JP4547307B2 - 原子力発電プラントの電磁機器制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、原子力発電プラントの電磁機器制御装置に関し、特に、原子力発電プラントの原子炉格納容器内に設置された電磁機器の制御装置に関する。

原子力発電プラントの核計装システムは、核***を開始する原子炉の起動状態から全出力までを計測できるようにするために、中性子源領域モニタ、中間領域モニタ、出力領域モニタから構成されている。最近では、中性子源領域モニタ及び中間領域モニタを一体化した起動領域中性子モニタが実用化されている。中性子源領域モニタ、中間領域モニタ、あるいは起動領域中性子モニタは原子炉に設置される中性子検出器からの非常に微弱な信号、例えばμＡオーダのパルス電流を増幅するために前置増幅器が必要であり、この前置増幅器は耐放射線性の観点から原子炉格納容器外に設置されている。

特開２００３−１４９３７８号公報

近年、原子力発電プラントの中性子検出器の検出信号に、従来は見られなかったようなノイズが重畳する現象がしばしば観測されるようになった。中性子検出器の検出信号は、原子炉の状態を反映する極めて重要な信号であり、その信号にノイズが乗ると、原子力発電プラントの適切な制御に支障を及ぼしかねない。

本発明は、原子炉の中性子レベルを正確に計測することのできる原子力発電プラントを提供することを目的とする。

本発明者らは、中性子検出器の検出信号に含まれるノイズの原因について鋭意検討した。その結果、近年のディジタル化技術の進歩を受けて、機能や性能の向上のために原子力発電プラントにも各種ディジタル装置が導入され、原子力発電プラントの機器環境が変化していること、及び原子炉の制御や保護ために原子炉格納容器内に多数設置されているモータ、ポンプ、電磁弁などの各種電磁機器を運転制御するための駆動信号が中性子検出信号に重畳するノイズに関係していることを見出した。

以下、本発明者らが解明したノイズ発生の仕組みについて説明する。

図１２は、従来の原子力発電プラントの概略構成図である。中性子検出器３Ａ，３Ｂは、原子炉圧力容器１内に挿入された計装管２Ａ，２Ｂに収納されている。中性子検出器３Ａ，３Ｂには、中性子源領域モニタ、中間領域モニタ、起動領域中性子モニタ用の３種類があり、原子炉内の熱中性子による電離作用によって微弱電流を発生させる。この微弱電流信号を原子炉格納容器５の外に設置した前置増幅器８Ａ，８Ｂにより増幅し、原子炉出力信号を得る。中性子検出器３Ａ，３Ｂと前置増幅器８Ａ，８Ｂ間は、同軸ケーブル（検出器ケーブル）４Ａ，４Ｂによって接続される。計装管２Ａ，２Ｂの下端にはコネクタ４１Ａ，４１Ｂが取り付けられており、保守時等には同軸ケーブル４Ａ，４Ｂが取り外し可能となっている。同軸ケーブル４Ａ，４Ｂは、原子炉格納容器５を貫通するケーブルペネトレーション６Ａ，６Ｂ、すなわち、原子炉格納容器５の内外にケーブルを通すための原子炉格納容器５の貫通孔を通り、原子炉建屋９内に設置される前置増幅器８Ａ，８Ｂに接続される。これら同軸ケーブル４Ａ，４Ｂは、厚鋼電線管７Ａ，７Ｂ内を敷設されており、前置増幅器８Ａ，８Ｂの出力信号は、厚鋼電線管７Ａ，７Ｂ内に設置されている同軸ケーブル（図示していない）により制御建屋１０内の中性子監視装置１１Ａ，１１Ｂに入力される。

原子炉格納容器５内には、原子炉の制御や保護ためのモータ、ポンプや電磁弁などの各種電磁機器が多数設置されており、これら電磁機器は、交流電源や直流電源の供給によって駆動される。図１２には、電磁機器として交流電源で駆動されるポンプ１２を示す。このポンプ１２には動力ケーブル１３が接続されており、動力ケーブル１３はケーブルペネトレーション６Ｃを通り、スイッチ装置１５に接続されている。図では、動力ケーブル１３は厚鋼電線管７Ｃ内に敷設されているが、必ずこのようになっている訳ではなく、厚鋼電線管７Ｃより金属部分が薄い可撓電線管内に敷設されたり、厚鋼電線管７Ｃがなかったりする。逆に、動力ケーブルが全て厚鋼電線管７Ｃや可撓電線管に入っている場合もある。スイッチ装置１５はリレーやコンタクタで構成されるが、図ではコンタクタ１４１を示す。コンタクタ１４１のオン・オフで、電源１６からポンプ１２への電源供給が制御される。その駆動指令は、制御建屋１０内の操作盤１８上の操作スイッチ１７によって与えられる。図ではスイッチ装置１５は原子炉建屋９内に設置される場合を示しているが、制御建屋１０内に設置される場合もある。

