JPH06342619A - 直流遮断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超電導マグネット等の負荷コイルのクエンチ
時に負荷コイルを保護する直流遮断装置において、真空
遮断器に通流中はヒューズへの通流を容易に防止でき、
かつ真空遮断器を投入する断路器を用いずにヒューズに
よる遮断が可能で、負荷電流が両極性の場合にも直流遮
断が可能な直流遮断装置を得る。 【構成】 負荷コイル２に、真空遮断器５と、ヒューズ
６及び機械式投入スイッチ９からなる直列回路と、保護
抵抗８とを直接並列接続し、負荷コイル２のクエンチ時
に、真空遮断器５を投入して負荷コイル２の負荷電流を
真空遮断器５に転流させた後、断路器３を開極し直流電
源１を切り離した後上記真空遮断器５を開極すると共に
機械式投入スイッチ９を投入し、負荷電流をヒューズ６
に転流させてそのヒューズ６を溶断させた後、負荷電流
を保護抵抗８に転流させて、負荷電流を熱エネルギーと
して消費することで減衰させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば核融合装置等
に用いられる超電導マグネット等の負荷コイルを保護す
る為の直流遮断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は例えばプラズマ・核融合学会第９
回年会予稿集に示された従来の直流遮断装置を示す構成
図である。図において、１は直流電源、２はこの直流電
源１から電流が通流する超電導コイルとしての負荷コイ
ル、３は直流電源１と負荷コイル２との間に直列に挿入
された第１の断路器、４は上記負荷コイル１の保護回路
形成用の第２の断路器、５は転流スイッチである真空遮
断器、６はヒューズ、７はこのヒューズ６に直列接続さ
れたダイオード、８は真空遮断器５と並列に接続された
保護抵抗である。

【０００３】次に動作について説明する。負荷コイル２
は直流電源１からの出力電流により励磁される。このと
き、超電導コイルとして用いられる負荷コイル２にクエ
ンチ等が発生すると、すなわち、超電導状態が崩れて負
荷コイル２に抵抗値が生じて流れる負荷電流によるロス
によって発熱すると、負荷コイル２が破損することにな
るので、負荷コイル２の負荷電流を一刻も早く減衰させ
る必要がある。このようなクエンチが発生した場合に
は、第２の断路器４を投入し、直流電源１の出力電圧を
反転させる。そうすると、負荷コイル２及び直流電源１
を通して流れていた負荷電流は、負荷コイル２を電流源
として、真空遮断器５、第２の断路器４を通して流れ
る。

【０００４】次いで、第１の断路器３を開極する。この
とき、負荷電流は真空遮断器５側に転流している為、第
１の断路器３の開極が可能となる。第１の断路器３を開
極し、直流電源１を切り離した後、真空遮断器５を開極
する。真空遮断器５は負荷電流を通流している時点で開
極する為、接点間にアークを発生し、そのアーク電圧に
より真空遮断器５を通流していた負荷電流が、ダイオー
ド７とヒューズ６とからなる直列回路に転流し、アーク
は消滅することにより、真空遮断器５の開極は完了す
る。

【０００５】上記ヒューズ６に負荷電流が転流してしま
うと、その負荷電流によりヒューズ６が溶断し、負荷電
流をさらに保護抵抗８に転流させ、負荷電流を熱エネル
ギーとして消費することで、負荷電流を減衰させる。ダ
イオード７は真空遮断器５を通電中、順方向電圧降下に
よりヒューズ６に電流を流さないことを目的として挿入
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の直流遮断装置は
以上のように構成されているので、真空遮断器５にアー
クが発生するまでダイオード７を挿入しヒューズ６に流
れる電流をブロックする必要が有り、構成が複雑にな
り、かつ負荷電流の極性が単一の場合にしか対応できな
いなどの問題点があった。また、第２の断路器４は、負
荷電流が保護抵抗６に電流が流れる間、大電流を通流す
る必要から大型になるという問題点があった。さらに、
ヒューズ６による溶断は一定の電流値にしか対応でき
ず、負荷電流値が大きく変動するような場合には、対応
が困難である等の問題点があった。

