JP2002110006A - 直流遮断器 - Google Patents

直流遮断器

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JP2002110006A
JP2002110006A JP2000293527A JP2000293527A JP2002110006A JP 2002110006 A JP2002110006 A JP 2002110006A JP 2000293527 A JP2000293527 A JP 2000293527A JP 2000293527 A JP2000293527 A JP 2000293527A JP 2002110006 A JP2002110006 A JP 2002110006A
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commutation
circuit
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switch
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JP2000293527A
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Koji Konno
康二 昆野
Kazuo Aihara
一雄 粟飯原
Kentaro Nakama
健太郎 中間
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】次の遮断準備のために行われる転流コンデンサ
8の充電時に転流コンデンサ8に大きな充電電流が流れ
ないようにする。 【解決手段】遮断部6と非線形素子5と転流回路10と
の並列回路よりなり、転流回路10は転流スイッチ9と
転流リアクトル7と直流充電された転流コンデンサ8と
の直列回路からなり、遮断動作時に転流スイッチ9が投
入され遮断部6に流れる電流に零点が形成される直流遮
断器において、遮断後所定の期間は転流コンデンサ8へ
の直流充電が停止されるとともに転流コンデンサ8に蓄
積されていた電荷が放電される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電気鉄道など直
流送電系統の地絡や短絡を保護するための転流式直流遮
断器に関し、特に、充電回路を安価に構成することので
きる直流遮断器に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来の直流遮断器の構成を示す
回路図である。直流遮断器3が、直流電源1と負荷2と
の間に介装されている。直流遮断器3は、真空バルブか
らなる遮断部6と、非線形素子5と、転流回路10とが
並列接続され、この並列回路にもう一つの真空バルブか
らなる断路部4が直列接続されている。転流回路10
は、転流リアクトル7と、転流コンデンサ8と、サイリ
スタまたは放電ギャップ等で構成された転流スイッチ9
との直列回路からなる。充電回路15が、商用周波電源
14と、商用周波電源14の出力端に接続された変圧器
27と、変圧器27の出力端に接続された整流器13
と、整流器13の出力端に接続された抵抗12とから構
成され、抵抗12の反整流器13側が開放スイッチ11
を介して転流コンデンサ8の両端に接続されている。
【0003】図3において、常時は開放スイッチ11が
閉成され、転流コンデンサ8が充電回路15からの充電
電圧でもって充電されている。直流遮断器3に遮断指令
が出されると転流スイッチ9が投入され、転流コンデン
サ8に充電されていた電荷が高周波電流となって遮断部
6の極間に注入される。それによって遮断部6の極間を
流れる電流に零点が形成され遮断部6が遮断するように
なる。非線形素子5は、遮断部6の遮断にともなって発
生する過電圧を抑制するためのものである。また、断路
部4は、直流遮断器3の遮断動作後に直流遮断器3と負
荷2側との絶縁を確実にするためのものである。すなわ
ち、非線形素子5の絶縁抵抗が遮断部6のそれより低い
ので遮断部6の極間が絶縁されても非線形素子5からの
漏れ電流が僅かに負荷2側へ流れる。その漏れを防止す
るために、遮断部6を遮断動作させた後に断路部4も断
路させ、直流遮断器3と負荷2側との間を絶縁する。さ
らに、開放スイッチ11は、遮断部6の遮断動作時に開
成され、転流スイッチ9が自己消弧した後に閉成され
る。それによって、小電流を遮断するときに直流電源1
から充電回路15と転流スイッチ9と断路部4とを介し
て負荷2へ流れる電流が流れるのを防止し、断路部4の
電流断路責務を軽減させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の直流遮断器は、遮断後、次の遮断準備の
ために行われる転流コンデンサの充電時に転流コンデン
サに大きな充電電流が流れるという問題があった。図4
は、図3の直流遮断器の動作原理を説明するためのタイ
ムチャートである。それぞれ、波形19は直流電源1か
