(57)【要約】      （修正有）【課題】信号ケーブルと建屋接地幹線が作るグランドループを介して侵入するノイズを抑制した核計装システムを提供する。【解決手段】電源装置をバッテリーで構成し、これらバッテリーに接続された充電器と、所内電源または無停電電源１０と充電器とを接続または非接続とする開閉装置と、バッテリー未使用時に開閉装置により所内電源または無停電電源と充電器と接続し、バッテリー使用時には非接続とするよう制御信号を出力する充電制御回路３６とを備え、電源装置と建屋の接地幹線１８との間を電気的に切り離した構成とし、グランドループを経由して核計装システムに侵入するノイズを抑制する。【選択図】図１
2009198273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内または原子炉付近に設置され、炉内核反応で発生する放射線量を電気信号に変換する放射線検出器と、前記放射線検出器で検出された信号を増幅する前置増幅器と、前記放射線検出器と前置増幅器とを連結する第１の信号ケーブルと、前記前置増幅器で増幅された信号を入力して原子炉出力信号を出力する信号処理装置と、前記前置増幅器と信号処理装置とを連結する第２の信号ケーブルと、前記信号処理装置を動作させるための第１の電源装置と、前記前置増幅器に電圧を印加する第２の電源装置と、前記放射線検出器へ電圧を印加する第３の電源装置と、前記第１，第２及び第３の電源装置と信号処理装置、前記前置増幅器及び放射線検出器を接続する電源ケーブルと、前記第１，第２及び第３の電源装置に具備された建屋の接地幹線から電気的に絶縁されたバッテリーと、これらバッテリーに接続された充電器と、建屋の接地幹線に電気的に接続された電源と充電器とを接続または非接続とする開閉装置と、前記電源と前記各充電器を、前記開閉装置によりバッテリー未使用時は接続し、バッテリー使用時には非接続とするように制御信号を出力する充電制御回路とを備えた原子炉核計装システム。
【請求項２】
前記第１，第２及び第３の電源装置は、それぞれ複数のバッテリーと、個々のバッテリーと電源との間に設置された開閉装置とを有し、充電制御回路からの制御信号に基づいて、充電中のバッテリーを電源ケーブルから切り離す請求項１に記載の原子炉核計装システム。
【請求項３】
前記各バッテリーは、バッテリー残量を検出して充電制御回路に出力する残量検出器を備え、バッテリー残量に基づき充電制御回路が各バッテリーに接続された開閉装置の制御信号を生成する請求項１又は２に記載の原子炉核計装システム。
【請求項４】
前記前置増幅器または信号処理装置の信号ケーブル戻りライン側に接続された接地線を、建屋の接地幹線とは電気的に絶縁された金属材に接続した請求項１に記載の原子炉核計装システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外来ノイズの影響を受けにくい原子炉核計装システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、原子炉では、原子炉出力を監視するために炉心内あるいは炉心付近に、核分裂に伴う中性子やガンマ線に比例した電気信号を出力する放射線検出器を設置している。特に発電用原子炉の場合、炉出力は１０桁以上の広範囲にわたって精度よく監視する必要があり、例えば、沸騰水型原子炉の場合、中性子源領域，中間領域，出力領域の３領域に分割し、それぞれ個別の方式で監視している。
【０００３】
このうち、中性子源領域で使用される測定系では、中性子検出器として核分裂電離箱を炉内に設置し、中性子照射により発生する電離電流を金属性のハードケーブルにより炉外に導いている。このハードケーブルは、原子炉圧力容器の下部において第１の信号ケーブル（同軸ケーブル）に接続されており、電離電流は、信号ケーブルを介して前置増幅器へ伝送される。
【０００４】
中性子源領域での電離電流は、最小でピコアンペアのオーダーとなるため、前置増幅器では、信号を２桁から４桁程度増幅するとともに、処理しやすいように波形を整形する。前置増幅器の出力信号は、第２の信号ケーブル（同軸ケーブル）により、中性子監視装置に内蔵された信号処理装置へ導かれ、信号処理装置で原子炉出力信号に変換処理される。この原子炉出力信号は、安全保護系等に供給され、スクラム信号の生成等に利用される。
【０００５】
このような核計装システムにおいて、第１の信号ケーブルに外来ノイズが誘起されることがしばしば問題となる。すなわち、第１の信号ケーブルの芯線及び外部導体にノイズ電圧が発生すると、前置増幅器入力部の芯線と外部導体の電位差に応じたノイズ電流が前置増幅器に流れ、この電流が増幅されて信号処理装置に伝送されるため、原子炉出力信号に影響を与える。
