JP4913761B2 - 限流遮断器 - Google Patents
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Description
本発明において、前記限流遮断器から前記限流インピーダンスを取りのぞいて遮断器を構成してもよい。この場合、第1、第2の機械スイッチの直列回路に直列形態に遮断スイッチを設けることを要しない。
本発明によれば、直列形態に接続された第1及び第2の機械スイッチと、
前記第1の機械スイッチの両端間に、接続された、第1のダイオード、又は、第1のダイオードと第1のスナバ回路の並列回路と、
前記第2の機械スイッチの両端間に、互いに並列に接続された、第2のダイオード、又は、第2のダイオードと第2のスナバ回路の並列回路と、
を備え、
前記第1及び第2のダイオードのアノード同士が接続されるか、カソード同士が接続され、該接続点は、前記第1及び第2の機械スイッチの接続点に接続され、
電流の向きが前記第1のダイオードの順電流方向の場合、前記第1の機械スイッチを開とし、その後、電流方向が反転してから、前記第2の機械スイッチを開とし、
電流の向きが前記第2のダイオードの順電流方向の場合、前記第2の機械スイッチを開とし、その後、電流方向が反転してから、前記第1の機械スイッチを開とする。
本発明において、前記機械式スイッチの接点と接続する導体の少なくとも1部が絶縁カバーで覆われている。
本発明において、前記絶縁カバーの、前記機械式スイッチ及びアークプラズマ発生領域側に対応する面を遮蔽カバーで覆う。
本発明によれば、直列形態に接続された第1及び第2の機械スイッチと、
前記第1の機械スイッチの両端間に接続された、第1のダイオード、又は、第1のダイオードと第1のスナバ回路の並列回路と、
前記第2の機械スイッチの両端間に接続された、第2のダイオード、又は、第2のダイオードと第2のスナバ回路の並列回路と、
を備え、
前記第1及び第2のダイオードのアノード同士が接続されるか、カソード同士が接続され、該接続点は、前記第1及び第2の機械スイッチの接続点に接続され、
直列接続された前記第1及び第2の機械スイッチに並列に、スイッチと超伝導限流器(SC FCL)の直列回路を備えている遮断器が提供される。
本発明によれば、
直列形態に接続された第1及び第2の機械スイッチと、
前記第1の機械スイッチの両端間に接続された、第1のダイオード、又は、第1の限流インピーダンスの第1のスナバ回路の少なくとも1方と第1のダイオードの並列回路と、
前記第2の機械スイッチの両端間に接続された、第2のダイオード、又は、第2の限流インピーダンスの第2のスナバ回路の少なくとも1方と第2のダイオードの並列回路と
を備え、
前記第1及び第2のダイオードのアノード同士が接続されるかカソード同士が接続され、該接続点は、前記第1及び第2の機械スイッチの接続点に接続されている遮断器が提供される。
本発明によれば、直列形態に接続された第1及び第2の機械スイッチと、
前記第1及び第2の機械スイッチの一方の機械スイッチの両端間に、互いに並列に接続された、ダイオード、又は、スナバ回路と限流インピーダンスの少なくとも1方とダイオードの並列回路と、
を備えた遮断器が提供される。
本発明によれば、直列形態に接続された第1及び第2の機械スイッチと、
前記第1の機械スイッチの前記第2の機械スイッチとの接続点ではない方の一端と、前記第2の機械スイッチの前記第1の機械スイッチとの接続点ではない方の一端とに、一端と他端がそれぞれ接続された限流インピーダンスと、
前記第2の機械スイッチの両端間に、互いに並列に接続された、ダイオード及びスナバ回路と、
を備えた構成を一ユニットとし、
前記ユニットを複数直列に接続してなる遮断器が提供される。
本発明によれば、電流の向きが前記第1のダイオードの順電流方向の場合、前記第1の機械スイッチを開とし、その後、電流方向が反転してから、前記第2の機械スイッチを開とし、
電流の向きが前記第2のダイオードの順電流方向の場合、前記第2の機械スイッチを開とし、その後、電流方向が反転してから、前記第1の機械スイッチを開とする。