らの電流である主回路電流、波形20は遮断部6の極間
を流れる電流、波形21は転流コンデンサ8を流れる電
流、波形22は非線形素子5を流れる電流、波形23は
遮断部6の極間電圧、波形24は転流コンデンサ8にか
かる電圧に対応する。
【0005】図4において、時間t1 で事故が発生し波
形19,20のように主回路電流と遮断部6の極間電流
が増え始めたとする。主回路電流は図示されていない電
流検出器によって常時計測され、その電流検出器によっ
て計測された主回路電流が予め設定された値を超えた時
点で遮断部6に開極指令が出される。それによって、時
間t2 で遮断部6が開極し始め遮断部6の極間にア−ク
電流が流れる。したがって、時間t2 から遮断部6の極
間には波形23のようにア−ク電圧が発生する。時間t
3 で転流スイッチ9が投入され、波形21のように転流
コンデンサ8から高周波電流が流れる始める。それによ
って、波形20のように遮断部6の極間に事故電流とは
逆の方向の電流が加わり、遮断部6の極間電流が減って
来る。時間t4 で波形20のように遮断部6の極間電流
が零になり遮断部6は消弧し、時間t4 以後の事故電流
は直流電源1から転流コンデンサ8側へ流れ、波形21
のようになる。そのために、波形24のように、時間t
4 から転流コンデンサ8が逆極性側に充電されるように
なる。すなわち、転流コンデンサ8は予め負極性電圧−
1 に充電されていたが、時間t3 における転流スイッ
チ9の投入でもって放電され始め、転流コンデンサ8の
電圧が零側へ立ち上がる。時間t4 からは前記の事故電
流の流れ込みによって、正極性側へ急激に立ち上がるよ
うになる。時間t5 において波形23のように遮断部6
の極間電圧が非線形素子5の動作電圧に達するので、波
形22のように前記の事故電流が非線形素子5側が流れ
るようになり、波形21のように転流コンデンサ8の電
流が減少し始める。時間t6 において転流コンデンサ8
の電流が零になり、それによって、転流スイッチ9が開
成する。時間t6 からは回路のインダクタンスに蓄えら
れたエネルギーが非線形素子5によって消費されて行く
ために波形19のように主回路電流が減少し、時間t7
で主回路電流が零となって遮断が完了する。一方、転流
コンデンサ8は、時間t5 まで充電され、波形24のよ
うに正極性電圧+V2 になったまま、その次の遮断動作
までその状態で維持される。次の遮断動作の準備のため
に開放スイッチ11が閉成されると、転流コンデンサ8
の電圧が+V2 から−V1 に変化し電圧(V1 +V2
を2つの抵抗12の直列抵抗で割った値で決まる電流が
充電回路15に流れる。以上は、大電流を遮断した時の
動作であるが、小電流を遮断した時も同様である。
【0006】したがって、次の遮断動作の準備のために
転流コンデンサ8を+V2 から−V 1 へ充電するので、
充電回路15に大きな充電電流が流れていた。そのため
に、図3における充電回路15の構成要素である商用周
波電源14や変圧器27、抵抗12などの容量を大きく
する必要があり、充電回路の構成がコスト高になってい
た。この発明の目的は、次の遮断準備のために行われる
転流コンデンサの充電時に転流コンデンサに大きな充電
電流が流れないようにすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、遮断部と非線形素子と転流回路
との並列回路よりなり、前記転流回路は転流スイッチと
転流リアクトルと直流充電された転流コンデンサとの直
列回路からなり、遮断動作時に前記転流スイッチが投入
され前記遮断部に流れる電流に零点が形成される直流遮
断器において、遮断後所定の期間は前記転流コンデンサ
への直流充電が停止されるとともに前記転流コンデンサ
に蓄積されていた電荷が放電されてなるようにするとよ
い。それによって、所定の期間として転流コンデンサに
蓄積されていた電荷が放電し終わる期間とすれば、遮断
後の再充電時には転流コンデンサの電圧が初期は零なの
で従来よりは大きな充電電流が流れなくなる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、この発明を実施例に基づい
て説明する。図1は、この発明の実施例にかかる直流遮
断器の構成を示す回路図である。充電回路25の商用周
波電源14と変圧器27との間に充電スイッチ26が介
装されている。図1のその他は、図3の従来の構成と同
じであり、従来と同じ部分は同一参照符号を付けること
によって詳細な説明は省略する。遮断動作後、充電スイ
ッチ26および開放スイッチ11が開成され、商用周波
電源14から転流コンデンサ8への充電が停止される。
その後、転流スイッチ9が自己消弧した後に開放スイッ
チ11が閉成される。開放スイッチ11は,前述された
ように、小電流を遮断するときに直流電源1から充電回
路25と転流スイッチ9と断路部4とを介して負荷2へ
流れる電流が流れるのを防止するためのものであり、従
来も一旦は開成されていた。開放スイッチ11の閉成
は、転流コンデンサ8に蓄積されていた電荷が整流器1
