JPS6357927B2 - - Google Patents

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JPS6357927B2
JPS6357927B2 JP57227752A JP22775282A JPS6357927B2 JP S6357927 B2 JPS6357927 B2 JP S6357927B2 JP 57227752 A JP57227752 A JP 57227752A JP 22775282 A JP22775282 A JP 22775282A JP S6357927 B2 JPS6357927 B2 JP S6357927B2
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JP
Japan
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coil
superconducting
coils
series
quench
Prior art date
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Application number
JP57227752A
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English (en)
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JPS59121902A (ja
Inventor
Yoshihisa Sato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP57227752A priority Critical patent/JPS59121902A/ja
Publication of JPS59121902A publication Critical patent/JPS59121902A/ja
Publication of JPS6357927B2 publication Critical patent/JPS6357927B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/001Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for superconducting apparatus, e.g. coils, lines, machines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は超電導コイルを複数個直列接続して励
磁運転するものにおいて、特に超電導コイルのク
エンチ発生時の保護の確実に行ない得るようにし
た超電導コイル励磁電源システムに関するもので
ある。
[発明の技術的背景とその問題点] 近年、核融合、加速器等の分野においては、超
電導コイルの適用が急速に広まりつつある。超電
導コイルは、通常はその電気抵抗が零であるが、
磁場の急変、温度の異常上昇等の外乱若しくは異
常現象により、超電導状態が部分的に常電導状態
(電気抵抗発生)に転移する(この超電導破壊現
象を、以下クエンチと称する)ことがある。この
クエンチが発生するとその部分に電気抵抗R0
発生し、通電電流IによりR0I2の熱を発生する。
この発熱によりクエンチが漸次拡大して行き、液
体ヘリウムの異常蒸発による圧力増大等重大事故
に拡大する可能性がある。
そこで、一般に超電導コイルと並列に放電抵抗
を接続しておき、該コイルのクエンチ発生時は該
コイルを励磁電源から切り離し、該コイル−放電
抵抗から構成される閉回路により該コイルに蓄積
されたエネルギーを放電抵抗により消費し、クエ
ンチの拡大を抑制して該コイルを保護する方式が
取られている。このとき、コイルの胴体における 発生熱熱容量の増加 ……(1) という関係が成立する。
導体の比重をγ、比熱をC、電気伝導度をρ、
断面積をAとし、導体長さdxにおける時間dtの
間の温度上昇をdTとすれば、(1)式は I2ρdx/AdtAdx・γCdT ……(2) と書くことができる。
放電抵抗の抵抗値をR、超電導コイルのインダ
クタンスをL、導体温度上昇をT0とすると、(2)
式はさらに Rj0 2L/2/∫T0 4.2KγC/ρdT……(3) となる。
すなわち、上記(2)式より、 I2/A2・ρdtγCdT I2/A2dtγC/ρdT ∫I2/A2dt∫γC/ρdT I0 2/A2・L/2R∫T0 4.2KγC/ρdT j0 2L/2R∫T0 4.2KγC/ρdT j0 2L/2/∫T0 4.2KγC/ρdTR ∴ Rj0 2L/2/∫T0 4.2KγC/ρdT となり、(3)式が得られる。
つまり、放電抵抗値Rは(3)式より、 Rα・LI0 2 ……(4) 但し、 α=1/2A2/∫T0 4.2KγC/ρdT を満足しなければならない。
ところで、トーラス形核融合装置のトロイダル
コイル等、複数個の超電導コイルを準定常に励磁
運転する場合、コイル個々に励磁電源を設けるこ
とは極めて不経済であるから、通常は複数個の超
電導コイルを直列に接続し、これを1式の励磁電
源で励磁する方式が採用されている。第1図は、
この種の超電導コイル励磁電源システムの構成を
示すものである。
第1図において、直流励磁電源1により直列接
続された複数個(n個)の超電導コイル51,5
,………5oを励磁する。いま、超電導コイル励
磁中に1部のコイル5i(i=1、2、………n
のいずれかを示す)でクエンチが発生した場合に
は、開閉器30を閉じて開閉器20を解放するこ