前述のように、近年、ディジタル化技術が進歩し、原子力プラントにも各種ディジタル装置が導入され、プラントの機能や性能の向上が図られている。このディジタル装置は、装置自体や装置に接続されているケーブルから電磁ノイズを放射する。原子力プラントに多数のディジタル装置が設置されるようになってきているために、電磁ノイズのバックグランドレベルが高くなってきている。このために、検出器ケーブル４Ａ，４Ｂに誘導されるバックグランドノイズのレベルも上がり、このような環境下において動力ケーブル１３から放射される電磁ノイズが検出器ケーブル４Ａ，４Ｂに誘導されるために、中性子監視装置１１Ａ，１１Ｂの指示変動の可能性がより高くなってきていることが、本発明者らの検討により判明した。原子炉格納容器内に設置されている動力ケーブル１３を介してポンプ等の電磁機器を駆動する構成は従来と変わらず、従来は、電磁機器の駆動信号によって中性子検出器の検出信号にノイズが発生するということはなかった。原子力発電プラントのディジタル化を進めたことによって電磁ノイズのバックグランドレベルが高くなったために、原子炉格納容器内の動力ケーブルあるいはポンプ等の電磁機器から放射される微弱な電磁ノイズが中性子検出信号に変動を生じさせるようになったのである。

図１３に示すように、ポンプ１２の制御は操作スイッチ１７の駆動信号（図１３（ｂ））により、ポンプ１２に電源１６の交流電圧（図１３（ａ））が印加されるが、開閉素子がコンタクタ１４１である場合には、コンタクタ１４１がオンするときあるいはオフする時に、接点の機械的なチャタリングにより、オン・オフをわずかな時間であるが繰り返し、図１３（ｃ）に示すようにノイズ電流が発生する。この現象は、開閉素子にリレーを用いた場合も同様である。このノイズ電流は動力ケーブル１３を伝達し、このノイズ電流により、原子炉格納容器５内で動力ケーブル１３から電磁ノイズが空間に放射される。このノイズ電流の周波数は、コンタクタ部分の配線のインダクタンスや抵抗、コンタクタ接点間の浮遊容量などで決まる高周波の電磁ノイズであり、実測した結果、１００ＫＨｚ前後から数十ＭＨｚ程度であった。動力ケーブル１３が全て厚鋼電線管７Ｃ内に敷設されていても、電磁機器のフレームから高周波の電磁ノイズが空間に放射される。電磁機器が特にポンプやモータである場合には、巻き線とフレーム間の浮遊容量を介して上記の高周波電磁ノイズがフレームから放射される。

これに対し、検出器ケーブル４Ａ，４Ｂは全てが厚鋼電線管７Ａ，７Ｂ内に入っている訳でなく、保守時等にコネクタ４１Ａ，４１Ｂのところで検出器ケーブル４Ａ，４Ｂを取り外し可能とするため等の理由により、原子炉圧力容器１の下部では検出器ケーブル４Ａ，４Ｂは同軸ケーブルのままとなっている。このために、動力ケーブル１３やポンプ１２のフレームから放射される電磁ノイズが検出器ケーブル４Ａ，４Ｂに誘導されることになる。前置増幅器８Ａ，８ＢはμＡオーダのパルス電流を増幅するが、その増幅度は１０００倍から１万倍と非常に高く、かつ周波数範囲が数百ＫＨｚから数十ＭＨｚまであり、高利得かつ広帯域になっている。検出器ケーブル４Ａ，４Ｂに誘導された電磁ノイズの周波数が１００ＫＨｚ前後から数十ＭＨｚ程度であるために、この電磁ノイズを前置増幅器で増幅し、中性子監視装置１１Ａ，１１Ｂに入力させてしまうことになる。この結果、中性子監視装置１１Ａ，１１Ｂはポンプ１２の駆動時や停止時に指示変動を発生する可能性があることが分かった。