【０００７】この発明は上記のような従来例に係る問題
点を解決するためになされたものであり、ヒューズに流
れる電流をブロックするダイオードを用いずに、真空遮
断器に通流中はヒューズへの通流を容易に防止すること
ができ、かつ真空遮断器を投入する断路器を用いずにヒ
ューズによる遮断が可能であると共に、負荷電流が両極
性の場合にも直流遮断が可能な直流遮断装置を得ること
を目的とする。

【０００８】また、負荷電流が一定でない場合にも、ヒ
ューズによる遮断が可能な直流遮断装置を得ることを目
的とする。

【０００９】さらに、負荷電流が両極性の場合にも直流
遮断が可能で、遮断実施までは保護抵抗に電流を流さな
いようにして保護抵抗でのロスを低減できる直流遮断装
置を得ることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る直流遮断装置は、直流電源から電源供給される負荷コ
イルの負荷電流を遮断器に転流させた後、上記直流電源
を切り離して上記遮断器を開極すると共に、負荷電流を
ヒューズに転流させてそのヒューズを溶断させた後、負
荷電流を保護抵抗に転流させて、負荷電流を熱エネルギ
ーとして消費することで減衰させる直流遮断装置におい
て、上記負荷コイルに、上記遮断器と、上記ヒューズ及
び該ヒューズの投入用スイッチからなる直列回路と、上
記保護抵抗とを直接並列接続したことを特徴とするもの
である。

【００１１】また、請求項２に係る直流遮断装置は、直
流電源から電源供給される負荷コイルの負荷電流を遮断
器に転流させた後、上記直流電源を切り離して上記遮断
器を開極すると共に、負荷電流をヒューズに転流させて
そのヒューズを溶断させた後、負荷電流を保護抵抗に転
流させて、負荷電流を熱エネルギーとして消費すること
で減衰させる直流遮断装置において、上記負荷コイル
に、上記遮断器と、上記ヒューズを複数個並列に接続し
そのそれぞれに投入用スイッチを直列に設けたヒューズ
群及び投入スイッチ群からなる直列回路と、上記保護抵
抗とを直接並列接続したことを特徴とするものである。

【００１２】さらに、請求項３に係る直流遮断装置は、
直流電源から電源供給される負荷コイルの負荷電流を遮
断器に転流させた後、上記直流電源を切り離して上記遮
断器を開極すると共に、負荷電流をヒューズに転流させ
てそのヒューズを溶断させた後、負荷電流を保護抵抗に
転流させて、負荷電流を熱エネルギーとして消費するこ
とで減衰させる直流遮断装置において、上記負荷コイル
に、上記遮断器と、上記保護抵抗及び上記ヒューズから
なる並列回路に該ヒューズの投入用スイッチを直列接続
した回路とを直接並列接続したことを特徴とするもので
ある。

【００１３】

【作用】この発明の請求項１に係る直流遮断装置におい
ては、負荷コイルに、遮断器と、ヒューズ及び該ヒュー
ズの投入用スイッチからなる直列回路と、保護抵抗とを
直接並列接続することで、上記遮断器の投入用断路器を
用いずとも、遮断器への通電中はヒューズへの通流を完
全に遮断させて、遮断器にアークが発生した時点でヒュ
ーズを投入することを可能にし、負荷電流の通流方向に
無関係に遮断することを可能にする。

