JP2653639B2 - 超電導マグネットシステム - Google Patents

超電導マグネットシステム

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JP2653639B2
JP2653639B2 JP21550294A JP21550294A JP2653639B2 JP 2653639 B2 JP2653639 B2 JP 2653639B2 JP 21550294 A JP21550294 A JP 21550294A JP 21550294 A JP21550294 A JP 21550294A JP 2653639 B2 JP2653639 B2 JP 2653639B2
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superconducting
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導コイルを応用し
た超電導マグネットシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】近年の超電導技術の進歩は目覚ましく、
超電導コイルも次第に大容量化する傾向にある。超電導
コイルを応用したシステムとしては、核融合、電力貯
蔵、加速器、MRIなどが挙げられるが、実用化に際し
ては超電導コイルを含むシステムの最適な保護が重要な
ポイントとなる。
【0003】図9は従来の超電導マグネットシステムの
主回路構成例を示すものである。図9において、1は交
流遮断器2を介して入力される交流電力を直流電力に変
換する静止形交直変換器からなる直流電源、3はこの直
流電源1に直流遮断スイッチ4を介して接続された超電
導コイルで、この超電導コイル3は直流遮断スイッチ4
を投入した状態で直流励磁される。
【0004】また、5はシステムに異常が発生したとき
超電導コイル3を保護する保護抵抗で、この保護抵抗5
は保護抵抗投入用スイッチ6を直列に介して超電導コイ
ル3に並列に接続されている。
【0005】このような構成の超電導マグネットシステ
ムにおいて、通常運転時には直流遮断スイッチ4が投入
され、保護抵抗投入用スイッチ6が開放された状態にあ
り、超電導コイル3が直流励磁されている。
【0006】こようような状態にあるとき、システムに
何等かの異常が発生すると直流遮断スイッチ4を開放し
て超電導コイル3から直流電源1を切離すと共に、保護
抵抗投入用スイッチ6を投入して保護抵抗5を超電導コ
イル3に並列に接続し、超電導コイル3に蓄積されたエ
ネルギーを吸収させることにより、超電導コイル3を含
む構成機器の保護を図っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成の超電導マグネットシステムにおいては、直流回路を
誤って開放した場合の保護が問題となる。例えば、直流
遮断スイッチ4の誤動作(誤開放)などが発生すると、
超電導コイル3に蓄えられたエネルギーによる電流のパ
ス回路がないため、超電導コイル3などの構成機器に異
常電圧が発生し、場合によっては機器の破損に至ること
もある。
【0008】また、システムの異常発生時に保護抵抗投
入用スイッチ6が誤不動作した(閉極しない)場合に
も、超電導コイル3のエネルギーの減衰に長時間を要す
るため、前述同様に構成機器の破損に至ることが考えら
れる。
【0009】これらスイッチの誤動作に関しては、スイ
ッチの二重化などの対策も考えられるが、大容量のシス
テムになるとスイッチ自体も大規模なものとなるため、
設置スペース、経済性などの観点から望ましくない。
【0010】本発明は、上記のような事情に鑑みてなさ
れたもので、その目的は万一スイッチが誤動作しても直
流回路が開放されないようにして構成機器の保護を行う
ことができる信頼性の高い超電導マグネットシステムを
提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により超電導マグネットシ
ステムを構成したものである。請求項1に対応する発明
は、直流電源と、この直流電源により励磁される超電導
コイルと、前記直流電源及び超電導コイルを結ぶ電路に
