JP2013196895A - 直流遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】吸収可能なエネルギーを増加することができる直流遮断器を提供する。
【解決手段】直流遮断器は、主遮断器１と副遮断器２が直列接続され、主遮断器１に流れる電流と逆向きの電流を通電する転流回路５が、主遮断器１に並列接続される直流遮断器において、エネルギー吸収素子３と抵抗４とを直列接続した補助回路を主遮断器１に並列接続する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電気鉄道等の直流系統で生じる事故電流を遮断する直流遮断器に関する。

一般に、電気鉄道用き電回路のような直流回路は、直流電源の電源側に流れる事故電流や通電電流を遮断する直流遮断器を備える。直流遮断器は、直流回路の負荷側に配置される主遮断器と電源側に配置される副遮断器とを備える。両遮断器は直列に接続される。主遮断器には、事故電流の遮断時に、直流系統に蓄えられるエネルギーを吸収するエネルギー吸収素子及び自器に流れる電流と逆向きの電流を通電する転流回路が並列接続される。直流遮断器は、上記構成により、直流系統で生じる事故電流を遮断する。

ところで、近年の電気鉄道用き電回路を用いた電車等では、消費電力が増大している。また、消費電力の増大と共に、電源容量を大容量化しているため、直流系統に蓄えられるエネルギーも増加している。

特開２００１−１７６３６３号公報 特開２００８−４３７３号公報

以上のように、従来の直流遮断器では、直流系統に蓄えられるエネルギーの増加に伴い、エネルギー吸収量の増加を要求されている。

そこで、本実施形態は、上記の課題を鑑みてなされたもので、吸収可能なエネルギーを容易に増加することができる直流遮断器を提供することを目的とする。

本実施形態によれば、直流遮断器は、主遮断器と副遮断器が直列接続され、前記主遮断器に流れる電流と逆向きの電流を通電する転流回路が、前記主遮断器に並列接続される直流遮断器において、エネルギー吸収素子と抵抗とを直列接続した補助回路を前記主遮断器に並列接続する。

第１の実施形態に係る直流遮断器の構成を示す回路図である。 直流遮断器での事故電流遮断時の電流波形を示す波形図である。 エネルギー吸収素子での事故電流遮断時の電流波形を示す波形図である。 第２の実施形態に係る直流遮断器の構成を示す回路図である。 第３の実施形態に係る直流遮断器の構成を示す回路図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る直流遮断器の構成を示す回路図である。

図１に示す直流遮断器は、直流回路の負荷側に配置される主遮断器１と電源側に配置される副遮断器２とを備え、両遮断器を直列に接続して構成される。主遮断器１にはエネルギー吸収素子３と抵抗４とを直列接続した補助回路が並列に接続され、さらに転流スイッチ６、転流コンデンサ７及び転流リアクトル８が直列接続された転流回路５が並列に接続されている。

上記エネルギー吸収素子３には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のように所定の電圧以上で抵抗が低下する非線形抵抗を適用する。所定の電圧以上とは、転流回路５の充電電圧以上、且つ直流系統にかかる電圧以上である。また、エネルギー吸収素子３に直列接続する抵抗４として、可変抵抗を使用してもよい。

また、転流回路５において、転流コンデンサ７は、図示していない充電装置により、所定の電圧に充電されているものとする。

上記構成による直流遮断器において、直流系統に流れる電流を遮断する場合は、まず、主遮断器１を開極し、転流スイッチ６を閉じて転流コンデンサ７を放電し、主遮断器１に流れる電流と逆方向の転流電流を通電することにより、主遮断器１に流れる電流を０にして遮断する。主遮断器１に流れる電流が０になると、並列に接続された補助回路のエネルギー吸収素子３に電流が流れ、これによって直流電流が減衰する。続いて、転流スイッチ６を閉じたのち副遮断器２を開極する。これにより、電源側から負荷側に流れる直流電流が減衰し０となって遮断が完了する。