【００１４】また、請求項２に係る直流遮断装置におい
ては、負荷コイルに、遮断器と、ヒューズを複数個並列
に接続しそのそれぞれに投入用スイッチを直列に設けた
ヒューズ群及び投入スイッチ群からなる直列回路と、保
護抵抗とを直接並列接続することで、上記遮断器の投入
用断路器を用いずとも、遮断器への通電中はヒューズへ
の通流を完全に遮断させて、遮断器にアークが発生した
時点でヒューズを投入することを可能にし、負荷電流の
通流方向に無関係に遮断することを可能にする。また、
並列に接続されたヒューズ群に対して通電電流に合わせ
て選択して投入用スイッチ群の内任意の投入用スイッチ
を入れることにより、負荷電流が変化している場合にも
ヒューズによる遮断を可能にする。

【００１５】さらに、請求項３に係る直流遮断装置にお
いては、負荷コイルに、遮断器と、保護抵抗及びヒュー
ズからなる並列回路に該ヒューズの投入用スイッチを直
列接続した回路とを直接並列接続することで、上記遮断
器の投入用断路器を用いずとも、遮断器への通電中はヒ
ューズへの通流を完全に遮断させて、遮断器にアークが
発生した時点でヒューズを投入することを可能にし、ま
た、負荷電流が両極性の場合にも直流遮断を可能にし、
遮断実施までは保護抵抗に電流を流さないようにして保
護抵抗でのロスを低減させる。

【００１６】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１を図に基づいて説
明する。図１において、図４に示す従来例と同一符号は
同一部分を示し、１は直流電源、２はこの直流電源１か
ら電流が通流する超電導コイルとしての負荷コイル、３
は直流電源１と負荷コイル２との間に直列に挿入された
断路器、５は転流スイッチである真空遮断器、６はヒュ
ーズ、８は真空遮断器５と並列に接続された保護抵抗で
ある。また、新たな構成として、９は上記ヒューズ６に
直列に挿入された機械式投入スイッチであり、上記真空
遮断器５及び保護抵抗８は、ヒューズ６と投入スイッチ
９とからなる直列回路に並列に接続され、負荷コイル２
に対してそれぞれ並列接続されている。

【００１７】次に、上記構成に係る動作について説明す
る。図１において、まず、負荷コイル２に直流電源１よ
り出力電流を供給している場合、真空遮断器５の接点は
開、ヒューズ６に直列に挿入された機械式投入スイッチ
９も開状態であり、真空遮断器５及びヒューズ６には電
流は流れず、勿論、保護抵抗８は負荷コイル２に比べ抵
抗値が大きい為、電流はほとんど流れない。

【００１８】このような状態で、負荷コイル２への通電
中にクエンチが発生した場合、すなわち、超電導状態が
崩れて負荷コイル２に抵抗値が生じて流れる負荷電流に
よるロスによって発熱すると、負荷コイル２が破損する
ことになるので、負荷コイル２の負荷電流を一刻も早く
減衰させる必要がある。このようなクエンチが発生した
場合には、真空遮断器５を投入し、直流電源１の出力電
圧を反転させる。直流電源電圧の反転により、負荷電流
は真空遮断器５に転流するので、直流電源１の出力電流
がゼロになった時点で第１の断路器３を開極し、直流電
源１を切り離す。

【００１９】負荷電流が真空遮断器５に転流完了した
後、ヒューズ６に直列接続された機械式投入スイッチ９
を投入すると共に真空遮断器５の接点を開極する。その
結果、真空遮断器５の接点はアークを発生する為、その
アーク電圧によって真空遮断器５を通流していた負荷電
流が、ヒューズ６及び機械式投入スイッチ９からなる直
列回路に転流する。ヒューズ６及び機械式投入スイッチ
９からなる直列回路に負荷電流が転流すると、その負荷
電流によってヒューズ６が溶断し、負荷電流は保護抵抗
８に転流し、負荷電流を熱エネルギーとして消費する。

【００２０】ここで、機械式投入スイッチ９は、電流の
通電方向に関係なく動作する為、負荷電流の極性に無関
係に遮断動作ができる。また、その通電電流期間は、真
空遮断器５から転流し、ヒューズ６が溶断するまでの時
間に限定されるため、従来方式に比較して極端に短くな
るので、小型の物を使用することが可能となる。