上記電磁ノイズの誘導は、コモンモードノイズが主体であるが、検出器ケーブル４Ａ，４Ｂの芯線とシールド線への誘導影響の差によるノーマルモードのノイズも存在する。コモンモードノイズの抑制として、特開平７−８４０８８号公報に示すように、前置増幅器８Ａ，８Ｂの入力段にコモンモードチョークコイルを設置することが検討されているが、この方法では、コモンモードノイズを抑制することは可能であるが、ノーマルモードのノイズは抑制できない。

本発明は、上記のように核計装システムの中性子検出信号に現れるノイズの発生原因を特定し、対策として、電磁機器の駆動の際に電磁ノイズが発生しないようにすることにより、あるいは電磁機器の駆動の際に生じる電磁ノイズが核計装システムの前置増幅器で増幅されないようにすることにより、完成されたものである。

具体的には、本発明は、原子炉格納容器内に原子炉圧力容器と電磁機器が設置され、原子炉圧力容器に挿入された計装管に収納された中性子検出器の出力が信号ケーブルによって原子炉格納容器外に設置された前置増幅器に入力されている原子力発電プラントの電磁機器制御装置であって、原子炉格納容器外に設置された電源と電磁機器との間に敷設され、電源から電磁機器に電力を供給する動力ケーブルと、動力ケーブルの途中に設置され、電磁機器の駆動をオン、オフ制御する開閉素子とを備え、開閉素子を半導体素子で構成したことを特徴とするものである。

上記した構成によれば、電磁機器の駆動をオン、オフ制御する開閉素子を半導体素子とすることで、従来の機械式接点の動作によって発生するようなチャタリングを防止でき、高周波ノイズの伝播が大幅に抑制されるために、核計装システムへのノイズ影響を十分に抑制し、指示変動の発生可能性を低減できる。

好適には、開閉素子はサイリスタあるいはトランジスタであり、電磁機器に印加される交流電圧がゼロになったことを検出するゼロクロス検出手段を更に有し、ゼロクロス検出手段が電圧ゼロを検出した時に開閉素子を導通状態にする。

開閉素子をトランジスタで構成した場合には、トランジスタをオフ状態にするタイミングは、ゼロクロス検出手段が電圧ゼロを検出した時とするのが好ましい。あるいは、トランジスタの保護素子としてトランジェントサプレッサを有し、トランジスタのオフ時に電磁機器のインダクタンスのエネルギーを、トランジェントサプレッサを介して放電させるようにしてもよい。また、開閉素子をサイリスタで構成した場合には、自然点流方式でサイリスタをオフ状態にするのが好ましい。

また、本発明は、原子炉格納容器内に原子炉圧力容器と電磁機器が設置され、原子炉圧力容器に挿入された計装管に収納された中性子検出器の出力が信号ケーブルによって原子炉格納容器外に設置された前置増幅器に入力されている原子力発電プラントの電磁機器制御装置であって、原子炉格納容器外に設置された電源と電磁機器との間に敷設され、電源から電磁機器に電力を供給する動力ケーブルと、動力ケーブルの途中に設置され、電磁機器の駆動をオン、オフ制御する開閉素子と、開閉素子と電磁機器間の動力ケーブル途中に設置された高周波抑制素子とを備え、開閉素子及び高周波抑制素子は原子炉格納容器外に設置されていることを特徴とするものである。

上記した構成によれば、電磁機器の駆動を制御する開閉素子を原子炉格納容器外に設置し、開閉素子と電磁機器間の動力ケーブル途中に高周波抑制素子を設置し、かつ高周波抑制素子は原子炉格納容器外に設置することにより、開閉素子のオンあるいはオフの切替時に発生するノイズ電流を、該ノイズ電流が動力ケーブルを伝達してノイズを放射する以前に抑制可能となり、核計装システムへのノイズ影響を十分に抑制し、指示変動の発生可能性を低減できる。

