超電導コイルシステムおよびその運転方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、励磁電源から直流遮断器を介して超電導コイルにエネルギーを供給し励磁する超電導コイルシステムに係り、特に、クエンチ時に、それまで蓄積されていたエネルギーを超電導コイルに並列接続された保護抵抗に消費させて、クエンチに起因する損傷から超電導コイルを保護する超電導コイル保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近では、核融合装置，加速器，電力エネルギー貯蔵設備，リニアモータ等の分野において、超電導コイルの応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、磁場の急変や温度の異常等により、超電導状態から常電導状態に転移することがある。この超電導が破壊する現象は、クエンチと呼ばれている。クエンチが発生すると、液体ヘリウム等の異常蒸発による圧力増大等に拡大するおそれがある。
【０００３】図２は、従来の基本的な超電導コイルシステムの系統構成を示す図である。図２に示すように、励磁電源３からエネルギーを供給されている超電導コイル１でクエンチが発生した場合、超電導コイル１に蓄積されていたエネルギーを保護抵抗２において消費し、クエンチの拡大を抑制し、超電導コイル１を保護する方式が採用されている。すなわち、クエンチが発生すると、励磁電源３と超電導コイル１とで構成されるループ回路に流れる電流を、超電導コイル１と並列に接続された保護抵抗２にシフトさせる。この時に、直流の大電流を遮断する直流遮断器４が必要となる。
【０００４】最近は、超電導コイル応用装置すなわち超電導コイルシステムの大型化が進み、超電導コイル１に流す電流も大電流化する傾向にあり、連続運転をめざしている超電導コイルシステムが増えている。そのために、クエンチ保護に使用される直流遮断器４も、直流大電流の遮断が可能で、しかも、連続運転できる直流遮断器であることが条件となる。
【０００５】図３は、並列接続した直流遮断器を用いる従来の超電導コイルシステムの系統構成を示す図である。一般に、高圧型の直流遮断器は小電流しか扱えず、逆に大電流を扱える直流遮断器は低圧型であった。１台の高圧型直流遮断器では、大電流の連続通電には耐えられないので、図３に示すように、数台の高圧型直流遮断器を並列運転していた。なお、この種の従来装置を示す例としては、特開昭５７−１９８６１３号等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術においては、クエンチ保護として直流を遮断する場合、数台の高圧型直流遮断器が必要であり、保護装置としては非常に高価であった。
【０００７】また、並列接続された数台の直流遮断器を同時に遮断させることは困難であって、タイミングのずれに起因する遮断動作のばらつきにより、直流遮断器自体および他の回路構成機器を損傷するおそれがあった。
【０００８】本発明の目的は、直流大電流で連続運転しつつ、クエンチ等の緊急時にはその直流大電流を確実に遮断でき、単純な構成で安価な超電導コイル保護装置を備えた超電導コイルシステム提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するため、第１発明として、励磁電源と、通常運転時に励磁電源からエネルギーの供給を受けるとともに、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断される超電導コイルと、超電導コイルと並列に接続され、超電導コイルへのエネルギーの供給が遮断された状態で超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを消費し、クエンチに起因する損傷から超電導コイルを保護する保護抵抗とを備えた超電導コイルシステムにおいて、励磁電源と超電導コイルとの間に、通常運転時に開放され、クエンチが生じた際には一旦投入され、所定条件が成立した時に再度開放され、励磁電源から超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断する直流遮断器を直列に配置するとともに、直流遮断器と並列に、通常運転時に投入され励磁電源からのエネルギーを超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には自らを流れている励磁電源からのエネルギーを直流遮断器にシフトさせ、自らを流れているエネルギーが所定値以下に減少したら開放される少なくとも１つの開閉器を設けた超電導コイルシステムを提案するものである。
【００１０】本発明は、上記目的を達成するため、第２発明として、励磁電源と、通常運転時に励磁電源からエネルギーの供給を受けるとともに、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断される超電導コイルと、超電導コイルと並列に接続され、超電導コイルへのエネルギーの供給が遮断された状態で超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを消費し、クエンチに起因する損傷から超電導コイルを保護する保護抵抗とを備えた超電導コイルシステムにおいて、励磁電源と超電導コイルとの間に、通常運転時に投入され励磁電源からのエネルギーを超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には所定条件が成立した時に開放され、励磁電源から超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断する直流遮断器を直列に配置するとともに、直流遮断器と並列に、通常運転時に投入され励磁電源からのエネルギーを超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には直流遮断器に先立って開放され自らを流れている励磁電源からのエネルギーを直流遮断器にシフトさせる少なくとも１つの開閉器を設けた超電導コイルシステムを提案するものである。
