JPS63202005A - 複数超電導巻線の保護回路 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数超電導巻線システムの保護装置に係り、特
に、超電導巻線に常電導転移が発生した場合でも、他の
正常な超電導巻線に常電導転移が発生することを防止す
る回路に関する。

〔従来の技術〕

従来、複数の超電導巻線を組合せて用いる場合のクエン
チ保護回路については特開昭６０−２４９３０７号公報
が知られている。ここでは、保護抵抗は、主抵抗と制御
用抵抗からなり、並列に接続されている。今、一つの超
電導巻線が常電導転移を起こしたときに、その超電導巻
線の電流は主抵抗を用いて放電させる。それと同時に、
他の常電導転移を起こしていない正常な超電導巻線の電
流を、予め決められた一定時間だけ主抵抗およびそれに
並列に接続された制御用抵抗に放電させ、再び、もとの
電流値まで充電する。これによって正常な超電導巻線に
起こる相互誘導による電流の増加を抑え、正常な巻線の
常電導電径の発生を防止するという手法をとっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術は、常電導転移の起きていない正常な超電導巻
線の電流を一定時間放電させ、再び２元の電流値まで充
電するという複雑な制御を必要とするという問題があっ
た。また、正常な超電導巻線に接続されている保護抵抗
は、主抵抗と制御用抵抗が並列に接続されており、その
抵抗値は制御用抵抗がない場合に比べて小さくなってい
るので相互誘導による電流の増加が大きくなり、その電
流増加が放電による電流減少に打ち勝ってついには正常
な超電導巻線にも常電導転移が発生してしまうという恐
れもある。

本発明の目的は、従来技術の欠点を解消し、互いに磁気
的に結合した複数の超電導巻線システムにおいて、ある
一つの超電導巻線が常電導転移を起こした場合でも、他
の常電導転移の発生していない正常な超電導巻線に常電
導転移が発生することを防止することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、常電導転移の発生していない正常な超電導
巻線に相互誘導によって生じる電流増加を抑制するため
に、正常な超電導巻線に接続されている保護抵抗の抵抗
値を大きくしておくことによって達成される。しかし、
この保護抵抗の抵抗値をあまり過大にすると超電導巻線
に発生する誘導電圧が非常に高くなるのでこの面から制
約を受け、この超電導巻線が常電導転移を起こしたとき
に使用する保護抵抗の抵抗値の１．１〜１００倍の範囲
に選ぶ必要がある。

〔作用〕

超電導巻線が常電導転移を起こす条件は、巻線の温度、
磁界、電流がそれぞれ臨界温度、臨界磁界、臨界電流を
越えた場合、あるいは、電流の変化率が大きいとき等が
考えられる。超電導巻線を複数個組合せ、互いに磁界が
増加するように使用するとき、例えば、−個の超電導巻
線が常電導転移を起こし、その電流を減少させると相互
誘導によって他の正常な超電導巻線の電流は増加する。

このため、上の述べた条件によって正常な超電導巻線も
常電導転移を起こすことがある。

相互誘導による電流を減少させるには、誘導を受ける巻
線に接続されている保護抵抗の抵抗値を大きくすれば良
い。ところが、複数個の超電導巻線のうち、どの超電導
巻線が最初に常電導転移にするかを予測することは不可
能であり、また、最初からすべての超電導巻線の両端に
大きな保護抵抗を接続しておくと、超電導巻線が常電導
転移した際、その超電導巻線の端子電圧が高くなり、絶
縁破壊の恐れがある。そのため、複数個の超電導巻線が
磁気的に結合しているシステムでは、常電導転移した超
電導巻線とそれにより誘導を受ける正常な超電導巻線と
では、夫々に接続されている保護抵抗の抵抗値を変える
必要がある。すなわち、常電導転移を起こした超電導巻
線に接続されている保護抵抗は通常の抵抗値のものを使
用し、他の正常な超電導巻線に接続されている保護抵抗
の抵抗値を通常のものより大きくすることによって、正
常な超電導巻線への誘導電流の増加を抑制することが出
来る。

以下、本発明の具体的な保護回路の動作を第１図によっ
て説明する。第１図は二個の超電導巻線を組合せて１５
テスラという非常に高い磁場を発生させたときに本発明
を適用したときのものであり、二個の超電導巻線が正常
の場合は保護抵抗は通常の抵抗値より大きいものが接続
されており、超電導巻線に常電導転移が発生したときに
、その超電導巻線の保護抵抗の抵抗値を通常の値になる
ようにしたものである。