設けられシステム保護時に開放される直流遮断スイッチ
と、前記超電導コイルに並列接続され前記超電導コイル
に蓄積されたエネルギーを吸収する保護抵抗と、この保
護抵抗に直列に設けられシステム保護時に投入される保
護抵抗投入用スイッチとを備えた超電導マグネットシス
テムにおいて、前記保護抵抗及び保護抵抗投入用スイッ
チとを結ぶ電路と前記直流遮断スイッチの電源側の電路
との間を短絡する短絡回路を形成し、この短絡回路に通
常の保護動作時に保護抵抗投入用スイッチが閉極し且つ
前記直流遮断スイッチが開極すると開放する短絡スイッ
チを設ける。
【0012】請求項2に対応する発明は、保護抵抗及び
保護抵抗投入用スイッチとを結ぶ電路と前記直流遮断ス
イッチの電源側の電路との間を短絡する短絡回路を形成
し、この短絡回路に抵抗を設ける。
【0013】請求項3に対応する発明は、保護抵抗及び
保護抵抗投入用スイッチとを結ぶ電路と前記直流遮断ス
イッチの電源側の電路との間を短絡する短絡回路を形成
し、この短絡回路に通常の保護動作時に保護抵抗投入用
スイッチが閉極し且つ前記直流遮断スイッチが開極する
と開放する短絡スイッチと抵抗とを設ける。請求項4に
対応する発明は、請求項2又は請求項3に対応する発明
の抵抗として短絡回路のブスバー自体に有する抵抗値を
兼用する。
【0014】
【作用】上記請求項1乃至請求項3に対応する発明の超
電導マグネットシステムによれば、直流主回路が開放す
ることがなく、直流遮断スイッチや保護抵抗投入スイッ
チが誤動作又は誤不動作しても、超電導コイルのL分と
保護抵抗のR分との積で決まる時定数により超電導コイ
ルのエネルギーが減衰するため、システムを確実に保護
することが可能となり、より信頼性の向上を図ることが
できる。
【0015】また、請求項2及び請求項4に対応する発
明の超電導マグネットシステムによれば、短絡回路に抵
抗を設けるか、又は短絡回路のブスバー自体に有する抵
抗値を兼用するようにしているので、回路を何等複雑に
することなく上記と同様の作用を得ることが可能とな
る。
【0016】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明による超電導マグネットシステムの
構成例を示すもので、図9と同一部品には同一符号を付
して説明する。
【0017】図1において、1は交流遮断器2を介して
入力される交流電力を直流電力に変換する静止形交直変
換器からなる直流電源、3はこの直流電源1に直流遮断
スイッチ4を介して接続された超電導コイルで、この超
電導コイル3は直流遮断スイッチ4を投入した状態で直
流励磁される。
【0018】また、5はシステムに異常が発生したとき
超電導コイル3を保護する保護抵抗で、この保護抵抗5
は保護抵抗投入用スイッチ6を直列に介して超電導コイ
ル3に並列に接続される。
【0019】このような構成の超電導マグネットシステ
ムにおいて、本実施例では保護抵抗5と保護抵抗投入用
スイッチ6との接続間と直流遮断スイッチ4と直流電源
1との接続間に短絡回路を形成し、この短絡回路に短絡
スイッチ11を設けるようにしたものである。
【0020】次にこのように構成された超電導マグネッ
トシステムの作用を述べる。図1において、通常運転時
は直流遮断スイッチ4と短絡スイッチ11は閉極し、保
護抵抗投入用スイッチ6は開極しており、電流は超電導
コイル3→直流電源1→直流遮断スイッチ4→超電導コ
イル3の電流経路(パス)で流れている。
【0021】次にシステムに異常が発生した場合につい
て説明する。まず、通常の保護連動動作について図2に
より述べるに、システムの異常を検出すると直流電源1
をバイパスペア(BPP)とし、交流回路と直流回路を
電気的に切離す。その後、保護抵抗投入用スイッチ6を
閉極し、直流遮断スイッチ4を開極した後に短絡スイッ
チ11を開極し、すべての超電導コイル3のエネルギー
を保護抵抗回路へ移行させてから、超電導コイル3と直
流電源1とを切離す。
【0022】以上の一連の動作により、超電導コイル3
に蓄積されたエネルギーは保護抵抗5に吸収されるの
で、システムの保護が可能となる。図3乃至図6は前述
した保護動作例の各段階における電流の流れを示したも
のである。すなわち、図3は通常保護動作時の直流電源
