JP2005222705A - 直流遮断器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 主遮断器の遮断後にサージアブソーバに注入されるエネルギーを改善する。
【解決手段】 直流回路にそれぞれ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に並列接続された可飽和部材3および分流スイッチ4を直列接続した可飽和回路5と、この主遮断器1に並列接続されたサージアブソーバ6と、この主遮断器1に並列接続されたコンデンサ7、リアクトル8および転流スイッチ9を直列接続した転流回路10とを備え、前記転流スイッチ9と前記分流スイッチ4とを同時に開閉動作させるようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図1
【解決手段】 直流回路にそれぞれ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に並列接続された可飽和部材3および分流スイッチ4を直列接続した可飽和回路5と、この主遮断器1に並列接続されたサージアブソーバ6と、この主遮断器1に並列接続されたコンデンサ7、リアクトル8および転流スイッチ9を直列接続した転流回路10とを備え、前記転流スイッチ9と前記分流スイッチ4とを同時に開閉動作させるようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電流遮断時に発生する過電圧を吸収するサージアブソーバに注入されるエネルギーを改善し得る直流遮断器に関する。
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。また、主遮断器で事故電流の遮断後、直流回路のインダクタンスによる電磁エネルギーで発生する過電圧を吸収するため、主遮断器にはサージアブソーバが並列接続されている。更には、主遮断器に可飽和リアクトルを直列接続し、事故電流の電流変化率(di/dt)を小さくして遮断特性を向上させているものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特許第2846402号明細書(第2ページ、第4図)
上記の従来の直流遮断器においては、次のような問題がある。
主遮断器に直列接続された可飽和リアクトルにより遮断特性が向上するものの、遮断後には過電圧が発生し、その過電圧はサージアブソーバで吸収される。この過電圧によるエネルギーは、数十kAの大電流に達することがあり、また、遮断電流が小さく負荷の抵抗が大きいなど回路条件によっては継続時間が数秒と長時間に達することがある。このため、サージアブソーバは、このエネルギーを吸収できるような大容量としなくてはならなかった。サージアブソーバの動作電圧を上昇させると、吸収するエネルギーを抑制することができるが、制限される電圧が上昇するので、装置全体の耐電圧特性を向上させなくてはならない。
このため、サージアブソーバの動作電圧を上昇させることなく、注入されるエネルギーを抑制できる回路構成が望まれていた。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、サージアブソーバに注入されるエネルギーを抑制し得る直流遮断器を得ることを目的とする。
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可飽和部材および分流スイッチを直列接続した可飽和回路と、この主遮断器に並列接続されたサージアブソーバと、この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を備え、前記転流スイッチと前記分流スイッチとを同時に開閉動作させるようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、主遮断器に、過電圧を吸収するサージアブソーバおよび大電流を通電する可飽和回路を並列接続しているので、主遮断器で事故電流を遮断した後、副遮断器を介して直流回路に流れる事故電流をサージアブソーバと可飽和回路とに分流させることができ、サージアブソーバに注入されるエネルギーを抑制することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
先ず、本発明の実施例1に係る直流遮断器を図1を参照して説明する。図1は、本発明の実施例1に係る直流遮断器の回路構成図である。
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真空バルブからなる主遮断器1および副遮断器2が直列接続されている。主遮断器1には、可飽和部材の可飽和リアクトル3と分流スイッチ4とを直列接続した可飽和回路5が並列接続されている。この可飽和リアクトル3は、例えば定格電流の5千A以上から磁気飽和状態になるようになっている。また、主遮断器1には、この主遮断器1が遮断後に発生する電磁エネルギーを吸収するためのサージアブソーバ6、および直流回路に振動電流を重畳させる第1のコンデンサ7、第1のリアクトル8および転流スイッチ9を直列接続した転流回路10が並列接続されている。
そして、直流回路に過大な事故電流が流れた場合、図示しない検出器で事故電流を検出すると、図示しない制御回路からの信号により主遮断器1が開極を始め、接点間にアークが発生する。次いで、主遮断器1の転流動作位置に達すると、図示しない制御回路からの信号により、転流スイッチ9および分流スイッチ4を閉じ、事故電流に転流回路10からの逆方向電流を重畳する。これにより、事故電流は、急激に減少して電流零点で遮断される。
