JP2017004869A - 直流電流遮断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流事故電流を高速に遮断する機能を有し、かつ一過性の事故と永続性の事故を見分け、一過性の事故時には事故除去後速やかに再送電を実現する。【解決手段】直流電流遮断装置１０Ａは、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４が直列に接続された直列回路部に、Ｈブリッジ群回路６と半導体遮断装置５を並列に接続する。Ｈブリッジ群回路６は、直流系統事故が発生すると、機械接点式遮断装置３および機械接点式断路装置４に流れる電流をゼロとする制御を行う。半導体遮断装置５は、直流系統事故が発生すると、オフ状態からオン状態に移行して事故電流を転流させ、オン状態から再度オフ状態に移行して当該事故電流を遮断する。さらに半導体遮断装置５は、再度オン状態から再度オン状態に移行する再閉路動作を行い、事故電流の除去を確認する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、一過性の事故を除去後、速やかに再送電を実現できる直流電流遮断装置に関するものである。

近年、風力発電、太陽光発電、太陽熱発電などの再生可能エネルギーを利用した発電システムの普及が促進されており、より大電力の再生可能エネルギーを得ることが求められている。そのため、発電システムの大規模化が検討され始めている。このような発電システムは広大な用地、例えば、洋上な砂漠など、電力消費地である都市部から離れた場所に設置されることが多い。

洋上風力発電では、洋上発電された大電力を、洋上から都市部まで海底ケーブルで送電する必要があるし、また砂漠地帯での太陽光あるいは太陽熱の発電でも、発電した大電力を、大陸奥部の砂漠地帯から沿岸地帯の大都市まで送電する必要がある。つまり、電力消費地から離れた再生可能エネルギー利用の発電システムでは、大電力を長距離にわたって送電することが必要となっている。

このような要求に対応するために、長距離大電力の送電に際して、直流送電システムが適用されている。直流送電システムは、従来の三相交流による交流送電システムに比べて、送電損失が少なくて高効率であり、且つコストを抑えながら設置することが可能である。このため、直流送電網の構築が検討され始めている。

ところで、交流送電システムにおいては、交流周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの半サイクルごとに交流電流がゼロ点を横切るので、これを利用して、機械接点式遮断装置によって交流電流を容易に遮断することが可能である。これに対して、直流送電システムでは、直流電流がゼロ点を横切ることが無い。そのため、落雷などによって系統事故が発生したとき、機械接点式遮断装置によって直流電流を遮断しようとすると、アークが発生してしまい、直流電流を容易に遮断することができない。

通常、電力送電網を構築する場合、事故発生点を送電網から高速に切り離して健全な送電網だけで運転継続を行うことが要求されている。しかし、前述したように系統事故時に事故電流を高速に遮断できないといった制約があると、直流送電システムを構築することが困難となる。

そこで、以上の要求に応えるべく、直流電流の高速遮断を実現する直流電流遮断装置が提案されている。この直流電流遮断装置では、Ｈブリッジユニットを複数直列に接続した回路構成が採用されている。Ｈブリッジユニットとは、直流送電網の本線上に、自己消弧能力を持つ半導体素子を直列に２個接続したレグを２つと、コンデンサとを並列に接続した構成要素である。Ｈブリッジユニットを用いた直流電流遮断装置では、半導体素子の自己消弧能力を活用して、直流事故電流でも高速に遮断することが可能になり、将来の直流送電網においても事故電流遮断を確実に実施することができる。

しかしながら、上記の直流電流遮断装置では、送電する電力全てが常時複数の半導体素子を通過することになる。そのため、大きな導通損失が発生し、損失増加に伴って定常運転時の送電効率が低下した。また、直流電流遮断装置に電力変換器が接続された場合、導通損失の増大に伴って電力変換器の容量も増大するので、それに応じてコストが高くなる。

しかも、Ｈブリッジユニットは直流回路電圧分だけ必要であり、直流回路電圧の４倍分の半導体素子を設置しなくてはならない。したがって、半導体素子の数が多くなり、この点からもコストが高騰した。その結果、直流送電システムのメリットである送電損失の少なさやコストの低さが損なわれる心配があった。

この点を解消する直流電流遮断装置として、機械接点式遮断装置と、機械接点断路装置を直列に接続した回路に、半導体遮断装置と転流用のＨブリッジユニットを並列に接続したものが提案されている。この回路構成を持つ直流電流遮断装置では、定常動作時には、機械接点式遮断装置と機械接点式断路装置を共にオン状態とし、半導体遮断装置をオフ状態とすることで、通常時の直流電流は機械接点式遮断装置と機械接点式断路装置を流れる。

