JP2005044591A - 直流遮断器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直流回路に直列接続された主遮断器1および副遮断器2と、前記主遮断器1に並列接続されたコンデンサ5、リアクトル4および転流スイッチ3を直列接続した転流回路6と、前記コンデンサ5の端子間に接続された電源回路22および放電回路21から構成される充電回路20と、前記主遮断器1に並列接続されたサージアブソーバ7とを備え、前記直流回路の事故電流に転流電流を注入して前記主遮断器1で遮断し、次いで前記直流回路の電流を前記副遮断器2で開路後、前記コンデンサ5の端子間電圧を、前記電源回路22により充電、または放電回路21により放電させて、前記コンデンサ5の端子間電圧を所定の電圧値に保つようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、転流式の直流遮断器に係り、特に転流回路のコンデンサの端子間電圧を改善し得る直流遮断器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の直流遮断器は、直流回路に主遮断器と副遮断器とを直列接続し、事故電流が流れた場合、主遮断器に並列接続された転流回路から転流電流を注入して事故電流を遮断し、次いで副遮断器で直流回路を開路する構成となっている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
この種の直流遮断器は、図4に示すように、直流回路のP−N間には、接離自在の一対の接点を有する主遮断器1および副遮断器2が直列に接続されている。主遮断器1には、転流スイッチ3、リアクトル4およびコンデンサ5を直列接続した転流回路6が並列に接続され、また、主遮断器1の遮断後のエネルギー吸収のためのサージアブソーバ7が同様に並列に接続されている。
【0004】
一方、従来のコンデンサ5の端子間には、充電回路8が接続され、所定の電圧値に充電されている。この充電回路8は、直流電源9と充電抵抗10とを直列接続してコンデンサ5を充電する回路、および放電スイッチ11と放電抵抗12とを直列接続してコンデンサ5の電圧を放電する回路で構成されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0005】
このような回路構成において、図5に示すように、直流回路に過大な事故電流が流れた場合、所定の電圧値Vc1に充電されているコンデンサ5の端子間電圧は、転流スイッチ3が動作して転流電流が流れ始める時間t1において一旦放電する。そして、事故電流に転流電流が注入され、電流零点が作られる時間t2で事故電流が遮断されると、充電方向に大きく跳ね上がる。これは、余剰の電流がサージアブソーバ7を介して、転流回路6に流れ込むためである。即ち、この流れ込む電流は、転流回路6の定数で決まる周波数の振動波形であり、その結果、コンデンサ5の端子間電圧も振動波形となって所定の電圧値Vc1よりも大きく跳ね上がる。
【0006】
その後、端子間電圧は、直流回路の電流が零点を迎える時間t3において、副遮断器2で直流回路が開路されると、所定の電圧値Vc1を超えて、事故電流が大きいほど大きく上昇した電圧値Vc2に落ち着く。同時に、時間t3において、放電スイッチ11が閉極し、端子間電圧が放電される。そして、端子間電圧がほぼ零となる時間t4において、放電スイッチ11が開極して直流電源9からの充電が始まり、時間t5で所定の電圧値Vc1となり充電が完了する。
【0007】
なお、コンデンサ5の端子間電圧が所定の電圧値Vc1よりも高くなると、転流電流の波高値が大きくなって電流変化率di/dtが大きくなってしまう。このように電流変化率di/dtが大きくなると、主遮断器1の遮断特性が低下することが知られている(例えば、特許文献3参照。)。このため、コンデンサ5の端子間電圧は、所定の電圧値Vc1以下に抑えられている。
【0008】
【特許文献1】
特許第3135338号明細書(第2頁、図1)
【0009】
【特許文献2】
特開2001−67969号公報(第4頁、図3)
【0010】
【特許文献3】
特開2000−48686号公報(第2頁、図1)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の直流遮断器においては、以下の問題がある。
【0012】
直流回路の事故電流の遮断後には、主遮断器1と副遮断器2とが投入されて直流回路が再通電される。しかしながら、コンデンサ5を充電する時間t4からt5までの間に、直流回路に再び事故電流が流れると、この事故電流を遮断し難くなる。即ち、コンデンサ5の端子間電圧が所定値に達していないので、事故電流に所定の転流電流を通電することができず、電流零点を作ることができなくなる。この再び流れる事故電流は、直流回路に複数の短絡個所があったり、間欠地絡放電を伴う故障などで起こり得るが、その間隔を予測することは困難である。
【0013】
このため、転流電流の注入後において、コンデンサ5の端子間電圧を速やかに所定値に充電することが望まれていた。
【0014】