BPP後の電流の流れ、図4は通常保護動作時の保護抵
抗投入用スイッチ6閉極後の電流の流れ、図5は通常保
護動作時の直流遮断スイッチ4開極後の電流の流れであ
り、図6は通常保護動作時の短絡スイッチ11開極後の
電流の流れをそれぞれ示している。
【0023】ここで、短絡スイッチ11を開極するケー
ス、つまり図5の状態から図6の状態へ移行するケース
を考えると、保護抵抗投入用スイッチ6のインピーダン
スは直流電源1のインピーダンスに比べて十分小さくす
ることが可能である。
【0024】従って、短絡スイッチ11は遮断容量の比
較的小さいものを使用することができる。一方、システ
ム保護時に保護抵抗投入用スイッチ6が誤不動作した
(閉極しない)場合、直流遮断スイッチ4を開極すれ
ば、電流は超電導コイル3→直流電源1→短絡スイッチ
11→保護抵抗5→超電導コイル3のパスを通って流れ
るため、超電導コイル3に蓄積されたエネルギーを保護
抵抗5により吸収することが可能となる。
【0025】この時の電流の流れを図7に示す。また、
通常運転時に直流遮断スイッチ4が誤動作(誤開極)し
た場合でも、電流は同様のパス(超電導コイル3→直流
電源1→短絡スイッチ11→保護抵抗5→超電導コイル
3)を通って流れるため、主回路の開放に伴う異常電圧
を生じることなく、超電導コイル3に蓄積されたエネル
ギーを保護抵抗5により吸収することが可能である。
【0026】次に本発明による超電導マグネットシステ
ムの他の実施例を図8を参照して説明するに、図1と同
一部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここで
は異なる点について述べる。
【0027】本実施例では、図8に示すように保護抵抗
5と保護抵抗投入用スイッチ6との接続間と直流遮断ス
イッチ4と直流電源1との接続間に短絡回路を形成し、
この短絡回路に図1の短絡スイッチ11に代えて抵抗2
1を設けるようにしたものである。
【0028】次にこのように構成された超電導マグネッ
トシステムの作用を述べる。図8において、通常運転時
は直流遮断スイッチ4は閉極、保護抵抗投入用スイッチ
6は開極しており、電流は超電導コイル3→直流電源1
→直流遮断スイッチ4→超電導コイル3のパスで流れて
いる。
【0029】次にシステムに異常が発生した場合につい
て説明する。システムの異常を検出すると直流電源1を
バイパスペア(BPP)とし、交流遮断器2を開放して
交流回路と直流回路を切離す。その後、保護抵抗投入用
スイッチ6を閉極し、直流遮断スイッチ4を開極する。
【0030】この時点で、電流は超電導コイル3→直流
電源1→抵抗21→保護抵抗5→超電導コイル3のパス
(パス1)と超電導コイル3→保護抵抗投入用スイッチ
6→保護抵抗5→超電導コイル3のパス(パス2)で流
れているが、パス1のインピーダンスはパス2のそれに
比べて大きいので、殆どの電流はパス2を経由して減衰
して行く。
【0031】一方、システム保護時に保護抵抗投入用ス
イッチ6が誤不動作した(閉極しない)場合、直流遮断
スイッチ4を開極すれば、電流は超電導コイル3→直流
電源1→抵抗21→保護抵抗5→超電導コイル3のパス
を通って流れるため、超電導コイル3に蓄積されたエネ
ルギーを保護抵抗5及び抵抗21により吸収することが
可能である。
【0032】また、通常運転時に直流遮断スイッチ4が
誤動作(誤開極)した場合でも、電流は同様のパス(超
電導コイル3→直流電源1→抵抗21→保護抵抗5→超
電導コイル3)を通って流れるため、主回路の開放に伴
う異常電圧が生じることがなく、超電導コイル3に蓄積
されたエネルギーを保護抵抗5及び抵抗21により吸収
することが可能である。
【0033】なお、上記実施例で述べた抵抗21は主回
路を構成するブスバーの断面積や距離などを調整してブ
スバー自体に有する抵抗値を利用して抵抗21の役目を
持たせることも可能である。また、図1に示す短絡スイ
ッチ11と抵抗21を直列にして短絡回路に設けるよう
にしても同様の効果が期待できることは勿論である。
【0034】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、スイ
ッチの誤動作に伴う直流回路の開放の心配がなく、スイ
