JPS63269428A - 直流しや断装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は直流しゃ断装置に係り、特に核融合装置用電源
などに使用される大電流直流しゃ断装置の改良に関する
ものである。

（従来の技術） 核融合装置用電源においては、核融合プラズマの励起・
加熱や、核融合装置の保護を目的とした大容量の直流し
ゃ断装置を使用する。

この種の直流しゃ断装置としては、例えば第４図に示す
構成のものが従来使用されている。第４図において、１
は、核融合装置のコイル２に、所定の電流を供給する直
流電源装置であり、３は、核融合プラズマの励起・加熱
や、核融合装置のコイル２の保護を行なうための直流し
ゃ断装置である。直流しゃ新装［３は、例えば真空しゃ
断器からなる直流しゃ断器４、コンデンサ５、例えばサ
イリスタで構成されるスイッチ６及び直流しゃ断時に核
融合装置のコイル２に蓄わえられている磁気エネルギー
を吸収するためのエネルギー吸収要素７とから構成され
ている。エネルギー吸収要素としては、抵抗器や非線型
抵抗器などが使用されるが、以下、非線型抵抗器を使用
する例について、その動作を説明する。

直流しゃ断装置３の動作前においては、真空しや断器４
は入状態となっており、直流電源袋＠１により、核融合
装置のコイル２に直流電流が供給されている。また、こ
の時、サイリスタスイッチ６は、オフ状態であり、コン
デンサ５は、第４図に示した極性に充電されている。こ
こで、直流しゃ断装置３を動作させて、直流しゃ断を行
なう場合は、先ず真空しゃ断器４を切状態とするととも
に、サイリスタスイッチ６をオンとして、コンデンサ５
に菩わえられている電荷を、サイリスタスイッチ６、真
空しゃ断器４からなる回路で放電させることにより、真
空しゃ断器４に負荷電流と逆方向のパルス電流を重畳さ
せ、真空しゃ断器４において電流零点を作る。これによ
り、真空しゃ断器４を流れていた負荷電流はしゃ断され
、コンデンサ５．サイリスクスイッチ６からなる転流回
路に転流し、コンデンサ５を第４図に示した極性と逆極
性に充電する。コンデンサ５の逆充電電圧が、エネルギ
ー吸収要素である非線型抵抗器７の動作電圧を越えると
、負荷電流は、エネルギー吸収要素である非線型、抵抗
器７を通って流れるようになり、核融合装置のコイル２
に菩わえられていた磁気エネルギーが、エネルギー吸収
要素である非線型抵抗器７に吸収され、負荷電流Ｏとな
って直流しゃ断が完了する。

（発明が解決しようとする問題点） この時、直流しゃ断装置３の各部に存在するインダクタ
ンスのために、サージ過電圧が発生する。

この現象を第５図及び第３図により説明する。第５図に
おいて、４，５．６及び７は、第４図におけるものとそ
れぞれ同一のものを表わしている。

９は、コンデンサ５とサイリスタスイッチ６の直列回路
から成る転流回路のインダクタンス、１０は真空しゃ断
器４の回路のインダクタンス、１１は、エネルギー吸収
要素である非線型抵抗器７の回路のインダクタンスをそ
れぞれ表わす、第３図及び第５図において、ＩＣはコン
デンサ５とサイリスタスイッチ６から成る転流回路の電
流、　ＩＶは真空しゃ断器４の電流、工、はエネルギー
吸収要素である非線型抵抗器７の回路の電流である。ま
たｖｏは、コンデンサ５の極間電圧、ＶＶは、真空しゃ
断器４の極間電圧をそれぞれ表わしている。