ここで、転流スイッチ9に連動して同時に分流スイッチ4も閉じられるが、転流電流は、例えば数百Hzの高周波のためにリアクタンスが大きくなる可飽和リアクトル3よりも、回路抵抗の小さい主遮断器1に流れる。なお、転流スイッチ9を閉じて、主遮断器1に転流電流を重畳させ、事故電流を遮断した後に分流スイッチ4を閉じてもよい。
このため、ここでは、転流スイッチ9の閉動作に対して、分流スイッチ4が同時から主遮断器1で事故電流が遮断された後までの間に閉動作をすることを、同時の閉動作とする。また、後述する開動作と合わせて転流スイッチ9と分流スイッチ4とを同時に開閉動作させるとする。
その後、主遮断器1で遮断された事故電流は、並列接続された可飽和回路5およびサージアブソーバ6を介して副遮断器2に流れる。そして、直流回路の抵抗により減衰して、電流零点になると図示しない制御回路からの信号により副遮断器2を開極し、直流回路が開路される。なお、開路後には、転流スイッチ9と分流スイッチ4とは同時に開かれる。
ここで、主遮断器1で遮断された事故電流は、数十kAの大電流となり、また直流回路の回路条件によっては数秒と長時間に達することがあるが、可飽和回路5およびサージアブソーバ6に分流される。即ち、可飽和リアクトル3は、例えば定格電流の5千A以上で磁気飽和状態になるようにしているので、数十kAの大電流時には巻線の抵抗が小さくなり、また、サージアブソーバ6は、遮断されたときに発生する過電圧で素子の抵抗が小さくなる。これらのことから、可飽和回路5およびサージアブソーバ6には、それぞれ事故電流が分流されることになる。なお、分流の割合は、事故電流の電流値と過電圧値とにより影響される。
このため、サージアブソーバ6には分流された事故電流が注入されるので、動作電圧を上昇させることなく、注入されるエネルギーを抑制することができる。
上記実施例1の直流遮断器によれば、主遮断器1に可飽和回路5およびサージアブソーバ6を並列接続しているので、主遮断器1で事故電流を遮断したときに発生する過電圧を伴った大電流を、この可飽和回路5およびサージアブソーバ6に分流させることができる。このため、サージアブソーバ6に注入されるエネルギーを抑制でき、小容量とすることができる。
次に、本発明の実施例2に係る直流遮断器を図2を参照して説明する。図2は、本発明の実施例2に係る直流遮断器の転流回路図である。なお、この実施例2が実施例1と異なる点は、転流回路の構成である。図2において、図1と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図2に示すように、転流回路10には、第2のコンデンサ11と第2のリアクトル12とを直列接続し、更に、第3のコンデンサ13と第3のリアクトル14とを直列接続し、これらを直列接続して転流スイッチ9に直列接続されている。また、直列接続した第3のコンデンサ13と第3のリアクトル14との端子間には、第1の短絡スイッチ15が並列接続されている。ここで、第2のコンデンサ11と第3のコンデンサ13、および第2のリアクトル12と第3のリアクトル14とは、それぞれ同様の容量となっている。
そして、直流回路に事故電流が流れた場合、図示しない検出器で電流値を計測し、例えば定格電流の5倍以上の所定の電流値を超える大電流では第1の短絡スイッチ15を閉じ、転流スイッチ9が動作するようになっている。また、定格電流の5倍以下の電流では第1の短絡スイッチ15を開いた状態にして転流スイッチ9が動作するようになっている。このため、事故電流の大きさにより転流回路10から注入される第2、第3のコンデンサ11、13による転流電流が制御される。
上記実施例2の直流遮断器によれば、実施例1の効果の他に、事故電流の大きさにより転流電流を制御することができる。
次に、本発明の実施例3に係る直流遮断器を図3を参照して説明する。図3は、本発明の実施例3に係る直流遮断器の転流回路図である。なお、この実施例3が実施例1と異なる点は、転流回路の構成である。図3において、図1と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図3に示すように、転流回路10には、第4のコンデンサ16、第4のリアクトル17、第2の短絡スイッチ18および転流スイッチ9が直列接続されている。また、直列接続した第4のコンデンサ16、第4のリアクトル17、第2の短絡スイッチ18の端子間には、直列接続した第5のコンデンサ19と第5のリアクトル20および第3の短絡スイッチ21が並列接続されている。ここで、第4のコンデンサ16と第5のコンデンサ19、および第4のリアクトル17と第5のリアクトル20とは、それぞれ同様の容量となっている。
そして、直流回路に事故電流が流れた場合、図示しない検出器で電流値を計測し、例えば定格電流の5倍以上の大電流では第2、第3の短絡スイッチ18、21を閉じ、転流スイッチ9が動作するようになっている。また、定格電流の5倍以下の電流では第2の短絡スイッチ18を開いた状態にして転流スイッチ9が動作するようになっている。このため、事故電流の大きさにより転流回路10から注入される第4、第5のコンデンサ16、19による転流電流が制御される。
上記実施例3の直流遮断器によれば、実施例1の効果の他に、事故電流の大きさにより転流電流を制御することができる。
