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発明の名称 原子力発電プラントの電磁機器制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−3403(P2007−3403A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−185066(P2005−185066)
出願日 平成17年6月24日(2005.6.24)
代理人 【識別番号】100091096
【弁理士】
【氏名又は名称】平木 祐輔
発明者 有田 節男 / 伏見 篤 / 石井 一彦 / 坂田 智貴
要約 課題
ノイズのない核計装システムを有する原子力発電プラントを提供する。

解決手段
原子炉の状態を検出する核計装システムの前置増幅器8A,8Bは原子炉格納容器5外に設置され、電磁機器12が原子炉格納容器5内に設置される。電磁機器12の駆動を制御するスイッチ装置15は半導体素子からなり、原子炉格納容器5外に設置される。
特許請求の範囲
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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、自然点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。
【請求項6】
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、
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原子力発電プラントの電磁機器制御装置。
【請求項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。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
原子力発電プラントの核計装システムは、核分裂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。
【0003】
【特許文献1】特開2003−149378号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【発明の効果】
【0021】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】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。
【図2】サイリスタを用いたスイッチ装置の構成例を示す図。
【図3】図2に示したスイッチ装置の各部の動作波形を示す図。
【図4】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5】図4に示したスイッチ装置の各部の動作波形を示す図。
【図6】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7】図6に示したスイッチ装置の各部の動作波形を示す図。
【図8】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。
【図9】スイッチ装置の他の構成例を示す図。
【図10】図9に示したスイッチ装置の各部の動作波形を示す図。
【図11】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。
【図12】従来の原子力発電プラントの概略構成図。
【図13】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。
【図14】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】
【0042】
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




 

 


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