
が直列に接続されているため、しゃ断器開極以前におけ
る分流を抑制し、限流ヒューズの温度上昇が防止され、
しゃ断器開極後にのみ限流ヒューズへコイル電流が転流
することによって限流ヒューズへの転流完了前における
ヒューズの発弧が防止される。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図４によっ
て説明する。なお図５と同一部分は同一符号を付して重
複する説明は省略する。図１において、７はサイリスタ
変換器２の直流出力側と超電導コイル１との間に挿入さ
れた断路器で、電動、油圧等の駆動手段を具備し、開閉
指令によりリモート操作できるようになっている。１０
は上記断路器７と同様、開閉指令によりリモート操作可
能に形成された投入器である。そして、上記超電導コイ
ル１に、投入器１０を介して保護抵抗４を並列に接続
し、この保護抵抗４の端子間に、真空しゃ断器８と、限
流ヒューズ９と少なくとも１以上非線形素子としてのダ
イオード１１を直列に接続した回路とを並列に挿入し
て、上記投入器１０の投入後、あらかじめ開極してあっ
た真空しゃ断器８を開極することにより、超電導コイル
１のコイル電流を限流ヒューズ９から保護抵抗４へと順
次転流せしめるようになっている。
て説明する。なお図５と同一部分は同一符号を付して重
複する説明は省略する。図１において、７はサイリスタ
変換器２の直流出力側と超電導コイル１との間に挿入さ
れた断路器で、電動、油圧等の駆動手段を具備し、開閉
指令によりリモート操作できるようになっている。１０
は上記断路器７と同様、開閉指令によりリモート操作可
能に形成された投入器である。そして、上記超電導コイ
ル１に、投入器１０を介して保護抵抗４を並列に接続
し、この保護抵抗４の端子間に、真空しゃ断器８と、限
流ヒューズ９と少なくとも１以上非線形素子としてのダ
イオード１１を直列に接続した回路とを並列に挿入し
て、上記投入器１０の投入後、あらかじめ開極してあっ
た真空しゃ断器８を開極することにより、超電導コイル
１のコイル電流を限流ヒューズ９から保護抵抗４へと順
次転流せしめるようになっている。
【００１２】そして、上記断路器７、投入器１０及び真
空しゃ断器８に対する開閉指令並びにサイリスタ変換器
２に対するゲート信号は図示しない制御装置より送出す
るようになっている。
空しゃ断器８に対する開閉指令並びにサイリスタ変換器
２に対するゲート信号は図示しない制御装置より送出す
るようになっている。
【００１３】また、上記ダイオード１１は、しゃ断器８
の接点電圧降下をＶx 、該ダイオード１１の順方向電圧
降下をＶD とするとＶD ＞Ｖx の関係になるようダイオ
ードの直列個数を選定して、しゃ断器８にコイル電流が
流れるとき、限流ヒューズ９に分流するのを抑制し、か
つ上記ＶD はしゃ断器８から限流ヒューズ９へ転流する
際、しゃ断器８の開極後のアーク電圧ＶCBa より十分低
く（ＶD ＜＜ＶCBa ）なるよう選定して、転流が迅速に
行われるようになっている。例えば、今、しゃ断器８の
上記接点電圧降下Ｖx を３Ｖとすると、ダイオード１１
の順方向電圧降下ＶD も３Ｖ程度必要となり、一般にダ
イオード１個の順方向電圧降下は０．７〜１．０Ｖであ
るから３〜４個直列に接続して適用すれば、上記ＶD ＞
Ｖx の関係に容易に選定することができ、かつ、しゃ断
器８の開極後のアーク電圧ＶCBa は汎用の３相しゃ断器
の２〜３極を直列接続して単相用として用いれば、６０
〜１２０Ｖ程度にアーク電圧をあげることができ、上記
ＶD ＜＜ＶCBa の関係に転流速度を低下させることな
く、設定することができる。
の接点電圧降下をＶx 、該ダイオード１１の順方向電圧
降下をＶD とするとＶD ＞Ｖx の関係になるようダイオ
ードの直列個数を選定して、しゃ断器８にコイル電流が
流れるとき、限流ヒューズ９に分流するのを抑制し、か
つ上記ＶD はしゃ断器８から限流ヒューズ９へ転流する
際、しゃ断器８の開極後のアーク電圧ＶCBa より十分低
く（ＶD ＜＜ＶCBa ）なるよう選定して、転流が迅速に
行われるようになっている。例えば、今、しゃ断器８の
上記接点電圧降下Ｖx を３Ｖとすると、ダイオード１１
の順方向電圧降下ＶD も３Ｖ程度必要となり、一般にダ