本発明によれば、電磁機器の駆動をオン・オフ制御する開閉素子を半導体素子とすることで、従来の機械式接点の動作によって発生するようなチャタリングを防止でき、高周波ノイズの伝播が大幅に抑制されるために、核計装システムへのノイズ影響を十分に抑制し、指示変動の発生可能性を低減できる。特に、開閉素子にサイリスタあるいはトランジスタを使用して電磁機器に印加する交流電圧がゼロ点をクロスした時にオン状態とすることにより、電磁機器オン時の高周波ノイズを十分に抑制できる。さらに、サイリスタにより、自然点流方式でサイリスタをオフ状態にすることにより、電磁機器オフ時の高周波ノイズを十分に抑制できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明による原子力発電プラントの全体構成例を示す図である。本実施例の原子力発電プラントでは、スイッチ装置１５の開閉素子にサイリスタ１４を用い、スイッチ装置１５は原子炉建屋９内に設置している。本実施例における装置の配置構成は従来構成と同一であるが、機能的には大きく異なっている。その本質は、開閉素子に半導体素子（図１ではサイリスタ１４）を用いて電磁機器（例えばポンプ、モータ、電磁弁）の駆動（オン、オフの切替）を行うようにすることで、開閉素子のオンあるいはオフの切替時に発生するノイズ電流を従来の機械式接点構造をもつリレーやコンタクタより飛躍的に低減させ、原子炉格納容器５内の電磁機器の動力ケーブル１３を伝達するノイズ電流による放射電磁ノイズによって核計装の検出器ケーブル４Ａ，４Ｂへのノイズ誘導を十分に抑制できるようにしている点である。

サイリスタ１４を用いたスイッチ装置１５の構成例を図２に示す。このスイッチ装置１５は、開閉素子のオンあるいはオフの切替時のノイズ電流を原理的に発生させないようにしたものであり、電磁機器に印加する交流電圧がゼロ点をクロスした時にサイリスタをオン状態にし、自然点流方式でサイリスタ１４をオフ状態にするようにしている。スイッチ装置１５は、サイリスタ１４、パルストランス１５１、パルス回路１５２、駆動回路１５３、電圧トランス１５４、ゼロクロス検出回路１５５からなっており、操作スイッチ１７の指令である駆動信号によって制御される。電磁機器に印加する交流電圧がゼロであることを検出するのが、電圧トランス１５４、ゼロクロス検出回路１５５である。サイリスタ１４は強制点流回路を付加して任意のタイミングでサイリスタ１４自体をオフするのではなく、自然点流により、サイリスタ１４のゲート信号（パルストランス１５１の出力信号）をオフにした後に、サイリスタ１４に流れる電流が一度ゼロになるとサイリスタ１４がオフ状態になる自然点流方式を用いている。

図２に示したスイッチ装置の動作について、図３を用いて説明する。図３（ａ）に示す電源１６の電圧を電圧トランス１５４で検出し、この電圧のゼロ点をゼロクロス検出回路１５５によって検出し、図３（ｃ）のパルス信号が出力される。任意のタイミングで操作する操作スイッチ１７の駆動信号は図３（ｂ）のようになっているとしている。駆動回路１５３は操作スイッチ１７の駆動信号がオンになると同時にサイリスタ１４を駆動するのではなく、図３（ｄ）に示すように操作スイッチ１７の駆動信号がオンになった後に、ゼロクロス検出回路１５５から出力される最初のパルスをトリガーにしてサイリスタ１４をオンにするための出力信号を出力する。パルス回路１５２は、駆動回路１５３の出力信号がオンの時は図３（ｅ）に示す所定周波数のパルス信号を出力する。パルストランス１５１は、図３（ｅ）のパルス信号をサイリスタ１４のゲート信号に出力する。この結果、サイリスタ１４は電源１６の電圧が正極から負極に切替わるときにオン、つまり導通状態になる。電磁機器であるポンプ１２の電気的特性はインダクタンスと抵抗からなるために、電圧がゼロ点の時にサイリスタ１４が導通になっても負荷電流が直ぐに増加するのではなく、図３（ｆ）のようにインダクタンスと抵抗の時定数で決まる遅れを生じて増加して定格電流になるが、その変化は緩やかであり、高周波のノイズ電流は発生しない。また、パルストランス１５１のパルス信号がなくなった時点では、負荷電流はまだ流れているために、サイリスタ１４はオフ、つまり遮断状態にはならない。パルス信号がなくなった後に負荷電流がゼロになった時点でサイリスタ１４が遮断状態となり、その後負荷電流が流れることはないし、オフ時にも高周波のノイズ電流は発生しない。