したがって、定常運転時は半導体遮断装置がオフ状態なので、送電する電力全てが、常時複数の半導体素子を通過することがなく、導通損失はほぼゼロとなり、損失を低減させて効率の向上を図ることができる。また、直流電流遮断装置に接続される電力変換器の容量も抑えることができるので、コストの高騰を防ぐことができる。

一方、直流系統に事故が発生した時には、半導体遮断装置をオンにし、事故電流を半導体遮断装置側に転流させ、Ｈブリッジユニットの出力電圧制御を開始することで電圧を印加し、逆電流を生成して機械接点式遮断装置にゼロ点を作り出す。この状態で、機械接点式遮断装置をオフして機械式接点遮断装置を切り離し、次に半導体遮断装置をオフすることにより事故電流の高速遮断が可能になる。

特開２０１４−１２４０２８号公報

従来の直流電流遮断装置はいずれも、高速で高効率な遮断を実施することを目的としており、直流系統事故が短時間で復旧する一過性の事故であった場合、高速な再起動を実施することは想定していない。したがって、一過性の事故が発生した場合に、高速で再送電を実現することができる直流電流遮断装置の開発が待たれていた。

本発明の実施形態は、上記の課題を解消するために提案されたものであり、その目的は、直流事故電流を高速に遮断し、かつ一過性の事故と永続性の事故を見分け、一過性の事故時には事故除去後、速やかに再送電を実現可能である直流電流遮断装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の実施形態に係る直流電流遮断装置は、次のような構成要素（ａ）〜（ｄ）を備え、（ｅ）の特徴を有している。
（ａ）互いに直列に接続された機械接点式遮断装置および機械接点式断路装置。
（ｂ）オンおよびオフにより直流系統の事故電流の転流およびその遮断を行う半導体遮断装置。
（ｃ）前記事故電流の転流時に前記機械接点式遮断装置および前記機械接点式断路装置に流れる電流をゼロとするＨブリッジ群回路。
（ｄ）一定電圧以上が印加されると導通する非線形素子アレスタ。
（ｅ）前記事故電流の遮断後に前記半導体遮断装置のみで再閉路を行うように構成する。

第１の実施形態の回路図。 第１の実施形態の再閉路動作のフローチャート。 第２の実施形態の転流動作失敗時の保護処理を示すブロック図。 第３の実施形態の事故電流遮断失敗時の保護処理を示すブロック図。 第４の実施形態の正面図におけるインターロック構成を示すブロック図。 第５の実施形態の回路図。 第５の実施形態の再閉路動作を示すフローチャート。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。各実施形態はいずれも直流電流遮断装置であり、２つの直流送電網あるいは２つの交流系統を接続する直流送電システムに適用されている。

（１）第１の実施形態
（全体構成）
図１、図２を用いて第１の実施形態を説明する。図１に示すように、第１の実施形態を適用した直流送電システムは、直流電圧源１と接続された直流送電網２と、直流電圧源９と接続された直流送電網８を有している。直流送電システムでは、これら直流送電網２、９のうちの一方で電力が不足し、他方で余剰電力にある場合に、一方から他方に電力を伝送する電力融通を行うものである。

このような直流送電システムに適用する直流電流遮断装置１０Ａは、直流電圧源１と接続された直流送電網２と、直流電圧源９と接続された直流送電網８に対し直列に接続されている。直流電流遮断装置１０Ａには、機械接点式遮断装置３と、機械接点式断路装置４と、半導体遮断装置５と、Ｈブリッジ群回路６とが設けられている。

半導体遮断装置５およびＨブリッジ群回路６には、一定電圧以上が印加されると導通される非線形素子アレスタ７が並列に接続されている。機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４は直列に接続されて直列回路部を形成する。この直列回路部に半導体遮断装置５とＨブリッジ群回路６が並列に接続される。

（半導体遮断装置５）
このうち、半導体遮断装置５には、自己消弧能力を持つスイッチング素子が直列に２個以上接続されたユニットが２組設けられている。２組のユニットは、それぞれのエミッタ同士が接続されている。半導体遮断装置５は、オンすることで直流系統の事故電流を転流させ、オフすることで転流した事故電流を遮断するように構成されている。また、半導体遮断装置５は、事故電流の遮断動作後、再閉路動作を行って再度オンするように構成されている。