【００２１】従って、上記実施例１によれば、真空遮断
器５の投入用断路器を用いずとも、真空遮断器５への通
電中はヒューズ６への通流を完全に遮断させて、真空遮
断器５にアークが発生した時点で機械式投入スイッチ９
によりヒューズ６を投入することができ、負荷電流の通
流方向に無関係にヒューズ６による遮断を行うことがで
きると共に、上記真空遮断器５の投入用断路器を用いな
い為、装置が小型となり、動作機器が減少することによ
り、保護装置としての信頼性が向上するという効果を奏
する。

【００２２】実施例２．次に、図２は実施例２に係る直
流遮断装置を示す構成図である。図２において、新たな
構成として、１０は実施例１における単一のヒューズ６
の代わりに、電流容量の比較的に小さいものを複数個並
列に接続したヒューズ群であり、１１は上記ヒューズ群
１０のそれぞれに直列に接続した機械式投入スイッチ群
であり、上記ヒューズ群１０と機械式投入スイッチ群１
１との直列接続体が、真空遮断器５と保護抵抗８に並列
接続されている。

【００２３】次に、上記構成に係る動作について説明す
る。図２の構成においては、基本的に図１の実施例１と
同様に動作する。すなわち、まず、負荷コイル２に直流
電源１より出力電流を供給している場合、真空遮断器５
の接点は開、ヒューズ群１０に直列に挿入された機械式
投入スイッチ群１１も開状態であり、真空遮断器５及び
ヒューズ６には電流は流れず、勿論、保護抵抗８は負荷
コイル２に比べ抵抗値が大きい為、電流はほとんど流れ
ない。

【００２４】このような状態で、負荷コイル２への通電
中にクエンチが発生した場合、すなわち、超電導状態が
崩れて負荷コイル２に抵抗値が生じて流れる負荷電流に
よるロスによって発熱すると、負荷コイル２が破損する
ことになるので、負荷コイル２の負荷電流を一刻も早く
減衰させる必要がある。このようなクエンチが発生した
場合には、真空遮断器５を投入し、直流電源１の出力電
圧を反転させる。直流電源電圧の反転により、負荷電流
は真空遮断器５に転流するので、直流電源１の出力電流
がゼロになった時点で第１の断路器３を開極し、直流電
源１を切り離す。

【００２５】負荷電流が真空遮断器５に転流完了した
後、負荷電流に応じてヒューズ群１０に直列接続された
機械式投入スイッチ群１１の任意の投入スイッチを投入
すると共に真空遮断器５の接点を開極する。その結果、
真空遮断器５の接点はアークを発生する為、そのアーク
電圧によって真空遮断器５を通流していた負荷電流が、
投入された投入スイッチとヒューズからなる直列回路に
転流する。このヒューズ及び機械式投入スイッチからな
る直列回路に負荷電流が転流すると、その負荷電流によ
ってヒューズが溶断し、負荷電流は保護抵抗８に転流
し、負荷電流を熱エネルギーとして消費する。

【００２６】従って、この実施例２によれば、上記実施
例１と同様な効果に加え、電流の立上げ、立下げ期間は
勿論のこと、負荷電流が大幅に変動する用途において
も、遮断すべき負荷電流の値に応じて選択的に機械式投
入スイッチ群１１の１個もしくは複数個を投入し、負荷
電流に適合したヒューズ群１０のうちの任意のヒューズ
に通流させることができ、負荷電流の広い範囲に渡る確
実な遮断が可能となる。また、図２の場合、ヒューズ投
入用のスイッチ群１１は、機械式投入スイッチとしてい
るが、半導体式投入スイッチであっても同様の効果を奏
する。