このようにサイリスタ１４を駆動することにより、負荷電流に高周波ノイズを発生させることがないために、核計装の検出器ケーブル４Ａ，４Ｂへのノイズ誘導がなく、核計装へのノイズ影響を十分に抑制できる。本実施例において、ゼロクロス検出によるサイリスタ１４の駆動と、自然点流方式を用いているために、電磁機器であるポンプ１２の駆動においては、操作スイッチ１７の駆動信号がオン状態になってからサイリスタ１４が導通状態になるまでに交流電圧の半サイクル以内の遅れと、操作スイッチ１７の駆動信号がオフ状態になってからサイリスタ１４が遮断状態になるまでに交流電圧の半サイクル以内の遅れが生じる。これらの遅れ時間の合計は商用周波数電源の５０Ｈｚ、６０Ｈｚで、夫々最大２０ｍｓ、１６．７ｍｓであり、ポンプ１２の駆動性能としては全く問題にならないほどの遅れ時間である。

図４に、開閉素子としてトランジスタ１９１，１９２を用いたスイッチ装置１５の構成例を示す。このスイッチ装置１５も、開閉素子のオンあるいはオフの切替時のノイズ電流を原理的に発生させないようにしたものであり、電磁機器に印加する交流電圧がゼロ点をクロスした時にトランジスタ１９１，１９２をオン状態にし、オフ時にはトランジスタ１９１，１９２の保護素子であるトランジェントサプレッサ１９３により電磁機器（この場合はポンプ１２）のインダクタンスのエネルギーを吸収させるようにしたものである。スイッチ装置１５は、トランジスタ１９１，１９２、トランジェントサプレッサ１９３、レベル変換回路１５６、駆動回路１５３、電圧トランス１５４、ゼロクロス検出回路１５５からなっており、操作スイッチ１７の指令である駆動信号によって制御される。電磁機器に印加する交流電圧がゼロであることを検出するのが、電圧トランス１５４、ゼロクロス検出回路１５５である。トランジスタ１９１，１９２はＦＥＴを利用した構成で示している。

図４に示したスイッチ装置の動作について、図５を用いて説明する。図５（ａ）に示す電源１６の電圧を電圧トランス１５４で検出し、この電圧のゼロ点をゼロクロス検出回路１５５によって検出し、図５（ｃ）のパルス信号が出力される。任意のタイミングで操作する操作スイッチ１７の駆動信号は図５（ｂ）のようになっている。駆動回路１５３は操作スイッチ１７の駆動信号がオンになると同時にトランジスタ１９１，１９２を駆動するのではなく、図５（ｄ）に示すように操作スイッチ１７の駆動信号がオンになった後に、ゼロクロス検出回路１５５から出力される最初のパルスをトリガーにしてトランジスタ１９１，１９２をオンにするための出力信号を出力する。レベル変換回路１５６は、１５３の出力信号のレベル変換を図り、ＦＥＴであるトランジスタ１９１，１９２のゲート・ソース間に駆動信号を出力する。この結果、トランジスタ１９１，１９２は電源１６の電圧がゼロになったときにオン（導通）となるために、負荷電流は、図５（ｆ）のように、少し遅れを伴って上昇して定格電流になるために高周波のノイズ電流は発生しない。

また、駆動回路１５３の出力信号がオフになった時には、保護素子である、トランジェントサプレッサ１９３によって電磁機器であるポンプ１２のインダクタンスのエネルギを吸収、具体的にはインダクタンスのエネルギがトランジェントサプレッサ１９３を介して放電する。これにより、図５（ｆ）のように、オフ時には負荷電流が瞬時にゼロになるのではなく、電磁機器であるポンプ１２のインダクタンスと抵抗で決まる時定数（ｍｓオーダ程度）に応じてゼロになり、オフ時にも高周波のノイズ電流は発生しない。

このようにトランジスタ１９１，１９２を駆動することにより、負荷電流に高周波ノイズを発生させることがないために、核計装の検出器ケーブル４Ａ，４Ｂへのノイズ誘導がなく、核計装へのノイズ影響を十分に抑制できる。この場合にも、電磁機器であるポンプ１２の開閉駆動に対して遅れを生じるが、その時間は最大でも十数ｍｓ程度であり、ポンプ１２の駆動性能としては全く問題にならないほどの遅れ時間である。