【００１１】本発明は、上記目的を達成するため、第３発明として、通常運転時は励磁電源から超電導コイルにエネルギーを供給し超電導コイルを励磁する一方、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断し、超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを超電導コイルに並列接続された保護抵抗に消費させ、クエンチに起因する損傷から超電導コイルを保護する超電導コイルシステムの運転方法において、通常運転時には、励磁電源と超電導コイルとの間に配置された直流遮断器を開放し、直流遮断器に並列に接続された少なくとも１つの開閉器を介して励磁電源からのエネルギーを超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には、直流遮断器を一旦投入して開閉器を流れているエネルギーを直流遮断器にシフトさせ、開閉器を開放し、直流遮断器を流れていたエネルギーが所定値に減少したら直流遮断器を開放して超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断し、その後、超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを保護抵抗に消費させる超電導コイルシステムの運転方法を提案するものである。
【００１２】本発明は、上記目的を達成するため、第４発明として、通常運転時は励磁電源から超電導コイルにエネルギーを供給し超電導コイルを励磁する一方、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断し、超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを超電導コイルに並列接続された保護抵抗に消費させ、クエンチに起因する損傷から超電導コイルを保護する超電導コイルシステムの運転方法において、通常運転時には、励磁電源と超電導コイルとの間に配置された直流遮断器および当該直流遮断器と並列に接続されている少なくとも１つの開閉器を介して励磁電源からのエネルギーを超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には、開閉器を開放し、励磁電源からのエネルギーを直流遮断器にシフトさせ、直流遮断器を流れていたエネルギーが所定値に減少したら直流遮断器を開放して超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断し、その後、超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを保護抵抗に消費させる超電導コイルシステムの運転方法を提案するものである。
【００１３】
【作用】第１発明の超電導コイルシステムおよびその運転方法である第３発明においては、通常運転時に、直流遮断器は開放しておき、この直流遮断器と並列に接続した開閉器に直流大電流を連続的に流しておく。クエンチが発生した時は、直流遮断器を投入させ、直流遮断器に大電流をシフトさせ、開閉器を開放し、その後に、直流遮断器により遮断動作を実行する。遮断動作が完了すれば、保護抵抗に超電導コイルのエネルギーを消費させることができる。
【００１４】このように、直流遮断器に大電流を流す期間を実質的にクエンチ発生時のみに限定することにより、通電容量が小さく経済性の高い直流遮断器を選定でき、直流大電流で連続運転される超電導コイルのクエンチ時の電流を確実に遮断可能である。すなわち、高価な直流遮断器は１台のみで、安価な開閉器を併設してあるので、超電導コイルシステム全体としては、大幅なコストダウンが可能である。
【００１５】また、クエンチ発生時には、１台の直流遮断器を一旦投入し、開閉器側の電流がほぼ０になったところでこれらの開閉器を開き、それから１台の直流遮断器を開くことから、それらの開閉のタイミングはそれほど厳密でなくてもよく、開閉タイミングの相対的ずれによる直流遮断器や開閉器自体の損傷のおそれがほとんどない。
【００１６】第２発明の超電導コイルシステムおよびその運転方法である第４発明においては、通常運転時に、直流遮断器と並列に接続した開閉器に直流大電流を連続的に流しておくことは、第１発明等と同じであるが、直流遮断器も投入し、直流遮断器にもその定格内の電流を分流させておく。開閉器と直流遮断器との直流の分流の比率は、それぞれ適切な内部抵抗の機種を選択すると設定できる。クエンチが発生した時は、開閉器を開放し、そのアーク抵抗により、開閉器側の大電流を直流遮断器にシフトさせ、その後に、直流遮断器により遮断動作を実行する。遮断動作が完了すれば、保護抵抗に超電導コイルのエネルギーを消費させることが可能となる。
【００１７】このように、通常運転時にも、直流遮断器に電流を分流させておくこともできるので、クエンチ発生時に、直流遮断器の投入操作を行なわずに済む。したがって、クエンチ発生から直流遮断までの時間を大幅に短縮し、超電導コイルをより確実に保護できる。
【００１８】この場合も、直流遮断器に大電流を流す期間を実質的にクエンチ発生時のみに限定することにより、通電容量が小さく経済性の高い直流遮断器を選定でき、直流大電流で連続運転される超電導コイルのクエンチ時の電流を確実に遮断可能である。すなわち、高価な直流遮断器は１台のみで、安価な開閉器を併設してあるので、超電導コイルシステム全体としては、大幅なコストダウンが可能である。
【００１９】また、クエンチ発生時には、開閉器を開き、そのアーク抵抗により直流遮断器に大電流をシフトさせ、それから１台の直流遮断器を開くことから、それらの開閉のタイミングはそれほど厳密でなくてもよく、相対的開閉タイミングのずれによる直流遮断器や開閉器自体の損傷のおそれがほとんどない。
【００２０】
【実施例】次に、図１を参照して、本発明による超電導コイルシステムの一実施例およびその運転方法を説明する。図１は、本発明による超電導コイル保護装置を備えた超電導コイルシステムの実施例の系統構成を示す図である。
【００２１】《第１実施例》保護対象の超電導コイル１には、保護抵抗２が並列接続されており、励磁電源３からは、直流遮断器４を介して、エネルギーすなわち直流電力が供給されている。本発明では、このような超電導コイルシステムの基本回路に対して、少なくとも１つの開閉器６を、直流遮断器４と並列に接続してある。制御回路８は、超電導コイル１のクエンチを検出するクエンチ検出器７の検出信号に基づき、直流遮断器４および開閉器６の開閉を制御する。
【００２２】なお、ここでは図示していないが、開閉器６全体を流れる電流を検出する電流検出器を設置し、その検出電流を制御回路８に取り込み、開閉器６の開閉のタイミングを決定するために用いることもできる。
【００２３】このように構成された第１実施例において、通常運転時には、直流遮断器４は開放し、開閉器６に直流大電流Ｉ0を連続通電しておく。
【００２４】さて、超電導コイル１にクエンチが発生すると、クエンチ検出器７がそれを検出し、制御回路８に検出信号を送る。制御回路８は、クエンチ検出信号の入力に応じて、直流遮断器４に投入指令を与え、直流遮断器４を投入させる。直流遮断器４が投入されると、今まで開閉器６を流れていた直流電流Ｉ0は、直流遮断器４にシフトすることになる。開閉器６に流れる電流Ｉ1と、直流遮断器４に流れる電流Ｉ2との比は、開閉器６の内部抵抗をｒ1とし、直流遮断器４の内部抵抗をｒ2とすると、Ｉ1：Ｉ2＝ｒ2：ｒ1………（１）
