JP4049064B2

JP4049064B2 - 信号伝送装置

Info

Publication number: JP4049064B2
Application number: JP2003320550A
Authority: JP
Inventors: 聡岡田; 節男有田; 健野崎; 智貴坂田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: JP2005090967A

Description

本発明はモニタ等からの微弱な検出信号を伝送する信号伝送装置に係り、特に原子力発電所における原子炉内の中性子束モニタ（以下、ＳＲＮＭと略す）の検出信号である微弱電流信号を伝送するのに好適な信号伝送装置に関する。

信号伝送装置では、ＳＲＮＭからの検出信号を伝送する際に伝送経路途中のプリアンプにおいて電圧信号に変換するとともに、増幅して監視部まで伝送している。そして、このプリアンプを駆動するためには電源が必要となり、この電源を供給するケーブルに外部機器からのノイズが混入する場合があった。この外部機器からのノイズ周波数の帯域は数
１００Ｈｚから数ＭＨｚであり、検出信号の周波数は数１００ｋＨｚから数１０ＭＨｚであるため混入したノイズの一部が検出信号に重畳してしまう問題があった。

この為、従来の信号伝送装置では電源供給ケーブルに同軸シールド線を用い、さらに信号伝送ケーブルと電源供給ケーブルを離すことでノイズの発生を抑えていた。尚、シールド機能を強化するために電線管を電磁遮蔽体で被覆する方法が特開２０００−５６０２７号公報に開示されている。

特開２０００−５６０２７号公報

前記従来の技術では、外部機器や外部の伝送路からのノイズに対しては遮蔽効果があるものの、接続機器から混入するノイズに対しては効果が小さい。また、プラントによっては、プリアンプと監視部の間において、信号伝送ケーブルおよび電源供給ケーブルを同一電線管に敷設する場合があり、線間の干渉によって様々なノイズが発生する可能性があることが明らかになった。

図４を用いて、具体的なノイズ混入ルートを説明する。微弱電流信号を伝送するシステムにおいては、プリアンプ４０１で信号を増幅し、監視装置４０２に伝送する。ここでは、同一の電線管４０３内に、信号伝送ケーブル（芯線４０４，シールド４０５），電源供給ケーブル（芯線４０６，シールド４０７）を敷設する場合について説明する。プリアンプ４０１内では、信号伝送ケーブルの芯線４０４はプリアンプ回路４１０からの信号を受け、電源供給ケーブルの芯線４０６はプリアンプ回路４１０の微小電源入力側に接続する。また、両ケーブルのシールド４０５，４０７はプリアンプ４０１の筐体に接続する。監視装置４０２内では、信号伝送ケーブルの芯線４０４は信号出力端４０８へ接続され、また電源供給ケーブルの芯線４０６およびシールド４０７は電源４０９へ接続される。この構成において、芯線およびシールドには、外部機器からの電磁ノイズが同時に混入し、コモンモードノイズとして重畳する（図４のＡ）。また、信号ケーブルと電源供給ケーブルが近接して敷設されていることから、信号ケーブルから電源供給ケーブルへ、静電誘導によりノーマルモードノイズが混入することが判明した（図４のＢ）。また、プリアンプ
４０１において両シールド４０５，４０７がフレームを通じて短絡するためそこから回り込んでくるノイズＣがあるが、これもノーマルモードノイズとなる。さらに、電源供給ケーブルのシールド４０７から芯線に誘導されるノイズＤもノーマルモードノイズとなる。前記Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのノイズの中で、Ａの外部ノイズの周波数は、数１００Ｈｚから数
ＭＨｚであるが、Ｂ，Ｃ，Ｄは、信号伝送ケーブルから混入したものであり、その周波数も検出信号の周波数である数１００ｋＨｚから数１０ＭＨｚとほぼ同一となる。ここで、プリアンプ回路４１０には、コンデンサ４１１を設置してあるが、これは電源供給ケーブルからの直流電圧および低周波ノイズをカットするものであり、前記Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのノイズに対しては低減効果はほとんど無い。そのため、これらのノイズはアンプ４１２で増幅され信号伝送ケーブルの芯線４０４に混入してしまう。さらに、その一部は再度電源供給ケーブルの芯線４０６に混入しループとなって、より増幅されてしまう。