図６は、開閉素子としてトランジスタスイッチ回路１９を用いたスイッチ装置１５の他の構成例を示す図であり、図５と異なる点はトランジスタ１９１，１９２をオフにする際に、負荷電流がゼロになったときに、トランジスタ１９１，１９２オフにするようにしてオフ時にノイズ電流を発生させないようにしたものである。このために、カレントトランス１５７、負荷電流ゼロクロス検出回路１５８を備えている。なお、トランジスタ１９１，１９２はＦＥＴを利用している。

図６に示したスイッチ装置の動作について、図７を用いて説明する。トランジスタ１９１，１９２をオンにする場合の動作は図４と同様であり、動作波形を示す図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図５と同一である。異なる点はトランジスタ１９１，１９２をオフにする場合であり、図７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）の動作波形が異なる。負荷電流ゼロクロス検出回路１５８はカレントトランス１５７にとって検出される負荷電流に基づき、負荷電流のゼロ点を検出し、図７（ｅ）のパルスを出力する。図７（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、駆動回路１５３は操作スイッチ１７の駆動信号がオフになった後に負荷電流ゼロクロス検出回路１５８ら出力されるパルスを基にトランジスタ１９１，１９２をオフにする信号を出力する。この出力信号はレベル変換回路１５６でレベル変換が図られ、ＦＥＴであるトランジスタ１９１，１９２のゲート・ソース間に出力される。この結果、図７（ｆ）、（ｇ）に示すように、負荷電流がゼロ点になったときの、トランジスタ１９１，１９２のゲート・ソース間の信号がオフになるために、負荷電流に高周波ノイズを発生させることなく、負荷電流が遮断される。

このようにトランジスタ１９１，１９２を駆動することにより、負荷電流に高周波ノイズを発生させることがないために、核計装の検出器ケーブル４Ａ，４Ｂへのノイズ誘導がなく、核計装へのノイズ影響を十分に抑制できる。この場合にも、電磁機器であるポンプ１２の開閉駆動に対して遅れを生じるが、遅れ時間は、商用周波数電源の５０Ｈｚ、６０Ｈｚで、夫々最大２０ｍｓ、１６．７ｍｓであり、ポンプ１２の駆動性能としては全く問題にならない。

図８は、開閉素子に機械的接点を用いるリレー、コンタクタを利用する場合のスイッチ装置１５の構成例を示したものである。従来例の説明で述べたように、この場合は開閉素子のオン、オフ時にレベルの高い高周波ノイズが瞬間的に多数発生するために、核計装へのノイズ影響が大きく、これを抑制するためには、開閉素子近傍に高周波抑制素子である高周波抑制フィルタを設置し、高周波ノイズが動力ケーブル１３を伝達しないようにすれば良いことが分かった。さらに、動力ケーブルのインダクタンスによる高周波ノイズに対するインピーダンス（２πｆＬ、ｆ：ノイズの周波数、Ｌ：動力ケーブルのインダクタンス）を利用することも重要であることが分かり、スイッチ装置１５を原子炉格納容器の外側に設置するようにした。図８に示すように、インダクタンスＬとコンデンサＣから成る高周波抑制フィルタ２１が適しており、１５３は操作スイッチ１７の操作指令を受信して、コンタクタ２０（又はリレー）に駆動信号を出力する駆動回路である。高周波抑制フィルタ２１としては、１００ｋＨｚから２０ＭＨｚの範囲で４０ｄＢ以上の減衰特性を備えるものが良い。

図９は、電源が直流電源１６１の場合のスイッチ装置の一実施例を示す図である。トランジスタスイッチ回路２２は開閉素子であるトランジスタ２２１とトランジスタ保護回路２２２で構成している。交流電源でないために、電圧がゼロになった時点でトランジスタ２２１をオンにすることはできないために、機械的接点を用いるリレー、コンタクタより少ないが、図１０（ｃ）に示すように、図１０（ｂ）の駆動信号のオン、オフ時に、瞬間であるがリンギングを伴ういくらかの高周波ノイズが発生する。これを抑制するために図８と同様に高周波抑制フィルタ２１を設置している。発生した高周波ノイズは高周波抑制フィルタ２１で十分に抑制され、負荷電流に高周波ノイズを発生させることがないために、核計装の検出器ケーブル４Ａ，４Ｂへのノイズ誘導がなく、核計装へのノイズ影響を十分に抑制できる。