となる。ここで、ｒ1〉〉ｒ2である、すなわち、開閉器６の抵抗値が直流遮断器４の抵抗値よりもかなり大きいとすれば、直流電流Ｉ0は、大部分直流遮断器４に流れる。
【００２５】次に、開閉器６に流れる設計上の電流が０に近くなった時点で、または、開閉器６に実際に流れる電流が０に近くなったことを図示していない電流検出器により検出した時点で、制御回路８は開閉器６に開放指令信号を与え、開閉器６を開かせる。開閉器６が開放されると、通常時には開放器６を流れていた直流大電流Ｉ0は、完全に直流遮断器４に移ったことになる。
【００２６】以上の一連の動作の後、制御回路８からの遮断指令により、直流遮断器４は、直流電流を遮断する。したがって、超電導コイル１に蓄積されていたエネルギーは、保護抵抗２により適切に消費され、超電導コイル１のクエンチ時の保護が可能となる。
【００２７】第１実施例においては、超電導コイル保護装置を安価な少なくとも１つの開閉器６と１台の直流遮断器４とで構成してあり、通常運転時には、開閉器６側に連続大電流を流し、直流遮断器４には連続通電することなく、クエンチ発生時のみ直流遮断器４に通電し、その後は直ぐに遮断動作に入るようにしている。
【００２８】ここでは、高価な直流遮断器４は１台のみで、安価な開閉器６を併設してあるので、超電導コイルシステム全体としては、大幅なコストダウンが可能である。
【００２９】また、クエンチ発生時には、１台の直流遮断器４を一旦投入し、開閉器６側の電流がほぼ０になったところでこれらの開閉器６を開き、それから１台の直流遮断器４を開くことから、それらの開閉のタイミングは、複数の直流遮断器を同期させて開閉する必要があった従来例と比較して、それほど厳密でなくてもよく、相対的開閉タイミングのずれによる直流遮断器４や開閉器６自体の損傷のおそれがほとんどない。
【００３０】《第２実施例》第２実施例の基本的系統構成は、第１実施例と変わらない。通常運転時にも、直流遮断器４を投入しておく点が異なるだけである。
【００３１】保護対象の超電導コイル１には、保護抵抗２が並列接続されており、励磁電源３からは、直流遮断器４を介して、エネルギーすなわち直流電力が供給されている。このような超電導コイルシステムの基本回路に対して、少なくとも１つの開閉器６を、直流遮断器４と並列に接続してある。制御回路８は、超電導コイル１のクエンチを検出するクエンチ検出器７の検出信号に基づき、直流遮断器４および開閉器６の開閉を制御する。
【００３２】なお、ここでは図示していないが、開閉器６全体を流れる電流を検出する電流検出器を設置し、その検出電流を制御回路８に取り込み、直流遮断器４への電流のシフト完了を判定するために用いることもできる。
【００３３】このように構成された第２実施例において、通常運転時には、直流遮断器４も投入し、開閉器６に大電流を流すことはもちろんであるが、直流遮断器４にもその定格内の電流を分流させておく。開閉器６と直流遮断器４との分流の比率は、それぞれ適切な内部抵抗の機種を選択すると、設定できる。すなわち、通常運転時に、開閉器６に流れる電流Ｉ3と、直流遮断器４に流れる電流Ｉ4との比は、開閉器６の内部抵抗をｒ3とし、直流遮断器４の内部抵抗をｒ4とすると、Ｉ3：Ｉ4＝ｒ4：ｒ3………（２）
となる。開閉器６と直流遮断器４との直流の分流の比率は、それぞれ適切な内部抵抗ｒ3，内部抵抗ｒ4の機種を選択すると、正確に設定可能である。
【００３４】さて、超電導コイル１にクエンチが発生すると、クエンチ検出器７がそれを検出し、制御回路８に検出信号を送る。制御回路８は、クエンチ検出信号の入力に応じて、開閉器６に開放指令を与え、開閉器６を開放させる。開閉器６のアーク抵抗により、今まで開閉器６を流れていた直流電流は、直流遮断器４にシフトする。クエンチ時に開かれる開閉器６のアークの抵抗値ｒaが直流遮断器４の抵抗値ｒ4よりもかなり大きい、すなわち、ｒa〉〉ｒ4であるから、直流電流Ｉ0は、直流遮断器４にシフトすることになる。
【００３５】開閉器６に流れる設計上の電流が０に近くなり、または、開閉器６に実際に流れる電流が０に近くなったことを図示していない電流検出器により検出したら、制御回路８からの遮断指令により、直流遮断器４により遮断動作を実行する。したがって、超電導コイル１に蓄積されていたエネルギーは、保護抵抗２により適切に消費され、超電導コイル１のクエンチ時の保護が可能となる。
【００３６】このように、第２実施例においては、通常運転時にも、直流遮断器４に電流を分流させておくことができるので、クエンチ発生時に、直流遮断器４の投入操作を行なわずに済む。したがって、クエンチ発生から直流遮断までの時間を大幅に短縮し、超電導コイル１をより確実に保護できる。
【００３７】この場合も、直流遮断器４に大電流を流す期間を実質的にクエンチ発生時のみに限定するので、通電容量が小さく経済性の高い直流遮断器４を選定でき、直流大電流で連続運転される超電導コイル１のクエンチ時の電流を確実に遮断可能である。すなわち、高価な直流遮断器４は１台のみで、安価な開閉器６を併設してあるから、超電導コイルシステム全体としては、大幅なコストダウンが可能である。
【００３８】また、クエンチ発生時には、開閉器６を開き、そのアーク抵抗により直流遮断器４に大電流をシフトさせ、それから１台の直流遮断器４を開くことから、それらの開閉のタイミングはそれほど厳密でなくてもよく、開閉タイミングの相対的ずれによる直流遮断器４や開閉器６自体の損傷のおそれがほとんどない。
【００３９】なお、直流遮断器４は、機械的に作動するもののみならず、サイリスタ等の半導体遮断器でも本発明を適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００４１】（１）高価な直流遮断器は１台のみで、安価な開閉器を併設してあるので、超電導コイルシステム全体としては、大幅なコストダウンが可能である。
【００４２】（２）第１発明および第３発明において、クエンチ発生時には、１台の直流遮断器を一旦投入し、開閉器側の電流がほぼ０になったところでこれらの開閉器を開き、それから１台の直流遮断器を開くことから、それらの開閉のタイミングはそれほど厳密でなくてもよく、相対的開閉タイミングのずれによる直流遮断器や開閉器自体の損傷のおそれがほとんどない。
【００４３】（３）第２発明および第４発明において、クエンチ発生時には、開閉器の開放時のアーク抵抗を利用して少なくとも１つの開閉器の電流を直流遮断器にシフトさせるから、通常運転時にも、直流遮断器に電流を分流させてさせておくことができる。この方式では、クエンチ発生時に、直流遮断器の投入操作を行なわずに済むので、クエンチ発生から直流遮断までの時間を大幅に短縮でき、超電導コイルをより確実に保護できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超電導コイル保護装置を備えた超電導コイルシステムの実施例の系統構成を示す図である。