二個の超電導者ａＣ１およびＣ２は相互インダクタンス
Ｍによって磁気的に結合している。第一の超電導者ａＣ
１の両端には、第一の通常の保護抵抗Ｒ１に第一の補助
保護抵抗Ｒ１’が直列に接続されており、さらに、この
第一の補助保護抵抗Ｒ１’に並列に第一のコンダクタＢ
ｌ’が接続されている。第一のコンダクタＢｌ’は第一
の遮断器Ｂ１と連動しており、第一の超電導巻線Ｃ１に
接続された常電導転移検出器（図示せず）によって動作
する。第一の超電導巻線Ｃ１に常電導転移が検出された
とき、第一の遮断器Ｂ１がＯＦＦとなり、第一のコンダ
クタＢｌ’がＯＮとなる。第二の超電導巻線Ｃ２もこれ
と同様な回路である。

今、第二の超電導巻線Ｃ２に第二の電源Ｐ２から一定電
流を流しておき、第一の超電導巻線Ｃ１の電流を増加さ
せているとする。そして、第一の超電導巻線Ｃ１に常電
導転移が発生して第一の遮断器Ｂ１をＯＦＦにすると、
第一のコンダクタＢｌ’はＯＮとなるので、第一の超電
導巻線Ｃ１には第一の通常の保護抵抗Ｒ１のみが接続さ
れているのと同様になり、通常のエネルギ回収による保
護動作が行われ、電流が減衰する。このとき第二の超電
導巻線Ｃ２には相互インダクタンスＭによって電圧が誘
起され電流が増加する。しかし、第二の超電導巻線Ｃ２
の保護抵抗としては、第二の通常の保護抵抗Ｒ２に第二
の補助保護抵抗Ｒ２’が直列に接続されているので、第
二の通常の保護抵抗Ｒ２だけのときに比べて電流の増加
は抑制され、第二の超電導巻線に常電導転移の発生を防
止することができる。以上、第一の超電導巻線Ｃ１に常
電導転移が発生した場合について述べたが、第一の超電
導巻線Ｃ１が正常で第二の超電導巻線Ｃ２に常電導転移
が発生した場合も同様である。

〔実施例〕

次に本実施例の具体例を説明する。外側となる第二の超
電導巻線Ｃ２はＮｂ−ＴｉおよびＮｂａＳｎの超電導線
を用いたもので、内径３００ｍｍ、外径４７７ｍ、長さ
４０２ｍの大きさである。内側となる第一の超電導巻線
Ｃ１は（Ｎｂ−Ｔｉ）δＳｎの超電導線を用いたもので
、内径１３０ｎｓ、外径２４０ｎａ、長さ２５０ｎｎの
大きさである。第二の超電導巻線Ｃ２のインダクタンス
は、１５．６　へンリーであり、第一の超電導巻線Ｃ１
のインダクタンスは、４．４　ヘンリーであって、それ
らの間の相互インダクタンスＭは４ヘンリーであった。

第二の超電導巻線Ｃ２の通常の保護抵抗Ｒ２は０．７　
オームであり、第一の超電導巻線Ｃ１の通常の保護抵抗
Ｒ１は２オームであるが、これらの値は各々の超電導巻
線のエネルギ除去率や巻線・遮断器・超電導巻線に接続
される計測回路などの耐電圧から決められた。第二の超
電導巻線Ｃ２の補助保護抵抗Ｒ２’は５オームであり、
第一の超電導巻線Ｃ１の補助保護抵抗Ｒ１’は１２オー
ムとした。

はじめに、第二の超電導巻線Ｃ２で１０テスラの磁場を
発生させるために電流を５１２Ａまで上昇させたのち一
定値に保った。その後、さらに強い磁場を発生させるた
めに、第一の超電導巻線Ｃ１の電流を上昇させたところ
、１５８Ａに達したところで第一の超電導巻線Ｃ１に常
電導転移が発生した。このため、遮断器Ｂ１をＯＦＦと
し、コンダクタＢｌ’をＯＮとして第一の超電導巻線Ｃ
１の電流を減衰させたが、第二の超電導巻線Ｃ２には常
電導転移は発生せず、そのまま、正常に運転を続けるこ
とができた。このとき、超電導巻線ＣＬ、Ｃ２を冷却し
ている液体ヘリウムの蒸発量はおよそ５０リツトルです
んだ。また、第二の超電導巻線Ｃ２の電流はおよそＩＯ
Ａ上昇した後、元の電流値に戻った。なお、このときに
発生した最大の磁場は、１４．７テスラであった。

本発明を使用しない場合、すなわち、第１図において、
補助保護抵抗Ｒ１’、Ｒ２’およびコンダクタＢｌ’、
Ｂ２’が無い場合について上と同様な通電を行ったが、
このときには第二の超電導巻線Ｃ２にも常電導転移が発
生してしまった。このため、および２００リツトルの大
量の液体ヘリウムが蒸発してしまった。このとき、第二
の超電導巻線Ｃ２の電流、が、およそ、２５Ａ上昇した
ことが観測された。