事故電流を遮断した時の直流遮断器の電流波形は図２に示すようになり、エネルギー吸収素子３の電流波形は図３に示すようになる。事故電流の遮断時において、図３に示すように、主遮断器１に流れる電流が０になった後は、エネルギー吸収素子３と抵抗４による補助回路に電流が流れ、直流系統のエネルギーはエネルギー吸収素子３と抵抗４に吸収される。

本実施形態によれば、事故電流による直流系統のエネルギーが増加する場合でも、その増加量に伴って補助回路のエネルギー吸収素子３及び抵抗４の抵抗値を選定することにより、エネルギー吸収素子３では吸収仕切れないエネルギーを抵抗４で吸収することができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る直流遮断器の構成を示す回路図である。なお、図４において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。

図４に示す直流遮断器は、エネルギー吸収素子３及び抵抗４の直列回路を複数個用意し、互いに並列接続して補助回路を形成し、当該補助回路を主遮断器１に並列接続する。

すなわち、直流系統に蓄えられるエネルギーの増加に対応するため、この実施形態では、並列接続するエネルギー吸収素子３の個数を増加して、事故電流の遮断時に吸収可能なエネルギーを増加させている。また、負荷のインダクタンスが大きい場合や連続して事故電流遮断を行う場合でもエネルギーが大きくなるため、同様に、並列接続するエネルギー吸収素子３の個数を増加して、吸収可能なエネルギーを増加させている。

但し、エネルギー吸収素子３のもつ抵抗値は均一でなくばらつきがある。このため、例えば、抵抗値の低い素子に多くの事故電流、つまり、エネルギーが集中することが考えられる。したがって、並列接続するエネルギー吸収素子３の個数の増加による吸収可能なエネルギーの増加には限界がある。

そこで、本実施形態では、各エネルギー吸収素子３のもつ抵抗値に合わせて抵抗値調整用の抵抗４を直列に接続し、各エネルギー吸収素子３と抵抗４との直列回路がいずれも同じ抵抗値となるように均一化して、各エネルギー吸収素子３のばらつきによるエネルギー集中を改善し、全体のエネルギー吸収量を増加させている。

すなわち、本実施形態の補助回路では、複数のエネルギー吸収素子３を並列接続する場合に、エネルギー吸収素子３の抵抗値のばらつきを考慮し、動作電圧が低い素子３には比較的抵抗値が高い抵抗４を接続し、動作電圧が高い素子３には比較的抵抗値の低い抵抗４を接続することで、複数あるエネルギー吸収素子３及び抵抗４の直列回路の抵抗値を均一にする。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

上記構成によれば、事故電流を遮断した時、図２に示すように主遮断器１に流れる電流が０になった後は、複数あるエネルギー吸収素子３と抵抗４の直列回路それぞれに電流が流れ、直流系統のエネルギーは複数の直列回路におけるエネルギー吸収素子３及び抵抗４に吸収されるようになり、吸収量を飛躍的に増大するが可能となる。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る直流遮断器の構成を示す回路図である。図５において、図１及び図４と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。

図５に示す直流遮断器は、複数あるエネルギー吸収素子３を互いに並列に接続し、この並列接続回路に１個の抵抗４の直列に接続して補助回路を形成し、主遮断器１に並列接続する。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

事故電流を遮断した時、図２に示すように主遮断器１に流れる電流が０になった後は、複数あるエネルギー吸収素子３の並列回路と抵抗４との直列回路に電流が流れ、直流系統へのエネルギーは複数のエネルギー吸収素子３及び抵抗４に吸収される。