【０００６】
一般に、近距離でのノイズ伝搬経路としては、静電結合，電磁誘導、及び共通インピーダンス（通常は共有する接地線）によるものが考えられる。静電結合によるノイズ誘起を抑制する方法としては、例えば、〔特許文献１〕に記載されるように、第１の信号ケーブルをシールド被覆体で覆い、このシールド被覆体を、前置増幅器のアース側回路に１点で接地する方法が開示されている。また、電磁誘導によるノイズ誘起を抑制する方法としては、従来から、信号ケーブルとグランドが大きな閉回路（グランドループ）を形成して鎖交磁束による電磁誘導をうけることがないように、信号ケーブルの外部導体を信号処理装置で１点接地する対策がとられている他、〔特許文献２〕に示されるように、電磁誘導により信号ケーブルに誘導されたコモンモードノイズの伝播を抑制するため、信号ケーブルを磁気コアに巻装する対策が考えられている。
【０００７】
【特許文献１】特許第２８７７６０９号公報
【特許文献２】特開平７−１６２２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
〔特許文献２〕に記載の従来の方法は、主に電磁誘導によりグランドループに誘起されたコモンモードノイズの影響を抑制するためのものであるが、共通インピーダンスによるノイズ誘起、すなわち、ノイズ電流を放出する機器と接地線を共有することによって誘起されるノイズの影響抑制にも効果がある。例えば、図５に示すように、モータとインバータ電源からなるノイズ発生源が核計装システムに隣接して接地してある場合、インバータが発生する高周波ノイズは、ケーブル間の相互インダクタンスによる電磁誘導と、建屋の接地幹線を経由した直接的な漏れこみの２つの経路で核計装システムに侵入する。
【０００９】
接地線を伝搬するノイズは、核計装システムのグランドループ全体が持つインピーダンスが小さければ、より多く核計装ループに伝搬し、逆にグランドループのインピーダンスが大きければ伝搬するノイズは抑制される。従って、核計装システムの信号ケーブルに磁気コアを巻装して、この部分に大きなインダクタンス成分を付加すれば、高周波ノイズに対するインピーダンスが大きくなるため、接地線から侵入するノイズを抑制することができる。同様の考えに基づき、接地線や電源ケーブルに磁気コアを巻装してグランドループのインピーダンスを大きくすることも可能である。
【００１０】
しかし、こうした方法には２つの問題点がある。一つ目は、大きなインダクタンスを得るためには、磁気コアへのケーブル巻き付け数を増やす必要があることから装置が大型化してしまうこと、二つ目は、巻き付け数を増やしてもケーブル線間の浮遊容量などの影響により、一定以上のインダクタンスを得難たいことである。
【００１１】
そこで、グランドループの影響を除去する別な方法として、信号処理装置の接地線及び電源線の部分で建屋の接地幹線と切り離すことが考えられる。このうち、接地線については、信号の基準点としてのみ接続されているので、接地線とは別な基準点を用意することは可能である。一方、電源線についてみると、電源供給元が所内電源の場合、あるいは無停電電源装置のようなインバータを用いた電源の場合の双方において、保安の観点から接地幹線と完全に切り離すことは困難である。
【００１２】
図６に示すように、電源装置の両端すなわち、電源供給元側の端子と信号処理装置などへ電源を供給する側の端子との間のインピーダンスは、周波数に対してほぼ直線的に減少し、高周波に対して非常に小さなインピーダンスしか与えないため、電源線を経由したグランドループの回避が極めて困難となっている。
【００１３】
本発明の目的は、電源線を経由して生成されるグランドループが解消できる原子炉核計装システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、原子炉核計装システムの構成要素である放射線検出器，前置増幅器及び信号処理装置へ電源を供給する電源装置をバッテリーで構成し、これらバッテリーに接続された充電器と、建屋の接地幹線と電気的に接続された電源と充電器とを接続または非接続とする開閉装置と、バッテリー未使用時には開閉装置により電源と充電器とを接続し、バッテリー使用時には電源と充電器とを非接続とするよう制御信号を出力する充電制御回路とを備え、電源装置と建屋の接地幹線との間を電気的に切り離した構成としたものである。
【００１５】