3と抵抗12とを介して放電され尽くすまでの所定の期
間続けられ、その後、充電スイッチ26が閉成される。
その際に流れる充電電流は、図4の波形24における負
極性電圧−V1 を2つの抵抗12の直列抵抗で割った値
で決まる電流になり、従来の場合と比べてV2 の分だけ
充電電流が少なくなる。それによって、充電回路25の
構成要素である商用周波電源14や変圧器27、抵抗1
2などの容量を小さくすることができ、充電回路25を
安価に構成することができる。
【0009】図2は、この発明の異なる実施例にかかる
直流遮断器の構成を示す回路図である。遮断部6と並列
にリアクトル16とコンデンサ17との直列回路30が
遮断部6に並列接続されている。図2のその他は、図1
の構成と同一である。この直列回路30の介装によって
小電流における負荷電流の遮断時間が短縮されること
が、特開平9−231877号公報に公開されている。
すなわち、遮断部6の極間が遮断された後、転流コンデ
ンサ8に充電された残りの電圧を電源として直列回路3
0と転流回路10との閉ループに振動電流が流れる。そ
れによって、振動電流に零点が形成され、転流スイッチ
9が図1の場合より早めに自己消弧するようになる。そ
の後は、直列回路30を介して直流電源1からの電流が
断路部4に流れるが、コンデンサ17のキャパシタンス
を転流コンデンサ8のそれより充分に小さくしておけ
ば、断路部4に流れる電流の減衰時定数が小さくなり、
数百アンペア以下の小電流における負荷電流の遮断時間
が短縮される。このような構成の場合においても、遮断
動作後、充電スイッチ26および開放スイッチ11の開
閉を図1の場合と同様に操作し、所定の期間は転流コン
デンサ8への直流充電が停止されるとともに転流コンデ
ンサ8に蓄積されていた電荷が放電され尽くすようにす
ることによって、再充電時に充電回路25に大きな充電
電流が流れなくすることができる。それによって、この
場合も充電回路25の構成要素である商用周波電源14
や変圧器27、抵抗12などの容量を小さくすることが
でき、充電回路25を安価に構成することができる。
【0010】なお、この発明にかかる直流遮断器は、図
1および図2の構成に限定されるものではなく、開放ス
イッチ11は必ずしもなくてもよい。遮断動作後、充電
スイッチ26が開成され、商用周波電源14からの転流
コンデンサへ8の充電が停止される。その状態で転流コ
ンデンサ8に蓄積されていた電荷が整流器13と抵抗1
2とを介して放電され尽くすまでの所定の期間維持され
る。それによって、再充電時には充電回路25に大きな
充電電流が流れなくなり、この場合も充電回路25の構
成要素である商用周波電源14や変圧器27、抵抗12
などの容量を小さくすることができ、充電回路25を安
価に構成することができる。
【0011】
【発明の効果】この発明は前述のように、遮断後所定の
期間は転流コンデンサへの直流充電が停止されるととも
に前記転流コンデンサに蓄積されていた電荷が放電され
てなるようにすることによって、遮断後の再充電時には
転流コンデンサに大きな充電電流が流れなくなり、充電
回路を安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例にかかる直流遮断器の構成を
示す回路図
【図2】この発明の異なる実施例にかかる直流遮断器の
構成を示す回路図
【図3】従来の直流遮断器の構成を示す回路図
【図4】図4の直流遮断器の動作原理を説明するための
タイムチャート
【符号の説明】
1:直流電源、2:負荷、3:直流遮断器、4:断路
部、5:非線形素子、6:遮断部、7:転流リアクト
ル、8:転流コンデンサ、9:転流スイッチ、10:転
流回路、11:開放スイッチ、15,25:充電回路、
16:リアクトル、17:コンデンサ、26:充電スイ
ッチ、27:変圧器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中間 健太郎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 Fターム(参考) 5G028 AA08 FB07 FC01 FC02

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】遮断部と非線形素子と転流回路との並列回
    路よりなり、前記転流回路は転流スイッチと転流リアク
    トルと直流充電された転流コンデンサとの直列回路から
    なり、遮断動作時に前記転流スイッチが投入され前記遮
    断部に流れる電流に零点が形成される直流遮断器におい
    て、遮断後所定の期間は前記転流コンデンサへの直流充
    電が停止されるとともに前記転流コンデンサに蓄積され
    ていた電荷が放電されてなることを特徴とする直流遮断
    器。
JP2000293527A 2000-09-27 2000-09-27 直流遮断器 Withdrawn JP2002110006A (ja)

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