JP6154400B2 - メカトロニクス回路遮断装置および関連トリガリング方法並びに高直流を遮断する際のその使用方法 - Google Patents
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Description
・少なくとも1つの副分岐を有する少なくとも1つの主モジュールを含む主分岐であって、前記少なくとも1つの副分岐が、制御されたデューティレシオを有する少なくとも1つの電力半導体素子から構成された少なくとも1つの遮断器セルと直列に接続された少なくとも1つのメカニカルスイッチ断路器を含む、主分岐と、
・前記主分岐と電気的に並列の補助分岐であって、
・タイミング副分岐と呼ばれる少なくとも1つの第1の副分岐であって、前記第1の副分岐が、前記主分岐に対する前記タイミング副分岐の漏れインダクタンスと、前記タイミング副分岐の全ての部品の分布抵抗とを規定し、カスケードの複数の電力サイリスタから構成された少なくとも1つの第1の遮断器セルを含み、前記タイミング副分岐の少なくとも1つが、さらに、放電抵抗器と電気的に並列の少なくとも1つの第1のキャパシタと電圧サージリミッタとを有する少なくとも1つの第1の切換支援モジュールを含む、第1の副分岐と、
・アーミング副分岐と呼ばれ、前記タイミング副分岐と電気的に並列の第2の副分岐であって、前記第2の副分岐が、前記タイミング副分岐に対する前記アーミング副分岐の漏れインダクタンスと、前記アーミング副分岐の全ての部品の分布抵抗とを規定し、カスケードの複数の電力サイリスタから構成された少なくとも1つの第2の遮断器セルと、放電抵抗器と電気的に並列の少なくとも1つの第2のキャパシタと電圧サージリミッタとを含む少なくとも1つの第2の切換支援モジュールとを含む、第2の副分岐と、
を含む補助分岐と、
・前記主分岐と電気的に並列の少なくとも1つの主電圧サージリミッタと、を含む。
・電流を全消滅させ、
・主分岐を開く瞬間に送電線路内にある電磁エネルギーを一時的に蓄積し、
・保守介入の場合にそのエネルギーを排出して人の安全性を保証し、必要に応じて迅速な作業サイクルを十分に迅速に可能にする。
・主分岐から主電圧サージリミッタに電流を送り、
・遮断段階で、装置の端子の電圧を全ての部品の絶縁耐力定格より低くなるように制御し、
・過渡回復電圧の漸進的進化(特に、その上昇率)を制御することを同時に可能にする補助分岐を提供する。
a)各スイッチ断路器を閉じたまま、デューティレシオ制御式電力半導体素子をオン状態からオフ状態に切り換えて、全電流を、各メカニカルスイッチ断路器が開くのに必要な期間、少なくとも1つのタイミング副分岐に分流する段階と、
b)段階a)と同期して、少なくとも1つのタイミング副分岐の電力サイリスタをオフ状態からオン状態に切り換えて、主分岐と補助分岐の端子に、主分岐にもアーミング分岐にも電圧サージリミッタにも電流が流れないようにする電圧レベルを達成して、次に、各メカニカルスイッチ断路器の開位置で、アーミング分岐の電力サイリスタのオフ状態からオン状態への切り換えを可能にし、次に、各メカニカルスイッチ断路器の開位置で、少なくとも1つのタイミング副分岐の電力サイリスタをオン状態からオフ状態に切り換える段階と、
c)段階b)が完了したとき、各メカニカルスイッチ断路器を開く段階と、
d)段階c)が完了し、各メカニカルスイッチ断路器がその開位置に達したときに、アーミング副分岐の電力サイリスタをオフ状態からオン状態に切り換えてその端子に、電圧サージリミッタに全電流を分流することを可能にする電圧レベルを達成する段階と、
e)主電圧サージリミッタによって電流を消滅させる段階と、を含む。
・複数のメカニカルスイッチ断路器の複数の副分岐を並列に接続する機能。
・それらの副分岐のそれぞれに流れる電流を測定する機能。
・これらの各副分岐内の電流を動的に平衡させて、副分岐の様々な部品の加熱を制御する機能。
・導通状態で、導電率または、オン時間とオフ時間の合計に対するオン時間の比率として定義されたデューティレシオを制御することによって、同じ主モジュール10.1,10.2,…,10.nの各副分岐内の電流を調整してそのモジュールの副分岐の部品の熱平衡を保証し、主モジュール10.1,10.2,…10.nのそれぞれにおける電流を調整してその熱平衡を保証する機能。
・後述するように、主分岐10から補助分岐11への電流の高速切換を可能にする機能。