信号ケーブルと建屋の接地幹線とで生成されるグランドループを解消することにより、グランドループを経由して核計装システムの計測信号に重畳する電磁誘導ノイズと共通インピーダンスによるノイズを抑制する。
【００１６】
又、各々の電源装置に対し、それぞれ複数のバッテリーと、各バッテリーと電源ケーブルとの間に設置された開閉装置とを備え、充電制御回路からの制御信号に基づいて充電中のバッテリーを電源ケーブルから切り離すことにより、充電中のバッテリー及びその電源ケーブルを経由して信号ケーブルと建屋の接地幹線が電気的に接続されない構成としたものである。これにより、１つのバッテリーが充電中の場合に、残りの充電中ではないバッテリーが建屋の接地幹線とは電気的に切り離された状態で電源を供給する。
【００１７】
このとき、計測信号の安定性を増すために前置増幅器または信号処理装置の信号ケーブル戻りライン側に接続する接地線は、建屋の接地幹線とは電気的に絶縁された金属材と接続し、信号線が接地線を介して建屋の接地幹線と接続しないようにしている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電源装置をバッテリーで構成し、充電中を除いて、建屋の接地幹線から電源装置を切り離すことにより、充電中以外の期間においてケーブルと建屋の接地幹線からなるグランドループを解消することができ、電磁誘導によるノイズと、共有する接地幹線から侵入するノイズとの双方を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施例を図１から図７を用いて説明する。図１は、核計装システムの構成図である。
【００２０】
図１に示すように、炉心１７内に設置した核分裂電離箱１からは、中性子入射数に応じた電離電流が発生し、この電離電流は、ハードケーブル２により原子炉圧力容器１６の外部に導出される。電線管１５に格納された第１の信号ケーブル３は、原子炉圧力容器１６の下部において、コネクタ１１を介してハードケーブル２に接続されており、もう一方の端が接続された前置増幅器４に電離電流を伝送する。
【００２１】
前置増幅器４は、電流信号を増幅するとともに波形を整形し、第２の信号ケーブル５を介して、中性子束監視装置６に内蔵された信号処理装置７に信号を伝送する。信号処理装置７は、増幅，整形された電流信号を原子炉出力に変換処理し、原子炉出力信号を安全保護系等（図示しない）に出力する。
【００２２】
ここで、信号処理装置７，核分裂電離箱１、及び前置増幅器４内の電源装置８には、夫々、中性子束監視装置６内に内蔵された第１の電源装置２６，第２の電源装置２７、及び第３の電源装置２８により、適切な電圧の直流電圧が印加される。
【００２３】
ここで、本実施例では、第１，第２及び第３の電源装置それぞれに対してバッテリーを２つずつ備え、１つのバッテリーが充電中の場合にも切れ目無く中性子束の監視が可能な構成とした例を示している。
【００２４】
図２に第１の電源装置２６の構成を示す。第１の電源装置２６は、２つのバッテリー３１を内蔵しており、夫々に接続された充電器３２により、所内電源または無停電電源１０から充電されるようになっている。充電器３２と所内電源または無停電電源１０の間には、開閉装置３３が設置されており、充電制御回路３６からの制御信号に基づいて接続を開閉する。バッテリー３１の出力は、残量検出器３５及び開閉装置３４を介して並列に信号処理装置７に接続されており、電圧が印加される。開閉装置３４は、充電制御回路３６からの制御信号で開閉する。残量検出器３５は、バッテリー３１の残量を検出し、バッテリー電圧に応じた残量検出信号を充電制御回路３６に出力する。
【００２５】
図３に残量検出器３５の構成を示す。残量検出器３５は、バッテリー３１の電圧を測定する電圧計３７，基準電圧３８及び電圧計３７で測定された電圧を入力し、両者の電圧を比較するオペアンプ（コンパレータともいう）３９で構成されており、電圧計３７で測定したバッテリー３１の電圧が基準電圧３８より小さい場合には、オペアンプ３９から残量検出信号が充電制御回路３６に出力される。残量検出信号が充電制御回路３６に出力される場合は、充電が必要であることを意味するので、要充電信号ともいう。
【００２６】
充電制御回路３６は、残量検出器３５からの残量検出信号を受信した場合、該当するバッテリー３１に接続された開閉装置３４を開いて信号処理装置７から切り離す。その後、該当するバッテリー３１に接続された開閉装置３３を閉じて、充電器３２から充電を開始する。充電時間が経過したら開閉装置３３を開いて充電を完了し、その後、開閉装置３４を閉じて、再び信号処理装置７に電源を供給する。充電時間は、充電するのに充分な時間が設定される。