【図２】従来の基本的な超電導コイルシステムの系統構成を示す図である。
【図３】並列接続した直流遮断器を用いる従来の超電導コイルシステムの系統構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 超電導コイル
２ 保護抵抗
３ 励磁電源
４ 直流遮断器
６ 開閉器
７ クエンチ検出器
８ 制御回路
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、励磁電源から直流遮断器を介して超電導コイルにエネルギーを供給し励磁する超電導コイルシステムに係り、特に、クエンチ時に、それまで蓄積されていたエネルギーを超電導コイルに並列接続された保護抵抗に消費させて、クエンチに起因する損傷から超電導コイルを保護する超電導コイル保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近では、核融合装置，加速器，電力エネルギー貯蔵設備，リニアモータ等の分野において、超電導コイルの応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、磁場の急変や温度の異常等により、超電導状態から常電導状態に転移することがある。この超電導が破壊する現象は、クエンチと呼ばれている。クエンチが発生すると、液体ヘリウム等の異常蒸発による圧力増大等に拡大するおそれがある。
【０００３】図２は、従来の基本的な超電導コイルシステムの系統構成を示す図である。図２に示すように、励磁電源３からエネルギーを供給されている超電導コイル１でクエンチが発生した場合、超電導コイル１に蓄積されていたエネルギーを保護抵抗２において消費し、クエンチの拡大を抑制し、超電導コイル１を保護する方式が採用されている。すなわち、クエンチが発生すると、励磁電源３と超電導コイル１とで構成されるループ回路に流れる電流を、超電導コイル１と並列に接続された保護抵抗２にシフトさせる。この時に、直流の大電流を遮断する直流遮断器４が必要となる。
【０００４】最近は、超電導コイル応用装置すなわち超電導コイルシステムの大型化が進み、超電導コイル１に流す電流も大電流化する傾向にあり、連続運転をめざしている超電導コイルシステムが増えている。そのために、クエンチ保護に使用される直流遮断器４も、直流大電流の遮断が可能で、しかも、連続運転できる直流遮断器であることが条件となる。
【０００５】図３は、並列接続した直流遮断器を用いる従来の超電導コイルシステムの系統構成を示す図である。一般に、高圧型の直流遮断器は小電流しか扱えず、逆に大電流を扱える直流遮断器は低圧型であった。１台の高圧型直流遮断器では、大電流の連続通電には耐えられないので、図３に示すように、数台の高圧型直流遮断器を並列運転していた。なお、この種の従来装置を示す例としては、特開昭５７−１９８６１３号等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術においては、クエンチ保護として直流を遮断する場合、数台の高圧型直流遮断器が必要であり、保護装置としては非常に高価であった。
【０００７】また、並列接続された数台の直流遮断器を同時に遮断させることは困難であって、タイミングのずれに起因する遮断動作のばらつきにより、直流遮断器自体および他の回路構成機器を損傷するおそれがあった。
【０００８】本発明の目的は、直流大電流で連続運転しつつ、クエンチ等の緊急時にはその直流大電流を確実に遮断でき、単純な構成で安価な超電導コイル保護装置を備えた超電導コイルシステム提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するため、第１発明として、励磁電源と、通常運転時に励磁電源からエネルギーの供給を受けるとともに、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断される超電導コイルと、超電導コイルと並列に接続され、超電導コイルへのエネルギーの供給が遮断された状態で超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを消費し、クエンチに起因する損傷から超電導コイルを保護する保護抵抗とを備えた超電導コイルシステムにおいて、励磁電源と超電導コイルとの間に、通常運転時に開放され、クエンチが生じた際には一旦投入され、所定条件が成立した時に再度開放され、励磁電源から超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断する直流遮断器を直列に配置するとともに、直流遮断器と並列に、通常運転時に投入され励磁電源からのエネルギーを超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には自らを流れている励磁電源からのエネルギーを直流遮断器にシフトさせ、自らを流れているエネルギーが所定値以下に減少したら開放される少なくとも１つの開閉器を設けた超電導コイルシステムを提案するものである。
【００１０】本発明は、上記目的を達成するため、第２発明として、励磁電源と、通常運転時に励磁電源からエネルギーの供給を受けるとともに、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断される超電導コイルと、超電導コイルと並列に接続され、超電導コイルへのエネルギーの供給が遮断された状態で超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを消費し、クエンチに起因する損傷から超電導コイルを保護する保護抵抗とを備えた超電導コイルシステムにおいて、励磁電源と超電導コイルとの間に、通常運転時に投入され励磁電源からのエネルギーを超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には所定条件が成立した時に開放され、励磁電源から超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断する直流遮断器を直列に配置するとともに、直流遮断器と並列に、通常運転時に投入され励磁電源からのエネルギーを超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には直流遮断器に先立って開放され自らを流れている励磁電源からのエネルギーを直流遮断器にシフトさせる少なくとも１つの開閉器を設けた超電導コイルシステムを提案するものである。