上記の様な新たな問題点を解決するために本発明の目的は、モニタ等からの微弱な検出信号を伝送する信号伝送装置、特に原子力発電所におけるＳＲＮＭ検出装置において、信号伝送ケーブルに混入するノイズを低減し、良好な信号伝送を確保する信号伝送装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願の第１の発明の信号伝送装置は、原子炉の中性子束を検出信号として出力する検出器と、該検出信号を伝送するケーブルと、該検出信号を増幅し出力信号とするプリアンプと、前記プリアンプから該出力信号を伝送する信号伝送ケーブルと、前記プリアンプに電源を供給する電源供給ケーブルと、前記出力信号を基に中性子束の状態を出力する監視部とを備えた信号伝送装置において、前記電源供給ケーブルに高周波信号を減衰させるフィルタを備えたことを特徴とするものである。

また、上記の課題を解決するために、本願の第２の発明の信号伝送装置は、前記電源供給ケーブルとして同軸シールドケーブルを用いる構成とし、第１の発明の前記フィルタとしてフェライトを用い前記電源供給ケーブルが貫通するように前記プリアンプの外部に近接して設置することを特徴とするものである。

また、上記の課題を解決するために、本願の第３の発明の信号伝送装置は、第１の発明の前記フィルタとしてフェライトを用い、それを前記プリアンプ内部の電源供給ケーブルを取り囲むように設置することを特徴とするものである。

また、上記の課題を解決するために、本願の第４の発明の信号伝送装置は、第１の発明の前記フィルタとしてＬＣフィルタを用い、前記プリアンプ内部の電源供給ラインに挿入して設置することを特徴とするものである。

また、上記の課題を解決するために、本願の第５の発明の信号伝送装置は、第１の発明の前記信号伝送ケーブルおよび前記電源供給ケーブルとして同軸シールドケーブルを用い、前記信号伝送ケーブルのシールドと、前記電源供給ケーブルのシールドを絶縁することを特徴としたものである。

これにより、本願の第１の発明の信号伝送装置によれば、信号ラインへのノイズ混入を低減出来るようになるので、結果として、信号ケーブルと電源供給ケーブルを同一電線管に敷設しても良好な信号伝送を実現出来る。

また、本願の第２の発明の信号伝送装置によれば、電源供給ケーブルの芯線，シールド共にノイズが乗る場合、即ちコモンモードノイズを低減することが実現できる。

また、本願の第３の発明の信号伝送装置によれば、電源供給ケーブルの芯線、若しくはシールドのいずれか一方にノイズが乗るか、若しくは一方のノイズレベルが高い場合、すなわちノーマルモードノイズを低減することが実現できる。

また、本願の第４の発明の信号伝送装置によれば、ノーマルモードのノイズに関し、除去したいノイズの周波数を選択的に指定することができ、より効率の良いノイズ低減が実現できる。

また、本願の第５の発明の信号伝送装置によれば、シールドを通して回り込んでくるノイズの混入を防ぐことが実現できる。

以上説明したように、本願の発明によれば、原子力発電所の信号伝送装置において、外部からのノーマルモードノイズ，信号伝送ケーブルと電源供給ケーブル間の誘導ノイズ，回り込みノイズ，漏洩ノイズ等のノーマルモードノイズを低減することが可能になり、非常に微弱な信号を計測している計測系へのノイズの影響を最小限に抑えた適切な計測を行うことができ、原子力発電プラントの安全性及び運転裕度を確保できる。