図1は、本発明の一実施形態の構成を示す図である。図1を参照すると、本実施形態は、半導体デバイスと機械スイッチの両方を用いた複合型半導体限流遮断器である。高速機械式スイッチ(101、102)を直列形態に接続し、高速機械式スイッチ(101、102)の各々の両端間に、ダイオード(111、112)、スナバ回路(121、122)、限流インピーダンス(131、132)が並列に接続されている。ダイオード(111、112)はアノード同士が接続され、アノード接続点は高速機械式スイッチの接続点に接続されている。特に制限されないが、本実施形態において、高速機械式スイッチ(101、102)は、それぞれ、NFB型高速機械式スイッチで構成される。
図2は、本発明の第2の実施形態の構成を示す図である。図2を参照すると、ダイオードB(112)が高速機械スイッチ102に対してのみ設けられている。特に制限されないが、本実施形態において、高速機械式スイッチ(101、102)は、それぞれ、NFB型高速機械式スイッチで構成される。
なお、
図2に示す例では、高速機械スイッチ101、102が直列に接続されており、高速機械スイッチ101にはダイオードが接続されていないため、完全な遮断が行える回路にすることができる。これを、第3の実施形態として図3に示す。
図4に示す実施形態において、高速機械スイッチを直列接続すると、それ自身のアークプラズマのインピーダンスによって限流作用があることから、高圧でも有効な限流作用が期待できる。限流機能を具備する高速機械スイッチを備えたユニットを2台直列接続しており、1台のユニットと比べて限流性能は2倍になっている。すなわち、図4に示す実施形態では、複数のユニットを接続し、高圧に対応している。高速機械スイッチ部が開状態になると、それだけで、大きな限流作用が期待できる。複数のユニットを直列接続したときには、限流インピーダンスがそれぞれのユニットの電圧を分割することになるので、それを考慮して設計を行う必要がある。
図2乃至図4に示した実施形態において、電流の向きBであると、機械スイッチ102がすぐにオープンし、電流がダイオードに転流するため接点が傷まない。電流の向きが反転してから機械スイッチ101を開き、このとき、電流は流れていないため、機械スイッチ101も接点が傷まない。限流遮断を行う必要があるとき、電流の向きAであったときには、半サイクル待って電流の向きBになってから、上記の動作を行う。
図5は、本発明の第5実施形態の構成を示す図である。図5に示す例では、高速機械スイッチ101、102を密閉容器15に入れ、6フッ化硫黄ガス(SF6)や窒素ガスなどの電子吸収能の高いガスを密閉容器15に封入する。アークプラズマが発生していない時の電気絶縁性能を向上し、アークプラズマの発生時には、アーク電圧が高くなり、機械スイッチ自身の限流作用を大としダイオードへの転流時間が短くなる。密閉容器15に封入される電子吸収能が相対的に高いガスが、フロン系ガス、水素ガス、アルゴンガスのうちの1つ、又は、フロン系ガス、水素ガス、アルゴンガスのうちの複数種の混合ガスを含む。特に制限されないが、本実施形態において、高速機械式スイッチ(101、102)は、それぞれ、NFB型高速機械式スイッチで構成される。
図6は、本発明の第6実施形態の構成を示す図である。図6に示すように、ダイオード11及びスナバ回路12部分も含めて、密閉容器15に封入するようにしてもよい。
図11は、本発明のさらに別の実施形態の構成を示す図である。図11を参照すると、本実施形態では、図2の構成において、直列形態に接続された高速機械式スイッチ101、102と直列形態に接続された高耐圧遮断スイッチ16を備えている。高耐圧遮断スイッチ16は、VCB(vacuum circuit breaker)又はGCB(generator circuit breaker)よりなる。高耐圧遮断スイッチ16は限流が完了してから、必要に応じて開状態とされ、回路に流れる電流をゼロとする。
図13は、本発明のさらに別の実施形態の構成を示す図である。図13を参照すると、この実施形態は、図1に示した実施形態の構成から、限流インピーダンス131、132を取りのぞいて構成したものである。電力網での事故発生時、限流よりも、遮断が求められる場合がある(あるいは、本来、遮断が求められる)。図1の構成から限流インピーダンス131、132を取りのぞくことで遮断作用を行うことができる。機械スイッチ101、102の電極間アークが消え、耐電圧を回復し、ダイオード111、112が逆耐圧に対応できれば、限流インピーダンス131、132を並列に挿入することなく、回路を遮断することができる。同様にして、前記各実施の形態において、回路構成から限流インピーダンスを外すことで、遮断作用を実現することができる。この場合、図11の遮断スイッチ(VCB等)を設けることは不要とされる。