イオード１個の順方向電圧降下は０．７〜１．０Ｖであ
るから３〜４個直列に接続して適用すれば、上記ＶD ＞
Ｖx の関係に容易に選定することができ、かつ、しゃ断
器８の開極後のアーク電圧ＶCBa は汎用の３相しゃ断器
の２〜３極を直列接続して単相用として用いれば、６０
〜１２０Ｖ程度にアーク電圧をあげることができ、上記
ＶD ＜＜ＶCBa の関係に転流速度を低下させることな
く、設定することができる。
【００１４】次に、その動作を図２乃至図４と共に説明
する。通常運転時、断路器７は閉極し、投入器１０は開
極、真空しゃ断器８は閉極して、交流電力を図示しない
制御装置のゲート信号により整流して得られた直流低電
圧大電流（例えば５０Ｖ，３２ｋＡ）を負荷としての超
電導コイル１に供給する。この状態でクエンチが発生し
た場合（図２のｔ0 時点）図示しないクエンチ検出手段
により検出信号が図示しない制御装置に送出され、これ
をうけた上記制御装置はサイリスタ変換器に制御遅れ角
が９０°より遅れたゲート信号を送出して、サイリスタ
変換器２を逆変換動作に移行させて負電圧を（例えば−
５０Ｖ）を出力させる（図２）。
する。通常運転時、断路器７は閉極し、投入器１０は開
極、真空しゃ断器８は閉極して、交流電力を図示しない
制御装置のゲート信号により整流して得られた直流低電
圧大電流（例えば５０Ｖ，３２ｋＡ）を負荷としての超
電導コイル１に供給する。この状態でクエンチが発生し
た場合（図２のｔ0 時点）図示しないクエンチ検出手段
により検出信号が図示しない制御装置に送出され、これ
をうけた上記制御装置はサイリスタ変換器に制御遅れ角
が９０°より遅れたゲート信号を送出して、サイリスタ
変換器２を逆変換動作に移行させて負電圧を（例えば−
５０Ｖ）を出力させる（図２）。
【００１５】次いで、投入器１０を上記制御装置の指令
により投入させる（図２のｔ1 時点）。これにより、超
電導コイル１のコイル電流は、１→８→１０→１の経路
で流れ、電源側からの電流は零になる。この際、上記コ
イル電流は、しゃ断器８の接点抵抗によって限流ヒュー
ズ９とダイオード１１の直列回路に分流しようとする
が、接点電圧降下Ｖx とダイオード１１の順方向電圧降
下ＶD がＶD ＞Ｖx の関係になっているため、限流ヒュ
ーズ９には上記コイル電流が分流しない。
により投入させる（図２のｔ1 時点）。これにより、超
電導コイル１のコイル電流は、１→８→１０→１の経路
で流れ、電源側からの電流は零になる。この際、上記コ
イル電流は、しゃ断器８の接点抵抗によって限流ヒュー
ズ９とダイオード１１の直列回路に分流しようとする
が、接点電圧降下Ｖx とダイオード１１の順方向電圧降
下ＶD がＶD ＞Ｖx の関係になっているため、限流ヒュ
ーズ９には上記コイル電流が分流しない。
【００１６】次に断路器７を上記制御装置の指令により
開極する（図２のｔ2 時点）。この際、電源側の電流は
零であるため、断路器７を開極してもアークは発生せ
ず、超電導コイル１とサイリスタ変換器２とは切離され
る。次いで真空しゃ断器８を上記制御装置の指令により
開極する（図２のｔ3 時点）。この際、極間にアークが
発生し、これによるアーク電圧ＶCBa がダイオード１１
の順方向電圧降下ＶD よりきわめて大きくなるよう選定
されているので、アーク電圧によってコイル電流が限流
ヒューズ９に転流速度を低下させることになく転流す
る。
開極する（図２のｔ2 時点）。この際、電源側の電流は
零であるため、断路器７を開極してもアークは発生せ
ず、超電導コイル１とサイリスタ変換器２とは切離され
る。次いで真空しゃ断器８を上記制御装置の指令により
開極する（図２のｔ3 時点）。この際、極間にアークが
発生し、これによるアーク電圧ＶCBa がダイオード１１
の順方向電圧降下ＶD よりきわめて大きくなるよう選定
されているので、アーク電圧によってコイル電流が限流
ヒューズ９に転流速度を低下させることになく転流す
る。
【００１７】この転流を図３の等価回路図及び図４の波
形図によって説明すると、真空しゃ断器８の接触抵抗に
よる電圧降下をＶCB、電流をｉCB、発生するアーク電圧
をＶCBa 、限流ヒューズ９の電圧降下をＶF （即ち、ｉ
F ×ＲF,但しＲF ；９の抵抗分）、ダイオード１１の電
圧降下をＶD 、真空しゃ断器８と限流ヒューズ９の回路
