JP5275147B2

JP5275147B2 - 転流式直流遮断器の運転方法

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Publication number: JP5275147B2
Application number: JP2009141004A
Authority: JP
Inventors: 則昭宗像; 真聡鈴木; 佳彦松田; 明彦渡邉; 勝芳賀
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-06-12
Also published as: JP2010287460A

Description

本発明は、主開閉器を開極後、転流スイッチを投入してコンデンサの振動転流電流を主回路電流に重畳して遮断する転流式直流遮断器の運転方法に関する。

転流式直流遮断器は、直流電源と負荷との間に接続され、主回路電流が通電される主開閉器と、電気的に直列に接続されたコンデンサと転流スイッチを上記主開閉器に並列に接続して成る転流回路と、コンデンサの充電装置およびこれらを制御する制御装置から構成され、配電盤内にそれらの機器が配置されている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。

直流回路に過大な電流が流れた場合、主開閉器が開離した後転流スイッチが投入され、コンデンサの放電に伴う高周波転流電流が主開閉器に供給される。この転流電流が主回路電流に重畳され、主回路電流に電流零点が発生することで直流を遮断している。

特開２０００−４８６８６号公報特開２００１−１４３５８１号公報

従来の転流式直流遮断器は、その遮断方法がコンデンサからの転流により零点を発生させ遮断することから、主回路と転流回路が一つの転流スイッチを介して電気的に接続されている。このため、転流回路のコンデンサとコンデンサを充電するための異なった電源の充電用回路が、直接主回路に接続され常時主回路の電圧が加圧されていた。そのため、補助回路の転流回路および充電回路の異常で主回路へ影響を及ぼす場合があった。

また、一般的には主回路の電圧が１５００Ｖと補助回路の充電回路電圧２２０Ｖに対して高電圧であり、高電圧が補助回路にも加圧されるため、経年的な絶縁劣化を考慮した設計が必要になっている。

本発明の目的は、主回路の不具合のポテンシャルを無くし、安全で低コストな転流式直流遮断器の運転方法を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、主開閉器と、前記主開閉器に直列接続された副開閉器と、コンデンサと転流スイッチとの直列回路から構成され前記主開閉器に並列に接続される転流回路と、前記コンデンサを充電するコンデンサ充電装置とを有する転流式直流遮断器の運転方法であって、前記転流回路は、前記コンデンサを介して前記転流スイッチの反対側に設けられた転流回路形成スイッチを備え、前記主開閉器の閉路時には、前記転流スイッチ及び前記転流回路形成スイッチを開放して、主回路から前記転流回路の前記コンデンサ及び前記コンデンサ充電装置を切り離して運転するようにしたものである。
かかる方法により、主回路の不具合のポテンシャルを無くし、安全で低コスト化し得るものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、遮断動作時には、前記転流スイッチ及び前記転流回路形成スイッチを閉路して、前記主回路と前記転流回路とを接続するようにしたものである。

本発明によれば、主回路の不具合のポテンシャルを無くし、安全で低コストなものとすることができる。

本発明の一実施形態による転流式直流遮断器の構成を示す直流回路の単線図である。本発明の一実施形態による転流式直流遮断器の構造図である。本発明の一実施形態による転流式直流遮断器の動作を示すタイムチャートである。本発明の一実施形態による転流式直流遮断器の全体構造図である。本発明の一実施形態による転流式直流遮断器を配電盤に収納した例の構造図である。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態による転流式直流遮断器の構成及び動作について説明する。
最初に、図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態による転流式直流遮断器の構成及び動作について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による転流式直流遮断器の構成を示す直流回路の単線図である。図２は、本発明の一実施形態による転流式直流遮断器の要部構造図である。図３は、本発明の一実施形態による転流式直流遮断器の動作を示すタイムチャートである。

図１に示すように、転流式直流遮断器ＤＳは、直流電源９と負荷１０との間に接続される。転流式直流遮断器ＤＳは、主回路電流が通電される主開閉器３と、主開閉器３と直列接続された副開閉器４と、主開閉器３と副開閉器４との間に接続された可飽和リアクトル８と、主開閉器３と可飽和リアクトル８との直列回路に対して並列接続されたエネルギ吸収非直線抵抗７と、電流検出器２７と、駆動装置１２と、転流回路とから構成される。

