JPS58186909A - 超電導コイルの保護装置 - Google Patents

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】 この発明は超電導コイルの保護装置に関するものであり
、特に超電導コイルの運転中に内乱または外乱等により
生じるクエンチ（超電導状態より常電導状態への急激な
転移）時に超電導コイルを保護する超電導コイルの保護
装置に関するものである・ 第１図は従来の超電導コイルの保護装置を示す電気結線
図である。＄１図において、超電導コイル（１）は、そ
の両端の端子である第１．ｉＪ２の端子（ｔｏｔ）、（
１ｏ２）と、第１．第２の端子（１０１）、（１０２）
に接続された第１、第２の電圧検出用端子（１０３）、
（１０４）と超電導コイル（１）のインダクタンスより
見た中点端子（１０５）とを備えている。電源接続端子
（２０１）、（２０２）は高速度遮断器等のスイッチＧ
）を介して第１．第２の端子（１０１）。

（１０２）に接続されている。電圧比較装置（４）は第
１の端子（１０１）と中点端子（１０５）間の電圧と第
２の端子（１０２）と中点端子（１０５）間の電圧を比
較し、その差が所定値以上になるとスイッチ（３）を開
放させる出力を生じるものである。保護回路（５）は例
えば抵抗であり、第１．ｓ２の端子（１０１）、（１０
２）間に接続されており、スイッチ（３）の開放時に超
電導コイル（１）の電流が供給されて、この電流を減衰
させるものである。

次に動作番こついて説明する。今、超電導コイル（１）
の超電導状態が安定に継続しておれば、第１の端子（１
０１’）と中点端子（１０５）間並びに第２の端子（１
０２）と中点端子（１０５）間４Ｃは電圧は発生しない
・また電源接続端子（２０１）、（２０２）からの励磁
電流１が変化すると、いわゆるＬ　ｄｉ／ｄｔなる電圧
が第１の端子（１０１）と中点端子（１０５）間並び・
こ第２の端子（１０２）と中点端子（１０５）間に発生
するが、中点端子（１０５）が丁度超電導コイル０）の
インダクタンスの中点であれば、前記両端子間のインダ
クタンスＬが相等しく、丁度つり合った電圧が発生する
。この状態では電圧比較装置（４）は動作しないように
構成されており・例えばブリッジ結線で構成されている
。

次に、超電導コイル（１）内の内乱、例えば電磁力で部
分的にワイヤが動（ワイヤ運動によって摩擦熱が生じ、
または超電導コイル（１）内への磁束の急激な侵入であ
るフラックスジャンプ等の原因によって、超電導コイル
（１）が部分約１こ発熱しその部分の超電導状態が破ら
れると、常電導化して電圧が発生する。この常電導転位
は超電導コイル（１）全体に一度に起るのではなく、上
述の原因によってどこか１個所にその棟ができ、それが
回復不可能になって初めて超電導コイル（１）全体への
波及が起る０この速度は数〜数十ｍ、／ｓ程度の伝播と
されており、この現象が第１の端子（１０１）と中点端
子（１０５）間並びに第２の端子（１０２）と中点端子
（１０５）間に、同時に全く同じ形態で越る確率は極め
て低い。

従って、第１の端子（１０１）と中点端子（１０５）間
並びにｊ１２の端子（１０２）と中点端子（１０５）間
の電圧を電圧比較装置（滲において比較監視すれば、ク
エンチの発生が比較的早期番ζ発見できる。このクエン
チの発生を電圧比較装置（４）において検出すると、ス
イッチ（３）を開放して超電導コイル（１）の電流を保
護回路（ωに流し、保護回路（ωの抵抗Ｒと超電導コイ
ル（１）のインダクタンスＬとで定まる減衰時定数Ｌ／
Ｒで電流を減資させ、超電導コイル（１）を保護する。