上記構成によれば、エネルギー吸収素子３の並列素子数分、エネルギー吸収量を増加させることができ、さらに抵抗４によってもエネルギー吸収量を増加させることができる。

（実施形態の効果）
上記第１の実施形態乃至第３の実施形態は、転流コンデンサ７の充電電圧値の電圧において、主遮断器１に並列接続されたエネルギー吸収素子３と抵抗４の直列回路の抵抗値が、主遮断器１の抵抗値より１００倍以上と十分大きい。エネルギー吸収素子３と抵抗４の直列回路の抵抗値が、主遮断器１の抵抗より十分大きいため、事故電流の遮断時に、転流回路５より高周波電流を通電すると、高周波電流は、ほぼ全て主遮断器１に流れ、主遮断器１での電流零点の生成に寄与する。

また、上記第２の実施形態乃至第３の実施形態において、エネルギー吸収素子３と抵抗４の直列回路の抵抗値が、エネルギー吸収素子３と抵抗４の直列回路で均一となっている。このように抵抗値が均一となることにより、事故電流の遮断時において、主遮断器１に流れる電流が０になった後には、複数あるエネルギー吸収素子３の並列回路と抵抗４との直列回路に均等に電流が流れ、系統のエネルギーは均等にエネルギー吸収素子３及び抵抗４に吸収される。

また、上記第２の実施形態乃至第３の実施形態において、エネルギー吸収素子３と抵抗４の直列回路の両端にかかる電圧が変化しても、直列回路それぞれに同じ電流が分配される。事故電流の遮断時において、主遮断器１に流れる電流が０になった後は、エネルギー吸収素子３と抵抗４との直列回路を均等に電流が流れ、直流系統のエネルギーは、均等にエネルギー吸収素子３及び抵抗４に吸収される。

以上の実施形態により、エネルギー吸収素子３にばらつきがあっても、ばらつきにあわせて抵抗４を直列接続するので、それぞれの直列回路を均一な抵抗値にすることができる。その結果、事故電流の遮断時でも、直列回路に均等に電流が流れ、系統のエネルギーは均等にエネルギー吸収素子３及び抵抗４に吸収される。また、抵抗４を接続することにより、抵抗値が増加し、吸収可能なエネルギーを増加することができる。

したがって、本実施形態によれば、吸収可能なエネルギーを容易に増加させることができる。さらに、複数のエネルギー吸収素子を並列接続して吸収可能なエネルギーを増加させる場合でも、個々の素子の抵抗値のばらつきを均一化することが可能となり、並列接続する個数の制限も解消させることができる。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…主遮断器、２…副遮断器、３…エネルギー吸収素子、４…抵抗、５…転流回路、６…転流スイッチ、７…転流コンデンサ、８…転流リアクトル。

Claims (8)

1. 主遮断器と副遮断器が直列接続され、前記主遮断器に流れる電流と逆向きの電流を通電する転流回路が、前記主遮断器に並列接続される直流遮断器において、エネルギー吸収素子と抵抗とを直列接続した補助回路を前記主遮断器に並列接続することを特徴とする直流遮断器。
2. 前記補助回路は、前記エネルギー吸収素子と抵抗との直列回路を複数個並列に接続してなることを特徴とする請求項１記載の直流遮断器。
3. 前記補助回路は、前記エネルギー吸収素子を複数個並列接続し、その並列回路に抵抗を直列に接続してなることを特徴とする請求項１記載の直流遮断器。
4. 前記エネルギー吸収素子は、所定の電圧以上で抵抗値が低下する非線形抵抗特性を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の直流遮断器。
5. 前記補助回路の抵抗には可変抵抗が含まれることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の直流遮断器。
6. 前記補助回路は、前記エネルギー吸収素子と抵抗との直列回路の抵抗値が、前記主遮断器の抵抗値より十分大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の直流遮断器。
7. 前記補助回路は、前記エネルギー吸収素子と抵抗とを直列に接続した複数の回路の抵抗値が互いに均一となっていることを特徴とする請求項２乃至３のいずれか記載の直流遮断器。
8. 前記補助回路は、前記複数のエネルギー吸収素子と抵抗との複数の直列回路の両端にかかる電圧が変化しても、前記直列回路それぞれに同じ電流が分配されることを特徴とする請求項２乃至３のいずれか記載の直流遮断器。

Images