ここで、転流回路は、電気的に直列に接続されたコンデンサ６と、転流スイッチ５とを備え、この直列回路を主開閉器３に並列に接続して構成される。コンデンサ６は、コンデンサ充電装置１１により予め主回路１と逆の極性に充電されている。以上説明した構成は、従来から備えられているものであるが、本実施形態では、さらに、転流回路に転流回路形成スイッチ５ａを備えたことに特徴がある。転流回路形成スイッチ５ａは、コンデンサ６を介して転流スイッチ５とは反対側に設けられている。転流回路形成スイッチ５ａは、転流スイッチ５と同期を取り、主回路電流１ａの遮断前後で投入、開放される。

直流回路に過大な電流が流れると、電流検出器２７により検出される。駆動装置１２は、主回路１の電流を遮断する場合は、主開閉器３を開極直後に、転流スイッチ５及び転流回路形成スイッチ５ａが点弧され、コンデンサ６，転流スイッチ５，可飽和リアクトル８，主開閉器３の転流回路２が形成されて、コンデンサ６が放電し、主回路電流１ａと逆方向にコンデンサの放電に伴う高周波転流電流２ａが流れる。この転流電流が主回路電流に重畳され、主開閉器３の電流が零点に達すると、主開閉器３は消弧して遮断する。

以上説明したように、通常は、転流スイッチ５及び転流回路形成スイッチ５ａが開放されているため、転流回路２は、主回路１から切り離されており、遮断時のみ転流回路２が主回路１とは接続される構成となっている。そのため、運転用の直流電源９には一切不要な回路が接続されないため、主回路１と転流回路２を別々に保守・点検することで設備維持と安定した電力の供給が可能になり、製品製造において絶縁を考慮した部品製作コストの低減と作業効率の向上、安定した製品の供給が可能になる。

また、主回路と転流回路を切り離すことで、補助回路の転流回路および充電回路の異常で主回路へ影響を及ぼすことがない。さらに、一般的には主回路の電圧が１５００Ｖと補助回路の充電回路電圧２２０Ｖに対して高電圧であり、この電圧が補助回路にも加圧されるため、経年的な絶縁劣化を考慮した設計が必要になっていたがこれも不要となるため、低コストで保守点検が容易となる。

次に、図２を用いて、本実施形態の転流回路形成スイッチ５ａを搭載した転流式直流遮断器の構成について説明する。

駆動装置１２により、主軸２５を介して、主開閉器３と副開閉器４は操作される。主開閉器３には、主開閉器用ワイプばね１５と転流スイッチ用ワイプばね１７を介して、転流スイッチ５が設けられている。同様に、副開閉器４の側にも、副開閉用ワイプばね１６と転流回路形成スイッチ用ワイプばね１８と絶縁ロッド２４を介して、転流回路形成スイッチ５ａが設けられている。

直流電源側主回路接続端子１９と直流負荷側主回路端子２０とは、転流スイッチ５と転流回路形成スイッチ５ａを介してコンデンサ接続端子２２が構成される。主開閉器３と副開閉器４が閉路状態にある時は、転流スイッチ５と転流回路形成スイッチ５ａとは開路状態となるため、コンデンサ接続端子２２側へは電圧が加圧されない構造となっている。なお、符号２１は、可飽和リアクトル８の接続端子であり、符号２３は、主回路側接続端子である。また、符号１３は、引外し装置である。

次に、図３を用いて、本実施形態の転流式直流遮断器転流式の動作について説明する。

図３において、図３（Ａ）は主回路電流を示し、図３（Ｂ）は転流電流を示し、図３（Ｃ）は転流式により直流遮断の状態を示している。図３（Ｄ）は主副開閉器の開閉状態を示し、図３（Ｅ）は転流スイッチ及び転流回路形成スイッチの開閉状態を示している。