実際には、ノイズ等の誤動作を防止するために、ある程
度常電導領域が確立してから電圧比較装置（４）が動作
するよう・ζ、電圧比較装置（４）に検出レベルを設定
して、ある程度の時間；嘩れが与えられている〇 以上のように構成された従来の装置では、単一の超電導
コイル（１）８こ対しては極めて簡単で有効であるが、
複数の超電導コイル（１）を同軸状に複＠！層設置し、
各々が無関係に励磁電流を変化させる場合には、次に説
明するように保護が不可能となる。すなわち複数の超電
導コイル（１）を各々勝手に励磁すると、それは該当コ
イルから見ると外部磁界の変動となる。特に複数の超電
導コイル（１）内に同軸状に水冷の常電導コイルを設置
して構成されたハイブリッド・マグネットの場合におい
ては、いかに軸方向に対象に磁界分布するように考慮を
払っても、番々の超電導コイル（１）の中点端子（１０
５）の選び方が悪いと、磁界変動による電圧発生に不平
衡を生じて、異常がなくても保護回路（５）を餉かして
しまうことになるＯ一般に超電導マグネットは、最小の
励磁電力で強力なマグネットが作れるが、磁界に限界が
あり８Ｔ（テラス）〜１２’ｌ’が最大とされている。

世界最強マグネットは’ａｏｒｍ度のものがあるが、不
足分は超電導マグネットの内側に水冷の常電導マグネッ
トを設置して、最大１０ＭＷ級の励磁電力が得られるよ
うにハイブリッド・マグネットに構成されるが、この場
合にセいて１述の欠癲が生じる。また、常電導マグ禾ッ
トの励磁電源は一般に大容量でノイズ性の要素も多く、
異常がなくても保護回路（５）を働かせる場合がより多
くなる。さらに超電導コイル（１）の小型化は、中心部
により高磁界に耐え得る超電導材を用いることによって
なされ、内層は外層よりも材料を二種類以上加えること
があり、これをグレーディングという。従って内層と外
層とを全く同コイル状に作っても、相互番こ無関係に考
えることができなくなり、保護回路（ωの動作がきらに
複雑となる。

この発明は以上のような従来の欠点を除去するためにな
されたものである・以下図面によってこの発明の一実施
例を説明する。

第２図はこの発明に係る超電導コイルの保護装置の一実
施例を示す電気結線図、第３図は第２図の部分拡大図で
ある。図中、ｗｉ１図と同一部分もしくは相当部分には
同一符号もしくは同一符号にサフィックスを付している
。！＠２図および第３図において、超電導コイル（１）
はグレーディングされた層状の！Ｊ１〜第１〜第３導コ
イル（１ａ）〜（１０）から構成され、それぞれの両端
の端子である第１．第２の端子（１０１Ｍ）。

（１０２鳳　）〜（１０１０）、（１０２０）　と、第
１．第２の端子（１０１畠）、（１０２畠）〜（１０１
ｏ）、（１０２ａ）に接続された第１、第２の電圧検出
用端子（１０３ｍ）。

（１０４ｍ）　〜（１０３０）、（１０４Ｇ）　　と、
中点端子（１０５ｍ）〜（１０！Ｓｏ）とを備えている
。電源接続端子（２０１＆）、（２０２ａ）〜（２０１
０）、（２０２０）は高速度遮断器等のスイッチ（３ａ
）〜（３ｏ）を介して第１゜第２の端子（１０１ｍ）、
、（１０２ｍ）〜（１０１０）、（１０２０）に接続さ
れている〇電圧比較装置（４は第１〜第３の超電導コイ
ル（１ａ）〜（１ｏ）のそれぞれの第１の端子（１０１
４１）〜（１０１ｏ）と中点端子（１０５１）〜（１０
５Ｇ）間の電圧と、第２の端子（１０２ｍ）〜（１０２
ｏ）と中点端子（１０５ｍ）〜（１ｏｓａ）間の電圧を
それぞれのコイル毎に比較し、その差がそれぞれ所定値
以上番どなるとスイッチ（３ａ）〜（３ｏ）を開放させ
る出方を生じるものである。保護回路（５ａ）〜（５０
）は例えば抵抗であり、第１．８２の端子（１０１ｍ）
。

（１０２ｍ）〜（１０１ｏ）−（１０２ｏ）間−こ接続
されており、スイッチ（３ａ）〜（３６）の開放特番ζ
第１〜第３の超電導コイル（１畠）〜（１Ｇ）の電流が
供給されて、この電流を減衰させるものである。水冷の
常電導コイル（６）は超電導コイル（１）の内部中央に
設置され、超電導コイル（１）と共にハイブリッド構成
を取るものである。