【００１１】本発明は、上記目的を達成するため、第３発明として、通常運転時は励磁電源から超電導コイルにエネルギーを供給し超電導コイルを励磁する一方、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断し、超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを超電導コイルに並列接続された保護抵抗に消費させ、クエンチに起因する損傷から超電導コイルを保護する超電導コイルシステムの運転方法において、通常運転時には、励磁電源と超電導コイルとの間に配置された直流遮断器を開放し、直流遮断器に並列に接続された少なくとも１つの開閉器を介して励磁電源からのエネルギーを超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には、直流遮断器を一旦投入して開閉器を流れているエネルギーを直流遮断器にシフトさせ、開閉器を開放し、直流遮断器を流れていたエネルギーが所定値に減少したら直流遮断器を開放して超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断し、その後、超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを保護抵抗に消費させる超電導コイルシステムの運転方法を提案するものである。
【００１２】本発明は、上記目的を達成するため、第４発明として、通常運転時は励磁電源から超電導コイルにエネルギーを供給し超電導コイルを励磁する一方、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断し、超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを超電導コイルに並列接続された保護抵抗に消費させ、クエンチに起因する損傷から超電導コイルを保護する超電導コイルシステムの運転方法において、通常運転時には、励磁電源と超電導コイルとの間に配置された直流遮断器および当該直流遮断器と並列に接続されている少なくとも１つの開閉器を介して励磁電源からのエネルギーを超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には、開閉器を開放し、励磁電源からのエネルギーを直流遮断器にシフトさせ、直流遮断器を流れていたエネルギーが所定値に減少したら直流遮断器を開放して超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断し、その後、超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを保護抵抗に消費させる超電導コイルシステムの運転方法を提案するものである。
【００１３】
【作用】第１発明の超電導コイルシステムおよびその運転方法である第３発明においては、通常運転時に、直流遮断器は開放しておき、この直流遮断器と並列に接続した開閉器に直流大電流を連続的に流しておく。クエンチが発生した時は、直流遮断器を投入させ、直流遮断器に大電流をシフトさせ、開閉器を開放し、その後に、直流遮断器により遮断動作を実行する。遮断動作が完了すれば、保護抵抗に超電導コイルのエネルギーを消費させることができる。
【００１４】このように、直流遮断器に大電流を流す期間を実質的にクエンチ発生時のみに限定することにより、通電容量が小さく経済性の高い直流遮断器を選定でき、直流大電流で連続運転される超電導コイルのクエンチ時の電流を確実に遮断可能である。すなわち、高価な直流遮断器は１台のみで、安価な開閉器を併設してあるので、超電導コイルシステム全体としては、大幅なコストダウンが可能である。
【００１５】また、クエンチ発生時には、１台の直流遮断器を一旦投入し、開閉器側の電流がほぼ０になったところでこれらの開閉器を開き、それから１台の直流遮断器を開くことから、それらの開閉のタイミングはそれほど厳密でなくてもよく、開閉タイミングの相対的ずれによる直流遮断器や開閉器自体の損傷のおそれがほとんどない。
【００１６】第２発明の超電導コイルシステムおよびその運転方法である第４発明においては、通常運転時に、直流遮断器と並列に接続した開閉器に直流大電流を連続的に流しておくことは、第１発明等と同じであるが、直流遮断器も投入し、直流遮断器にもその定格内の電流を分流させておく。開閉器と直流遮断器との直流の分流の比率は、それぞれ適切な内部抵抗の機種を選択すると設定できる。クエンチが発生した時は、開閉器を開放し、そのアーク抵抗により、開閉器側の大電流を直流遮断器にシフトさせ、その後に、直流遮断器により遮断動作を実行する。遮断動作が完了すれば、保護抵抗に超電導コイルのエネルギーを消費させることが可能となる。
【００１７】このように、通常運転時にも、直流遮断器に電流を分流させておくこともできるので、クエンチ発生時に、直流遮断器の投入操作を行なわずに済む。したがって、クエンチ発生から直流遮断までの時間を大幅に短縮し、超電導コイルをより確実に保護できる。
【００１８】この場合も、直流遮断器に大電流を流す期間を実質的にクエンチ発生時のみに限定することにより、通電容量が小さく経済性の高い直流遮断器を選定でき、直流大電流で連続運転される超電導コイルのクエンチ時の電流を確実に遮断可能である。すなわち、高価な直流遮断器は１台のみで、安価な開閉器を併設してあるので、超電導コイルシステム全体としては、大幅なコストダウンが可能である。
【００１９】また、クエンチ発生時には、開閉器を開き、そのアーク抵抗により直流遮断器に大電流をシフトさせ、それから１台の直流遮断器を開くことから、それらの開閉のタイミングはそれほど厳密でなくてもよく、相対的開閉タイミングのずれによる直流遮断器や開閉器自体の損傷のおそれがほとんどない。
【００２０】
【実施例】次に、図１を参照して、本発明による超電導コイルシステムの一実施例およびその運転方法を説明する。図１は、本発明による超電導コイル保護装置を備えた超電導コイルシステムの実施例の系統構成を示す図である。
【００２１】《第１実施例》保護対象の超電導コイル１には、保護抵抗２が並列接続されており、励磁電源３からは、直流遮断器４を介して、エネルギーすなわち直流電力が供給されている。本発明では、このような超電導コイルシステムの基本回路に対して、少なくとも１つの開閉器６を、直流遮断器４と並列に接続してある。制御回路８は、超電導コイル１のクエンチを検出するクエンチ検出器７の検出信号に基づき、直流遮断器４および開閉器６の開閉を制御する。
【００２２】なお、ここでは図示していないが、開閉器６全体を流れる電流を検出する電流検出器を設置し、その検出電流を制御回路８に取り込み、開閉器６の開閉のタイミングを決定するために用いることもできる。