さらに半導体遮断装置５は、再閉路動作を行ったとき事故電流が流れれば、事故電流の遮断動作と再閉路動作を、予め設定された回数まで繰り返して行うように構成されている。半導体遮断装置５は、設定された回数まで再閉路動作を行っても事故電流が流れていた場合、再閉路動作を中止するようになっている。

（Ｈブリッジ群回路６）
Ｈブリッジ群回路６は、Ｈブリッジユニットが１つ以上直列接続された回路である。前述したように、Ｈブリッジユニットとは、自己消弧能力を持つスイッチング素子が直列に２個接続された２つのレグと、コンデンサとが並列に接続してなるユニットである。Ｈブリッジ群回路６は、出力電圧制御を開始することで電圧を印加して逆電流を生成することにより、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４に流れる電流を、ゼロ点付近に制御するように構成されている。

（機械接点式遮断装置３および機械接点式断路装置４）
機械接点式遮断装置３および機械接点式断路装置４は、Ｈブリッジ群回路６によって電流をゼロ点付近に制御されると、順次開放するように構成されている。すなわち機械接点式遮断装置３はゼロ点付近の電流を遮断する遮断能力を備えているものとする。

また、機械接点式断路装置４は絶縁耐圧を確保して回路から直流電流遮断装置１０Ａを切り離す装置である。さらに、機械接点式遮断装置３および機械接点式断路装置４は、再閉路動作を行った半導体遮断装置５に事故電流が流れなければ、順次投入するように構成されている。

（定常動作時）
直流送電システムにおいて、例えば直流送電網２から直流送電網８へ電力融通するとした場合、通常電流は、直流送電網２から直流送電網８へ、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４を通過して流れる。直流電流遮断装置１０Ａにおいて定常動作時は、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４をオンとし、半導体遮断装置５およびＨブリッジ群回路６をオフとしている。

（直流系統事故発生時）
直流系統事故が発生した場合、直流電流遮断装置１０Ａの各構成要素は、次のようにして直流電流の遮断動作を行う。図２のフローチャートに示すように、直流系統での事故発生時（Ｓ１）には、オフ状態にあった半導体遮断装置５をオン状態に移行して事故電流を半導体遮断装置５に転流させる（Ｓ２）。

これと同時に、Ｈブリッジ群回路６は出力電圧制御を開始し、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４に流れる電流がゼロとなるように制御する。この状態で、まず機械接点式遮断装置３を開放する（Ｓ３）。これにより機械接点式遮断装置３はＨブリッジ群回路６の出力電圧制御によりゼロ点を交差した電流を遮断する。

次いで機械接点式断路装置４を開放する（Ｓ４）。このため、機械接点式断路装置４は、絶縁耐圧を確保して確実に直流電流遮断装置１０Ａを回路から切り離す。次に半導体遮断装置５は、ゲート信号をオンからオフに切り替えることにより、つまりオン状態から再度オフ状態に移行することにより、最終的に事故電流を遮断する（Ｓ５）。

直流系統事故が例えば、架空送電線への落雷事故などの一過性の事故である場合には、半導体遮断装置５のオフによる事故電流の遮断動作後に、直流系統の事故電流が除去されていれば、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４を投入することで、再送電が可能となる。

そこで本実施形態では、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４を再投入する前に、半導体遮断装置５のみをオフ状態から再閉路動作を行って、再度オン状態にする（Ｓ６）。これにより、直流系統事故が除去されたか否かの判定を行い（Ｓ７）、直流系統事故の除去を確認する。

事故除去判定（Ｓ７）において、直流系統の事故電流が、再閉路動作を行った半導体遮断装置５に流れないのであれば、直流系統の事故は短時間で復旧する一過性の事故であったため、これが除去されたと判定する（Ｓ７のＹｅｓ）。したがって、開放状態にあった機械接点式断路装置４を投入し（Ｓ８）、次いで、開放状態にあった機械接点式遮断装置３を投入する（Ｓ９）。続いて、半導体遮断装置５をオフとする（Ｓ１０）。このようにして、直流電流遮断装置１０Ａは定常動作に復帰する。

また、事故除去判定（Ｓ７）において、再閉路動作を行った半導体遮断装置５に事故電流が再度流れ込めば、直流系統の事故は除去されていないと判定する（Ｓ７のＮｏ）。この場合には、Ｓ５に戻り、半導体遮断装置５を再度オフとすることによって事故電流の遮断を試みる。このとき、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４は既に開放されているので、Ｓ２〜Ｓ４の動作は不要となる。