図１１は、本発明による原子力発電プラントの他の全体構成例を示す図である。本実施例は、スイッチ装置１５を制御建屋に設置した点が図１の実施例と異なっており、その他は図１の実施例と同じである。スイッチ装置１５としては、図２のサイリスタ１４、図４、図６のトランジスタ、図８のコンタクタあるいはリレー、図９のトランジスタを利用した構成が適用できる。図１１によれば、制御建屋１０と原子炉格納容器５内間の距離が１００ｍ程度にも及ぶために、開閉素子のオン時あるいはオフ時に高周波ノイズが発生しても、動力ケーブルのインダクタンスによる高周波ノイズに対するインピーダンスが図１よりより一層大きくなるために、高周波ノイズを一層抑制することができ、核計装の検出器ケーブル４Ａ，４Ｂへのノイズ誘導をより抑制でき、核計装へのノイズ影響を十分に抑制できる。

図２、図４、図６においては、ノイズ発生を防止するために、電源の電圧がゼロになったときにスイッチ装置１５をオンにするようにしたが、このゼロ点検出の機能がない場合には、図１０（ｃ）と同様に、瞬間であるがリンギングを伴ういくらかの高周波ノイズが発生する。スイッチ装置１５のオン時に発生するこのノイズを抑制するためには、図２、図４、図６において、図８、図９に示した高周波抑制フィルタ２１を開閉素子と電磁機器間に接続すればよい。この場合、図８、図９に示すように、動力ケーブルにノイズが伝達されないようにするために、高周波抑制フィルタを開閉素子の近くに取り付ける。

以上の実施例では、電磁機器の電源として単相交流電源や直流電源を用いた場合を説明したが、電源が３相交流電源であっても良い。図１４に、代表として図２のスイッチ装置１５の３相交流電源対応の例を示す。図４、図６のスイッチ装置１５の場合でも同様に構成できる。

図１４に示すように、各相にサイリスタ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを接続し、電源の電圧がゼロになったときにスイッチ装置１５をオンにする機能については、特定の線間電圧を電圧トランス１５４で検出し、ゼロクロス検出回路１５５によりこの出力のゼロ点を検出し、この検出信号でパルス回路１５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃ、パルストランス１５１Ａ，１５１Ｂ，１５１Ｃを介して、サイリスタ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを一斉のオンさせるようにする。この場合、電圧がゼロになっていないサイリスタをオンにした場合には、図１０（ｃ）と同様に、瞬間であるがリンギングを伴ういくらかの高周波ノイズが発生するが、電源が３相交流電源であるために、最大電圧より低い電圧の時に各サイリスタがオンになるので、ノイズレベルは低く、動力ケーブルへのノイズ伝達は少なく、核計装へのノイズの影響はほとんど問題にならない。但し、より一層ノイズ影響を抑制するためには、図１４に示すように、高周波抑制フィルタ２１１を設置することが望ましい。なお、オフ時には自然点流で各サイリスタはオフになる。また、開閉素子にトランジスタを利用する場合であって、電流がゼロになったときにトランジスタをオフする機能がない場合には、オフ時に、図１０（ｃ）と同様に、瞬間であるがリンギングを伴ういくらかの高周波ノイズが発生するが、高周波抑制フィルタ２１１があれば十分にノイズを抑制でき、核計装へのノイズ影響はない。

また、スイッチ装置１５を格納容器内に設置することも可能であるが、この場合にはスイッチ装置１５が放射線の影響により性能が劣化しないように放射線遮蔽を施す必要がある。但し、この場合に、スイッチ装置１５の構成にもよるが、スイッチ装置１５のオン／オフ時にノイズが発生すると、スイッチ装置１５とポンプ１２間の距離が短いために、ノイズのレベルが高く、核計装の検出器ケーブル４Ａ，４Ｂへのノイズ誘導が大きくなる。一方、原子炉格納容器の外側、特に原子炉建屋や制御建屋にスイッチ装置１５を設置することにより、核計装システムへのノイズ影響を一層低減し、指示変動の発生可能性を低減できる。