【００２３】このように構成された第１実施例において、通常運転時には、直流遮断器４は開放し、開閉器６に直流大電流Ｉ0を連続通電しておく。
【００２４】さて、超電導コイル１にクエンチが発生すると、クエンチ検出器７がそれを検出し、制御回路８に検出信号を送る。制御回路８は、クエンチ検出信号の入力に応じて、直流遮断器４に投入指令を与え、直流遮断器４を投入させる。直流遮断器４が投入されると、今まで開閉器６を流れていた直流電流Ｉ0は、直流遮断器４にシフトすることになる。開閉器６に流れる電流Ｉ1と、直流遮断器４に流れる電流Ｉ2との比は、開閉器６の内部抵抗をｒ1とし、直流遮断器４の内部抵抗をｒ2とすると、Ｉ1：Ｉ2＝ｒ2：ｒ1………（１）
となる。ここで、ｒ1〉〉ｒ2である、すなわち、開閉器６の抵抗値が直流遮断器４の抵抗値よりもかなり大きいとすれば、直流電流Ｉ0は、大部分直流遮断器４に流れる。
【００２５】次に、開閉器６に流れる設計上の電流が０に近くなった時点で、または、開閉器６に実際に流れる電流が０に近くなったことを図示していない電流検出器により検出した時点で、制御回路８は開閉器６に開放指令信号を与え、開閉器６を開かせる。開閉器６が開放されると、通常時には開放器６を流れていた直流大電流Ｉ0は、完全に直流遮断器４に移ったことになる。
【００２６】以上の一連の動作の後、制御回路８からの遮断指令により、直流遮断器４は、直流電流を遮断する。したがって、超電導コイル１に蓄積されていたエネルギーは、保護抵抗２により適切に消費され、超電導コイル１のクエンチ時の保護が可能となる。
【００２７】第１実施例においては、超電導コイル保護装置を安価な少なくとも１つの開閉器６と１台の直流遮断器４とで構成してあり、通常運転時には、開閉器６側に連続大電流を流し、直流遮断器４には連続通電することなく、クエンチ発生時のみ直流遮断器４に通電し、その後は直ぐに遮断動作に入るようにしている。
【００２８】ここでは、高価な直流遮断器４は１台のみで、安価な開閉器６を併設してあるので、超電導コイルシステム全体としては、大幅なコストダウンが可能である。
【００２９】また、クエンチ発生時には、１台の直流遮断器４を一旦投入し、開閉器６側の電流がほぼ０になったところでこれらの開閉器６を開き、それから１台の直流遮断器４を開くことから、それらの開閉のタイミングは、複数の直流遮断器を同期させて開閉する必要があった従来例と比較して、それほど厳密でなくてもよく、相対的開閉タイミングのずれによる直流遮断器４や開閉器６自体の損傷のおそれがほとんどない。
【００３０】《第２実施例》第２実施例の基本的系統構成は、第１実施例と変わらない。通常運転時にも、直流遮断器４を投入しておく点が異なるだけである。
【００３１】保護対象の超電導コイル１には、保護抵抗２が並列接続されており、励磁電源３からは、直流遮断器４を介して、エネルギーすなわち直流電力が供給されている。このような超電導コイルシステムの基本回路に対して、少なくとも１つの開閉器６を、直流遮断器４と並列に接続してある。制御回路８は、超電導コイル１のクエンチを検出するクエンチ検出器７の検出信号に基づき、直流遮断器４および開閉器６の開閉を制御する。
【００３２】なお、ここでは図示していないが、開閉器６全体を流れる電流を検出する電流検出器を設置し、その検出電流を制御回路８に取り込み、直流遮断器４への電流のシフト完了を判定するために用いることもできる。
【００３３】このように構成された第２実施例において、通常運転時には、直流遮断器４も投入し、開閉器６に大電流を流すことはもちろんであるが、直流遮断器４にもその定格内の電流を分流させておく。開閉器６と直流遮断器４との分流の比率は、それぞれ適切な内部抵抗の機種を選択すると、設定できる。すなわち、通常運転時に、開閉器６に流れる電流Ｉ3と、直流遮断器４に流れる電流Ｉ4との比は、開閉器６の内部抵抗をｒ3とし、直流遮断器４の内部抵抗をｒ4とすると、Ｉ3：Ｉ4＝ｒ4：ｒ3………（２）
となる。開閉器６と直流遮断器４との直流の分流の比率は、それぞれ適切な内部抵抗ｒ3，内部抵抗ｒ4の機種を選択すると、正確に設定可能である。
【００３４】さて、超電導コイル１にクエンチが発生すると、クエンチ検出器７がそれを検出し、制御回路８に検出信号を送る。制御回路８は、クエンチ検出信号の入力に応じて、開閉器６に開放指令を与え、開閉器６を開放させる。開閉器６のアーク抵抗により、今まで開閉器６を流れていた直流電流は、直流遮断器４にシフトする。クエンチ時に開かれる開閉器６のアークの抵抗値ｒaが直流遮断器４の抵抗値ｒ4よりもかなり大きい、すなわち、ｒa〉〉ｒ4であるから、直流電流Ｉ0は、直流遮断器４にシフトすることになる。
【００３５】開閉器６に流れる設計上の電流が０に近くなり、または、開閉器６に実際に流れる電流が０に近くなったことを図示していない電流検出器により検出したら、制御回路８からの遮断指令により、直流遮断器４により遮断動作を実行する。したがって、超電導コイル１に蓄積されていたエネルギーは、保護抵抗２により適切に消費され、超電導コイル１のクエンチ時の保護が可能となる。
【００３６】このように、第２実施例においては、通常運転時にも、直流遮断器４に電流を分流させておくことができるので、クエンチ発生時に、直流遮断器４の投入操作を行なわずに済む。したがって、クエンチ発生から直流遮断までの時間を大幅に短縮し、超電導コイル１をより確実に保護できる。
【００３７】この場合も、直流遮断器４に大電流を流す期間を実質的にクエンチ発生時のみに限定するので、通電容量が小さく経済性の高い直流遮断器４を選定でき、直流大電流で連続運転される超電導コイル１のクエンチ時の電流を確実に遮断可能である。すなわち、高価な直流遮断器４は１台のみで、安価な開閉器６を併設してあるから、超電導コイルシステム全体としては、大幅なコストダウンが可能である。
【００３８】また、クエンチ発生時には、開閉器６を開き、そのアーク抵抗により直流遮断器４に大電流をシフトさせ、それから１台の直流遮断器４を開くことから、それらの開閉のタイミングはそれほど厳密でなくてもよく、開閉タイミングの相対的ずれによる直流遮断器４や開閉器６自体の損傷のおそれがほとんどない。
【００３９】なお、直流遮断器４は、機械的に作動するもののみならず、サイリスタ等の半導体遮断器でも本発明を適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００４１】（１）高価な直流遮断器は１台のみで、安価な開閉器を併設してあるので、超電導コイルシステム全体としては、大幅なコストダウンが可能である。
【００４２】（２）第１発明および第３発明において、クエンチ発生時には、１台の直流遮断器を一旦投入し、開閉器側の電流がほぼ０になったところでこれらの開閉器を開き、それから１台の直流遮断器を開くことから、それらの開閉のタイミングはそれほど厳密でなくてもよく、相対的開閉タイミングのずれによる直流遮断器や開閉器自体の損傷のおそれがほとんどない。