【００２７】実施例３．次に、図３は実施例３に係る直
流遮断装置を示す構成図である。図３に示す構成におい
ては、実施例１における機械式投入スイッチ９を、ヒュ
ーズ６と保護抵抗８とからなる並列回路に直列に接続
し、かつその接続体に、真空遮断器５を並列接続して直
流遮断装置を構成している。

【００２８】次に、上記構成に係る動作について説明す
る。図３の構成においては、基本的に図１の実施例１と
同様に動作する。すなわち、まず、負荷コイル２に直流
電源１より出力電流を供給している場合、真空遮断器５
の接点は開、ヒューズ６に直列に挿入された機械式投入
スイッチ９も開状態であり、真空遮断器５及びヒューズ
６には電流は流れず、勿論、保護抵抗８は負荷コイル２
に比べ抵抗値が大きい為、電流はほとんど流れない。

【００２９】このような状態で、負荷コイル２への通電
中にクエンチが発生した場合、すなわち、超電導状態が
崩れて負荷コイル２に抵抗値が生じて流れる負荷電流に
よるロスによって発熱すると、負荷コイル２が破損する
ことになるので、負荷コイル２の負荷電流を一刻も早く
減衰させる必要がある。このようなクエンチが発生した
場合には、真空遮断器５を投入し、直流電源１の出力電
圧を反転させる。直流電源電圧の反転により、負荷電流
は真空遮断器５に転流するので、直流電源１の出力電流
がゼロになった時点で第１の断路器３を開極し、直流電
源１を切り離す。

【００３０】負荷電流が真空遮断器５に転流完了した
後、ヒューズ６に直列接続された機械式投入スイッチ９
を投入すると共に真空遮断器５の接点を開極する。その
結果、真空遮断器５の接点はアークを発生する為、その
アーク電圧によって真空遮断器５を通流していた負荷電
流が、投入された機械式投入スイッチ９とヒューズ６か
らなる直列回路に転流する。このヒューズ６及び機械式
投入スイッチ９からなる直列回路に負荷電流が転流する
と、その負荷電流によってヒューズ６が溶断し、負荷電
流は保護抵抗８に転流し、負荷電流を熱エネルギーとし
て消費する。

【００３１】従って、この実施例３によれば、実施例１
と同様にして、機械式投入スイッチ９は電流の通電方向
に関係なく動作する為、負荷電流の極性に無関係に遮断
動作ができる。また、その通電電流期間は、真空遮断器
５から転流し、ヒューズ６が溶断するまでの時間に限定
されるため、従来方式に比較して極端に短くなるので、
小型の物を使用することが可能となる。

【００３２】また、上記の如く構成された実施例３の直
流遮断装置によれば、真空遮断器５を投入する断路器を
用いずに、直接、負荷コイル２に、真空遮断器５と、保
護抵抗８とヒューズ６の並列回路に投入スイッチ９を直
列接続した接続体とを並列に接続したので、装置が小型
となると共に、動作機器が減少することにより、保護装
置としての信頼性が向上する。さらに、図３の構成にお
いては、前記と同様に、両極性の場合にも直流遮断が可
能であると共に、遮断実施までは保護抵抗８に電流を流
さないため、保護抵抗でのロスを低減できる。

【００３３】なお、上記各実施例において、機械式投入
スイッチ９及び機械式投入スイッチ群１１を、いずれも
半導体式投入スイッチに置き換えることができるのは言
うまでもない。すなわち、ヒューズ６に半導体式投入ス
イッチを接続する場合に、真空遮断器５の通電中、ヒュ
ーズ６への通電は完全に遮断され、アーク発生時にヒュ
ーズ６を投入することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、直流電源から電源供給される負荷コイルの負荷電
流を遮断器に転流させた後、上記直流電源を切り離して
上記遮断器を開極すると共に、負荷電流をヒューズに転
流させてそのヒューズを溶断させた後、負荷電流を保護
抵抗に転流させて、負荷電流を熱エネルギーとして消費
することで減衰させる直流遮断装置において、上記負荷
コイルに、上記遮断器と、上記ヒューズ及び該ヒューズ
の投入用スイッチからなる直列回路と、上記保護抵抗と
を直接並列接続したので、上記遮断器の投入用断路器を
用いずとも、遮断器への通電中はヒューズへの通流を完
全に遮断させて、遮断器にアークが発生した時点でヒュ
ーズを投入することができ、負荷電流の通流方向に無関
係にヒューズによる遮断を行うことができると共に、上
記遮断器の投入用断路器を用いない為、装置が小型とな
り、動作機器が減少することにより、保護装置としての
信頼性が向上するという効果を奏する。