直流しゃ断装置３の動作前においては、定常負荷電流工
。、コンデンサ５の一定充電電圧ｖ０゜とすると、 Ｉ、＝Ｉ。

ＩＣ＝０ 工、＝Ｏ ｖ　ｃ　＝ｖ　ｃ。

ｖｖ＝０ である。時刻１＝１．において、真空しゃ断器４を切状
態とし、サイリスタスイッチ６をオンとすると、コンデ
ンサ５の放電電流ＩＣが流れ、真空しゃ断器４の電流Ｉ
ｖ及びコンデンサ５の極間電圧ＶＣは減少する。この時
の工。ｅ　ＩＶｓ　ｖｃの各波形は、コンデンサ５の静
電容量と、回路のインダクタンス９と１０の値によって
決る。時刻１＝１．において、　ＩＶ＝０となると、真
空しゃ断器４は、完全にしゃ断状態となり、負荷電流は
、コンデンサ５とサイリスタスイッチ６から成る転流回
路に転流するので、工。＝Ｉ０となる。また、コンデン
サ５の充電々圧には、余裕を見込む事が通常行なわれる
ので、ｔ＝ｔ、においても、コンデンサの極間電圧ｖ０
は正の値となっている。この電圧は、完全にしゃ断状態
となった直流しゃ断器４の極間にも印加されるため、Ｖ
ｖ≠０となる。

１＝１．において、コンデンサ５に残っていた電荷は、
この後、負荷である核融合装置のコイル２を通る回路に
より放電するが、核融合装置のコイル２のインダクタン
スは、通常大きいため、コンデンサ５の電流工。は工。

＝Ｉ０で変化しない。その後、コンデンサ５の極間電圧
ｖｃは、Ｏとなるが、核融合装置のコイル２のインダク
タンスのため、コンデンサ５の電流工。＝工。は流れつ
づけ、コンデンサ５を逆極性（Ｖ、＜Ｏ）に充電し続け
る。

時刻１＝１．で、コンデンサ５の極間電圧ｖ０が、エネ
ルギー吸収要素である非線型抵抗器７の通電動作開始電
圧ＶＰＯを超えると、非線型抵抗器７の回路の電流工、
が流れ始める。しかし、工、の増加率及びＩＣの減少率
は、インダクタンス９及び１０の合計の値をＬとして、 に制限されるため、その電流波形は第３９図に示す破線
のようになり、コンデンサ５の極間電圧ｖｃも第３図の
破線に示すように１＝１．において、Ｉｃ＝０となる迄
増加を続ける。この結果、コンデンサ５の極間電圧は、
非線型抵抗器７の通電動作開始電圧ｖ１゜で決る直流し
ゃ断装置の再起電圧よりも大きくなる。このＶ。の増加
分、Δｖｅの大きさは。

インダクタンス９及び１０の合計の値Ｌ、コンデンサ５
の静電容量及び、しゃ断電施工。の大きさで決るが、核
融合実験装置などのようにＩｏの大きい場合には、非線
型抵抗器７の通電動作開始電圧Ｖ？０の０．５〜１倍程
度にもなる。このためコンデンサ５、真空しゃ断器４、
サイリスタスイッチ６などの電圧定格を、非線型抵抗器
７の通電動作開始電圧ｖｒｏで決る直流しゃ断装置の再
起電圧１．５〜２倍とする必要があり、装置の経済性を
損なう問題となっている。また、この過電圧を低く抑え
るには、インダクタンス９及び１０の値を大幅に低減す
れば良いわけであるが、大電流の直流しゃ断装置におい
ては、電磁力に対する強度や、エネルギー吸収要素の容
量が大きい必要があるため、必然的に装置が大型となり
、回路のインダクタンスを大幅に低減する事は、技術的
にも難かしく、大幅なコストアップに継がる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、直流
しゃ断装置の動作時に発生する過電圧を、装置の経済性
を損なう事なく抑制し、装置全体の経済性を向上する事
を目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 一上記目的を達成するために、本発明においては。