電流の向きAであれば、高速スイッチAを開にする。そして、半サイクル遅れてから高速スイッチBを開にする。これによって、高速スイッチBの接点間の劣化・損傷を減少させる。
電流の向きBであれば、高速スイッチBを開にする。そして、半サイクル遅れてから高速スイッチAを開にする。これによって、高速スイッチAの接点間の劣化・損傷を減少させる。順方向電流が流れるダイオードに並列接続されている一方のスイッチから開にして、その後、他方のスイッチを開にする。
図15は、本発明のさらに別の実施形態の構成を示す図である。図15(A)は側面図、図15(B)は上からみた平面図である。電流は銅板22に沿って流れる。遮断時には接点24、25間でアークプラズマが発生する。永久磁石27とアークプラズマに流れる電流によって電磁力を発生する。これは、アークプラズマが接点間から離れる方向に働く。ダイオードの接続向きによってアークプラズマの電流方向が決まるので、それによって永久磁石27のNS極を決める。NFBは電流が流れる銅板22が露出(外気に晒されている)ので、その表面を絶縁カバー23で覆う。もしくは、銅板を絶縁ケース28の下側を通すようにする。永久磁石27には、不図示の磁気回路が接続される。
近時、超伝導現象を利用した限流器の開発が進んでいる。例えば、米国ではDOE(エネルギー省)が、電力関連の超伝導機器としては最優先課題として取り上げている。超伝導限流器の原理は、超伝導体が超伝導から常伝導に転移することによってインピーダンスが増大し、それによって回路に流れる電流を制限するものであるが、遮断はできない。したがって、これを、遮断器と組み合わせるために、図18の回路が利用される。アノード同士が接続されたダイオードAとダイオードBにそれぞれ並列に接続されるスナバ回路121、122と、高速スイッチ(機械スイッチ)A、B(101、102)を備え、ダイオードAとダイオードBのカソード間には、直列接続された高速スイッチA、B(101、102)と並列に、高速スイッチCと超伝導限流器(SC FCL:Superconducting Fault Current Limiter)18の直列回路が接続されている。
111、112 ダイオード
121、122 スナバ回路
131、132 限流インピーダンス
14 制御回路・事故検出回路
15 密閉容器
16 高耐圧遮断スイッチ
17 高速スイッチ
18 SC FCL
20、26 ケーブル
21 機械スイッチ
22 銅版
23 絶縁カバー
24、25 接点
27 永久磁石
28 絶縁ケース
29 遮蔽カバー支持部
30 遮蔽カバー
Claims (19)
- 直列形態に接続された第1及び第2の機械スイッチと、
前記第1の機械スイッチの両端間に、互いに並列に接続された、第1のダイオード、第1のスナバ回路、及び、第1の限流インピーダンスと、
前記第2の機械スイッチの両端間に、互いに並列に接続された、第2のダイオード、第2のスナバ回路、及び、第2の限流インピーダンスと、
を備え、
前記第1及び第2のダイオードのアノード同士が接続され、該アノード接続点は、前記第1及び第2の機械スイッチの接続点に接続されている限流遮断器。 - 前記第1及び第2のダイオードを、前記第1及び第2の機械スイッチにそれぞれ接続する配線が、相対的に高抵抗の配線材料を含む、
請求項1記載の限流遮断器。 - 前記第1及び第2のダイオードを、前記第1及び第2の機械スイッチにそれぞれ接続する配線に相対的に高抵抗の抵抗体が挿入されてなる、
請求項1記載の限流遮断器。 - 前記第1及び第2の機械スイッチの少なくとも1つがフロン系ガス、水素ガス、アルゴンガスのうちの1つのガス、又はフロン系ガス、水素ガス、アルゴンガスのうちの複数種の混合ガスを有する容器に収容されている、
請求項1乃至3のいずれか一記載の限流遮断器。 - 前記第1及び第2の機械スイッチ、前記ダイオード、前記スナバ回路のうちの少なくとも1つがフロン系ガス、水素ガス、アルゴンガスのうちの1つのガス、又はフロン系ガス、水素ガス、アルゴンガスのうちの複数種の混合ガスを有する容器に収容されている、
