JP2006032077A

JP2006032077A - 直流遮断器

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Publication number: JP2006032077A
Application number: JP2004208126A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Niwa; 芳充丹羽; Jun Matsuzaki; 順松崎; Hideji Kikuchi; 秀二菊地; Kunio Yokokura; 邦夫横倉; Akihisa Kataoka; 秋久片岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: JP4660131B2

Abstract

【課題】直流遮断器に用いられる転流回路の耐電圧特性を改善する。
【解決手段】直流電流を遮断する主遮断器１と、この主遮断器１に直列に接続された副遮断器２と、直列に接続した転流スイッチ５、リアクトル４、および転流コンデンサ３を有し前記主遮断器１に並列に接続された転流回路６と、前記転流回路６の前記転流コンデンサ３を充電する充電回路１０とを備え、電源側と負荷側の間に設置される直流遮断器において、前記リアクトル４および前記転流コンデンサ３が前記転流スイッチ５よりも負荷側に接続されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、転流回路の耐電圧特性を改善し得る直流遮断器に関する。

電気鉄道用き電回路のような直流回路においては、電源側に直流遮断器が設けられ、直流回路の事故電流や通電電流の開閉が行われている。

従来の直流遮断器は、図７に示すように、直流回路の電源側（Ｐ）−負荷側（Ｎ）間に接離自在の一対の接点を有する主遮断器１と副遮断器２とが直列接続されている。主遮断器１には、転流コンデンサ３、リアクトル４および転流スイッチ５を有する転流回路６が並列接続されている。そして、転流スイッチ５が、転流コンデンサ３およびリアクトル４よりも負荷側に接続されている。また、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サージアブソーバ７が並列接続されている。

このような回路構成において、直流回路に事故電流が流れた場合、転流スイッチ５が閉じられ、主遮断器１に転流回路６から振動性の転流電流を注入して事故電流を遮断し、次いで副遮断器２で直流回路を開路するようになっている。

この場合、転流コンデンサ３は、負荷側が正極性に充電されているので、転流電流は、転流コンデンサ３→リアクトル４→転流スイッチ５→主遮断器１→転流コンデンサ３で形成される閉回路を流れる。そして、事故電流の向きと逆方向の転流電流により零点が形成され、主遮断器１で容易に遮断できるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平３−６７４２９号公報（第７ページ、第３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１と副遮断器２とを閉極すると、直流回路には運転電圧Ｖ０が印加される。即ち、主遮断器１および副遮断器２は対地電位Ｖ０の電位となる。この場合、転流スイッチ５は開路されており、また、転流コンデンサ３は予め所定の充電電圧Ｖｃに充電された状態にある。

そして、転流回路６を構成する機器のうち、リアクトル４、リアクトル４と接続されている転流コンデンサ３の一方の端子、およびリアクトル４と接続されている転流スイッチ５の一方の端子のそれぞれの対地間には、運転電圧Ｖ０と充電電圧Ｖｃとが同極性のため、これらを加算した電圧Ｖｘ（＝Ｖ０＋Ｖｃ）が加わることになる。したがって、これらの機器の対地間絶縁は、電圧Ｖｘに耐え得る耐電圧性能を必要とする。

このように高い耐電圧性能を得るためには、例えばリアクトル４の対地間の絶縁構造や転流コンデンサ３の端子を構成する対地間絶縁のブッシングなどを大型化しなければならず、転流回路６を構成する機器に加わる電圧の低減が望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、転流回路に加わる電圧を低減し、耐電圧性能を改善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、直流電流を遮断する主遮断器と、この主遮断器に直列に接続された副遮断器と、直列に接続した転流スイッチ、リアクトル、および転流コンデンサを有し前記主遮断器に並列に接続された転流回路と、前記転流回路の前記転流コンデンサを充電する充電回路とを備え、電源側と負荷側の間に設置される直流遮断器において、前記リアクトルおよび前記転流コンデンサが前記転流スイッチよりも負荷側に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、直流遮断器の転流回路において、所定の電圧で充電された転流コンデンサの充電電圧と直流回路の運転電圧とが加算されないようにしているので、転流回路を構成する機器の対地間に加わる電位差が抑制され、これらの機器を低減した絶縁とすることができる。

以下、本発明による直流遮断器を図面を参照して説明する。

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。なお、図１において、従来と同様の構成部分については、同一符号を付した。

