JP2005222705A - 直流遮断器 - Google Patents

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

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。

本発明の実施例１に係る直流遮断器の回路構成図。 本発明の実施例２に係る直流遮断器の転流回路図。 本発明の実施例３に係る直流遮断器の転流回路図。 本発明の実施例４に係る直流遮断器の回路構成図。 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。 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。 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。 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。

符号の説明

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

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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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