JP3248154B2 - 直流高速度真空遮断器 - Google Patents

直流高速度真空遮断器

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JP3248154B2 JP00367091A JP367091A JP3248154B2 JP 3248154 B2 JP3248154 B2 JP 3248154B2 JP 00367091 A JP00367091 A JP 00367091A JP 367091 A JP367091 A JP 367091A JP 3248154 B2 JP3248154 B2 JP 3248154B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、真空バルブを利用して
直流回路の電流を遮断するために、バルブ内電流に振動
電流を重畳して電流零点を人工的に作る転流回路による
ターンオフ方式の直流高速度真空遮断器に関する。主な
利用分野は地上の直流電圧変電所用の遮断器また直流車
両用の遮断器に用いられる。
【0002】
【従来の技術】真空バルブを利用した直流の遮断器は、
実公昭40−18098号公報の直流高圧真空遮断装置
または実公昭40−10355号公報の直流遮断装置で
公知である。しかし、本案には転流スイッチの転流時間
基点についての言及はない。一般的には、真空バルブの
電流を直流変流器によって電流の絶対値を取りだし、出
力を制御部に入力し、これを基点として真空バルブの開
極や転流スイッチの投入時間を制御している。本方式
は、遮断器の過電流を検出し、保護遮断する使命は満足
できる。しかし、真空バルブが何らかの故障で開極した
場合に転流スイッチの投入指令が出ないため、原理上遮
断出来ないと言うことになる。本発明は、真空バルブの
電流を従来方式の他に、万一、真空バルブが故障で開極
した場合にも転流スイッチの投入指令が出せるようにす
る新しい検出方式である。また、特開昭62−1790
42号公報の直流遮断器によれば、真空バルブに固定電
極、可動電極の一対の電極の他に補助電極を設けて誘導
発弧によって転流が完了するまで放電回路を遮断させな
い方法が考えられている。本発明は、転流スイッチが特
に別物を準備しないで省略出来る点に効果があるが、真
空バルブが補助電極をもつ特殊品となる欠点がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、交流
用に多く使用される固定極と可動極からなる通常の真空
バルブを使用することが出来て、直流遮断出来ない真空
バルブがこの回路で万一開極した場合に、過電流検出と
は無関係にバルブが開いた条件さえ整えば何時でも遮断
出来るようにすることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、 (1) 直流回路で真空バルブが開極すると、数十ボルト
の正極のアーク電圧降下が発生する、このアーク電圧
は、電流の大きさに関係なく、ほぼ一定であることが知
られている。この一定したアーク電圧を転流スイッチ投
入時間制御の基点にすることは極めて有効である。 (2) 真空バルブは、電流裁断時に大きなサージ電圧が
発生する。この値は数千ないし数万ボルトにもなるた
め、極間に非直線抵抗素子を並列に接続して抑制するも
数千ボルト程度は避けられない。この解決のため、極間
に高抵抗器を接続し、その一部から抵抗分圧を取り出す
ことが有効である。 (3) 更に、抵抗分圧にダイオードを並列接続し、ダイ
オードの順方向のクランプ電圧を取り出す方法が、遮断
時のサージ電圧はコンデションによって大きくばらつく
ことを考えると、必要以上の電圧を制御部に印加させな
いため、安全性が増す。 (4) 更に、真空バルブの電流は、正方向のみではな
く、逆方向もあり、この場合は、ダイオードを逆並列接
続することによって両方向のクランプ電圧を同時に取り
出すことが可能となる。このように取りだした電圧は、
電圧そのものは低いものの高圧回路であるため、制御部
には直接入力は出来ない、従って、この電圧を発光ダイ
オードへ入力し、ここで電流,光,電圧に変換して絶縁
してやる必要がある。
【0005】
【作用】真空バルブを開極し、バルブ内ではアークが発
生し、この直後に、転流スイッチを投入し、転流電流を
供給し、この電流でバルブ内の電流を零にする。この転
