JP3674419B2 - 転流式直流遮断器 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は転流式直流遮断器に関し、特に2組の主・副スイッチと2種類の静電容量のコンデンサを有する構成とし、2組の主・副スイッチの開閉条件を選択することで、遮断しようとする電流の種類に対応する転流回路を2系統から選択できる転流式直流遮断器の回路構成に関する。
【0002】
【従来の技術】
転流式直流遮断器の転流回路に2種類の静電容量のコンデンサを並列接続して転流電流の大きさを選択できる転流回路構成をもつ転流式直流遮断器が、特開平8−148066 号に記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では負荷側回路と2種類の静電容量のコンデンサが接続状態となる回路構成であり、遮断器開極時でもコンデンサの充電電圧が負荷側回路に印加されたままなので事故を起こす恐れがある。また、主接点,第1のスイッチ,第2のスイッチはそれぞれ独立制御されており、3系統の制御を与えねばならない。
【0004】
本発明の目的は、遮断器開極時に事故を防止するとともに、開閉指令を2系統に低減した回路構成をもつ転流式直流遮断器を供給することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、直流電流と負荷との間を結ぶ直流回路に直列に挿入された第1の主スイッチ及び第2の主スイッチと、該第1の主スイッチに並列に接続された該第1のスイッチ,第1のコンデンサ及びリアクトルを備えた直列回路と、該第1のコンデンサに並列に接続された第2の副スイッチ及び第2のコンデンサを備えた直列回路と、前記第1の主スイッチ及び第2の主スイッチの開閉動作を制御する制御装置を設けた。
【0006】
また、本発明では、第1の主スイッチと第1の副スイッチは互いに開閉状態を異にし、第1の主スイッチが開極した後に、第1の副スイッチが閉極する。また、第2の主スイッチと第2の副スイッチは互いに開閉状態を同じにし、第2の主スイッチが開極する前に、第2の副スイッチが開極する。
【0007】
さらに、本発明では、第1のコンデンサの静電容量と第2のコンデンサの静電容量との比は1:0.25 ないし1:18であることとした。また、本発明では、第2のコンデンサとして第1のコンデンサと同じ静電容量のコンデンサをn個(ただし、nは1≦n≦18の整数)並列接続して使用した。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施例を図1を用いて説明する。
【0009】
1は直流電源であり、一般的な直流き電回路では正極1500Vの電圧を供給する。2は直流電車などの負荷である。3は負荷に電気を供給するき電線である。4は負荷2と直流電源1とを結ぶ帰線である。5は転流式直流遮断器であり、き電線3の途中に挿入されて直流電源1から負荷2へ供給される電流をスイッチングする。転流式直流遮断器5は、制御装置50,第1の主スイッチ51,第2の主スイッチ52,第1の副スイッチ53,第2の副スイッチ54,第1のコンデンサ55,第2のコンデンサ56,リアクトル57,変流器58と過電流引外し装置59から成る。第1の主スイッチ51と第2の主スイッチ52はき電線3に直列に挿入され、第1の主スイッチ51が直流電源1側、第2の主スイッチ52が負荷2側に配置される。第1の副スイッチ53と第1のコンデンサ55とリアクトル57の直列回路は第1の主スイッチ51に並列接続され、第2の副スイッチ54と第2のコンデンサ56の直列回路は第1のコンデンサ55に並列接続される。変流器58はき電線3上に設置され、き電線3の通電電流を検出し、電流値を過電流引外し装置59に入力する。過電流引外し装置59は自動遮断設定値を有し、き電線3を流れる電流値がその設定値以上に達した時点で開極指令11を出力する。制御装置50は外部指令10または過電流引外し装置59からの開極指令11を受け、第1の主スイッチ51と第2の主スイッチ52にのみ開閉指令を与える。
【0010】
第1の副スイッチ53は第1の主スイッチ51と連動し、第1の主スイッチ51が開極した後、時間t1(例えば2ms)遅れて閉極する。第2の副スイッチ54は第2の主スイッチ52と連動し、第2の主スイッチ52が開極する前、時間t2(例えば2.5ms)前に開極する。従って、制御装置50からは第1の主スイッチ51と第2の主スイッチ52のみに開閉指令を与えれば良い。
【0011】