第１図に示す如く、直流しゃ断器と、これに並列に接続
されたコンデンサおよびスイッチの直列回路を備え、電
流しゃ断時に負荷及び回路に蓄わえられているエネルギ
ーを吸収するためのエネルギー吸収要素を有する直流し
ゃ断装置において、上記コンデンサの極間に、前記エネ
ルギ４の特　２性としゃ断電流値から決る直流しゃ断装
置の再起電圧より大きい通電動作開始電圧を有する非線
型抵抗器を、前記コンデンサと並列に接続した事を特徴
とする。

（作　　用） 上記の如く構成する事により、直流しゃ断装置内の回路
のインダクタンスにより発生するコンデンサの過電圧に
対して、コンデンサと並列に接続された非線型抵抗器が
動作して過電圧レベルを機器の定格上問題のない値に制
限する事が出来る。

また、上記非線型抵抗器の通電動作開始電圧をエネルギ
ー吸収要素としゃ断電流から決まる直流しゃ断装置の再
起電圧より大きくしているので、しゃ断された電流は、
コンデンサとスイッチから成る転流回路から、エネルギ
ー吸収要素から成るエネルギー吸収回路に転流する事が
出来るので、負荷などに蓄わえられている回路のエネル
ギーの大部分は、エネルギー吸収要素に吸収させる事が
可能であり、コンデンサと並列に設けた非線型抵抗器は
小容量のものとする事ができる。

（実　施　例） 本発明の一実施例について、その構成を第１図に示す、
第１図において、３′は直流しゃ断装置を表わす、直流
しゃ断装置！３′において、１は直流電源装置、２は負
荷コイル、４は真空しゃ断器。

５はコンデンサ、６はサイリスタスイッチ、７はエネル
ギー吸収要素であり、第４図の場合と同等である。８は
１本発明によりコンデンサ５の極間℃ に、コンデンサ５と並列に接続し畜非線型抵抗器であり
、その通電動作開始電圧は、エネルギー吸収要素である
非線型抵抗器７の通電動作開始電圧よりも大きい値に選
定されている。

上記本発明の一実施例について、その作用を、第２図及
び第３図により説明する。第２図において、４，５，６
．７及び９　、１０．１１は、第５図におけるそれと同
じものを表わし、８は本発明による非線型抵抗器であり
第１図におけるそれと同一のものを表わす。電流Ｉｃ、
　Ｉｖ＝　Ｉｒ及び電圧ｖｃ、　ＶＶの定義も第５図に
おけるそれと同様である。

本直流しゃ断装置動作時のこれらの電圧電流波形を第３
図に実線で示す６時刻１＝１１の直流しゃ断動作開始か
ら１＝１．のエネルギー吸収要素である非線型抵抗器７
の通電動作開始までの各波形は、従来の直流しゃ断装置
の各波形と同じである０時刻１＝１３以降、コンデンサ
５の極間電圧ＶＣが増加し続けｊ、＝ｔ４において、非
線型抵抗器８の通電動作開始電圧ｖｒｔ　に達すると、
コンデンサ５に流れていた電流Ｉｃは、非線型抵抗器８
を通って流れるようになり、コンデンサ５の極間電圧Ｖ
Ｃの増大が抑制される。この時非線型抵抗器８のインダ
クタンスが大きいと、電流ＩＣがコンデンサ５から非線
型抵抗器８に転流しにくくなり、コンデンサ５の極間電
圧ｖ０の増大抑制が効果的でなくなるのであるが、非線
型抵抗器８がコンデンサ５の極間に接続されている事、
後に説明する如く、非線型抵抗器８はエネルギー容量の
小さいもので良く、その外形寸法も小型に出来る事から
、非線型抵抗器８の回路のインダクタンスを、インダク
タンス９や１０に比べて十分小さくする事が出来るので
、コンデンサ５の極間電圧ｖｃは、はぼ非線型抵抗器８
の通電動作開始電圧ｖＰ工に抑える事が出来る。非線型
抵抗器８の通電動作開始電圧ｖｐｔは、エネルギー吸収
要素である非線型抵抗器７の通電動作開始電圧■、。に
比べ、ｖＰｌ〉ｖ？ｌｌとなるように選んでいるので時
刻１＝１４以降、転流回路の電流ＩＣは。