配線のインダクタンスをＬ1 、しゃ断電流をＩｃとし、
ＶCBa −ＶF −ＶD を一定とすれば、転流時間Ｔ1 は概
略 で示され、（１）式からも理解されるように、転流時間
Ｔ1 は、アーク電圧ＶCBa が高い程、真空しゃ断器８か
ら限流ヒューズ９の回路配線のインダクタンスＬ1 が低
い程転流がすみやかに行われることになる。今、例えば
上式のＬ1 ＝２μＨ、ＶCBa −ＶF −ＶD ＝５０Ｖ、Ｉ
ｃ＝３２ｋＡと仮定すれば、転流時間Ｔ1 は（１）式か
ら１．３ｍｓとなる。このことは、通常の構成であれば
１〜３ｍｓ程度の時間で転流が完了することになる。
形図によって説明すると、真空しゃ断器８の接触抵抗に
よる電圧降下をＶCB、電流をｉCB、発生するアーク電圧
をＶCBa 、限流ヒューズ９の電圧降下をＶF （即ち、ｉ
F ×ＲF,但しＲF ；９の抵抗分）、ダイオード１１の電
圧降下をＶD 、真空しゃ断器８と限流ヒューズ９の回路
配線のインダクタンスをＬ1 、しゃ断電流をＩｃとし、
ＶCBa −ＶF −ＶD を一定とすれば、転流時間Ｔ1 は概
略 で示され、（１）式からも理解されるように、転流時間
Ｔ1 は、アーク電圧ＶCBa が高い程、真空しゃ断器８か
ら限流ヒューズ９の回路配線のインダクタンスＬ1 が低
い程転流がすみやかに行われることになる。今、例えば
上式のＬ1 ＝２μＨ、ＶCBa −ＶF −ＶD ＝５０Ｖ、Ｉ
ｃ＝３２ｋＡと仮定すれば、転流時間Ｔ1 は（１）式か
ら１．３ｍｓとなる。このことは、通常の構成であれば
１〜３ｍｓ程度の時間で転流が完了することになる。
【００１８】一般に、真空しゃ断器８は商用周波数の１
／２サイクル（８〜１０ｍｓ）はアークが持続し、それ
に耐えられるよう形成されているので、上記例示からも
理解されるように、アーク時間は短く、真空しゃ断器８
を損傷せしめるようなことはない。
／２サイクル（８〜１０ｍｓ）はアークが持続し、それ
に耐えられるよう形成されているので、上記例示からも
理解されるように、アーク時間は短く、真空しゃ断器８
を損傷せしめるようなことはない。
【００１９】次いで、上記真空しゃ断器８の開極により
限流ヒューズ９にコイル電流ＩC が移り、限流ヒューズ
９が溶断し、その限流効果により高いアーク電圧ＶFaが
発生する（図２のｔ4 時点）。限流ヒューズ９の溶断開
始及びアーク電圧発生時間を真空しゃ断器８が再点弧し
ない絶縁回復時間以上（図４のＴ2 、例えば１〜２ｍｓ
以上）に選定しておけば、限流ヒューズ９のアーク電圧
発生時点（図４のｔ4 時点）に真空しゃ断器８は再点弧
することなく回復し、例えば２〜４ｍｓ後には数十ｋＶ
程度まで回復することになる。したがって、上記転流時
間Ｔ1 と溶断開始時間Ｔ2 との和（Ｔ1 ＋Ｔ2 ）が上記
例示した値でみれば２ｍｓ以上になれば、コイル電流は
確実に転流されることになる。そして、限流ヒューズ９
のアーク電圧ＶFaにより、コイル電流ＩCが保護抵抗４
に転流し、限流ヒューズ９の電流はしゃ断される。限流
ヒューズ９は、高圧（例えば６ｋＶ）限流ヒューズを用
いれば、アーク電圧が１０ｋＶ程度以上発生し、（定格
電流）×（保護抵抗）を数ｋＶ以下にすれば、コイル電
流ＩC の保護抵抗４への転流は、限流ヒューズ９のアー
ク電圧をＶFa、保護抵抗４の電圧降下をＶR 、電流をｉ
R 回路配線のインダクタンスをＬ2 とし、ＶFa−ＶR を
一定とすれば、転流時間Ｔ3 は概略 で示され、例えばＬ2 ＝２０μＨ，ＶFa−ＶR ＝５００
Ｖ，Ｉｃ＝３２ｋＡと仮定すれば、Ｔ3 は（２）式から
１．３ｍｓとなる。上記保護抵抗４に流れるコイル電流
ＩC は減衰時定数で減衰し、超電導コイル１に蓄積され
たエネルギーはすべて保護抵抗４で消費され保護され
る。
限流ヒューズ９にコイル電流ＩC が移り、限流ヒューズ
９が溶断し、その限流効果により高いアーク電圧ＶFaが
発生する（図２のｔ4 時点）。限流ヒューズ９の溶断開
始及びアーク電圧発生時間を真空しゃ断器８が再点弧し
ない絶縁回復時間以上（図４のＴ2 、例えば１〜２ｍｓ
以上）に選定しておけば、限流ヒューズ９のアーク電圧
発生時点（図４のｔ4 時点）に真空しゃ断器８は再点弧
することなく回復し、例えば２〜４ｍｓ後には数十ｋＶ
程度まで回復することになる。したがって、上記転流時