とにより、超電導コイル51,52,………5o
蓄えられたエネルギーを放電抵抗10で消費し、
各コイルの保護を行なう。
ところで、第1図に示す従来方式では前述の(4)
式に示すとおり、放電抵抗値としてRα・
nLI0 2が必要となる(但し、超電導コイル1個の
インダクタンスをL、通電電流をI0とする)。し
たがつて、n個の超電導コイル極間には、V=
RI0e-R/nLtなる電圧が発生する。ここで、R α・nLI0 2であるから、(Vo)=n(V1)peakとな
る。但し、(Vo)peak:コイルn個を直列接続し
た本システムにおいて、クエンチ発生時放電抵抗
を投入した場合のコイル極間に発生する最大電
圧、(V1)peak:コイル1個の場合のクエンチ時
最高電圧である。つまり、従来のコイル直列接続
構成ではコイル直列個数をnとすると、コイル1
個の場合のn倍の電圧が直列コイル極間に発生す
る。そして、従来行なわれていた小形コイルある
いは直列個数nが少ない場合は、コイル極間電圧
がn倍(nは2〜3程度)となつても、超電導コ
イルの絶縁耐力上余り問題視されていなかつた。
ところが、核融合装置、加速器等の大形化につ
れて、超電導コイルそのものの大形化、直列個数
の増加により、もはやコイル1個の場合の絶縁耐
力のn倍もの高電圧に耐える超電導コイルを設計
製作することは極めて不経済であるばかりでな
く、技術的にも極めて困難な領域に近づきつつあ
る。さらに、第1図に示す従来の励磁電源システ
ムでは、n個の超電導コイルのうち1個の超電導
コイルがクエンチを起こしても、n個の全コイル
の蓄積エネルギーを放電抵抗で消費させなければ
ならず、省エネルギーの観点からも不経済であ
る。
[発明の目的] 本発明の目的は、複数個の超電導コイルを直列
接続して励磁するシステムにおいて、クエンチ発
生時にも励磁運転を継続しつつ当該超電導コイル
を主回路から切離して保護し、且つクエンチ解消
後は当該コイルを再度主回路に接続することが容
易に行なえ、絶縁耐力上の問題をなくすことが可
能な経済的で柔軟性のある超電導コイル励磁電源
システムを提供することにある。
[発明の概要] 上記の目的を達成するために本発明では、複数
個の超電導コイルを直列接続して励磁電源により
励磁するようにした励磁電源システムにおいて、
超電導コイルと並列に放電抵抗を各別に接続し、
これらの並列回路と直列に第1の開閉器を各別に
接続し、且つこれらの直列回路と並列に第2の開
閉器を各別に接続して構成している。
従つて本発明では、超電導コイルのクエンチ発
生時には、まず当該超電導コイルに対応する第2
の開閉器を閉じ、次に第1の開閉器を解放し、ま
たクエンチ解消後にはまず第1の開閉器を閉じ、
次に第2の開閉器を解放することにより、前述の
問題を解消することが可能となる。
[発明の実施例] 以下、本発明を図面に示す一実施例について説
明する。第2図は、本発明による超電導コイル励
磁電源システムの構成例を示すもので、第1図と
同一部分には同一符号を付してその説明を省略
し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
つまり、第2図は第1図における放電抵抗10
および各開閉器20,30を省略すると共に、こ
れに代えて超電導コイル51,52,………,5
nと並列に放電抵抗11,12,………,1nを
開閉器31,32,………,3nを介して各別に
接続し、またこれらの並列回路と直列に開閉器
(第1)21,22,………2nを各別に接続し、
さらにこれらの直列回路と並列に開閉器(第2)
41,42,………,4nを各別に接続して構成
したものである。
次に、かかる如く構成した励磁電源システムに
おける、クエンチ発生時の動作について述べる。
なおここでは、各超電導コイル51,52,……
…,5nに励磁電流Iを通電中に、超電導コイル
51にクエンチが発生した場合を例とする。
つまり、かかるクエンチ発生時にはまず開閉器
41を閉じ、健全な超電導コイル52,………,
5nの電流がクエンチ発生コイル51をバイパス
して流れるための回路を構成する。つぎに開閉器
31を閉じ、放電抵抗11をクエンチ発生コイル
51と並列に投入する。その後開閉器21を解放
し、クエンチ発生コイル51の電流を放電抵抗1
1で消費させる。以上の3開閉器21,31,4
1の順序動作により、クエンチ発生コイル51の
みを主回路から切離し、健全超電導コイル52,
………,5nはそのまま励磁運転を継続すること
ができる。
一方、上記超電導コイル51のクエンチが途中
で解除された場合、または電流が零となつた場合
等、超電導コイル51が再励磁可能となつた場合
には、まず開閉器21を閉じ、つぎに開閉器41
を開放し、その後開閉器31を開放するように、
前述とは逆の動作をさせることにより、超電導コ
イル51を主回路に接続して再励磁運転すること
ができる。
また、当然のことながらクエンチ発生コイル5
1のみを主回路から切離し、健全超電導コイル5
2,………5nを引続いて消磁する場合には、第
1図のものとは異なりいついかなる時点で健全超
電導コイル52,………,5nを消磁してもよい
わけであるので、健全超電導コイル群52,……
…,5nに蓄積された莫大なエネルギー(n−
1)・1/2LI0 2を、直流励磁電源1(サイリスタ変
換装置を使用する)により必要に応じて回生して
有効に利用することができ、省エネルギー、エネ
ルギー有効利用の観点からも極めて優れたもので
ある。
従つて、本構成とすれば、例え全超電導コイル
51,52,………,5nが一斉にクエンチし、
全超電導コイル51,52,………,5nを同時
に消磁した場合においても、個々のコイル極間お