負荷2を運転するときは、第1の主スイッチ51,第2の主スイッチ52は閉極している。この状態で負荷2には直流1500Vが印加されるので運転可能となる。このとき、第1の主スイッチ51と開閉状態を異にする第1の副スイッチ53は開極し、第2の主スイッチ52と開閉状態を同じにする第2の副スイッチ54は閉極している。第1のコンデンサ55と第2のコンデンサ56はあらかじめ直流電源1側を基準として+2000Vで充電しておく。
【0012】
負荷2の故障、あるいはき電線3の地絡事故などが発生すると、き電線3には回路定数で決まる、非常に大きく、立ちあがりの早い事故電流が流れる。回路定数が、例えば回路抵抗が15mΩ,回路インダクタンスが150μHのとき、最大到達値が100kA,最大突進率が10kA/msとなる。このような事故電流が発生した場合、設備への過電流の悪影響を最小限度に抑制するため、極めて高速に事故電流を遮断する必要がある。転流式直流遮断器5では、まず変流器58で事故電流値を検出して過電流引外し装置59に入力する。過電流引外し装置59の自動遮断設定値が、例えば12000Aに設定してあれば事故電流値が12000Aに達した時点で開極指令11を制御装置50に発信する。制御装置50はまず、第1の主スイッチ51を開極させる。第1の主スイッチ51の開極により第1の副スイッチ53が時間t1(例えば2ms)遅れて閉極する。これにより、第1のコンデンサ55,第2のコンデンサ56,リアクトル57,第1の主スイッチ51,第1の副スイッチ53,第2の副スイッチ54からなるLC共振回路が成立し、充電されていた第1のコンデンサ55と第2のコンデンサ56が放電し、事故電流の方向と逆向きの転流電流が第1の主スイッチ51に注入される。第1のコンデンサ55の静電容量を600μF、第2のコンデンサ56の静電容量を1200μFとしたとき逆向きの転流電流値は最大40kAとなるので、事故電流値が40kAに達する以前に第1の副スイッチ53が閉極するようなt1を設定すれば、事故電流と転流電流が相殺し、第1の主スイッチ51の電流がゼロになった時点で第1の主スイッチ51の遮断が終了する。第1の主スイッチ51が開極したあと、制御装置50が時間t3(例えば12ms)遅れて第2の主スイッチ52を開極する。第2の主スイッチ52の開極により、その時間t2(例えば2.5ms)前に第2の副スイッチ54が開極するが、t3を、t3>t1+t2を満足する値(例えば12ms(t3)>2ms(t1)+2.5ms(t2)=4.5ms)に設定すれば、第1の副スイッチ53が閉極する前に第2の副スイッチ54が開極することが無いので、第2のコンデンサ56は第1のコンデンサ55とともに放電でき、上記のような大きな事故電流を遮断できる。第2の主スイッチ52は、第1のコンデンサ55、第2のコンデンサ56が直流電源1によって充電され、回路電流がゼロになったときに遮断が完了する。
【0013】
一方、通常の運転状態での転流式直流遮断器5の遮断動作は、外部指令10による。外部指令10により開極指令を受けたとき、制御装置50は第1の主スイッチ51と第2の主スイッチ52を同時に開極する。このとき、第2の副スイッチ54は第2の主スイッチ52が開極する前の時間t2(例えば2.5ms)で先に開極しているので、第1の副スイッチ53が閉極したときには、第1のコンデンサ55,リアクトル57,第1の主スイッチ51,第1の副スイッチ53からなるLC共振回路が成立し、充電されていた第1のコンデンサ55と第2のコンデンサ56のうち第1のコンデンサ55のみが放電し、通常運転状態での負荷電流の方向と逆向きの転流電流が第1の主スイッチ51に注入される。負荷電流の最大値は過電流引外し装置59の設定値12000Aと成り得るが、第1のコンデンサ55のみの放電時の転流電流最大値は14kAであり、負荷電流最大値12000Aを相殺できるので、第1の主スイッチ51の電流がゼロになった時点で第1の主スイッチ51の遮断が終了し、負荷電流を遮断できる。
【0014】
従って、第2の主スイッチ52を設けることで、遮断器開極後に負荷2と第1のコンデンサ55および第2のコンデンサ56が断路されるので、負荷側回路におけるコンデンサ充電電圧による事故を防止でき、また、事故電流に対しては過電流引外し装置59からの開極指令11を、負荷電流に対しては外部指令11を受けて、制御装置50が第1の主スイッチ51と第2の主スイッチ52を開極すれば、事故電流・負荷電流の2つの電流に応じて転流回路を選択し、遮断できる。
【0015】
図1において、第1の副スイッチ53,第1のコンデンサ55,リアクトル57の直列回路の配置順は不同であり、例えばリアクトル57が第1の副スイッチ53と第1のコンデンサ55の間に配置した場合の回路図を図2に示す。また、リアクトル57を第1の主スイッチ51と第2の主スイッチ52の間に配置した場合の回路図を図3に示す。この場合は、回路定数のリアクトル分が増加するので、事故電流発生時の突進率を低減する効果が得られる。