間Ｔ1 と溶断開始時間Ｔ2 との和（Ｔ1 ＋Ｔ2 ）が上記
例示した値でみれば２ｍｓ以上になれば、コイル電流は
確実に転流されることになる。そして、限流ヒューズ９
のアーク電圧ＶFaにより、コイル電流ＩCが保護抵抗４
に転流し、限流ヒューズ９の電流はしゃ断される。限流
ヒューズ９は、高圧（例えば６ｋＶ）限流ヒューズを用
いれば、アーク電圧が１０ｋＶ程度以上発生し、（定格
電流）×（保護抵抗）を数ｋＶ以下にすれば、コイル電
流ＩC の保護抵抗４への転流は、限流ヒューズ９のアー
ク電圧をＶFa、保護抵抗４の電圧降下をＶR 、電流をｉ
R 回路配線のインダクタンスをＬ2 とし、ＶFa−ＶR を
一定とすれば、転流時間Ｔ3 は概略 で示され、例えばＬ2 ＝２０μＨ，ＶFa−ＶR ＝５００
Ｖ，Ｉｃ＝３２ｋＡと仮定すれば、Ｔ3 は（２）式から
１．３ｍｓとなる。上記保護抵抗４に流れるコイル電流
ＩC は減衰時定数で減衰し、超電導コイル１に蓄積され
たエネルギーはすべて保護抵抗４で消費され保護され
る。
【００２０】なお、上記減衰時定数は、超電導コイルの
端子電圧が非常に大きくなってコイル絶縁が困難になら
ない程度に選定され、例えば、小形のもので数秒、大形
のもので十数秒〜数十秒程度に選定すればよい。
端子電圧が非常に大きくなってコイル絶縁が困難になら
ない程度に選定され、例えば、小形のもので数秒、大形
のもので十数秒〜数十秒程度に選定すればよい。
【００２１】そして、通常運転に戻る場合は、真空しゃ
断器８を投入させ、限流ヒューズ９を取替え、投入器１
０を開極し、断路器７を投入して次のクエンチ発生に備
える。
断器８を投入させ、限流ヒューズ９を取替え、投入器１
０を開極し、断路器７を投入して次のクエンチ発生に備
える。
【００２２】上記説明からも理解されるように、連続し
て大電流を通電するのは断路器７のみであり、電流しゃ
断は行われないので、汎用の断路器が使用可能となる。
また投入器１０は、通電時間が超電導コイル１の放電時
定数（減衰時定数）に見合った時間（例えば数秒程度）
となるため、短時間定格のもので適用が可能となり、超
電導コイル１の定格電流の投入が可能であればよいの
で、格別大形化するようなことはない。さらに真空しゃ
断器８は、投入器１０が投入されてから開極してコイル
電流を限流ヒューズ９に転流させるまでのわずかな時間
（例えば１秒以下）の通電容量があればよいので、汎用
のもの（例えば１２００Ａクラスで３２ｋＡ短時間しゃ
断可能）が適用できる。また、汎用のものであれば、２
〜３極の直列接続も容易である。さらにまた、限流ヒュ
ーズ９は、真空しゃ断器８が開極し、該真空しゃ断器８
の絶縁が確保できるまで溶断しないという条件で定格電
流はできる限り小さいものが選定できる。例えば高圧
（３〜６ｋＶ）用の限流ヒューズで３００〜４００Ａク
ラスであれば、溶断時間は５ｍｓから１０ｍｓ程度のも
のが選定できるため、汎用のものが適用できる。しかも
このクラスのものはヒューズホルダも容易に装着可能で
動作表示も付属しているため、動作後の取替えに手間を
要することなく簡単に行うことができる。またクエンチ
の発生は実際には年に１度あるかないかであるため、予
備品として数本用意しておけば数年間は使用可能であ
り、汎用の高圧限流ヒューズを適用できるため、ランニ
ングコストを高めることもない。
て大電流を通電するのは断路器７のみであり、電流しゃ
断は行われないので、汎用の断路器が使用可能となる。
また投入器１０は、通電時間が超電導コイル１の放電時
定数（減衰時定数）に見合った時間（例えば数秒程度）
となるため、短時間定格のもので適用が可能となり、超
電導コイル１の定格電流の投入が可能であればよいの
で、格別大形化するようなことはない。さらに真空しゃ
断器８は、投入器１０が投入されてから開極してコイル
電流を限流ヒューズ９に転流させるまでのわずかな時間
（例えば１秒以下）の通電容量があればよいので、汎用
のもの（例えば１２００Ａクラスで３２ｋＡ短時間しゃ
断可能）が適用できる。また、汎用のものであれば、２
〜３極の直列接続も容易である。さらにまた、限流ヒュ
ーズ９は、真空しゃ断器８が開極し、該真空しゃ断器８
の絶縁が確保できるまで溶断しないという条件で定格電
流はできる限り小さいものが選定できる。例えば高圧