図１に示すように、直流回路の電源側（Ｐ）−負荷側（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と副遮断器２とが直列接続されている。主遮断器１には、転流スイッチ５、リアクトル４および転流コンデンサ３を有する転流回路６が並列接続されている。この転流回路６には、転流スイッチ５、リアクトル４および転流コンデンサ３が、この順序で直列接続され、転流コンデンサ３が負荷側に設けられている。また、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サージアブソーバ７が並列接続されている。

また、転流コンデンサ３の端子間には、充電回路１０が接続され、直流回路の電圧（主遮断器１の対地電位）が正極性の場合、副遮断器２側の端子が同極性の正極性に充電されている。この充電回路１０には、直列接続された第１の保護抵抗１１、第１の充電スイッチ１２および第１のダイオード１３と、同様に直列接続された第２の保護抵抗１４、第２の充電スイッチ１５および第１のダイオード１３と電流の向きが逆向きの第２のダイオード１６とが並列接続され、電源１７に接続されている。また、直流回路に接続された極性判別器１８により、第１の充電スイッチ１２または第２の充電スイッチ１５が動作するようになっている。

そして、直流回路に事故電流が流れた場合、図示しない制御回路からの信号により、主遮断器１が開極を始め、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５が閉じられ、事故電流に転流回路６からの振動性の転流電流を重畳して主遮断器１で事故電流を遮断し、次いで副遮断器２で直流回路を開路するようになっている。この場合、転流コンデンサ３は、負荷側の端子が正極性に充電されているので、転流電流は、転流コンデンサ３→主遮断器１→転流スイッチ５→リアクトル４→転流コンデンサ３で形成される閉回路を流れる。そして、事故電流の向きと逆方向の転流電流により、零点が形成され、主遮断器１で遮断できるようになっている。

ここで、転流コンデンサ３の充電においては、主遮断器１の対地電位の極性を極性判別器１８で検出し、例えば主遮断器１の対地電位が正極性であれば、第１の充電スイッチ１２を閉路して、転流コンデンサ３の負荷側の端子が正極性に充電されるようになっている。逆に、主遮断器１の対地電位が負極性であれば、第２の充電スイッチ１５が閉路され、転流コンデンサ３の負荷側の端子が負極性に充電されるようになっている。

このような極性で所定の電圧Ｖｃに充電された転流コンデンサ３において、主遮断器１と副遮断器２とを閉極して、直流回路に運転電圧Ｖ０を印加したときの転流回路６の電位差を説明する。

転流回路６を構成する機器のうち、リアクトル４と接続されている転流コンデンサ３の一方の端子から、リアクトル４、およびリアクトル４と接続されている転流スイッチ５の一方の端子までの間のそれぞれの対地間には、主遮断器１の対地電位がＶ０となるため、運転電圧Ｖ０から充電電圧Ｖｃを減算した電圧Ｖｚ（＝Ｖ０−Ｖｃ）が加わることになる。即ち、例えば主遮断器１の対地電位の極性が正極性であれば、リアクトル４と接続されている転流コンデンサ３の一方の端子から、リアクトル４、およびリアクトル４と接続されている転流スイッチ５の一方の端子までの間は、負極性となるので、これらの機器の対地間に加わる電位差は減算されることになる。

この電圧Ｖｚは、運転電圧Ｖ０と充電電圧Ｖｃを加算した電圧Ｖｘよりも低くなる。このため、これらの機器の対地間絶縁は、電圧Ｖｚに耐え得る耐電圧性能でよく、低減した絶縁とすることができる。

上記実施例１の直流遮断器によれば、転流回路６を転流スイッチ５、リアクトル４および転流コンデンサ３の順序で直列接続し、転流コンデンサ３を負荷側に設けるともに、転流コンデンサ３の負荷側の端子を直流回路の極性と同極性に充電しているので、リアクトル４と接続されている転流コンデンサ３の一方の端子から、リアクトル４、およびリアクトル４と接続されている転流スイッチ５の一方の端子までの間のこれらの対地間に加わる電位差を抑制でき、これらの機器を低減した絶縁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の回路構成図である。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、実施例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６には、リアクトル４、転流スイッチ５および転流コンデンサ３が、この順序で直列接続され、副遮断器２側に転流コンデンサ３が設けられている。また、転流コンデンサ３の副遮断器２側の端子には、直流回路の極性と同極性の所定の電圧Ｖｃが充電されている。