本実施例を使用した場合、各巻線に接続されている常電
導転移検出器（図示せず）は、その巻線に接続されてい
る遮断器、および、コンダクタを動作させる信号を出せ
ば良く、他の巻線の遮断器やコンダクタを動作させる信
号を出す必要がないという特徴がある。また、常電導転
移しない正常な超電導巻線の電流を切ったり制御する必
要もない。

第２図は本発明の第二の実施例であるが第１図の場合と
異なり、二個の超電導巻線が正常の場合には保護抵抗は
通常の抵抗値のものが接続されており、一方の超電導巻
線に常電導転移が発生したときに他の正常な超電導巻線
の保護抵抗の抵抗値を大きくなるようにしたときのもの
である。第一の遮断器Ｂ１と第二のコンダクタＢ２’は
連動しており、第一の超電導巻線Ｃ１に接続された常電
導転移検出器（図示せず）によって動作する。第一の超
電導巻線Ｃ１に常電導転移が検出されたとき、第一の遮
断器Ｂ１はＯＦＦとなり、第二のコンダクタＢ２’もＯ
ＦＦとなる。第二の超電導巻線Ｃ２についても同様な回
路である。

第３図および第４図は、保護抵抗Ｒ１２゜Ｒ２２と補助
保護抵抗Ｒ１ｚ’、Ｒ２ｚ’　　を並列に接続して使用
する場合の回路である。この場合の常電導転移検出器の
動作としては、第１図と第３図、第２図と第４図が対応
している。すなわち、第３図において、第一の超電導巻
線Ｃ１が常電導転移すると、第一の遮断器Ｂ１がＯＦＦ
となり、保護抵抗Ｒ１２′　とＲＩ　Ｚの並列抵抗で正
常な抵抗値となる。正常な超電導巻線Ｃ２の保護抵抗は
Ｒ２２′　のみで大きな抵抗値である。第４図の動作は
、第２図と同様で、いずれの場合も、正常な超電導巻線
Ｃ２への誘導電流の増加を抑制する。

第１図ないし第４図において、遮断器Ｂｌ。

Ｂ２やコンダクタＢｌ’、Ｂ２’は機械式のものとしで
あるが、本発明の場合はこれに限られるものではない。

本実施例によれば、二個の超電導巻線を組合せて使用す
るとき、−個の超電導巻線が常電導転移を起こした場合
でも、他の正常な超電導巻線に常電導転移が発生するの
を防ぐことができ、これによって超電導巻線の冷却に用
いている液体ヘリウムの蒸発を減少させることができる
。

本実施例では二個の超電導巻線を組合せて高い磁場を発
生させる場合であるが、本発明はこのような場合のみに
限られるものではなく、磁気的に結合している巻線であ
れば、どのような配置であっても良く、また巻線の数も
二個に限られるものではない。

また、本発明は超電導巻線だけのシステムに限らず、超
電導巻線と常電導巻線が組合わされているシステムにも
使用することができ、常電導巻線の電流変化によって超
電導巻線に常電導転移が発生しないよう、常電導巻線の
電流が変化するとき、超電導巻線の保護抵抗の抵抗値を
大きくすることによって、同様の効果を得ることができ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、互いに磁気的に結合した複数超電導巻
線のシステムを使用する場合に、超電導巻線が常電導転
移を起こした場合でも、複雑な制御なしに他の正常な超
電導巻線に常電導転移が発生することを防ぐことができ
る。これによって高価な液体ヘリウムの常電導転移によ
る損失を大巾に減少させることができ、また、複数超電
４巻線システム全体の運転回復を早めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はないし第４図は本発明の実施例を示す回路図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに磁気的に結合した複数の超電導巻線と各巻線
   毎に設けられた電源と遮断器および前記超電導巻線の両
   端に接続されている保護抵抗とからなる超電導巻線のシ
   ステムにおいて、 各巻線毎の前記保護抵抗の抵抗値を変えられるようにし
   ておき、ある一つの前記超電導巻線が常電導転移を起こ
   したとき、他の前記常電導転移を起こしていない正常な
   前記超電導巻線の前記保護抵抗の抵抗値をその巻線が前
   記常電導転移を起こしたときに使用する抵抗値よりも大
   きく切り替えることを特徴とする複数超電導巻線の保護
   回路。 ２、特許請求の範囲第１項において、 複数個の前記保護抵抗を直列に接続してその抵抗の一部
   分にコンダクタを並列に接続し、コンダクタの開閉によ
   つて前記保護抵抗の抵抗値を変化させることを特徴とす
   る複数超電導巻線の保護回路。 ３、特許請求の範囲第１項において、 複数個の前記保護抵抗を並列に接続してその抵抗の一部
   分にコンダクタを直列に接続し、前記コンダクタの開閉
   によつて前記保護抵抗の抵抗値を変化させることを特徴
   とする複数超電導巻線の保護回路。