JPH0340409A - 超電導コイルシステム - Google Patents

超電導コイルシステム

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JPH0340409A JP1176037A JP17603789A JPH0340409A JP H0340409 A JPH0340409 A JP H0340409A JP 1176037 A JP1176037 A JP 1176037A JP 17603789 A JP17603789 A JP 17603789A JP H0340409 A JPH0340409 A JP H0340409A
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    • HELECTRICITY
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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】 〔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、蓄積されたエネルギーを超
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ものである。
[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。
第4図に示すように、励磁電源3からエネルギーを供給
される超電導コイル1において、クエンチが発生した場
合、超電導コイル1に蓄積され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て超電導コ
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。
最近は、超電導コイル応用装置の大型化が進み、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0指している超電導コイル応用システムが増えてい
る。
そのため、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、連続運転できる遮
断器であることが条件となる。
ところが、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
・ したがって、1台の直流遮断器では、連続大電流通電に
耐えられず、第5図に示すように、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。
[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。
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、遮断動作のばらつきにより、直流遮
断器自体および回路構成機器を損傷する問題があった。
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。
[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に、通常時は励磁電
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
供給して励磁する一方、クエンチ時には前記直流遮断器
によりエネルギーの供給を遮断するとともに超1電導コ
イルに蓄積され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におい
て、通常時は閉路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抵抗を介して通電する一方、前記ク
エンチが生じたときに開く開閉器群を前記直流遮断器に
並列に設けた超電導コイルシステムを提案するものであ
る。
前記開閉器に接続された抵抗は、微小固定抵抗器、また
は前記通常時は低抵抗を示し前記クエンチが生じたとき
には高抵抗を示す可変抵抗器とすることができ、抵抗器
を別設しないで開閉器自身のアーク抵抗により代用する
ことも可能である。
いずれの場合も、超電導コイルのクエンチを検出する検
出器と、このクエンチ検出器の検出信号に応じて前記直
流遮断器に前記励磁電源からのエネルギーを遮断させる
指令を出力する制御手段とを備えることができる。
さらに、開閉器側を流れる電流を検出する電流検出器と
、この電流検出器の検出電流がほぼOになった時点で開
閉器を開かせる指令を出力する制御手段とを備えること
が望ましい。
これらの超電導コイルシステムは、核融合装置のプラズ
マ加熱手段、加速器の粒子加速手段、エネルギー貯蔵設
備のエネルギー貯蔵手段、リニアモータのモータコイル
等の応用できる。
[作用コ 本発明においては、通常運転時は、直流遮断器と並列に
接続した開閉器群に、直流大電流を連続的に流しておく
。そして、クエンチ発生時に、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、その後に直流遮断動
作を実行する。直流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。
このように、直流遮断器に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。
[実施例] 第1図を参照して、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一実施例を説明する。
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、微小固定抵抗器
5を有する開閉器6群を、直流遮断器4と並列に接続し
である。7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、8はクエンチ検出器7の検出信号と開閉器
6への電流を検出する電流検出器9の検出信号とに基づ
き、直流遮断器4または開閉器6の開閉を制御する制御
回路である。
このように4i!!威された第1図実施例において、通
常運転時には、直流遮断器4は開放し、微小固定抵抗器
5を有する開閉器6に直流大電流工。を連続通電してお
く。
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Ioは、直流
遮断器4に分流することになる。開閉器6に流れる電流
工、と、直流遮断器4に流れる電流工2との比は、微小
固定抵抗器5の抵抗値をrlとし直流遮断器4の内部抵
抗をr2とすると。
L :  L= rz :  r>””””’  (1
)となる。ここで、rx>>ra、すなわち微小固定抵
抗器5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、直流電流工。は、大部分、直流遮断器4
に流れる。
次に、開閉器6に流れる電流がOに近くなったことを電
流検出器9が検出すると、その検出信号に応じて、制御
回路8は開閉器6群に開放指令信号を与え、開閉器6群