【００２７】
第２の電源装置２７、及び第３の電源装置２８についても同様の構成とすることで、電源線を経由して生じるグランドループを全て解消し、電磁誘導ノイズと建屋の接地幹線から侵入するノイズの影響を抑制できる。
【００２８】
図４は、信号処理装置７の信号ケーブル戻りライン側に、接地線を繋いで測定信号の安定性を高めるための構成例である。中性子束監視装置６の筐体内底部には、絶縁材４０を敷設し、その上部に金属材で形成された支持構造物４１を設置する。
【００２９】
信号処理装置７は、支持構造物４１の上部に据付け、信号ケーブル戻りラインと導通する端子から接地線４２を引出し、支持構造物４１に接続する。これにより、建屋の接地幹線から絶縁された金属材を信号の基準点とすることができる。なお、金属棒や金属板を建屋の接地幹線およびこれと導通する構造材と接触しないよう離隔して設置し、そこに接地線を接続できれば、上記以外の方法でも良い。
【００３０】
以上、説明したように、従来の核計装システムでは、信号処理装置付近において、電源装置と接地線とが建屋の接地幹線に電気的に接続していることにより、高周波ノイズに対してグランドループを生成していたが、本実施例によれば、電源装置をバッテリーで構成し、充電中を除いて、建屋の接地幹線から電源装置を切り離すことにより、充電中以外の期間においてケーブルと建屋の接地幹線からなるグランドループを解消することができ、電磁誘導によるノイズと、共有する接地幹線から侵入するノイズとの双方を抑制することができる。これにより、電源装置に付加していたノイズフィルタや磁気コアを低減できる。
【００３１】
又、各々の電源装置が複数のバッテリーを備え、充電中のバッテリーを電源線から切り離し、残りの建屋接地線から電気的に切り離されたバッテリーで電源を供給することにより、バッテリー充電中の計測不能期間をなくすことができる。また、万一、所内電源が喪失した場合にも核計装システムの正常な動作を保証することができるので、現在、核計装システムに採用されている無停電電源装置の構成を簡素化できる。
【００３２】
又、前置増幅器または信号処理装置の信号ケーブル戻りライン側に、建屋の接地幹線とは電気的に絶縁された金属材と接続する接地線を付加することにより、グランドループを作ること無く、計測信号の基準点を得ることができ、計測信号の安定性を増すことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
核計装システム以外にも、インバータ機器等の導入が進められているプラント内で微弱信号を用いた測定系全般に対して適用できる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施例である核計装システムの構成図である。
【図２】第１の電源装置の一例を示す構成図である。
【図３】残量検出器の一例を示す構成図である。
【図４】建屋の接地幹線から絶縁された金属材への接地の一例を示す中性子束監視装置の縦断面図である。
【図５】グランドループを介したノイズ侵入について説明した図である。
【図６】グランドループを介したノイズ侵入について説明した図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  核分裂電離箱
２  ハードケーブル
３  第１の信号ケーブル
４  前置増幅器
５  第２の信号ケーブル
６  中性子束監視装置
７  信号処理装置
８  前置増幅器電源装置
９  電源装置
１０  所内電源または無停電電源
１１  コネクタ
１２  検出器案内管
１３  貫通部
１４  原子炉格納容器
１５  電線管
１６  原子炉圧力容器
１７  炉心
１８  建屋接地幹線
１９  核分裂電離箱用電源線
２０  前置増幅器用電源線
２１  インバータ電源
２２  モータ
２３  モータ筐体
２４  浮遊容量
２５  磁気コア
２６  第１の電源装置
２７  第２の電源装置
２８  第３の電源装置
２９  相互インダクタンス
３０  金属材
３１  バッテリー
３２  充電器
３３，３４  開閉装置
３５  残量検出器
３６  充電制御回路
３７  電圧計
３８  基準電圧
３９  オペアンプ
４０  絶縁材
４１  金属製支持構造物
４２  接地線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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