の変化率でエネルギー吸収回路に転流する。ここで、Ｌ
は、インダクタンス９とインダクタンス１１のそれぞれ
の値の和を表わす、従って、転流回路の電流工。は時刻
ｔ＝ｔ、’で０となり、負荷電流はエネルギー吸収回路
の電流工、に転流する。この時。

ＬＩ。

１、＃　−１４＝　− Ｖ□−ＶＰＩＩ である、非線型抵抗器８に必要なエネルギー容量Ｖ、は
、これより、 で表わされる。一方、負荷である核融合装置のコイル２
のインダクタンスをＬｏとすると、エネルギー吸収要素
である非線型抵抗器７のエネルギー容量Ｗ０は、 Ｗ０＝−ＬｏＩ。２ であるので、例えば、Ｌ０＝１０ｉａＨ，Ｌ　＝５０μ
Ｈの場合、エネルギー吸収要素である非線型抵抗器７の
２０分の１のエネルギー容量のものを、非線型抵抗器８
に使用する事で、発生する過電圧レベルをエネルギー吸
収要素である非線型抵抗器７の通電開始動作電圧レベル
１．１倍に抑制する事が出来る。

以上説明した如く、本実施例によれば、コンデンサ５の
極間に、非線型抵抗器８をコンデンサ５と並列に接続す
る事により、直流しゃ断装置３′のしや断動作時に発生
する過電圧レベルを、エネルギー吸収要素である非線型
抵抗器７の通電動作開始電圧ｖ１゜から決る直流しゃ断
装置の再起電圧に基き選定した。真空しゃ断ＷＩ４．コ
ンデンサ５、サイリスタスイッチ６等の機器の耐量の範
囲内に抑制する事が出来る。

以上の説明は、エネルギー吸収要素７が非線型抵抗器の
場合について行ったが、エネルギー吸収要素７が１通常
の抵抗器又は、非線型抵抗器と通常の抵抗器の直並列構
成より成るもののいづれの場合も、本発明が適用可能で
ある。また、直流しゃ断器には、真空しゃ断器を使用し
た場合を例としたが、この部分にサイリスタを使用した
ものも本発明の範囲内である。

〔発明の効果〕

以上に述べた如く１本発明によれば、直流しゃ断装置の
動作時に発生する過電圧を、装置の経済性を損なう事な
く抑制する事ができ、装置全体の経済性を向上させる事
が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例による直流しゃ断装置の構
成の説明図、第２図は、本発明の一実施例による直流し
ゃ断装置の動作を説明するための説明図、第３図は、本
発明の一実施例による直流しゃ断装置と従来の直流しゃ
断装置の電圧、Ｉ！流波形、第４図は、従来の直流しゃ
断装置の構成の説明図、第５図は従来の直流しゃ断装置
の動作説明図である。 １・・・直流電源装置 ２・・・核融合装置のコイル ３・・・従来の直流しゃ断装置 ３′・・・本発明の一実施例による直流しゃ断装置４・
・・真空しゃ断器　　　５・・・コンデンサ６・・・サ
イリスタスイッチ ７・・・エネルギー吸収要素 ８・・・非線型抵抗器 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健 第１図 第２図 第３図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電流しゃ断器とこれに並列に接続されたコンデンサ及び
   スイッチの直列回路と、前記電流しゃ断器に並列に接続
   され、電流しゃ断時に負荷および回路に蓄えられている
   エネルギーを吸収するためのエネルギー吸収要素とを有
   する直流しゃ断装置において、前記エネルギー吸収要素
   の特性としゃ断電流値とから決まる直流しゃ断装置の再
   起電圧より大きい通電動作開始電圧を有する非線型抵抗
   器を前記コンデンサに並列に接続したことを特徴とする
   直流しゃ断装置。