そして、半導体遮断装置５はもう一度再閉路動作を行ってオン状態とし（Ｓ６）、直流系統事故が除去されたか否かの判定を再び行う（Ｓ７）。このような再閉路動作（Ｓ５〜Ｓ７）を、予め設定された所定回数繰り返し、所定回数に達しても依然として直流系統事故が除去されない場合には（Ｓ７のＮｏ）、発生した直流系統事故は一過性の事故ではなく、直流系統の永久事故であると判断して、再閉路動作を中止する。

（作用と効果）
以上のような第１の実施形態によれば、直流系統に事故が発生した場合、半導体遮断装置５をオフとして直流事故電流の高速遮断を行うと共に、半導体遮断装置５が再閉路動作を行うことで直流系統事故が一過性の事故なのか、あるいは永続性の事故なのかを見分ける。

そして、直流系統事故が一過性の事故であれば、これを除去した後、速やかに再送電を実現することが可能となる。その結果、一過性の事故が永続性の事故になることを防ぐことができ、直流遮断装置の信頼性向上に寄与することができる。しかも、第１の実施形態では、半導体遮断装置５が再閉路動作を複数回実施することで、直流系統事故の除去が完了した場合に限り、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４を投入するので、安定した再送電が可能である。

また、第１の実施形態では、再閉路動作を予め設定された回数まで繰り返しても、事故電流が半導体遮断装置５に流れ続けている場合には、直流系統事故は永久事故であると判断して、再閉路動作を中止するので、永久事故への対処に関しても迅速に行うことができる。

（２）第２の実施形態
（構成）
図３を用いて第２の実施形態を説明する。第２の実施形態に係る直流電流遮断装置１０Ｂは、前記第１の実施形態の直流電流遮断装置１０Ａと基本的に同様の構成要素を有している。そのため、同一部材には同一符号を付して、重複する説明は省略する。

図３に示すように、第２の実施形態では、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４からなる直列回路部の両端に、交直変換装置２０が接続されている。交直変換装置２０には、少なくとも３つの交流端子と、少なくとも２つの直流端子が設けられている。このような交直変換装置２０を少なくとも２以上用いて、直流系統と交流系統１３とを接続する交直変換システムが構成されており、直流系統側に直流電流遮断装置１０Ｂが配置される。

機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４で構成される直列回路部には、変流器１４を介して、過電流検出要素１５とオンディレータイマ付過電流検出要素１６が並列に接続されている。過電流検出要素１５およびオンディレータイマ付過電流検出要素１６には制御部２４が接続されている。変流器１４は、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４で構成される直列回路部の電流値を測定する機器である。

過電流検出要素１５は、変流器１４が測定した電流値が、半導体遮断装置５への事故電流の転流の最大値ｌａを超過した場合、動作を開始する。また、オンディレータイマ付過電流検出要素１６は、変流器１４が測定した電流値が、予め決められた定常電流ｌｂを超過した場合、オンディレータイマの動作を開始する。過電流検出要素１５およびオンディレータイマ付過電流検出要素１６が動作すると、制御部２４は、直流電流遮断装置１０Ｂにおけるすべての直変換装置２０および交流遮断装置１２にオフ指令を出力するようになっている。

（直流系統事故発生時）
直流電流遮断装置１０Ｂにおいて、直流系統事故が発生した場合、まず直流電流遮断装置１０Ｂ内の半導体遮断装置５がオンとなり、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４に流れていた事故電流は半導体遮断装置５に転流させる。と同時に、Ｈブリッジ群回路６が出力電圧制御を開始して、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４に流れる電流がゼロとなるように制御する。この際、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４に流れる電流は、事故発生時から上昇し続け、転流が開始したときに最大値ｌａになり、その後、転流するにしたがって電流はゼロ点付近まで減少していく。

ここで、半導体遮断装置５による事故電流の転流動作が正常に働かないと、半導体遮断装置５がオフとなっても事故電流を遮断することができなくなる。その結果、交直変換装置２０には変換器用変圧器１１を介して交流系統１３から事故電流が流れ続け、交直変換装置２０内の素子の損傷などにつながる。

そこで、第２の実施形態では、事故電流の転流の不動作を検出するための過電流検出要素１５を設け、変流器１４で測定した電流が前記最大値ｌａを超過した場合、過電流検出要素１５が動作する。また、変流器１４で測定した電流が定常電流ｌｂを超過した場合、オンディレータイマ付過電流検出要素１６のオンディレータイマの動作を開始する。このため、事故発生から転流が始まるまでの時間ｔ１の間に、変流器１４で検出している電流が定常電流ｌｂを超過し続けた場合は、オンディレータイマ付過電流検出要素１６が動作する。