従って、本発明は、転流電流の注入後のコンデンサの端子間電圧を速やかに所定値に充電し得る直流遮断器を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の直流遮断器は、直流回路にそれぞれ直列接続された主遮断器および副遮断器と、前記主遮断器に並列接続されたコンデンサ、リアクトルおよび転流スイッチを直列接続した転流回路と、前記コンデンサの端子間に接続された電源回路および放電回路から構成される充電回路と、前記主遮断器に並列接続されたサージアブソーバとを備え、前記直流回路の事故電流に前記転流回路から転流電流を注入して前記主遮断器で事故電流を遮断し、次いで、前記サージアブソーバを介して流れる前記直流回路の電流を前記副遮断器で開路後、前記コンデンサの端子間電圧を、前記充電回路の電源回路により充電、または放電回路により放電させて、前記コンデンサの端子間電圧を所定の電圧値に保つようにしたことを特徴とする。
【0016】
このような構成によれば、転流電流を注入して事故電流を遮断後、転流回路のコンデンサの端子間電圧を速やかに所定値に保つことができるので、事故電流が再通電された場合、この事故電流に所定の転流電流を注入して遮断することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
先ず、本発明の第1の実施の形態に係る直流遮断器を図1および図2を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る直流遮断器の回路構成図、図2は、本発明の第1の実施の形態に係る直流遮断器の動作とコンデンサの端子間電圧とを説明する図である。なお、従来と同様の構成部分については、同一符号を付した。
【0018】
図1に示すように、直流回路のP−N間には、接離自在の一対の接点を有する主遮断器1および副遮断器2が直列に接続されている。主遮断器1には、転流スイッチ3、リアクトル4およびコンデンサ5を直列接続した転流回路6が並列に接続され、また、主遮断器1の遮断後のエネルギー吸収のためのサージアブソーバ7が同様に並列に接続されている。
【0019】
また、コンデンサ5の端子間には、放電回路21と電源回路22とを並列接続して構成される充電回路20が接続され、所定の電圧値に充電されている。
【0020】
放電回路21には、コンデンサ5の充電電圧を測定する電圧検出器23がコンデンサ5の端子間に並列に接続され、また、放電抵抗24が直列に接続されている。更に、電圧検出器23に連動して開閉動作する放電スイッチ25が並列に接続されている。この放電スイッチ25には、保護抵抗26が直列に接続されている。
【0021】
電源回路22には、交流電源27に充電スイッチ28と充電抵抗29とが直列に接続されている。この充電スイッチ28は、放電スイッチ25および転流スイッチ3と連動して開閉動作が行われるようになっている。また、ブリッジ回路を構成したダイオード30が接続され、交流を直流に変換して放電回路21へ直流電源の供給が行われている。
【0022】
なお、充電抵抗29は、放電抵抗24よりも大きい抵抗値となっており、コンデンサ5の放電電流が電源回路22に流れ込まないようになっている。また、コンデンサ5、放電抵抗24、放電スイッチ25、保護抵抗26で作られる閉回路において、この閉回路で形成されるリアクタンスとコンデンサ5とのインピーダンスは、放電抵抗24の抵抗値よりも小さくしており、この閉回路を流れる放電電流の振動を抑制している。
【0023】
このような回路構成において、直流回路に過大な事故電流が流れた場合、充電スイッチ28が開極し、同時に転流スイッチ3が閉極して転流電流が主遮断器1に注入される。
【0024】
ここで、図2に示すように、所定の電圧値Vc1に充電されているコンデンサ5の端子間電圧は、転流電流が流れ始める時間t1において一旦放電する。そして、事故電流に転流電流が注入され、電流零点が作られる時間t2で主遮断器1により事故電流が遮断されると、充電方向に大きく跳ね上がる。これは、余剰の電流がサージアブソーバ7を介して、転流回路6へ流れ込むためである。即ち、この流れ込む電流は、転流回路6の定数で決まる周波数の振動波形であり、その結果、コンデンサ5の端子間電圧も振動波形となって所定の電圧値Vc1よりも大きく跳ね上がる。
【0025】
その後、端子間電圧は、直流回路の電流が零点を迎える時間t3において、副遮断器2で直流回路が開路されると、所定の電圧値Vc1を超えて、事故電流が大きいほど大きく上昇した電圧値Vc2に落ち着く。同時に、時間t3において、電圧検出器23で電圧値Vc2を検出し、所定の電圧値Vc1よりも高い場合、放電スイッチ25が閉極し、放電抵抗24、保護抵抗26を介して放電される。
【0026】
そして、電圧零まで放電させず、所定の電圧値Vc1まで低下した時間t6において、放電スイッチ25を開極して放電を停止する。これらの放電においては、放電回路21の抵抗分が大きく振動波形とならないので、電圧検出器23での電圧検出が容易となる。
【0027】
これにより、コンデンサ5の端子間電圧は、事故電流の遮断後に速やかに所定の電圧値Vc1にすることができる。また、事故電流の遮断後には、転流スイッチ3は開極され、転流電流を再注入できるようになっている。
【0028】