（３〜６ｋＶ）用の限流ヒューズで３００〜４００Ａク
ラスであれば、溶断時間は５ｍｓから１０ｍｓ程度のも
のが選定できるため、汎用のものが適用できる。しかも
このクラスのものはヒューズホルダも容易に装着可能で
動作表示も付属しているため、動作後の取替えに手間を
要することなく簡単に行うことができる。またクエンチ
の発生は実際には年に１度あるかないかであるため、予
備品として数本用意しておけば数年間は使用可能であ
り、汎用の高圧限流ヒューズを適用できるため、ランニ
ングコストを高めることもない。
【００２３】加えて、定格電流が上記例示でも理解され
るように、数百Ａの限流ヒューズに数十ｋＡの電流を流
すため、ヒューズ電流は確実にしゃ断する。しかも汎用
の限流ヒューズのしゃ断容量は数十ｋＡ以上あり、保護
抵抗に転流した後の電圧を数ｋＶ以下にすれば再点弧、
しゃ断失敗を生ずることもない。
るように、数百Ａの限流ヒューズに数十ｋＡの電流を流
すため、ヒューズ電流は確実にしゃ断する。しかも汎用
の限流ヒューズのしゃ断容量は数十ｋＡ以上あり、保護
抵抗に転流した後の電圧を数ｋＶ以下にすれば再点弧、
しゃ断失敗を生ずることもない。
【００２４】上記実施例において、非線形素子１１と限
流ヒューズ９の直列回路は単一の回路として説明した
が、複数の断路器に、非線形素子１１と限流ヒューズ９
の直列回路をそれぞれ接続して複数の限流ヒューズ９の
溶断回路を設け、この複数の溶断回路の一の断路器を閉
路して（他は開路）、クエンチ発生によって限流ヒュー
ズ９の溶断毎に未溶断の限流ヒューズ９の断路器を順次
閉路（他は開路）して直流しゃ断せしめて超電導コイル
を保護するようにしてもよい。これによれば、溶断した
限流ヒューズを取換えることなく複数回のクエンチ発生
に対応することができる利点がある。また、しゃ断器８
は真空しゃ断器として説明したが、これに限定されるも
のではなく、限流ヒューズ９の溶断開始時間までに開極
したしゃ断器の絶縁が回復可能な速度を有するしゃ断器
であれば適用できることは勿論である。さらに、非線形
素子１１はダイオードで説明したがこれに限定するもの
ではなく、アレスタやマイクロギャップ等の素子であっ
ても適用できることは勿論である。本発明は上記実施例
に限定されるものではなく要旨を変更しない範囲で種々
変形することができることは云うまでもない。
流ヒューズ９の直列回路は単一の回路として説明した
が、複数の断路器に、非線形素子１１と限流ヒューズ９
の直列回路をそれぞれ接続して複数の限流ヒューズ９の
溶断回路を設け、この複数の溶断回路の一の断路器を閉
路して（他は開路）、クエンチ発生によって限流ヒュー
ズ９の溶断毎に未溶断の限流ヒューズ９の断路器を順次
閉路（他は開路）して直流しゃ断せしめて超電導コイル
を保護するようにしてもよい。これによれば、溶断した
限流ヒューズを取換えることなく複数回のクエンチ発生
に対応することができる利点がある。また、しゃ断器８
は真空しゃ断器として説明したが、これに限定されるも
のではなく、限流ヒューズ９の溶断開始時間までに開極
したしゃ断器の絶縁が回復可能な速度を有するしゃ断器
であれば適用できることは勿論である。さらに、非線形
素子１１はダイオードで説明したがこれに限定するもの
ではなく、アレスタやマイクロギャップ等の素子であっ
ても適用できることは勿論である。本発明は上記実施例
に限定されるものではなく要旨を変更しない範囲で種々
変形することができることは云うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、クエンチ発生時、しゃ
断器にしゃ断指令を送出するだけでコイル電流を限流ヒ
ューズを介して保護抵抗に順次転流せしめるようになっ
ているので、タイミングずれを生ずることなく、的確に
直流しゃ断することができ、超電導コイルを保護するこ
とができる。
断器にしゃ断指令を送出するだけでコイル電流を限流ヒ
ューズを介して保護抵抗に順次転流せしめるようになっ
ているので、タイミングずれを生ずることなく、的確に
直流しゃ断することができ、超電導コイルを保護するこ
とができる。
【００２６】しかも、上記しゃ断器と並列に接続した限
流ヒューズには少なくとも１以上の非線形素子を直列に
挿入するようにしてあるので、コイル電流がしゃ断器に