過電流検出要素１５もしくはオンディレータイマ付過電流検出要素１６の少なくとも１つが動作した場合、制御部２４は直流電流遮断装置１０Ｂにおけるすべての直変換装置２０および交流遮断装置１２にオフ指令を出力する。このため、直流回路に接続されるすべての交直変換装置２０の交流端子と、交流系統１３の間に設けられたすべての交流遮断装置１２を開放する。

（作用と効果）
以上のような第２の実施形態によれば、上記第１の実施形態が持つ作用および効果に加えて次のような独自の作用および効果がある。すなわち、第２の実施形態では、機械接点式遮断装置３および機械接点式断路装置４からなる直列回路部から半導体遮断装置５への事故電流の転流動作が正常に働かない場合であっても、交流遮断装置１２を開放することで交直変換装置２０と交流系統１３とを確実に切り離すことができる。したがって、半導体遮断装置５への転流の不動作が起きたとしても、変換器用変圧器１１を介して交流系統１３から事故電流が流れ込むことがなく、交直変換装置２０内の素子の損傷を防ぐことができる。また、第２の実施形態では変流器１４にて機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４から構成された直列回路部の電流値を測定することで、半導体遮断装置５への事故電流の転流動作が正常に働かないことを把握することができ、故障箇所を正確に見分けることが可能である。

（３）第３の実施形態
（構成）
図４を用いて第３の実施形態を説明する。図４に示すように、第３の実施形態に係る直流電流遮断装置１０Ｃでは、半導体遮断装置５とＨブリッジ群回路６で構成される直列回路部に、当該直列回路部の電流値を測定する変流器１７が設けられている。変流器１７には過電流検出要素１８とオンディレータイマ付過電流検出要素１９が並列に接続されている。過電流検出要素１８およびオンディレータイマ付過電流検出要素１９には制御部２５が接続されている。

過電流検出要素１８は、変流器１７で測定した電流が最大値ｌｃを超過した場合、動作する。ここで最大値ｌｃとは、半導体遮断装置５がゲート信号をオンからオフに切り替えた時の電流値である。オンディレータイマ付過電流検出要素１９は、変流器１７がゼロでない電流を測定した場合、オンディレータイマを動作させ、転流開始から半導体遮断装置がオフするまでの時間ｔ２の間に、変流器１７がゼロでない電流を測定し続けた場合に、オンディレータイマ付過電流検出要素１９が動作する。

電流検出要素１８もしくはオンディレータイマ付過電流検出要素１９が動作すると、制御部２５は、直流電流遮断装置１０Ｃにおけるすべての直変換装置２０および交流遮断装置１２にオフ指令を出力するようになっている。これ以外の構成に関しては、第３の実施形態の直流電流遮断装置１０Ｃは、前記第１の実施形態の直流電流遮断装置１０Ａと基本的に同様の構成要素を有しており、同一部材には同一符号を付して、重複する説明は省略する。

（直流系統事故発生時）
直流電流遮断装置１０Ｃを適用した直流遮断装置において、直流系統事故が発生した場合、まず直流電流遮断装置１０Ｃ内の半導体遮断装置５がオンとなり、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４に流れていた事故電流は半導体遮断装置５に転流する。この転流と同時に、Ｈブリッジ群回路６が出力電圧制御を開始して、機械接点式遮断装置３と機械接点式断路装置４に流れる電流がゼロとなるように制御する。

転流が成功すると、事故電流は半導体遮断装置５に流れ始める。この半導体遮断装置５に流れる事故電流は、転流開始から上昇し続けるが、機械接点式遮断装置３、機械接点式断路装置４を開放した後、半導体遮断装置５がゲート信号をオンからオフに切り替えてオフした時に最大値ｌｃとなって、その後ゼロまで低下する。

この半導体遮断装置５のオフによる事故電流の遮断に失敗した場合、変換器用変圧器１１を介して交流系統１３から事故電流が流れ続ける。したがって、事故電流は、交直変換装置２０、半導体遮断装置５、Ｈブリッジ群回路６を通って流れ続けることになり、交直変換装置２０内の素子や、半導体遮断装置５、Ｈブリッジ群回路６内の素子を損傷させるおそれがある。