なお、事故電流が小さく電圧値Vc2が所定の電圧値Vc1よりも低い場合には、放電スイッチ25は動作せず、充電スイッチ28が動作して充電が行われる。更に、放電スイッチ25と電圧検出器23との動作誤差で所定の電圧値Vc1よりも低い電圧値まで放電した場合には、充電スイッチ28を閉極し、所定の電圧値Vc1まで充電するようになっている。逆に、所定の電圧値Vc1よりも高い電圧値で放電が停止された場合には、放電スイッチ25が再閉極して所定の電圧値Vc1まで放電されるようになっている。
【0029】
上記第1の実施の形態の直流遮断器によれば、直流回路に事故電流が流れて転流回路6から転流電流が注入されたとき、コンデンサ5の端子間電圧を電圧検出器23で検出して速やかに所定の電圧値まで放電、または充電するので、事故電流が再通電されたとき、この事故電流に所定の転流電流を注入して遮断することができる。
【0030】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態に係る直流遮断器を図3を参照して説明する。図3は、本発明の第2の実施の形態に係る直流遮断器の充電回路を説明する図である。この第2の実施の形態が第1の実施の形態と異なる点は、コンデンサを充電する充電回路の構成である。図4において、第1の実施の形態と同様の構成部分については、同一符号を付し、その説明を簡単にする。
【0031】
図3に示すように、充電回路35は、放電回路36とこの放電回路36に直列に接続した電源回路22とから構成されている。
【0032】
放電回路36には、例えば酸化亜鉛素子からなる電圧制限素子37がコンデンサ5の端子間に並列に接続されている。この電圧制限素子37は、コンデンサ5が充電される所定の電圧値と同様の制限電圧を持ち、更に跳ね上がった電圧を吸収する容量を有している。また、電源回路22には、交流電源27に充電スイッチ28と充電抵抗29とが直列に接続され、ブリッジ回路を構成したダイオード30により交流が直流に変換されている。
【0033】
このような回路構成において、転流電流が注入されてコンデンサ5の端子間電圧が振動波形となって所定の電圧値よりも跳ね上がった場合には、この跳ね上がった電圧は電圧制限素子37で吸収され制限電圧値に抑えられる。このため、コンデンサ5の端子間電圧を速やかに所定の電圧値に保つことができる。
【0034】
上記第2の実施の形態の直流遮断器によれば、第1の実施の形態による効果の他に、放電回路36の構成を簡素化することができる。
【0035】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、直流回路に事故電流が流れて転流回路から転流電流を注入後、コンデンサの端子間電圧が跳ね上がったとき、この端子間電圧を速やかに充放電させて所定の電圧値に保つことができる。このため、事故電流が再通電されたとき、この事故電流に所定の転流電流を注入して遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る直流遮断器の回路構成図。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る直流遮断器の動作とコンデンサの端子間電圧とを説明する図。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る直流遮断器の充電回路を説明する図。
【図4】従来の直流遮断器の回路構成図。
【図5】従来の直流遮断器の動作とコンデンサの端子間電圧とを説明する図。
【符号の説明】
1 主遮断器
2 副遮断器
3 転流スイッチ
4 リアクトル
5 コンデンサ
6 転流回路
7 サージアブソーバ
8、20、35 充電回路
9 直流電源
10、29 充電抵抗
11、25 放電スイッチ
12、24 放電抵抗
21、36 放電回路
22 電源回路
23 電圧検出器
26 保護抵抗
27 交流電源
28 充電スイッチ
30 ダイオード
37 電圧制限素子
Claims (3)
- 直流回路にそれぞれ直列接続された主遮断器および副遮断器と、前記主遮断器に並列接続されたコンデンサ、リアクトルおよび転流スイッチを直列接続した転流回路と、
前記コンデンサの端子間に接続された電源回路および放電回路から構成される充電回路と、
前記主遮断器に並列接続されたサージアブソーバとを備え、
前記直流回路の事故電流に前記転流回路から転流電流を注入して前記主遮断器で事故電流を遮断し、
次いで、前記サージアブソーバを介して流れる前記直流回路の電流を前記副遮断器で開路後、
前記コンデンサの端子間電圧を、前記充電回路の電源回路により充電、または放電回路により放電させて、前記コンデンサの端子間電圧を所定の電圧値に保つようにしたことを特徴とする直流遮断器。 - 前記電源回路は、電源に充電スイッチを直列接続して構成し、
前記放電回路は、前記コンデンサの端子間に電圧検出器および放電スイッチを並列接続して構成してなり、
前記電圧検出器で検出した電圧値により、前記充電スイッチまたは前記放電スイッチを動作して、前記コンデンサの端子間を充、放電させるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の直流遮断器。 - 前記放電回路をコンデンサの端子間に並列接続した電圧制限素子で構成したことを特徴とする請求項1に記載の直流遮断器。
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