よび全直列コイル極間にはコイル1個分を放電さ
せた場合の電圧しか発生せず、前述した従来方法
のような絶縁耐力の問題は発生しない。この状況
を第3図a,bに、また従来方法による発生電圧
状況を第4図a,bに夫々示す。図からも明らか
なように、従来方法では前述の如くコイルをn個
直列接続するとコイル1個の場合のn倍の電圧が
発生するのに対し、本方法のものでは何個コイル
を直列に接続しようとも、コイル極間、直列コイ
ル極間のいずれにおいてもコイル1個分の電圧の
みしか発生しない。
上述したように、本実施例では超電導コイル励
磁電源システムを前述の如く構成したこことによ
り、各超電導コイルの絶縁耐力は原理的にコイル
単独運転の場合と同一仕様で必要十分であり、一
部の超電導コイルにクエンチが発生した場合に
も、他の健全な超電導コイルはその励磁運転を継
続したまま、クエンチ発生コイルのみを主回路か
ら切離して保護することができる。また、クエン
チ解消後はそのコイルを再度主回路に接続して励
磁することが容易に行なえ、結果的に極めて経済
的で柔軟性のあるシステムを得ることができる。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、次のようにしても実施することができるも
のである。
上記実施例で述べた、クエンチ発生コイルのみ
を主回路から切離し、クエンチ解消後は該コイル
を主回路に再投入接続する場合において、第5図
に示す如く放電抵抗11,12,………,1nを
可変抵抗器としておき、且つその抵抗値をコイル
51,52,………,5n励磁時最小としてお
き、バイパス回路の開閉器41,42,………,
4nを解放し、健全コイル52,………,5n側
から強制的に流し込まれる電流による発生電圧 (V=RIR=LdIL/dt、IR+IL=I0) を低く抑え、可変抵抗器の抵抗値を漸次増加させ
てゆくことにより、コイル51,52,………,
5nが再クエンチすることがないように、コイル
51,52,………,5nの再励磁電流の制御を
行なうことも可能となる。なお、上述のクエンチ
発生コイル51,52,………,5nを主回路に
再投入接続する場合の各開閉器の動作状況、コイ
ル51,52,………,5nの励磁電流IL、放電
抵抗11,12,………,1nの抵抗値Rと電流
値IRの関係を示すと、第6図のようになる。
また、上記実施例では1個の超電導コイルに対
して夫々各別に一式の放電抵抗および開閉器を設
ける構成としたが、複数個の超電導コイルに対し
て一式の放電抵抗および開閉器を設けるように構
成してもよいものである。
その他、本発明はその要旨を変更しない範囲
で、種々に変更して実施することができる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、複数個の
超電導コイルを直列接続して励磁するシステムに
おいて、クエンチ発生時にも励磁運転を継続しつ
つ当該超電導コイルを主回路から切離して保護
し、且つクエンチ解消後は当該コイルを再度主回
路に接続することが容易に行なえ、絶縁耐力上の
問題をなくすことが可能な経済的で柔軟性のある
超電導コイル励磁電源システムが提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の超電導コイル励磁電源システム
を示す図、第2図は本発明の一実施例を示す構成
図、第3図および第4図は本発明と従来による発
生電圧の差異を説明するための図、第5図および
第6図は本発明の他の実施例を示す構成図および
タイムチヤート図である。 1……直流励磁電源、11,12,………,1
n……放電抵抗、21,22,………,2n,3
1,32,………,3n,41,42,………,
4n……開閉器、51,52,………,5n……
超電導コイル。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 複数個の超電導コイルを直列接続して励磁電
    源により励磁するようにした励磁電源システムに
    おいて、前記超電導コイルと並列に放電抵抗を各
    別に接続し、これらの並列回路と直列に第1の開
    閉器を各別に接続し、且つこれらの直列回路と並
    列に第2の開閉器を各別に接続して成ることを特
    徴とする超電導コイル励磁電源システム。
JP57227752A 1982-12-28 1982-12-28 超電導コイル励磁電源システム Granted JPS59121902A (ja)

Priority Applications (1)

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JP57227752A JPS59121902A (ja) 1982-12-28 1982-12-28 超電導コイル励磁電源システム

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JP57227752A JPS59121902A (ja) 1982-12-28 1982-12-28 超電導コイル励磁電源システム

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JPS59121902A JPS59121902A (ja) 1984-07-14
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JP7104398B2 (ja) * 2018-03-26 2022-07-21 学校法人上智学院 超電導装置及び超電導コイル保護方法
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