このような極性で充電された転流コンデンサ３において、主遮断器１と副遮断器２とを閉極して、直流回路に運転電圧Ｖ０を印加したときの転流回路６の電位差を説明する。

転流回路６を構成する機器のうち、転流コンデンサ３と転流スイッチ５とを接続しているそれぞれの端子間の対地間には、運転電圧Ｖ０と充電電圧Ｖｃとを減算した電圧Ｖｚ（＝Ｖ０−Ｖｃ）が加わることになる。即ち、例えば主遮断器１の対地電位の極性が正極性であれば、転流コンデンサ３の一方の端子と転流スイッチ５の一方の端子間は、負極性となっているので、これらの対地間に加わる電位差は減算されることになる。

上記実施例２の直流遮断器によれば、転流回路６の機器を、リアクトル４、転流スイッチ５、および転流コンデンサ３の順序で直列接続し、転流コンデンサ３を負荷側に設け、転流コンデンサ３の負荷側の端子を主遮断器１の対地電位の極性と同極性の電圧で充電しているので、転流コンデンサ３と転流スイッチ５とを接続しているそれぞれの端子間に加わる電位差を抑制でき、これらの機器を低減した絶縁とすることができる。

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の回路構成図である。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、実施例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６には、第１の転流スイッチ１９、転流コンデンサ３、リアクトル４、および第２の転流スイッチ２０の順序で、これらが直列接続されている。ここで、転流コンデンサ３とリアクトル４との順序は入れ替わってもよい。また、第１の転流スイッチ１９と第２の転流スイッチ２０とは、連動して開閉されるようになっている。

そして、主遮断器１と副遮断器２とを閉極して、直流回路に運転電圧Ｖ０を印加したときの転流回路６の電位差を説明する。

第１の転流スイッチ１９の一方の端子から転流コンデンサ３の一方の端子までの機器と、第２の転流スイッチ２０の一方の端子からリアクトル４を介して転流コンデンサ３の他方の端子までの機器との対地間の静電容量を同様とすれば、転流コンデンサ３の対地間には、転流コンデンサ３を所定の電圧Ｖｃで充電した時、１／２Ｖｃ（＝対地間電圧Ｖｃ１）が加わる。

そして、転流コンデンサ３が充電される極性によって、これらの機器の対地間には、対地間電圧Ｖｃ１が加算、もしくは減算された電圧Ｖｚ１（＝Ｖ０±Ｖｃ１）が加わることになる。即ち、転流コンデンサ３の負荷側の端子が、直流回路と同極性であれば減算した電圧になり、異極性であれば加算した電圧になる。この電圧Ｖｚ１は、運転電圧Ｖ０と充電電圧Ｖｃとを加算した電圧Ｖｘよりも低くなる。

上記実施例３の直流遮断器によれば、第１の転流スイッチ１９と第２の転流スイッチ２０間に、転流コンデンサ３とリアクトル４とを接続しているので、転流コンデンサ３とリアクトル４との対地間に加わる電位差を抑制でき、これらの機器を低減した絶縁とすることができる。

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転流回路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、転流回路の構成である。図４において、実施例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、転流回路６には、転流スイッチ５、副リアクトル２１、副転流コンデンサ２２、リアクトル４および転流コンデンサ３の順序で、これらが直列接続され、転流コンデンサ３が負荷側に設けられている。また、副リアクトル２１と副転流コンデンサ２２とには、切替スイッチ２３が並列接続されている。これは、転流電流を制御するためのものであり、切替スイッチ２３を閉路すれば転流電流を増大することができ、また、開路すれば抑制することができる。

上記実施例４の直流遮断器によれば、副リアクトル２１や副転流コンデンサ２２などを接続し、転流電流を制御する転流回路６においても、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、実施例１の転流回路６に副リアクトル２１と副転流コンデンサ２２とを直列接続して説明したが、実施例２および実施例３の転流回路６においても、これらの副リアクトル２１、副転流コンデンサ２２および切替スイッチ２３を接続してもよい。ここで、リアクトル４と副リアクトル２１とを合わせて、単に転流回路６のリアクトル、また、転流コンデンサ３と副転流コンデンサ２２とを合わせて、単に転流回路６の転流コンデンサと称す。