例えば、図３（Ａ）の時刻ｔ１において、地絡等により主回路電流が増加すると、図１の電流検出器２７により過電流が流れたことが検出される。すると、駆動装置１２は、図２にて説明したように、時刻ｔ１において、主軸２５を介して、主開閉器３と副開閉器４を操作し、図３（Ｄ）に示すように、開路する。

その後、時刻ｔ２において、駆動装置１２の動作により、転流スイッチ５と転流回路形成スイッチ５ａとが閉路され、図３（Ｂ）に示す転流電流が流れる。そして、図３（Ｃ）に示すように、時刻ｔ３において、電流零点にて主開閉器が遮断する。

以上の構成により、異種電源で遮断性能を発揮する遮断器において、遮断時のみ回路が形成されることでお互いの不具合のポテンシャルがなくなると共に、運用がし易くなった。また、保守点検・部品交換においても、回路を切り離したことにより必要な箇所に対して短時間、最小コストで対応が可能になった。

次に、図４を用いて、本実施形態による転流式直流遮断器の全体構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による転流式直流遮断器の全体構造図である。

図４に示すように、転流式直流遮断器１００は、主開閉器３及び図１に示した副開閉器を駆動する開閉器駆動装置１２と、開閉器駆動装置１２を制御する開閉器制御回路５４，５５，５６，５７と、転流に必要な機器である転流スイッチ５及び転流回路形成スイッチ５ａと、転流用コンデンサ６と、過飽和リアクトル８と、非直線抵抗７を備え、これらを架台６８上に搭載する。

ここで、開閉器制御回路５４，５５，５６，５７は、開閉器駆動装置１２の上部に配置し、転流用コンデンサ６は転流スイッチ５の後方（転流式直流遮断器を搭載する架台の背面側）に配置する、また、可蝕和リアクトル８および非直線抵抗７は主開閉器３の後方に配置した。

架台６８の後方には直流遮断器収納箱内に配置される主回路導体と接続する接触子６４を配置し、接触子６４は転流用コンデンサ６と非直線抵抗７の間に配置した連絡導体６５を介して主開閉器３に接続する。

転流用コンデンサ６は、主開閉器を流れる電流に零点を発生させるために必要な容量を複数のコンデンサに分割して搭載する。転流式直流遮断器を構成する他の機器、例えば非直線抵抗７、過飽和リアクトル８についても複数に分割して搭載することができる。なお、分割して搭載するに際しては、絶縁性能が確保できるように、所定の気中空間距離を確保して配置することにより、転流式直流遮断器全体の小形化を図ることができる。

このように、転流式直流遮断器を構成する主開閉器３、主開閉器を駆動する開閉器駆動装置１２、開閉器駆動装置１２を制御する開閉器制御回路５４，５５，５６，５７および転流に必要な機器である転流スイッチ５及び転流回路形成スイッチ５ａ、転流用コンデンサ６、過飽和リアクトル８および非直線抵抗７を架台６８上に搭載することにより、転流式直流遮断器を、手動により移動可能な直流遮断器として扱うことが可能になる。

このため、製品製造に際して、量産化による部品製作コストの低減と作業効率の向上をはかることが可能となる。また、直流遮断器単体での検証試験も可能になり、安定した製品の供給が可能になる。

次に、図５を用いて、本実施形態による転流式直流遮断器を配電盤に収納した例の構成について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による転流式直流遮断器を配電盤に収納した例の構造図である。なお、図４と同一符号は、同一部分を示している。

図５において、４０は配電盤であり、前面収納箱４０Ａ、直流遮断器収納箱４１、背面収納箱４２Ａを備える。前記収納箱４０Ａ内には配電盤制御ユニット３０Ａ、端子台７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ、正面扉３１を配置する。直流遮断器収納箱４１内には図４に示した直流遮断器１００を配置する。６６は仕切り板であり、直流遮断器１００と遮断器収納箱の背面側に配置した主回路導体との間を仕切る。仕切り板６６の背面には主回路導体６７を配置する。この主回路導体６７は主開閉器３を介して母線６３に接続している。６１は主回路導体に装着した過電流検出器である。背面収納箱４２Ａ内には外部の負荷（き電線）に接続するケーブルを収納する。このケーブルは接続導体７１を介して前記主回路導体６７に接続される。また、ケーブルの接続導体７１には、計器用直流変圧器７６，直流変流器７３Ａ、き電線故障選択装置７２が装着される。