【００４３】（３）第２発明および第４発明において、クエンチ発生時には、開閉器の開放時のアーク抵抗を利用して少なくとも１つの開閉器の電流を直流遮断器にシフトさせるから、通常運転時にも、直流遮断器に電流を分流させてさせておくことができる。この方式では、クエンチ発生時に、直流遮断器の投入操作を行なわずに済むので、クエンチ発生から直流遮断までの時間を大幅に短縮でき、超電導コイルをより確実に保護できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超電導コイル保護装置を備えた超電導コイルシステムの実施例の系統構成を示す図である。
【図２】従来の基本的な超電導コイルシステムの系統構成を示す図である。
【図３】並列接続した直流遮断器を用いる従来の超電導コイルシステムの系統構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 超電導コイル
２ 保護抵抗
３ 励磁電源
４ 直流遮断器
６ 開閉器
７ クエンチ検出器
８ 制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】 励磁電源と、通常運転時に前記励磁電源からエネルギーの供給を受けるとともに、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断される超電導コイルと、前記超電導コイルと並列に接続され、前記超電導コイルへのエネルギーの供給が遮断された状態で前記超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを消費し、クエンチに起因する損傷から前記超電導コイルを保護する保護抵抗とを備えた超電導コイルシステムにおいて、前記励磁電源と前記超電導コイルとの間に、通常運転時に開放され、クエンチが生じた際には一旦投入され、所定条件が成立した時に再度開放され、前記励磁電源から前記超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断する直流遮断器を直列に配置するとともに、前記直流遮断器と並列に、通常運転時に投入され前記励磁電源からのエネルギーを前記超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には自らを流れている前記励磁電源からのエネルギーを前記直流遮断器にシフトさせ、自らを流れているエネルギーが所定値以下に減少したら開放される少なくとも１つの開閉器を設けたことを特徴とする超電導コイルシステム。
【請求項２】 励磁電源と、通常運転時に前記励磁電源からエネルギーの供給を受けるとともに、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断される超電導コイルと、前記超電導コイルと並列に接続され、前記超電導コイルへのエネルギーの供給が遮断された状態で前記超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを消費し、クエンチに起因する損傷から前記超電導コイルを保護する保護抵抗とを備えた超電導コイルシステムにおいて、前記励磁電源と前記超電導コイルとの間に、通常運転時に投入され前記励磁電源からのエネルギーを前記超電導コイルに供給し、前記クエンチが生じた際には所定条件が成立した時に開放され、前記励磁電源から前記超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断する直流遮断器を直列に配置するとともに、前記直流遮断器と並列に、通常運転時に投入され前記励磁電源からのエネルギーを前記超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には前記直流遮断器に先立って開放され自らを流れている前記励磁電源からのエネルギーを前記直流遮断器にシフトさせる少なくとも１つの開閉器を設けたことを特徴とする超電導コイルシステム。
【請求項３】 通常運転時は励磁電源から超電導コイルにエネルギーを供給し前記超電導コイルを励磁する一方、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断し、前記超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを前記超電導コイルに並列接続された保護抵抗に消費させ、クエンチに起因する損傷から前記超電導コイルを保護する超電導コイルシステムの運転方法において、通常運転時には、前記励磁電源と前記超電導コイルとの間に配置された直流遮断器を開放し、前記直流遮断器に並列に接続された少なくとも１つの開閉器を介して前記励磁電源からのエネルギーを前記超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には、前記直流遮断器を一旦投入して前記開閉器を流れているエネルギーを前記直流遮断器にシフトさせ、前記開閉器を開放し、前記直流遮断器を流れていたエネルギーが所定値に減少したら前記直流遮断器を開放して前記超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断し、その後、前記超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを前記保護抵抗に消費させることを特徴とする超電導コイルシステムの運転方法。
【請求項４】 通常運転時は励磁電源から超電導コイルにエネルギーを供給し前記超電導コイルを励磁する一方、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断し、前記超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを前記超電導コイルに並列接続された保護抵抗に消費させ、クエンチに起因する損傷から前記超電導コイルを保護する超電導コイルシステムの運転方法において、通常運転時には、前記励磁電源と前記超電導コイルとの間に配置された直流遮断器および当該直流遮断器と並列に接続されている少なくとも１つの開閉器を介して前記励磁電源からのエネルギーを前記超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には、前記開閉器を開放し、前記励磁電源からのエネルギーを前記直流遮断器にシフトさせ、前記直流遮断器を流れていたエネルギーが所定値に減少したら前記直流遮断器を開放して前記超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断し、その後、前記超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを前記保護抵抗に消費させることを特徴とする超電導コイルシステムの運転方法。