【0016】
一般に、過電流引外し装置59の自動遮断設定値は3000A〜12000Aであり、転流電流最大値は15000A〜55000Aが必要となるから、第1のコンデンサ55と第2のコンデンサ56の静電容量の比率は、最小で12000A :(15000A−12000A)=1:0.25、最大で3000A:(55000A−3000A)=1:17.3・・≒1:18の間のいずれかの値を取り得る。特に、第1のコンデンサ55と第2のコンデンサ56の静電容量の比率が1:n(nは正の整数)のときは、第1のコンデンサ55と同じ静電容量のコンデンサをn個並列接続したものを第2のコンデンサ56として使用した場合の回路図を図4に示す。
【0017】
【発明の効果】
本発明によれば、遮断器開極時に負荷側回路と2種類の静電容量のコンデンサとを断路してコンデンサ充電電圧による事故を防止するとともに、開閉指令を2系統に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例である転流式直流遮断器の回路図である。
【図2】本発明の第2の実施例である転流式直流遮断器の回路図である。
【図3】本発明の第3の実施例である転流式直流遮断器の回路図である。
【図4】本発明の第4の実施例である転流式直流遮断器の回路図である。
【符号の説明】
1…直流電源、2…負荷、3…き電線、4…帰線、5…転流式直流遮断器、10…外部指令、11…過電流引外し装置からの指令、50…制御装置、51…第1の主スイッチ、52…第2の主スイッチ、53…第1の副スイッチ、54…第2の副スイッチ、55…第1のコンデンサ、56…第2のコンデンサ、57…リアクトル、58…変流器、59…過電流引外し装置。

Claims (7)

  1. 直流電源と負荷との間を結ぶ直流回路に直列に挿入された第1の主スイッチ及び第2の主スイッチと、該第1の主スイッチに並列に接続された該第1の副スイッチ、第1のコンデンサ及びリアクトルを備えた直列回路と、前記第1のコンデンサに並列に接続された第2の副スイッチ及び第2のコンデンサを備えた直列回路と、前記第1の主スイッチ及び第2の主スイッチの開閉動作を制御する制御装置とを備え、前記第2の主スイッチと第2の副スイッチは互いに開閉状態を同じにし、前記第2の主スイッチが開極する前に、前記第2の副スイッチが開極することを特徴とする転流式直流遮断器。
  2. 直流電源と負荷との間を結ぶ直流回路に直列に挿入された第1の主スイッチ及び第2の主スイッチと、該第1の主スイッチに並列に接続された第1の副スイッチ、第1のコンデンサ及びリアクトルを備えた直列回路と、前記第1のコンデンサに並列に接続された第2の副スイッチ及び第2のコンデンサを備えた直列回路と、前記第1の主スイッチ及び第2の主スイッチの開閉動作を制御する制御装置と、過電流引外し装置とを備え、前記第2の主スイッチと第2の副スイッチは互いに開閉状態を同じにし、前記第2の主スイッチが開極する前に、前記第2の副スイッチが開極することを特徴とする転流式直流遮断器。
  3. 前記第1の主スイッチと前記第1の副スイッチは互いに開閉状態を異にし、前記第1の主スイッチが開極した後に、前記第1の副スイッチが閉極することを特徴とする請求項1又は2記載の転流式直流遮断器。
  4. 前記第1の主スイッチ,前記第2の主スイッチ,前記第1の副スイッチ及び前記第2の副スイッチに真空バルブを使用することを特徴とする請求項1又は2記載の転流式直流遮断器。
  5. 前記第1のコンデンサの静電容量と前記第2のコンデンサの静電容量との比は1:0.25ないし1:18であることを特徴とする請求項1又は2記載の転流式直流遮断器。
  6. 前記第2のコンデンサとして前記第1のコンデンサと同じ静電容量のコンデンサをn個(ただし、nは1≦n≦18の整数)並列接続して使用する請求項1又は2記載の転流式直流遮断器。
  7. 直流電源と負荷との間を結ぶ直流回路に直列に挿入された第1の主スイッチ及び第2の主スイッチと、該第1の主スイッチと連動する第1の副スイッチと、第1のコンデンサ及びリアクトルを備えた直列回路と、前記第1のコンデンサに並列に接続された第2の副スイッチ及び第2のコンデンサを備えた直列回路と、前記第1の主スイッチ及び第2の主スイッチの開閉動作を制御する制御方法であって、前記第1の主スイッチが開極した後に第1の副スイッチが閉極し、前記第2の主スイッチが開極する前に、前記第2の副スイッチが開極する制御方法と、前記第1の主スイッチと前記第2の主スイッチを同時に開極する制御方法の2つの制御方法を有することを特徴とする転流式直流遮断器の制御方法。
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