次に、本発明の実施例4に係る直流遮断器を図4を参照して説明する。図4は、本発明の実施例4に係る直流遮断器の回路構成図である。なお、この実施例4が実施例1と異なる点は、可飽和回路の構成である。図4において、図1と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図4に示すように、主遮断器1には、サージアブソーバ6および可飽和部材の可飽和変圧器22と分流スイッチ4とからなる可飽和回路5が並列接続されている。主遮断器1に並列接続された可飽和変圧器22の二次巻線には、前記分流スイッチ4が直列接続されており、例えば定格電流の5千A以上から磁気飽和状態になるようになっている。また、可飽和変圧器22の一次巻線の端子間には、第1のコンデンサ7、第1のリアクトル8および転流スイッチ9を直列接続した転流回路10が並列接続されている。この転流スイッチ9と分流スイッチ4とは、連動して同時に開閉動作するようになっている。
そして、直流回路に過大な事故電流が流れた場合、主遮断器1が開極を始め、転流動作位置に達すると転流スイッチ9および分流スイッチ4を閉じ、事故電流に転流回路10からの逆方向電流を重畳する。これにより、事故電流は、急激に減少して電流零点で遮断される。その後、主遮断器1で遮断された事故電流は、並列接続された可飽和変圧器22の二次巻線およびサージアブソーバ6を介して副遮断器2に流れる。そして、直流回路の抵抗により減衰して、電流零点になると副遮断器2を開極し、直流回路が開路される。
なお、開路後には、転流スイッチ9と分流スイッチ4とは同時に開かれる。このため、ここでは、転流スイッチ9と分流スイッチ4とは、同時に開閉動作するようになっている。
ここで、主遮断器1で遮断された事故電流は、可飽和変圧器22の二次巻線が例えば定格電流の5千A以上で磁気飽和状態になるようになっているので、数十kAの大電流時には巻線の抵抗が小さくなり、また、サージアブソーバ6は、遮断されたときに発生する過電圧で素子の抵抗が小さくなる。これらのことから、可飽和回路5に用いた可飽和変圧器22の二次巻線およびサージアブソーバ6には、それぞれ事故電流が分流されることになる。
上記実施例4の直流遮断器によれば、主遮断器1に可飽和変圧器22の二次巻線およびサージアブソーバ6を並列接続しているので、事故電流が可飽和変圧器22の二次巻線とサージアブソーバ6とに分流し、実施例1と同様の効果を得ることができる。
なお、上記実施例4では転流回路10の第1のコンデンサ7を単独で用いたが、複数のコンデンサを直列、並列接続し、実施例2、実施例3のように事故電流の大きさにより、コンデンサの容量を変えて転流電流を注入してもよい。
次に、本発明の実施例5に係る直流遮断器を図5を参照して説明する。図5は、本発明の実施例5に係る直流遮断器の可飽和回路および転流回路の構成図である。なお、この実施例5が実施例4と異なる点は、可飽和回路の構成である。図5において、図4と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図5に示すように、可飽和回路5に用いた可飽和変圧器22の一次巻線の端子間には、一次と二次との巻線比を変えることのできる第4の短絡スイッチ23が接続されている。また、可飽和変圧器22の一次巻線の端子間には、第1のコンデンサ7、第1のリアクトル8および転流スイッチ9を直列接続した転流回路10が並列接続されている。
そして、直流回路に事故電流が流れた場合、図示しない検出器で電流値を計測し、例えば定格電流の5倍以上の大電流では第4の短絡スイッチ23を閉じ、転流スイッチ9が動作するようになっている。また、定格電流の5倍以下の電流では第4の短絡スイッチ23を開いた状態にして転流スイッチ9が動作するようになっている。このため、事故電流の大きさにより可飽和変圧器22の巻線比を変えることができ、転流回路10から注入される第1のコンデンサ7からの転流電流を制御することができる。
上記実施例5の直流遮断器によれば、実施例1の効果の他に、事故電流の大きさにより転流電流を制御することができる。
次に、本発明の実施例6に係る直流遮断器を図6を参照して説明する。図6は、本発明の実施例6に係る直流遮断器の可飽和回路、転流回路および放電回路の構成図である。なお、この実施例6が実施例4と異なる点は、可飽和回路に放電回路を設けたことである。図6において、図4と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図6に示すように、可飽和回路5に用いた可飽和変圧器22の二次巻線の端子間には、放電回路24が並列接続されている。この放電回路24には、可飽和変圧器22の残留磁束に伴う残留電圧を検出する電圧検出器25、および直列接続した第6のコンデンサ26、放電抵抗27、放電スイッチ28が並列接続されている。また、電圧検出器25には、レベル検出器29が接続され、放電スイッチ28に連動されている。
そして、直流回路に事故電流が流れ、主遮断器1で遮断し、次いで副遮断器2で直流回路を開路した場合、電圧検出器25で可飽和回路5の残留電圧が所定値以上に検出されると、レベル検出器29からの信号で放電スイッチ28を閉じ、予め充電されている第6のコンデンサ26の電荷を可飽和回路5に注入するようになっている。これにより、可飽和回路5の電荷を完全に放電させることができる。
上記実施例6の直流遮断器によれば、実施例1の効果の他に、可飽和回路5の電荷を放電させることができる。