【請求項１】 励磁電源と、通常運転時に前記励磁電源からエネルギーの供給を受けるとともに、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断される超電導コイルと、前記超電導コイルと並列に接続され、前記超電導コイルへのエネルギーの供給が遮断された状態で前記超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを消費し、クエンチに起因する損傷から前記超電導コイルを保護する保護抵抗とを備えた超電導コイルシステムにおいて、前記励磁電源と前記超電導コイルとの間に、通常運転時に開放され、クエンチが生じた際には一旦投入され、所定条件が成立した時に再度開放され、前記励磁電源から前記超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断する直流遮断器を直列に配置するとともに、前記直流遮断器と並列に、通常運転時に投入され前記励磁電源からのエネルギーを前記超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には自らを流れている前記励磁電源からのエネルギーを前記直流遮断器にシフトさせ、自らを流れているエネルギーが所定値以下に減少したら開放される少なくとも１つの開閉器を設けたことを特徴とする超電導コイルシステム。
【請求項２】 励磁電源と、通常運転時に前記励磁電源からエネルギーの供給を受けるとともに、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断される超電導コイルと、前記超電導コイルと並列に接続され、前記超電導コイルへのエネルギーの供給が遮断された状態で前記超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを消費し、クエンチに起因する損傷から前記超電導コイルを保護する保護抵抗とを備えた超電導コイルシステムにおいて、前記励磁電源と前記超電導コイルとの間に、通常運転時に投入され前記励磁電源からのエネルギーを前記超電導コイルに供給し、前記クエンチが生じた際には所定条件が成立した時に開放され、前記励磁電源から前記超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断する直流遮断器を直列に配置するとともに、前記直流遮断器と並列に、通常運転時に投入され前記励磁電源からのエネルギーを前記超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には前記直流遮断器に先立って開放され自らを流れている前記励磁電源からのエネルギーを前記直流遮断器にシフトさせる少なくとも１つの開閉器を設けたことを特徴とする超電導コイルシステム。
【請求項３】 通常運転時は励磁電源から超電導コイルにエネルギーを供給し前記超電導コイルを励磁する一方、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断し、前記超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを前記超電導コイルに並列接続された保護抵抗に消費させ、クエンチに起因する損傷から前記超電導コイルを保護する超電導コイルシステムの運転方法において、通常運転時には、前記励磁電源と前記超電導コイルとの間に配置された直流遮断器を開放し、前記直流遮断器に並列に接続された少なくとも１つの開閉器を介して前記励磁電源からのエネルギーを前記超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には、前記直流遮断器を一旦投入して前記開閉器を流れているエネルギーを前記直流遮断器にシフトさせ、前記開閉器を開放し、前記直流遮断器を流れていたエネルギーが所定値に減少したら前記直流遮断器を開放して前記超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断し、その後、前記超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを前記保護抵抗に消費させることを特徴とする超電導コイルシステムの運転方法。
【請求項４】 通常運転時は励磁電源から超電導コイルにエネルギーを供給し前記超電導コイルを励磁する一方、クエンチが生じた際にはエネルギーの供給を遮断し、前記超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを前記超電導コイルに並列接続された保護抵抗に消費させ、クエンチに起因する損傷から前記超電導コイルを保護する超電導コイルシステムの運転方法において、通常運転時には、前記励磁電源と前記超電導コイルとの間に配置された直流遮断器および当該直流遮断器と並列に接続されている少なくとも１つの開閉器を介して前記励磁電源からのエネルギーを前記超電導コイルに供給し、クエンチが生じた際には、前記開閉器を開放し、前記励磁電源からのエネルギーを前記直流遮断器にシフトさせ、前記直流遮断器を流れていたエネルギーが所定値に減少したら前記直流遮断器を開放して前記超電導コイルへのエネルギーの供給を遮断し、その後、前記超電導コイルに蓄積されていたエネルギーを前記保護抵抗に消費させることを特徴とする超電導コイルシステムの運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【特許番号】第２７２４３２１号
【登録日】平成９年（１９９７）１２月５日
【発行日】平成１０年（１９９８）３月９日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−２８６５３４
【分割の表示】特願平１−１７６０３７の分割
【出願日】平成１年（１９８９）７月７日
【公開番号】特開平７−１９２９１３
【公開日】平成７年（１９９５）７月２８日
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリングサービス (276)
【登録日】平成９年（１９９７）１２月５日
【発行日】平成１０年（１９９８）３月９日
【国際特許分類】
【分割の表示】特願平１−１７６０３７の分割
【出願日】平成１年（１９８９）７月７日
【公開番号】特開平７−１９２９１３
【公開日】平成７年（１９９５）７月２８日
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリングサービス (276)
[ Back to top ]