流スイッチの投入時間制御は経験的要素が大きく、一般
的には接点電極から発生す金属ベーパによる再発弧が生
じない適切な時間に選定される。この転流スイッチの投
入時間の基点は、真空バルブの開極から起算するのが一
般的である。これは、真空バルブ接点の電流がある値を
越える事故によって他機器の損傷を保護遮断するために
この方式がとられる。しかし、何等かの原因で過電流で
ない状態で、かつ真空バルブ接点に電流がながれている
時に、バルブが何等かの故障で万一開極してしまったこ
とを考えた時は、転流スイッチの投入指令が原理上出さ
れず、この結果、バルブ内電流は継続して流れることに
なる。究極的には遮断不能となる。この現象を無くする
ために、バルブが開極したら、その時アーク電圧を検出
して転流スイッチの投入指令を与えることが極めて有効
となる。
【0006】真空バルブの外筒から可動電極の動きをセ
ンサで検出する方法も原理的には考えられるが、現時点
では適切なセンサが見当らない。なお、外筒とは別に、
可動電極そのものの開極距離を直接測定する方法も考え
られるが、本方式の場合はバルブの電流が無いときに
も、電極の動きのみによって指令を不必要に出してしま
う欠点がある。また、公知例の補助電極を設ける方法
は、確実であるが、真空バルブが特殊なバルブが必要と
なる欠点がある。
【0007】
【実施例】図1において、定常主回路電流は、パンタグ
ラフ1、ヒューズ2,ラインスイッチ3,電流検知器
4,真空バルブ接点5を通って負荷へ流れる。真空バル
ブ接点5の極間には非直線抵抗素子6が並列接続してあ
る。極間には転流スイッチ7,転流リアクトル8,転流
コンデンサ9,直列接続した転流回路が接続してある。
制御部10は転流コンデンサの充電を常に行う充電機能
をもっている。通常の過電流の保護遮断は、電流検知器
4の電流検知器の出力を制御部10へ入力して制御部1
0の論理処理によってトリップ指令を真空バルブ接点5
の電磁反発コイル11に与える。これにより接点は高速
開極動作して鎖錠ロック(但し図示なし)される。その
直後の所定の時間後に、制御部論理によって転流指令を
補助反発コイル12に動作電流を与える。転流スイッチ
7の投入によって転流コンデンサ9から転流リアクトル
8の直列共振によって振動電流が真空バルブ接点5に供
給され、バルブ5の電流を人工的に零とする。主回路電
流は、転流回路のコンデンサの充電及び非直線抵抗素子
6で吸収処理される。これが通常の過電流遮断である。
このような過電流遮断の繰返しでは何ら問題となること
はなく、極めて高速度(2.5ms以下)で、かつ、電
流の突進率(3000A/ms)の大きい値を確実に遮
断できることが実証済みである。ここで、鎖錠ロックの
解錠は、外部からリセット指令を受け、制御部リセット
指令によって真空バルブ接点のリセットコイル13の励
磁によって解かれる。
【0008】さて、本発明の意図するところは、真空バ
ルブ接点5の極間に抵抗器14を設けて抵抗器14に生
じる電圧を取りだし、この電圧を制御部に取り込んで転
流指令の一つの信号とした点にある。抵抗器14は数千
ボルトの電圧に耐え、かつ、その電圧の一部を取り込む
ことで良い。高圧回路の電圧を直接取り込むので、制御
部は高圧に充分な耐電圧設計が必要であることは当然で
ある。
【0009】図2の場合は、抵抗器を14a,14bに
分割し、14a>14bにしておき、抵抗器14bには
ダイオード15を並列に接続してある点が図1と異な
る。ダイオード15には真空バルブ5の開極によってア
ーク電圧降下分の電圧が加わり、順方向の電圧が生じ
る。ダイオード15の電圧は順方向電圧にクランプされ
る。この電圧を発光ダイオード素子に入力,光,電圧に
変換する光絶縁カプラ16で電気絶縁し、絶縁された電
圧を制御部へ入力することによって安全な信号の取り込
みが可能となる。図3は、ダイオード15を15a,1
5bに分割し、更に、逆並列接続した方式である。本方
式は、真空バルブ接点5の電流方向に関係無く両方向の
検出が可能となる。
【0010】
【発明の効果】本発明によれば、遮断器の遮断条件が従
来のように過電流以外の条件、即ち、万一、故障などに
よって発生することが考えられる真空バルブ接点の異常
開極した場合には、転流電流を与えて遮断できるように
することが可能となる。従って、真空バルブを直流回路
に使用する場合の致命的欠点である遮断不能は解消でき