ッチが誤動作または誤不動作しても超電導コイルのエネ
ルギーを保護抵抗により吸収できるので、より信頼性の
高い、最小限の機器で構成することができる超電導マグ
ネットシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による超電導マグネットシステムの一実
施例を示す回路構成図。
【図2】同実施例における通常の保護動作例を示す説明
図。
【図3】同実施例において、通常保護動作時の直流電源
BPP後の電流の流れを示す図。
【図4】同実施例において、通常保護動作時の保護抵抗
投入用スイッチ閉極後の電流の流れを示す図。
【図5】同実施例において、通常保護動作時の直流遮断
スイッチ開極後の電流の流れを示す図。
【図6】同実施例において、通常保護動作時の短絡スイ
ッチ開極後の電流の流れを示す図。
【図7】同実施例において、スイッチ異常時の電流の流
れを示す図。
【図8】本発明による超電導マグネットシステムの他の
実施例を示す回路図。
【図9】従来の超電導マグネットシステムを示す回路構
成図。
【符号の説明】
1……直流電源、2……交流遮断器、3……超電導コイ
ル、4……直流遮断スイッチ、5……保護抵抗、6……
保護抵抗投入用スイッチ、11……短絡スイッチ、21
……抵抗。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源と、この直流電源により励磁さ
    れる超電導コイルと、前記直流電源及び超電導コイルを
    結ぶ電路に設けられシステム保護時に開放される直流遮
    断スイッチと、前記超電導コイルに並列接続され前記超
    電導コイルに蓄積されたエネルギーを吸収する保護抵抗
    と、この保護抵抗に直列に設けられシステム保護時に投
    入される保護抵抗投入用スイッチとを備えた超電導マグ
    ネットシステムにおいて、 前記保護抵抗及び保護抵抗投入用スイッチとを結ぶ電路
    と前記直流遮断スイッチの電源側の電路との間を短絡す
    る短絡回路を形成し、この短絡回路に通常の保護動作時
    に保護抵抗投入用スイッチが閉極し且つ前記直流遮断ス
    イッチが開極すると開放する短絡スイッチを設けたこと
    を特徴とする超電導マグネットシステム。
  2. 【請求項2】 直流電源と、この直流電源により励磁さ
    れる超電導コイルと、前記直流電源及び超電導コイルを
    結ぶ電路に設けられシステム保護時に開放される直流遮
    断スイッチと、前記超電導コイルに並列接続され前記超
    電導コイルに蓄積されたエネルギーを吸収する保護抵抗
    と、この保護抵抗に直列に設けられシステム保護時に投
    入される保護抵抗投入用スイッチとを備えた超電導マグ
    ネットシステムにおいて、 前記保護抵抗及び保護抵抗投入用スイッチとを結ぶ電路
    と前記直流遮断スイッチの電源側の電路との間を短絡す
    る短絡回路を形成し、この短絡回路に抵抗を設けたこと
    を特徴とする超電導マグネットシステム。
  3. 【請求項3】 直流電源と、この直流電源により励磁さ
    れる超電導コイルと、前記直流電源及び超電導コイルを
    結ぶ電路に設けられシステム保護時に開放される直流遮
    断スイッチと、前記超電導コイルに並列接続され前記超
    電導コイルに蓄積されたエネルギーを吸収する保護抵抗
    と、この保護抵抗に直列に設けられシステム保護時に投
    入される保護抵抗投入用スイッチとを備えた超電導マグ
    ネットシステムにおいて、 前記保護抵抗及び保護抵抗投入用スイッチとを結ぶ電路
    と前記直流遮断スイッチの電源側の電路との間を短絡す
    る短絡回路を形成し、この短絡回路に通常の保護動作時
    に保護抵抗投入用スイッチが閉極し且つ前記直流遮断ス
    イッチが開極すると開放する短絡スイッチと抵抗とを設
    けたことを特徴とする超電導マグネットシステム。
  4. 【請求項4】 抵抗は短絡回路のブスバー自体に有する
    抵抗値を兼用したものである請求項2又は請求項3記載
    の超電導マグネットシステム。
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