次に動作について説明する。今、第１の超電導コイル（
１＆）に流れる電流をｉｌ、第１の端子（１０１ｍ）と
中点端子（１０５＆）間のインダクタンスをＬｌ、第２
の端子（１０２＆）と中点端子（１０５ｍ）間のインダ
クタンスをＬ諺、常電導コイル（６）に流れる電流を１
・、電流１・よりインダクタンスＬｌ、　Ｌ、への相互
インダクタンスをＭｌ、Ｍｌとすると、インダクタンス
Ｌｌｌ、Ｌ、の端子間電圧Ｖ１．ＶＩはそれぞれ次式で
表わされる〇ただし超電導状態が保たれているものとす
る〇第１の超電導コイル（１ａ）が第２図番こおいて、
上下完全に対称に構成されているとすると１Ｌ□−り、
、Ｍ、＝Ｍ倉が成立し、１ｍおよび１■曇ζ如何なる変
動があっても常にＶＩＭＹ、が成立して、電圧平衡が保
たれる。これは第１〜第３の超電導コイル（１ａ）〜（
１０）と常電導コイル（６）との如何なる組合わせい詔
いても同様なことが成立する。従って、超電導状態が保
たれた通常の運転モードで、第１〜第３の起電導コイル
（１ａ）〜（ＩＣ）並びに常電導コイル（６）の励磁電
流を各々無関係に変化させても、常電導転移がない限り
電圧の平衡はくずれず、クエンチ検知が完全に行われる
。

また、クエンチの発生でなく、常電導コイル（６）の異
常、例えばどこかに層間短絡が起った場合を想定すると
、一般番こは常電導コイル（６）の第２図における上下
の磁束分布に非対象を生じる。

このときＪ（Ｍ、となるのでＶ、ζＶ、となり、電圧比
較装置（４）は出力を生じてスイッチ（３ａ）〜（３０
）を開放させ、保護回路（５ａ）〜（５ｏ）に第１〜第
３の超電導コイル（１ａ）〜（１ｏ）の電流を流して減
衰させ、装置の安全を保つ。

またこの場合において、常電導コイル（６）も同様に電
源回路のスイッチ（図示せず）を開放してもよい。

以上のようにこの発明によれば、層状に設置された複数
の超電導コイルの各超電導コ、イル毎に１電圧検出用端
子をその両端彰よび中点より出し、これを相互に比較す
るように構成しているため、クエンチの検知が完全ｌこ
行われるのみならず、他のコイルと結合された場合番こ
おいても安全保護ができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超電導コイルの保鏝装置を示す電気結線
図、第２図はこの発明書ζ係る超電導コイルの保護、ｌ
！置の一実施例を示す電気結線図）第３図は第２図の部
分拡大図である。 図において、（１ｍ）〜（１ｂ）は第１〜第３の超電導
コイル、（１０１）＊　（１０２ｍ）〜（１０１ａ　）
　ｅ　（１０２ｏ　）は第１．第２の端子、（１０３轟
）　、　（１０４＆’）〜（１０３ｔｓ”）。 （１ｏ４ｏ）は第１．第２の電圧検出用端子、（１０５
１〜（１０５ｏ）は中点端子、（２０１ｍ）、（２０２
ｍ）〜（２０１ｏ）。 （３ｏ）はスイッチ、（４）は電圧比較装置、（５ａ）
〜（５Ｃ）は保護回路、（６）は常電導コイルである。 なお、各図中同一部分もしくは相当部分には同一符号も
しくは同一符号にサフィックスを付している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、同軸状に複数層施された複数の超電導コイル、前記
   複数の超電導コイルのそれぞれの両端と中間点の電圧を
   前記複数の超電導コイル毎にそれぞれ比較し差電圧が所
   定値以上になると付勢される電圧比較装置、および前記
   電圧比較装置の付勢時に前記複数個の超電導コイルから
   電流が供給され前記電流を減衰させる保護回路を備えた
   ことを特徴とする超電導コイルの保護装置０２、　複数
   の超電導コイルの内部中心部には、常電導コイルが設置
   されている特許請求の範囲第１項記載の超電導コイルの
   保護装置。