そこで、第３の実施形態では、半導体遮断装置５の遮断失敗を検出するために、過電流検出要素１８を設けておき、変流器１７で測定した電流が前記最大値ｌｃを超過した場合、過電流検出要素１８が動作する。もしくは、変流器１７がゼロでない電流を測定した場合、オンディレータイマ付過電流検出要素１９のオンディレータイマが動作を開始し、転流開始から半導体遮断装置がオフするまでの時間ｔ２の間に、変流器１７がゼロでない電流を測定し続けると、オンディレータイマ付過電流検出要素１９が動作する。

過電流検出要素１８もしくはオンディレータイマ付過電流検出要素１９の少なくとも１つが動作した場合、制御部２５は、直流電流遮断装置１０Ｃにおけるすべての直変換装置２０および交流遮断装置１２にオフ指令を出力する。このため、直流回路に接続されるすべての交直変換装置２０の交流端子と、交流系統１３の間に設けられたすべての交流遮断装置１２を開放する。

（作用と効果）
以上のような第３の実施形態によれば、次のような独自の作用および効果がある。すなわち、第３の実施形態では、電流検出要素１８もしくはオンディレータイマ付過電流検出要素１９が、半導体遮断装置５による事故電流の遮断を失敗したときの電流を検出して、交流遮断装置１２を開放させる。これにより、交直変換装置２０と交流系統１３とを確実に切り離すことができる。

したがって、半導体遮断装置５が事故電流の遮断を失敗しても、交直変換装置２０、半導体遮断装置５、Ｈブリッジ群回路６への事故電流の流れ込みを防ぐことができる。これにより、交直変換装置２０内の素子や、半導体遮断装置５、Ｈブリッジ群回路６内の素子を損傷させる心配がない。また、第３の実施形態では変流器１７にて半導体遮断装置５とＨブリッジ群回路６で構成された直列回路部の電流値を測定することで、半導体遮断装置５の遮断失敗を確実に認識することができ、故障箇所を容易に見分けることが可能である。

（４）第４の実施形態
（構成）
次に、図５を用いて第４の実施形態を説明する。図５に示すように、第４の実施形態に係る直流電流遮断装置１０Ｄは、少なくとも１つの架空線路２６と、少なくとも１つのケーブル線路２１からなる直流系統が設けられており、この直流系統に対し直列に接続されている。

ケーブル線路２１の区間で地絡事故が発生した場合は、架空線路２６の地絡事故と異なり、事故が一過性の事故である可能性は考えられない。そのため、上記第１〜第３の実施形態で示したように、半導体遮断装置５を再度オンして事故電流が除去されたか否かを確認する必要がない。

そこでケーブル線路２１を有する第４の実施形態では、直流系統事故の発生時において、ケーブル線路２１の区間に電流差動検出要素２２ａを設け、直流系統全区間に電流差動検出要素２２ｂを設けている。そして、これら電流差動検出要素２２ａ、２２ｂにより事故箇所を判別し、ケーブル線路２１での事故であると判定した場合には、半導体遮断装置５は、図２のフローチャートに示した半導体遮断装置５のオン（Ｓ６）以降のフローに、インターロックをかけるように構成されている。

（作用と効果）
ケーブル線路２１の区間での地絡事故が発生した場合は、一過性の事故であるはずがなく、事故電流の除去確認は不要である。そのため、以上のような第４の実施形態では、電流差動検出要素２２ａ、２２ｂによって事故箇所を判別し、ケーブル線路２１での事故であると判定した場合には、半導体遮断装置５が再閉路動作を行うことがないようにインターロックをかけることができる。したがって、直流電流遮断装置Ｄでは不要な再投入を防ぐことができる。

（５）第５の実施形態
（構成）
次に、図６、図７を用いて第５の実施形態を説明する。上記第１の実施形態で説明した再閉路動作は、機械接点式遮断装置３を第２の半導体遮断装置２３に変更した回路構成とした場合でも実現可能である。第５の実施形態に係る直流電流遮断装置１０Ｅは、機械接点式遮断装置３を第２の半導体遮断装置２３に変更した点を除いて、前記第１の実施形態の直流電流遮断装置１０Ａと基本的に同様の構成要素を有している。そのため、同一部材には同一符号を付して、重複する説明は省略する。

第２の半導体遮断装置２３は、機械接点式遮断装置３の機能を果たすと共に、オフすることで直流系統の事故電流を半導体遮断装置５に転流させるように構成されている。このため、第５の実施形態では、上記第１〜第４の実施形態に示した逆電流出力用のＨブリッジ群回路６は不要である。