【００３５】また、請求項２によれば、上記負荷コイル
に、上記遮断器と、上記ヒューズを複数個並列に接続し
そのそれぞれに投入用スイッチを直列に設けたヒューズ
群及び投入スイッチ群からなる直列回路と、上記保護抵
抗とを直接並列接続したので、上記請求項１の効果に加
えて、負荷電流が一定でない場合にも、ヒューズによる
遮断を行うことができるという効果を奏する。

【００３６】さらに、請求項３によれば、上記負荷コイ
ルに、上記遮断器と、上記保護抵抗及び上記ヒューズか
らなる並列回路に該ヒューズの投入用スイッチを直列接
続した回路とを直接並列接続したので、上記請求項１の
効果に加えて、遮断実施までは保護抵抗に電流を流さな
いようにして保護抵抗でのロスを低減させることができ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す回路構成図である。

【図２】この発明の実施例２を示す回路構成図である。

【図３】この発明の実施例３を示す回路構成図である。

【図４】従来の直流遮断装置を示す回路構成図である。

【符号の説明】

１ 直流電源 ２ 負荷コイル ５ 真空遮断器 ６ ヒューズ ８ 保護抵抗 ９ 機械式投入スイッチ １０ ヒューズ群 １１ 投入スイッチ群

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源から電源供給される負荷コイル
   の負荷電流を遮断器に転流させた後、上記直流電源を切
   り離して上記遮断器を開極すると共に、負荷電流をヒュ
   ーズに転流させてそのヒューズを溶断させた後、負荷電
   流を保護抵抗に転流させて、負荷電流を熱エネルギーと
   して消費することで減衰させる直流遮断装置において、
   上記負荷コイルに、上記遮断器と、上記ヒューズ及び該
   ヒューズの投入用スイッチからなる直列回路と、上記保
   護抵抗とを直接並列接続したことを特徴とする直流遮断
   装置。
2. 【請求項２】 直流電源から電源供給される負荷コイル
   の負荷電流を遮断器に転流させた後、上記直流電源を切
   り離して上記遮断器を開極すると共に、負荷電流をヒュ
   ーズに転流させてそのヒューズを溶断させた後、負荷電
   流を保護抵抗に転流させて、負荷電流を熱エネルギーと
   して消費することで減衰させる直流遮断装置において、
   上記負荷コイルに、上記遮断器と、上記ヒューズを複数
   個並列に接続しそのそれぞれに投入用スイッチを直列に
   設けたヒューズ群及び投入スイッチ群からなる直列回路
   と、上記保護抵抗とを直接並列接続したことを特徴とす
   る直流遮断装置。
3. 【請求項３】 直流電源から電源供給される負荷コイル
   の負荷電流を遮断器に転流させた後、上記直流電源を切
   り離して上記遮断器を開極すると共に、負荷電流をヒュ
   ーズに転流させてそのヒューズを溶断させた後、負荷電
   流を保護抵抗に転流させて、負荷電流を熱エネルギーと
   して消費することで減衰させる直流遮断装置において、
   上記負荷コイルに、上記遮断器と、上記保護抵抗及び上
   記ヒューズからなる並列回路に該ヒューズの投入用スイ
   ッチを直列接続した回路とを直接並列接続したことを特
   徴とする直流遮断装置。