次に、本発明の実施例7に係る直流遮断器を図7および図8を参照して説明する。図7は、本発明の実施例7に係る主遮断器に並列接続されるサージアブソーバおよび可飽和回路の構成図、図8は、本発明の実施例7に係るサージアブソーバの動作を説明する図である。なお、この実施例7が実施例6と異なる点は、サージアブソーバである。図7において、図6と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図7に示すように、並列接続した可飽和回路5および転流回路10には、第1のサージアブソーバ30と第2のサージアブソーバ31とが並列接続されている。そして、図8に示すように、第1のサージアブソーバの電圧−電流特性は、特性Aで示すように例えばZnO素子からなり、電圧と電流との非直線性が大きいものである。また、第2のサージアブソーバ31の電圧−電流特性は、特性Bで示すように例えばSiC素子からなり、第1のサージアブソーバ30よりも低い電圧から動作を始めるとともに、非直線性が小さく、例えば定格電流の5千A以上の所定の電流値を超える領域から第1のサージアブソーバ30の制限電圧を超えるものである。
上記実施例7の直流遮断器によれば、実施例1の効果の他に、第2のサージアブソーバ31が低い電圧から動作を始め、事故電流が増加していくと第1のサージアブソーバ30に動作が切替わるので、過電圧を更に抑制することができる。
1 主遮断器
2 副遮断器
3 可飽和リアクトル
4 分流スイッチ
5 可飽和回路
6 サージアブソーバ
7 第1のコンデンサ
8 第1のリアクトル
9 転流スイッチ
10 転流回路
11 第2のコンデンサ
12 第2のリアクトル
13 第3のコンデンサ
14 第3のリアクトル
15 第1の短絡スイッチ
16 第4のコンデンサ
17 第4のリアクトル
18 第2の短絡スイッチ
19 第5のコンデンサ
20 第5のリアクトル
21 第3の短絡スイッチ
22 可飽和変圧器
23 第4の短絡スイッチ
24 放電回路
25 電圧検出器
26 第6のコンデンサ
27 放電抵抗
28 放電スイッチ
29 レベル検出器
30 第1のサージアブソーバ
31 第2のサージアブソーバ
2 副遮断器
3 可飽和リアクトル
4 分流スイッチ
5 可飽和回路
6 サージアブソーバ
7 第1のコンデンサ
8 第1のリアクトル
9 転流スイッチ
10 転流回路
11 第2のコンデンサ
12 第2のリアクトル
13 第3のコンデンサ
14 第3のリアクトル
15 第1の短絡スイッチ
16 第4のコンデンサ
17 第4のリアクトル
18 第2の短絡スイッチ
19 第5のコンデンサ
20 第5のリアクトル
21 第3の短絡スイッチ
22 可飽和変圧器
23 第4の短絡スイッチ
24 放電回路
25 電圧検出器
26 第6のコンデンサ
27 放電抵抗
28 放電スイッチ
29 レベル検出器
30 第1のサージアブソーバ
31 第2のサージアブソーバ
Claims (5)
- 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可飽和部材および分流スイッチを直列接続した可飽和回路と、
この主遮断器に並列接続されたサージアブソーバと、
この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を備え、
前記転流スイッチと前記分流スイッチとを同時に開閉動作させるようにしたことを特徴とする直流遮断器。 - 可飽和部材は、可飽和リアクトルもしくは可飽和変圧器からなることを特徴とする請求項1に記載の直流遮断器。
- 前記転流回路のコンデンサを複数個とし、前記直流回路に通電される電流の所定値を境にして前記コンデンサの直列、並列接続を切替えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の直流遮断器。
- 前記可飽和回路にコンデンサと放電抵抗を直列接続した放電回路を並列接続し、前記主遮断器で直流回路の電流を遮断し、次いで前記副遮断器で前記直流回路を開路後、前記可飽和回路の残留電圧を前記放電回路により放電させたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の直流遮断器。
- 前記サージアブソーバを複数として並列接続し、一方の電圧−電流特性に対し、他方の電圧−電流特性を、低い電圧から動作を始めるようにして、所定の電流値以上から制限電圧が高くなるようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の直流遮断器。
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---|---|---|---|
JP2004026265A JP2005222705A (ja) | 2004-02-03 | 2004-02-03 | 直流遮断器 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004026265A JP2005222705A (ja) | 2004-02-03 | 2004-02-03 | 直流遮断器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2005222705A true JP2005222705A (ja) | 2005-08-18 |
Family
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