図６に示すように、第５の実施形態に係る直流電流遮断装置１０Ｅには、第２の半導体遮断装置２３と、機械接点式断路装置４を直列に接続して直列回路部が設けられ、この直列回路部には半導体遮断装置５が並列に接続されている。半導体遮断装置５には非線形素子アレスタ７が並列に接続されている。

第５の実施形態では、第２の半導体遮断装置２３がオフすることで直流系統の事故電流を半導体遮断装置５に転流させる。このとき、第５の実施形態に係る半導体遮断装置５では、オン状態とする。また、半導体遮断装置５は、上記第１〜第４の実施形態の半導体遮断装置５と同様、オフすることで事故電流を遮断し、事故電流の遮断動作後、再閉路動作を行って再度オンするように構成されている。

機械接点式断路装置４は、第２の半導体遮断装置２３がオフして半導体遮断装置５に事故電流が転流すると、開放するように構成されている。また、機械接点式断路装置４は、直流系統事故の除去確認を行った半導体遮断装置５に事故電流が流れなければ投入するように構成されている。

（定常動作時）
直流電流遮断装置１０Ｅにおいて定常動作時には、第２の半導体遮断装置２３は常時オン、半導体遮断装置５は常時オフにしておく。このため、定常電流は第２の半導体遮断装置２３と機械接点式断路装置４からなる直列回路部に流れる。

（直流系統事故発生時）
直流系統に事故が発生した場合、直流電流遮断装置１０Ｅの各構成要素は、次のようにして直流電流の遮断動作を行う。図７において、直流系統事故発生時（Ｓ１１）には、まず半導体遮断装置５をオンし、第２の半導体遮断装置２３をオフすることにより半導体遮断装置５に事故電流が転流する（Ｓ１２）。そのため、第２の半導体遮断装置２３と機械接点式断路装置５からなる直列回路部には完全に電流が流れなくなる。したがって、機械接点式断路装置４を開放（Ｓ１３）した後、半導体遮断装置５をオフ（Ｓ１４）することで、最終的に事故電流は遮断される。

直流系統事故が例えば、架空送電線への落雷などの一過性の事故の場合は、前述の遮断の後に事故除去が完了すれば、半導体遮断装置５のみをオン状態（Ｓ１５）とすれば、再閉路することにより再送電が可能となる。この際、機械接点式断路装置４を投入することなく、半導体遮断装置５のみが再閉路動作を行い、これをオン状態とするだけで直流系統事故が除去されたか否かの判定を行い（Ｓ１６）、直流系統事故の除去を確認することができる。

事故電流除去判定（Ｓ１６）において、直流系統の事故電流が、半導体遮断装置５に流れず、事故電流が除去されたことが確認されれば（Ｓ１６のＹｅｓ）、機械接点式断路装置４を投入（Ｓ１７）する。その後、第２の半導体遮断装置２３をオン（Ｓ１８）し、次いで、半導体遮断装置５をオフ（Ｓ１９）とすることで、定常動作に復帰することが可能となる。

事故電流除去判定（Ｓ１６）において、直流系統の事故電流が、半導体遮断装置５に流れ、事故電流が除去されていないことが確認されれば（Ｓ１６のＮｏ）、半導体遮断装置５をオンしても、事故電流が半導体遮断装置５に再度流れ込む。そのため、Ｓ１４に戻り、半導体遮断装置５を再度オフとすることにより事故電流を遮断する。この際、機械接点式断路装置４は既に開放されているので、Ｓ１２〜Ｓ１３の動作は不要となる。

そして、半導体遮断装置５のみが再閉路動作を行ってオン状態とし（Ｓ１５）、直流系統事故が除去されたか否かの判定を行う（Ｓ１６）。このような再閉路動作を、予め設定された所定回数繰り返し、所定回数に達しても依然として直流系統事故が除去されない場合には（Ｓ１６のＮｏ）、発生した直流系統事故は一過性の事故ではなく、直流系統の永久事故であると判断することになり、再閉路動作を中止する。

（作用と効果）
以上のような第５の実施形態においては、第２の半導体遮断装置２３がオフ状態となると、事故電流を自動的に半導体遮断装置５に転流して、第２の半導体遮断装置２３と機械接点式断路装置５からなる直列回路部に完全に電流が流れなくなる。このため、Ｈブリッジ群回路６を用いて機械接点式断路装置４に流れる電流をゼロとする必要がなくなり、Ｈブリッジ群回路６を省くことができる。したがって、第５の実施形態では、構成の簡略化を進めることができ、コストの低減を図ることが可能である。