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転流回路の回路構成図である。なお、この実施例５が実施例１と異なる点は、転流回路の構成である。図５において、実施例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５に示すように、転流回路６には、転流スイッチ５、副リアクトル２１、副転流コンデンサ２２、リアクトル４および転流コンデンサ３の順序で、これらが直列接続され、転流コンデンサ３が負荷側に設けられている。また、副リアクトル２１には、切替スイッチ２４が並列接続されている。これは、転流電流を制御するためのものであり、切替スイッチ２４を閉路すれば転流電流を増大することができ、また、開路すれば抑制することができる。

上記実施例５の直流遮断器によれば、副リアクトル２１や副転流コンデンサ２２などを接続し、転流電流を制御する転流回路６においても、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５では、実施例１の転流回路６に副リアクトル２１と副転流コンデンサ２２とを直列接続して説明したが、実施例２および実施例３の転流回路６においても、これらの副リアクトル２１、副転流コンデンサ２２および切替スイッチ２４を接続してもよい。ここで、リアクトル４と副リアクトル２１とを合わせて、単に転流回路６のリアクトル、また、転流コンデンサ３と副転流コンデンサ２２とを合わせて、単に転流回路６の転流コンデンサと称す。

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転流回路の回路構成図である。なお、この実施例６が実施例１と異なる点は、転流回路の構成である。図６において、実施例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６に示すように、転流回路６には、転流スイッチ５、副リアクトル２１、副転流コンデンサ２２、リアクトル４および転流コンデンサ３の順序で、これらが直列接続され、転流コンデンサ３が負荷側に設けられている。また、副転流コンデンサ２２には、切替スイッチ２５が並列接続されている。これは、転流電流を制御するためのものであり、切替スイッチ２５を閉路すれば転流電流を増大することができ、また、開路すれば抑制することができる。

上記実施例６の直流遮断器によれば、副リアクトル２１や副転流コンデンサ２２などを接続し、転流電流を制御する転流回路６においても、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６では、実施例１の転流回路６に副リアクトル２１と副転流コンデンサ２２とを直列接続して説明したが、実施例２および実施例３の転流回路６においても、これらの副リアクトル２１、副転流コンデンサ２２および切替スイッチ２５を接続してもよい。ここで、リアクトル４と副リアクトル２１とを合わせて、単に転流回路６のリアクトル、また、転流コンデンサ３と副転流コンデンサ２２とを合わせて、単に転流回路６の転流コンデンサと称す。

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の回路構成図。本発明の実施例３に係る直流遮断器の転流回路の回路構成図。本発明の実施例４に係る直流遮断器の転流回路の回路構成図。本発明の実施例５に係る直流遮断器の転流回路の回路構成図。本発明の実施例６に係る直流遮断器の転流回路の回路構成図。従来の直流遮断器の回路構成図。

符号の説明

１主遮断器
２副遮断器
３転流コンデンサ
４リアクトル
５転流スイッチ
６転流回路
７サージアブソーバ
１０充電回路
１１第１の保護抵抗
１２第１の充電スイッチ
１３第１のダイオード
１４第２の保護抵抗
１５第２の充電スイッチ
１６第２のダイオード
１７電源
１８極性判別器
１９第１の転流スイッチ
２０第２の転流スイッチ
２１副リアクトル
２２副転流コンデンサ
２３、２４、２５切替スイッチ

Claims

直流電流を遮断する主遮断器と、
この主遮断器に直列に接続された副遮断器と、
直列に接続した転流スイッチ、リアクトル、および転流コンデンサを有し前記主遮断器に並列に接続された転流回路と、
前記転流回路の前記転流コンデンサを充電する充電回路とを備え、電源側と負荷側の間に設置される直流遮断器において、
前記リアクトルおよび前記転流コンデンサが前記転流スイッチよりも負荷側に接続されていることを特徴とする直流遮断器。
直流電流を遮断する主遮断器と、
この主遮断器に直列に接続された副遮断器と、
直列に接続した第１の転流スイッチ、転流コンデンサ、リアクトルおよび第２の転流スイッチを有し前記主遮断器に並列に接続された転流回路と、
前記転流回路の前記転流コンデンサを充電する充電回路とを備え、
前記リアクトルおよび前記転流コンデンサは、前記第１の転流スイッチと前記第２の転流スイッチ間に接続され、前記第１の転流スイッチと前記第２の転流スイッチは連動して開閉することを特徴とする直流遮断器。
前記充電回路は、前記直流遮断器に印加されている対地電位の極性を検出し、その極性の検出に基づいて前記転流コンデンサの極性を切替えて充電する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。