本発明による原子力発電プラントの全体構成例を示す図。 サイリスタを用いたスイッチ装置の構成例を示す図。 図２に示したスイッチ装置の各部の動作波形を示す図。 トランジスタを用いたスイッチ装置の構成例を示す図。 図４に示したスイッチ装置の各部の動作波形を示す図。 トランジスタを用いたスイッチ装置の他の構成例を示す図。 図６に示したスイッチ装置の各部の動作波形を示す図。 開閉素子に機械的接点を用いたスイッチ装置の構成例を示す図。 スイッチ装置の他の構成例を示す図。 図９に示したスイッチ装置の各部の動作波形を示す図。 本発明による原子力発電プラントの他の全体構成例を示す図。 従来の原子力発電プラントの概略構成図。 従来の原子力発電プラントにおける各部の動作波形を示す図。 ３相交流電源の場合のスイッチ装置の構成例を示す図。

符号の説明

１…原子炉圧力容器
２Ａ，２Ｂ…計装管
３Ａ，３Ｂ…中性子検出器
４Ａ，４Ｂ…検出器ケーブル
５…原子炉格納容器
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…ケーブルペネトレーション
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…厚鋼電線管
８Ａ，８Ｂ…前置増幅器
９…原子炉建屋
１１Ａ，１１Ｂ…中性子監視装置
１３…動力ケーブル
１４…サイリスタ
１５…スイッチ装置
１９…トランジスタスイッチ回路１９
２１…高周波抑制フィルタ

Claims (7)

1. 原子炉格納容器内に原子炉圧力容器と電磁機器が設置され、前記原子炉圧力容器に挿入された計装管に収納された中性子検出器の出力が信号ケーブルによって前記原子炉格納容器外に設置された前置増幅器に入力されている原子力発電プラントの電磁機器制御装置であって、
   前記原子炉格納容器外に設置された電源と前記電磁機器との間に敷設され、前記電源から前記電磁機器に電力を供給する動力ケーブルと、
   前記動力ケーブルの途中に設置され、前記電磁機器の駆動をオン、オフ制御する開閉素子とを備え、
   前記動力ケーブルは、前記信号ケーブルにノイズを誘導する電磁ノイズを放射し得るように構成されており、
   前記開閉素子を半導体素子で構成したことを特徴とする原子力発電プラントの電磁機器制御装置。
2. 請求項１記載の原子力発電プラントの電磁機器制御装置において、前記開閉素子はサイリスタあるいはトランジスタであり、前記電磁機器に印加される交流電圧がゼロになったことを検出するゼロクロス検出手段を有し、前記ゼロクロス検出手段が電圧ゼロを検出した時に前記開閉素子を導通状態にすることを特徴とする原子力発電プラントの電磁機器制御装置。
3. 請求項２記載の原子力発電プラントの電磁機器制御装置において、前記開閉素子はトランジスタであり、前記ゼロクロス検出手段が電圧ゼロを検出した時に前記トランジスタをオフ状態にすることを特徴とする原子力発電プラントの電磁機器制御装置。
4. 請求項２記載の原子力発電プラントの電磁機器制御装置において、前記開閉素子はトランジスタであり、前記トランジスタの保護素子としてトランジェントサプレッサを有し、前記トランジスタのオフ時に前記電磁機器のインダクタンスのエネルギーを前記トランジェントサプレッサを介して放電させることを特徴とする原子力発電プラントの電磁機器制御装置。
5. 請求項２記載の原子力発電プラントの電磁機器制御装置において、前記開閉素子はサイリスタであり、サイリスタのゲート信号をオフにした後に、サイリスタに流れる電流が一度ゼロになるとサイリスタがオフ状態になる自然転流方式で前記サイリスタをオフ状態にすることを特徴とする原子力発電プラントの電磁機器制御装置。
6. 前記開閉素子と前記電磁機器間の動力ケーブル途中に設置された高周波抑制素子とを備え、
   前記開閉素子及び前記高周波抑制素子は前記原子炉格納容器外に設置されていることを特徴とする請求項１記載の原子力発電プラントの電磁機器制御装置。
7. 請求項６記載の原子力発電プラントの電磁機器制御装置において、前記開閉素子はトランジスタあるいはサイリスタであることを特徴とする原子力発電プラントの電磁機器制御装置。

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