［第一実施例］
本発明の第一の実施例を示す。原子力発電所のＳＲＮＭ計測装置について、図１および図２を用いて説明する。図１において、原子炉圧力容器１０１内に挿入されたドライチューブ１０２に収納された起動領域用核分裂電離箱１０３は、原子炉内の熱中性子による電離作用によって数μＡの微弱電流を発生させる。この微弱電流信号を、微弱電流伝送ケーブル１０４により原子炉格納容器１０５の外に設置したプリアンプ１０６に伝送する。さらに、ＳＲＮＭ信号伝送ケーブル１０７により原子炉建屋１０９外にあるＳＲＮＭ処理装置１１０に伝送する。プリアンプ１０６には、プリアンプ用電源供給ケーブル１０８を用いて直流電源を供給している。なお、微弱電流伝送ケーブル１０４，ＳＲＮＭ信号伝送ケーブル１０７，プリアンプ用電源供給ケーブル１０８は、厚鋼電線管１１１により保護されている。

図２を用いて、図１におけるプリアンプとＳＲＮＭ処理装置間を詳細に説明する。SRNM信号伝送ケーブル１０７およびプリアンプ電源供給ケーブル１０８は、ともに同軸シールドケーブル（ＳＲＮＭ信号伝送ケーブルの芯線２０１，ＳＲＮＭ信号伝送ケーブルのシールド２０２，プリアンプ電源供給ケーブルの芯線２０３，プリアンプ電源供給ケーブルのシールド２０４）を用いる。プリアンプ１０６内において、微弱電流伝送ケーブル１０４から入力された起動領域用核分裂電離箱１０３からの微弱電流は、プリアンプ回路２０７によりチャージ、増幅され、ＳＲＮＭ信号伝送ケーブル１０７により伝送される。一方、ＳＲＮＭ処理装置１１０内において、ＳＲＮＭ信号伝送ケーブルの芯線２０１は信号出力端２０５に接続し、プリアンプ電源供給ケーブル１０８の芯線２０３およびシールド204は直流電源２０６に接続する。ここで、図４において説明した外部ノイズＡをカットするために、プリアンプ電源供給ケーブル１０８に、コモンモードノイズ除去用フェライト
２０８を取り付ける。フェライトは、数１０ＭＨｚから数１００ＭＨｚにインピーダンスのピークを持つインピーダンス素子であり、１個以上、理想的には複数個設置することで、より減衰量を大きくすることができる。コモンモードノイズである外部ノイズＡは、主にケーブル上で混入し、プリアンプに伝わるため、コモンモードノイズ除去用フェライト２０８は、なるべくケーブルの終端、すなわちプリアンプ１０６に接続する部分に取り付ける。これによりコモンモードノイズを低減することが実現できる。

また、信号伝送ケーブルと電源供給ケーブルを近接させて敷設したことにより、静電誘導が発生し、電源供給ケーブルに信号伝送ケーブルから誘導ノイズＢが混入する。さらに、電源供給ケーブルをプリアンプに接続する部分において、シールドから芯線への漏洩ノイズＣが発生する。誘導ノイズＢと漏洩ノイズＣは、ノーマルモードノイズであり、これをカットするために、プリアンプ１０６内の芯線部分にノーマルモードノイズ除去用フェライト２０９を取り付ける。また、信号ラインへの混入を防ぐため、なるべく電源供給点２１０の近くに取り付けることが望ましい。前記の様に、ここで重畳するノーマルモードノイズの周波数は、信号周波数と同じ数１００ｋＨｚから数１０ＭＨｚの成分が主であるが、フェライトは、これらの帯域のノイズをカットするに十分な特性を有するものを使用する。これによりノーマルモードノイズを低減することが実現できる。

さらに、図４の信号ケーブルから電源ケーブルへの回り込みを抑えるため、プリアンプ電源供給ケーブルのシールドは、ＳＲＮＭ処理装置１１０は接地せず、ＳＲＮＭ処理装置１１０の筐体と導通の無い外部の接地点に装置外アース２１１により接地するようにし、プリアンプ１０６では非接地シールド２１２を設けて接地しないことで、シールドを通して回り込んでくるノイズの混入を防ぐことが実現できる。
［第二実施例］
本発明の第二の実施例を、図３を用いて説明する。本実施例は、第一の実施例と同様、原子力発電所のＳＲＮＭの信号伝送装置に関するものであり、第一の実施例とは、ノーマルモードノイズの除去手段が異なり、同一符号の部材については第一の実施例と同様のものを用いている。以下、第一の実施例と異なる点のみ説明する。本実施例では、信号ケーブルから電源ケーブルへの誘導ノイズや、シールドから芯線への漏洩ノイズをカットするために、プリアンプ１０６内の芯線部分にノーマルモードノイズ除去用ＬＣフィルタ301を取り付けたものである。ノーマルモードノイズであるこれらのノイズの信号ラインへの混入を防ぐため、ノーマルモードノイズ除去用ＬＣフィルタは電源供給点２１０の近くに取り付けることが望ましい。