を開かせる。開閉器6群が開放されると、通常時には開
放器6群を流れていた直流大電流工。は、完全に直流遮
断器4に移ったことになる。
以上の一連の動作の後に、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。
本実施例においては、超電導コイル保護装置を、安価な
開閉器6群と1台の直流遮断器4と保護抵抗2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、その後直ぐに遮断
動作に入るようにしている。
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群と微小固定抵抗器5とを併設しであるので、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。
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群側の電流がほぼO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群自体の
損傷のおそれがほとんどない。
なお、上記実施例においては、微小固定抵抗器5を持つ
開閉器6群を直流遮断器4に並列接続したが、この微小
固定抵抗器5を、第2図に示すように、可変抵抗器10
とすることもできる。
この場合は、通常時、可変抵抗器10の抵抗値をOとし
て、ロスを減少させる一方、クエンチ発生時には、可変
抵抗器10の抵抗値を高抵抗とすれば、開閉器6群から
直流遮断器4への電流シフトをスムーズに実行できる。
また、第3図に示すように、微小固定抵抗器5を、開閉
器6群の開放時のアーク抵抗で代用することもできる。
この方法では、通常運転時にも。
直流遮断器4に電流を分流させてさせておくことができ
、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でき、超電導コイル1をより確実に
保護し得る利点がある。
さらに、いずれの実施例の場合も、開閉器6の代わりに
、普通の遮断器を用いても同様の効果が得られる。
なお、直流遮断器は、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。
[発明の効果] 本発明によれば、以下の効果が得られる。
(1)高価な直流遮断器は1台のみで、安価な開閉器群
と微小抵抗とを併設しであるので、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。
(2)クエンチ発生時には、1台の直流遮断器を一旦投
入し、開閉器群側の電流がほぼOになつたところでこれ
らの開閉器を開き、それから■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
断器や開閉語群自体の損傷のおそれがほとんどない。
(3)微小抵抗を可変抵抗器で実現した場合は、通常時
、可変抵抗器の抵抗値を0としてロスを減少させる一方
、クエンチ発生時には、可変抵抗器の抵抗値を高抵抗と
すれば、開閉器群から直流遮断器への電流シフトをスム
ーズに実行できる。
(4)微小抵抗を開閉器群の開放時のアーク抵抗で代用
した場合は、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、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でき、超
電導コイルをより確実に保護し得る利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図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第1実施例の系統構成を示す図、
第2図は本発明による超電導コイルシステムの第2実施
例の系統構成を示す図、第3図は本発明による超電導コ
イルシステムの第3実施例の系統構成を示す図、第4図
および第5図は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。 1・・・超電導コイル、2・・・保護抵抗、3・・・励
磁電源、4・・・直流遮断器、5・・・微小固定抵抗器
、6・・・開閉器、7・・・クエンチ検出器、8・・・
制御回路、9・・・電流検出器、10可変抵抗器。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.通常時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て励磁する一方、クエンチ時
    には前記直流遮断器によりエネルギーの供給を遮断する
    とともに超電導コイルに蓄積され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
    ルシステムにおいて、 通常時は閉路して前記励磁電源からのエネルギーを前記
    超電導コイルに抵抗を介して通電する一方、前記クエン
    チが生じたときに開く開閉器群を前記直流遮断器に並列
    に設けたことを特徴とする超電導コイルシステム。
  2. 2.請求項1に記載の超電導コイルシステムにおいて、 前記開閉器に接続された抵抗が、微小固定抵抗器からな
    ることを特徴とする超電導コイルシステム。
  3. 3.請求項1に記載の超電導コイルシステムにおいて、 前記開閉器に接続された抵抗が、前記通常時は低抵抗を
    示し前記クエンチが生じたときには高抵抗を示す可変抵
    抗器からなることを特徴とする超電導コイルシステム。
  4. 4.請求項1に記載の超電導コイルシステムにおいて、 前記開閉器に接続された抵抗が、当該開閉器自身のアー
    ク抵抗であることを特徴とする超電導コイルシステム。
  5. 5.請求項1〜4のいずれか一項に記載の超電導コイル
    システムにおいて、 前記超電導コイルのクエンチを検出する検出器と、当該
    クエンチ検出器の検出信号に応じて前記直流遮断器に前
    記励磁電源からのエネルギーを遮断させる指令を出力す
    る制御手段とを備えたことを特徴とする超電導コイルシ
    ステム。
  6. 6.請求項1〜5のいずれか一項に記載の超電導コイル
    システムにおいて、 前記開閉器側を流れる電流を検出する電流検出器と、当
    該電流検出器の検出電流がほぼ0になった時点で前記開
    閉器を開かせる指令を出力する制御手段とを備えたこと
    を特徴とする超電導コイルシステム。
  7. 7.請求項1〜6のいずれか一項に記載の超電導コイル
    システムをプラズマ加熱手段として備えた核融合装置。
  8. 8.請求項1〜6のいずれか一項に記載の超電導コイル
    システムを粒子加速手段として備えた加速器。
  9. 9.請求項1〜6のいずれか一項に記載の超電導コイル
    システムをエネルギー貯蔵手段として備えたエネルギー
    貯蔵設備。
  10. 10.請求項1〜6のいずれか一項に記載の超電導コイ
    ルシステムをモータコイルとして備えたリニアモータ。
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