流れてからしゃ断器が開極するまで、上記限流ヒューズ
に分流するのを阻止することができ、しゃ断器開極後の
限流ヒューズの溶断ジュール積分（以下、溶断Ｉ2 ｔと
いう）が上記分流による温度上昇によって減少するのを
防止することができ、ヒューズの早期発弧を防止して、
しゃ断器から限流ヒューズへの転流完了後に確実に限流
ヒューズを発弧させることができ、限流ヒューズも抵抗
値の低い小形、安価なものを適用することができ、ダイ
オードを用いれば逆電圧が印加されないので耐圧の低い
汎用性の高いもの安価なものを適用することができ、通
電も例えば、数ｍｓ程度と短時間であるので、放熱フィ
ンも不要となり、限流ヒューズの確実な溶断よって、ダ
イオードの許容Ｉ2 ｔをヒューズの溶断Ｉ2 ｔより大き
く選定すれば、ダイオードを破壊させることなく限流ヒ
ューズのみ溶断させることができ、直流しゃ断のために
コンデンサをあらかじめ充電したり、精度の高いタイミ
ング制御も不要となって簡略化した構成で直流しゃ断の
信頼性を一段と向上せしめることができる。
流ヒューズには少なくとも１以上の非線形素子を直列に
挿入するようにしてあるので、コイル電流がしゃ断器に
流れてからしゃ断器が開極するまで、上記限流ヒューズ
に分流するのを阻止することができ、しゃ断器開極後の
限流ヒューズの溶断ジュール積分（以下、溶断Ｉ2 ｔと
いう）が上記分流による温度上昇によって減少するのを
防止することができ、ヒューズの早期発弧を防止して、
しゃ断器から限流ヒューズへの転流完了後に確実に限流
ヒューズを発弧させることができ、限流ヒューズも抵抗
値の低い小形、安価なものを適用することができ、ダイ
オードを用いれば逆電圧が印加されないので耐圧の低い
汎用性の高いもの安価なものを適用することができ、通
電も例えば、数ｍｓ程度と短時間であるので、放熱フィ
ンも不要となり、限流ヒューズの確実な溶断よって、ダ
イオードの許容Ｉ2 ｔをヒューズの溶断Ｉ2 ｔより大き
く選定すれば、ダイオードを破壊させることなく限流ヒ
ューズのみ溶断させることができ、直流しゃ断のために
コンデンサをあらかじめ充電したり、精度の高いタイミ
ング制御も不要となって簡略化した構成で直流しゃ断の
信頼性を一段と向上せしめることができる。
【００２７】さらに、電源側を切離してから直流しゃ断
するようになっているので、直流しゃ断によって電源側
を損傷することなく超電導コイルを保護することができ
るため、電源としての変換器を高耐圧化する必要は全く
なく、耐圧の低いサイリスタ等を使用して形成すること
ができる。さらにまた、構成部材は汎用性の高いものを
用いて構成することができるので、装置を小形、安価に
製することができる。
するようになっているので、直流しゃ断によって電源側
を損傷することなく超電導コイルを保護することができ
るため、電源としての変換器を高耐圧化する必要は全く
なく、耐圧の低いサイリスタ等を使用して形成すること
ができる。さらにまた、構成部材は汎用性の高いものを
用いて構成することができるので、装置を小形、安価に
製することができる。
【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】転流を説明する等価回路図である。
【図４】転流時の各部の波形図である。
【図５】従来例を示すブロック図である。
１ 超電導コイル ２ サイリスタ変換器 ４ 保護抵抗 ７ 断路器 ８ 真空しゃ断器 ９ 限流ヒューズ １０ 投入器 １１ 非線形素子
Claims (1)
- 【請求項１】 交流電源に、サイリスタ変換器を介して
超電導コイルを接続し、この超電導コイルに、投入器を
介して、並列に接続した保護抵抗と限流ヒューズとしゃ
断器とを備え、クエンチ発生時、しゃ断器、限流ヒュー
ズ、保護抵抗の順にコイル電流を転流せしめて上記超電
導コイルを保護するようにしたものにおいて、上記限流
ヒューズに少なくとも１以上のダイオード等からなる非
線形素子を直列に接続したことを特徴とする超電導コイ