この本発明の実施例によれば、ノーマルモードのノイズに関し、ＬＣフィルタの特性を設定することで、除去したいノイズの周波数を選択的に指定することができ、より効率の良いノイズ低減が実現できる。

本発明の第一の実施例である原子力発電所のＳＲＮＭ計測装置の構成図である。図１における、プリアンプとＳＲＮＭ処理装置間の詳細構成図である。本発明の第二の実施例である原子力発電所のＳＲＮＭ計測装置に関し、プリアンプとＳＲＮＭ処理装置間の詳細構成図である。信号線と電源線を近接させて敷設した時のノイズ混入ルートを説明する図である。

符号の説明

１０１…原子炉圧力容器、１０２…ドライチューブ、１０３…起動領域用核分裂電離箱、１０４…微弱電流伝送ケーブル、１０５…原子炉格納容器、１０６，４０１…プリアンプ、１０７…ＳＲＮＭ信号伝送ケーブル、１０８…プリアンプ用電源供給ケーブル、109…原子炉建屋、１１０…ＳＲＮＭ処理装置、１１１…厚鋼電線管、２０１…ＳＲＮＭ信号伝送ケーブルの芯線、２０２…ＳＲＮＭ信号伝送ケーブルのシールド、２０３…プリアンプ電源供給ケーブルの芯線、２０４…プリアンプ電源供給ケーブルのシールド、２０５…信号出力端、２０６…直流電源、２０７，４１０…プリアンプ回路、２０８，４０８…コモンモードノイズ除去用フェライト、２０９…ノーマルモードノイズ除去用フェライト、２１０…電源供給点、２１１…装置外アース、２１２…非接地シールド、３０１…ノーマルモードノイズ除去用ＬＣフィルタ、４０２…監視装置、４０３…電線管、４０４…信号伝送ケーブルの芯線、４０５…信号伝送ケーブルのシールド、４０６…電源供給ケーブルの芯線、４０７…電源供給ケーブルのシールド、４０９…電源、４１１…コンデンサ、
４１２…アンプ、Ａ…外部ノイズ、Ｂ…信号ケーブルから電源ケーブルへの誘導ノイズ、Ｃ…シールドから芯線への漏洩ノイズ、Ｄ…信号ケーブルから電源ケーブルへの回り込みノイズ。

Claims

原子炉の中性子束を検出信号として出力する検出器と、該検出信号を伝送するケーブルと、該検出信号を増幅し出力信号とするプリアンプと、前記プリアンプから該出力信号を伝送する信号伝送ケーブルと、前記プリアンプに電源を供給する電源供給ケーブルと、前記出力信号を基に中性子束の状態を表示する監視部とを備えた信号伝送装置において、前記電源供給ケーブルに高周波信号を減衰させる中空構造のフェライトであるフィルタを備え、該フェライトの中空部を前記プリアンプ内部の電源供給ケーブルが貫通するように設置したことを特徴とする信号伝送装置。
原子炉の中性子束を検出信号として出力する検出器と、該検出信号を伝送するケーブルと、該検出信号を増幅し出力信号とするプリアンプと、前記プリアンプから該出力信号を伝送する信号伝送ケーブルと、前記プリアンプに電源を供給する電源供給ケーブルと、前記出力信号を基に中性子束の状態を表示する監視部とを備えた信号伝送装置において、前記電源供給ケーブルに高周波信号を減衰させるＬＣフィルタを前記プリアンプ内部の電源供給ラインの途中に設置したことを特徴とする信号伝送装置。