（６）他の実施形態
上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、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。

例えば、第１〜第５の実施形態までの直流電流遮断装置内で非線形素子アレスタ７を並列に接続しているが、この非線形素子アレスタ７のエネルギー責務としては、半導体遮断装置５が転流した事故電流を遮断する際に消費するエネルギーに加え、図２あるいは図７内の半導体遮断装置５の再閉路動作を所定回数繰り返した際に流れる電流を遮断する際に消費するエネルギーを全て合計したエネルギーに耐え得るようにしてもよい。

このようなエネルギー責務を持つ非線形素子アレスタ７によれば、所定回数の再閉路を確実に実現することが可能であり、直流電流遮断装置の信頼性をより高めることができる。また、半導体遮断装置５への事故電流の最大値ｌａや、半導体遮断装置５がオフした時の最大値ｌｃなどは適宜選択可能である。

１、９…直流電圧源
２、８…直流送電網
３…機械接点式断路装置
４…機械接点式遮断装置
５…半導体遮断装置
６…Ｈブリッジ群回路
７…非線形素子アレスタ
９…直流電圧源
１０Ａ〜１０Ｅ…直流電流遮断装置
１１…変換器用変圧器
１２…交流遮断装置
１３…交流系統
１４…変流器
１５、１８…過電流検出要素
１６、１９…オンディレータイマ付過電流検出要素
１７…変流器
１８…過電流検出要素
２０…交直変換装置
２１…ケーブル線路
２２ａ、２２ｂ…電流差動検出要素
２３…第２の半導体遮断装置
２４、２５…制御部
２６…架空線路

Claims (7)

1. 直流系統の事故電流を遮断する直流電流遮断装置において、
   互いに直列に接続された機械接点式遮断装置および機械接点式断路装置と、
   オンおよびオフにより直流系統の事故電流の転流およびその遮断を行う半導体遮断装置と、
   前記事故電流の転流時に前記機械接点式遮断装置および前記機械接点式断路装置に流れる電流をゼロとするＨブリッジ群回路と、
   一定電圧以上が印加されると導通する非線形素子アレスタ、を備え、
   前記事故電流の遮断後に前記半導体遮断装置のみで再閉路を行うように構成したことを特徴とする直流電流遮断装置。
2. 直流系統の事故電流を遮断する直流電流遮断装置において、
   機械接点式断路装置と、
   オフにより直流系統の事故電流の遮断を行う半導体遮断装置と、
   オフにより直流系統の事故電流の転流を行う第２の半導体遮断装置と、
   一定電圧以上が印加されると導通する非線形素子アレスタ、を備え、
   前記事故電流の遮断後に前記半導体遮断装置のみで再閉路を行うように構成したことを特徴とする直流電流遮断装置。
3. 前記機械接点式遮断装置および前記機械接点式断路装置からなる直列回路部に電流測定用の変流器を設け、
   前記変流器には当該変流器の測定した電流値が予め設定された値を超過すると動作する過電流検出要素を接続し、
   前記機械接点式遮断装置および前記機械接点式断路装置からなる直列回路部の両端に交直変換装置を接続し、
   交流系統と前記交直変換装置との間に前記過電流検出要素の動作により開放する交流遮断装置を設置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の直流電流遮断装置。
4. 前記Ｈブリッジ群回路および前記半導体遮断装置からなる直列回路部に電流測定用の変流器を設け、
   前記変流器には当該変流器の測定した電流値が予め設定された値を超過すると動作する過電流検出要素を接続し、
   前記過電流検出要素の動作により開放する交流遮断装置を設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の直流電流遮断装置。
5. 前記過電流検出要素は、オンディレータイマを備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の直流電流遮断装置。
6. 架空線路とケーブル線路を有する直流系統を設け、
   前記ケーブル線路間および前記直流系統の全区間に、事故区間を判定するための電流差動検出要素を設置し、
   前記電流差動検出要素がケーブル線路の区間で事故が発生したことを検出すると、前記半導体遮断装置は前記再閉路動作を行なわないようにインターロックをかけるように構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の直流電流遮断装置。
7. 前記非線形素子アレスタは、前記半導体遮断装置が転流した前記事故電流を遮断する際に消費するエネルギーと、前記再閉路動作時に流れる電流を遮断する際に消費するエネルギーとの和に耐え得るエネルギー責務を持つことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の直流電流遮断装置。

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