ルの保護装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3255859A JPH0759132B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 超電導コイルの保護装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3255859A JPH0759132B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 超電導コイルの保護装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0568328A true JPH0568328A (ja) | 1993-03-19 |
| JPH0759132B2 JPH0759132B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=17284577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3255859A Expired - Lifetime JPH0759132B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 超電導コイルの保護装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0759132B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100780706B1 (ko) * | 2006-08-17 | 2007-11-30 | 엘에스산전 주식회사 | 복합형 초전도 한류기 |
| GB2448197A (en) * | 2007-04-02 | 2008-10-08 | Siemens Magnet Technology Ltd | Superconducting magnet with stabilising and quench protection means |
| WO2014136229A1 (ja) * | 2013-03-06 | 2014-09-12 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置 |
-
1991
- 1991-09-06 JP JP3255859A patent/JPH0759132B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100780706B1 (ko) * | 2006-08-17 | 2007-11-30 | 엘에스산전 주식회사 | 복합형 초전도 한류기 |
| GB2448197A (en) * | 2007-04-02 | 2008-10-08 | Siemens Magnet Technology Ltd | Superconducting magnet with stabilising and quench protection means |
| GB2448197B (en) * | 2007-04-02 | 2009-05-20 | Siemens Magnet Technology Ltd | Apparatus for stabilising decay in a quasi-persistent superconducting magnet and quench protection |
| US8154830B2 (en) | 2007-04-02 | 2012-04-10 | Siemens Plc | Apparatus for quench protection and stabilizing decay in a quasi-persistent superconducting magnet |
| WO2014136229A1 (ja) * | 2013-03-06 | 2014-09-12 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0759132B2 (ja) | 1995-06-21 |
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Legal Events
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