請求項1乃至3のいずれか一記載の限流遮断器。 - 前記第1及び第2の機械スイッチの少なくとも1つがフロン系ガス、水素ガス、アルゴンガスのうちの1つガス、又はフロン系ガス、水素ガス、アルゴンガスのうちの複数種の混合ガスを有する容器に収容され、
前記容器において、前記第1及び第2の機械スイッチからのアークプラズマが接触しないように壁を備えている、
請求項1乃至3のいずれか一記載の限流遮断器。 - 前記容器が、前記容器に収容される前記機械スイッチが開状態になると開となる窓を備えている、
請求項4又は5記載の限流遮断器。 - 前記容器内の圧が大気圧よりも高く設定されている、
請求項4又は5記載の限流遮断器。 - 前記第1及び第2の機械スイッチの直列回路に対して、直列形態に接続された遮断スイッチを備え、
前記遮断スイッチは限流が完了してから開状態に設定される、
請求項1乃至3のいずれか一記載の限流遮断器。 - 前記第1及び第2の機械スイッチが、ノーヒューズブレーカ型機械スイッチを含む、
請求項1乃至3、9のいずれか一記載の限流遮断器。 - 前記遮断スイッチは、VCB(vacuum circuit breaker)又はGCB(generator circuit breaker)を含む、
請求項9記載の限流遮断器。 - 請求項1乃至3のいずれか一記載の限流遮断器から前記限流インピーダンスを取りのぞいて構成してなる遮断器。
- 前記第1及び第2の機械スイッチの直列回路に直列形態に遮断スイッチを設けることを要せずして、遮断作用をなす請求項12記載の遮断器。
- 前記機械スイッチの接点と接続する導体の少なくとも1部が絶縁カバーで覆われている、請求項1乃至12のいずれか一記載の限流遮断器。
- 前記絶縁カバーの、前記機械スイッチ及びアークプラズマ発生領域側に対応する面を遮蔽カバーで覆う請求項14記載の遮断器。
- 前記機械スイッチの接点と接続する導体の少なくとも1部が絶縁カバーで覆われている、請求項12又は13記載の遮断器。
- 直列形態に接続された第1及び第2の機械スイッチと、
前記第1の機械スイッチの両端間に接続された、第1のダイオード、又は、第1のダイオードと第1のスナバ回路の並列回路と、
前記第2の機械スイッチの両端間に接続された、第2のダイオード、又は、第2のダイオードと第2のスナバ回路の並列回路と、
を備え、
前記第1及び第2のダイオードのアノード同士が接続されるか、カソード同士が接続され、該接続点は、前記第1及び第2の機械スイッチの接続点に接続され、
直列接続された前記第1及び第2の機械スイッチに並列に、スイッチと超伝導限流器(SC FCL)の直列回路を備え、
電流の向きが前記第1のダイオードの順電流方向の場合、前記第1の機械スイッチを開とし、その後、電流方向が反転してから、前記第2の機械スイッチを開とし、
電流の向きが前記第2のダイオードの順電流方向の場合、前記第2の機械スイッチを開とし、その後、電流方向が反転してから、前記第1の機械スイッチを開とする遮断器。 - 直列形態に接続された第1及び第2の機械スイッチと、
前記第1の機械スイッチの両端間に接続された、第1のダイオード、又は、第1の限流インピーダンスの第1のスナバ回路の少なくとも1方と第1のダイオードの並列回路と、
前記第2の機械スイッチの両端間に接続された、第2のダイオード、又は、第2の限流インピーダンスの第2のスナバ回路の少なくとも1方と第2のダイオードの並列回路と、
を備え、
前記第1及び第2のダイオードのアノード同士が接続されるかカソード同士が接続され、該接続点は、前記第1及び第2の機械スイッチの接続点に接続され、
電流の向きが前記第1のダイオードの順電流方向の場合、前記第1の機械スイッチを開とし、その後、電流方向が反転してから、前記第2の機械スイッチを開とし、
電流の向きが前記第2のダイオードの順電流方向の場合、前記第2の機械スイッチを開とし、その後、電流方向が反転してから、前記第1の機械スイッチを開とする遮断器。 - 電流の向きが前記第1のダイオードの順電流方向の場合、前記第1の機械スイッチを開とし、その後、電流方向が反転してから、前記第2の機械スイッチを開とし、
電流の向きが前記第2のダイオードの順電流方向の場合、前記第2の機械スイッチを開とし、その後、電流方向が反転してから、前記第1の機械スイッチを開とする、請求項1乃至13のいずれか一記載の遮断器。
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