本構成によれば、配電盤４０を構成する前面収納箱４０Ａ、背面収納箱４２Ａの内部に設置する機器の種類・構成・配置を変更することにより、直流遮断器収納箱４１の構成を変更することなく直流回路用配電盤の仕様・用途を変更することができる。すなわち、直流遮断器収納箱４１を標準化することができる。このため、直流回路用配電盤の設計、製作に要する負担を軽減することができる。また、配電盤の全高を低くすることが可能となり直流回路用配電盤の小形軽量化、低コスト化を実現することができる。

また、配電盤４０の保守点検あるいは部品交換に際しては、配電盤４０の前面に配置した正面扉を開いて、移動が可能な転流式直流遮断器を前面収納箱４０Ａ側の外へ引き出す。これにより、直流遮断器は前記接触子６４の部分で主回路導体６７から切り離され、安全に転流式直流遮断器全体を点検し、また部品交換を実施することができる。また、転流式直流遮断器が引き出された後の盤内は、仕切り板６６により主回路導体に近づけないため、内部の点検も安全に作業が実施できる。

以上説明したように、本構成によれば、転流式直流遮断器を１つの移動可能な架台上に単体として構成することができる。このため、同一設計品での量産化が可能となる。このため、前記単体としての直流遮断器を収納する配電盤においては転流式直流遮断器部分の設計が不要となる。

このように、本構成の転流式遮断器を採用した場合には、異なる用途・仕様の直流回路用配電盤の設計に際して、直流遮断器の標準化が可能になり、また、直流遮断器収納箱の小形軽量化と設計・製作時の手間や時間の軽減をはかることができ、低コストで保守点検が容易な転流式直流遮断器を提供することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、主回路の不具合のポテンシャルを無くし、安全で低コストなものとすることができる。

１…主回路
１ａ…主回路電流
２…転流回路
２ａ…転流電流（逆電流）
３…主開閉器
４…副開閉器
５…転流スイッチ
５ａ…転流回路形成スイッチ
６…コンデンサ
７…エネルギ吸収非直線抵抗
８…可飽和リアクトル８
９…直流電源
１０…直流負荷
１１…コンデンサ充電装置
１２…駆動装置
１３…引外し装置
１４…遮断ばね
１５…主開閉器用ワイプばね
１６…副開閉器用ワイプばね
１７…転流スイッチ用ワイプばね
１８…転流回路形成スイッチ用ワイプばね
１９…直流電源側主回路接続端子
２０…直流負荷側主回路接続端子
２１…可飽和リアクトル８接続端子
２２…コンデンサ接続端子
２３…主回路側接続端子
２４…絶縁ロッド
２５…主軸
１００…転流式直流遮断器
ＤＳ…転流式直流遮断器

Claims

主開閉器と、前記主開閉器に直列接続された副開閉器と、コンデンサと転流スイッチとの直列回路から構成され前記主開閉器に並列に接続される転流回路と、前記コンデンサを充電するコンデンサ充電装置とを有する転流式直流遮断器の運転方法であって、
前記転流回路は、前記コンデンサを介して前記転流スイッチの反対側に設けられた転流回路形成スイッチを備え、
前記主開閉器の閉路時には、前記転流スイッチ及び前記転流回路形成スイッチを開放して、主回路から前記転流回路の前記コンデンサ及び前記コンデンサ充電装置を切り離して運転することを特徴とする転流式直流遮断器の運転方法。
請求項１の転流式直流遮断器の運転方法において、
遮断動作時には、前記転流スイッチ及び前記転流回路形成スイッチを閉路して、前記主回路と前記転流回路とを接続することを特徴とする転流式直流遮断器の運転方法。