る効果が生まれる。また、真空バルブの開極の検知方法
として、開極時のアーク電圧を測定する方法は極間に抵
抗器を並列接続し、その電圧信号を取り込むことで可能
となる。本方式は開極そのものの測定信号なので、極め
て確実な入力条件となり、信頼性の高い製品の提供が可
能となる。また、抵抗器にダイオードを接続し、電圧を
順方向にクランプすることにより、必要電圧以上の電圧
を光絶縁カプラーや制御部に入力させないため、この装
置が過大電圧によって破壊するようなことがなくなり、
信頼性の高い製品の提供が可能となる効果が生じる。更
に、ダイオードの逆並列接続によって電流方向の制限が
無くなり、力行、回生の両方向の検出が可能となる効果
が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の真空バルブ接点のアーク電
圧を測定する基本となる回路図。
【図2】本発明の第二の実施例の回路図。
【図3】本発明の第三の実施例の回路図。
【符号の説明】
1…パンタグラフ、2…主回路ヒューズ、3…ラインス
イッチ、4…直流変流器、5…真空バルブ接点、6…非
直線抵抗素子、7…転流スイッチ、8…転流リアクト
ル、9…転流コンデンサ、10…制御部、11…主反発
コイル、12…補助反発コイル、13…リセットコイ
ル、14…抵抗器、14a…抵抗器、14b…抵抗器、
15…ダイオード、15a…ダイオード、15b…ダイ
オード、16…光絶縁カプラー
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−110214(JP,A) 特開 昭62−110215(JP,A) 特開 昭62−110216(JP,A) 特開 平1−279528(JP,A) 特開 平3−59920(JP,A) 特開 平3−67429(JP,A) 特開 平3−88227(JP,A) 実開 昭56−86734(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01H 33/66

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空バルブ接点と、前記真空バルブ接点
    の極間に並列に接続された非直線抵抗素子と、前記極間
    に転流スイッチと転流リアクトル及び転流コンデンサの
    直列からなる転流回路を備え、前記真空バルブ接点の電
    流の検出手段、転流タイムの制御を行う制御論理部から
    構成される直流高速度真空遮断器において、 発生した前記真空バルブ接点のアーク電圧を計測し、前
    記アーク電圧を前記制御論理部へ入力し、前記アーク電
    圧を前記転流スイッチの投入時間を制御する一つの信号
    としたことを特徴とする直流高速度真空遮断器。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記真空バルブ接点
    の極間に抵抗器を接続し、前記抵抗器の抵抗分圧部の両
    端子にダイオードを並列接続し、この両端の順方向電圧
    降下を出力電圧として取りだし、発光ダイオードによる
    高低電圧回路の絶縁手段を介して前記制御論理部へ入力
    し、前記出力電圧を前記転流スイッチの投入時間を制御
    する一つの信号としたことを特徴とする直流高速度真空
    遮断器。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記真空バルブ接点
    の極間に抵抗器を接続し、前記抵抗器の抵抗分圧の両端
    子に逆並列接続した一対のダイオードを並列接続し、こ
    の各順方向電圧降下を出力電圧として取りだし、発光ダ
    イオードによる高低電圧回路の絶縁手段を介して前記制
    御論理部へ入力し、前記出力電圧を前記転流スイッチの
    投入時間を制御する一つの信号としたことを特徴とする
    直流高速度真空遮断器。
  4. 【請求項4】 請求項1において、前記真空バルブ接点
    の電流検出器による出力と真空バルブのアーク電圧の抵
    抗分圧による電圧出力との二つの信号のOR入力によっ
    て前記転流スイッチの投入時間を制御することを特徴と
    する直流高速度真空遮断器。
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