・主分岐が導通状態に戻ることを可能にする機能。
・副分岐における電流が、他の副分岐内の電流の平均と異常に違う場合は、同じ主モジュール10.1,10.2,…,10.nの1つまたは複数の副分岐を非活動化し、この非活動化により、故障のリモート信号が生じ、故障の影響を受けた部品が安全状態になることができる機能。
・当該の副分岐内の位置により、別の先行するゲート制御モジュールまたは監視制御システムによって送られた状況報告リクエストを受け取る機能。
・当該の分岐内の位置に応じて、この信号を複製し次のゲート制御モジュールまたは監視制御システムに転送する機能。この複製を監視制御システムが受け取るときは、含まれる全てのゲート制御モジュールが適正な動作状態になり、受け取らないときは、含まれる制御モジュールの少なくとも幾つかが適正な動作状態ではないことを意味する。この情報によって、監視制御システムは、必要に応じてリモート故障信号を送信し、メカトロニクス回路遮断器の安全対策を適用でき、例えば、完了しそうもない動作を阻止する。
・当該の副分岐内の位置に応じて、別の先行するゲート制御モジュールまたは監視制御システムによって送られたときに実行する命令を受け取る機能。
・当該の分岐内の位置に応じて、その命令を複製して、次のゲート制御モジュールまたは監視制御システムに転送する機能。
・この命令を実行し、非導通(オフ)状態から導通(オン)状態に移行することを必要としている電力サイリスタに制御パルスを送る機能。
・サイリスタが導通し始めるのに必要なエネルギーを蓄積する機能。
・Transilダイオードとして知られるZnOまたは電力ツェナーダイオードタイプの1つまたは複数の電圧サージリミッタによって、電圧サージと関連付けられた電力サイリスタを保護する機能。
・各メカニカルスイッチ断路器が開き始め、第1の電圧レベルに耐えるのに十分な時間の電流を分流する機能。
・主分岐10の電力半導体部品と並列に接続された電圧サージリミッタを導通させないほど小さい電圧降下を保証する機能。
・適切な時間に電流を第3のタイミング副分岐11.3に切り換えるのに十分に高い電圧降下を保証する機能。
・第3のタイミング副分岐11.3が導通し始めるときに、それ自体の電力サイリスタをオフにするのに十分な電圧を蓄積する機能。
・メカニカルスイッチ断路器が第1の開路レベル達した後、各メカニカルスイッチ断路器が端子の回復電圧に耐えるのに必要な絶縁耐力を得るのに必要な時間で第2のタイミング副分岐11.2からそれ自体に電流を分流する機能。
・各メカニカルスイッチ断路器を絶縁破壊しない十分に低い電圧降下を保証する機能。
・適切な時間に前記副分岐11.3内の電流をアーミング副分岐11.4に切り換えるのに十分に高い電圧降下を保証する機能。
・アーミング副分岐11.4の導通開始時に、それ自体の電力サイリスタをターンオフするのに十分な電圧とエネルギーを蓄積する機能。
・導通開始時に、一次電流の全体がアーミング副分岐11.4に分流されるようにきわめて低い瞬間インピーダンスを有し、
・導通している間、端子の電圧が主電圧サージリミッタ12内で導通を開始させるように増大する瞬間インピーダンスを有し、
・導通期間後に、残留漏れ電流が流れてもごく僅かになるように、きわめて高いインピーダンスを有しなければならない。
・di/dtと示された時間に対する電流のドリフトを制限する機能、
・第2のタイミング副分岐11.2のモジュール用にメカトロニクス回路遮断器の端子に定電圧を維持する機能、
・第3のタイミング副分岐11.3のモジュール用のアーミング副分岐11.4への切り換えを可能にする高い電圧を生成する機能、および、
・アーミング副分岐11.4のモジュール用の主電圧サージリミッタ12への切り換えを可能にする十分に高い電圧を生成する機能を提供する。
・電流の全消失を保証する機能。
・主分岐10を開く瞬間に線路内にある電磁エネルギーを一時的に蓄積する機能。
・必要に応じて、高速作業サイクルを等しく可能にするのに十分に素早くエネルギーを排出する機能。
・回路遮断器の保守の総合的安全性を可能にし、
・電流を遮断したときに電気応力を受けないようにすることによって動作の信頼性を高め、
・スイッチング電流を制限し、
・低電流の遮断を可能にし、
・命令で、その遮断容量より大きい電流の通過を許可するように適応された補助的機能によって回路遮断器1の性能を補完する。
10 主分岐
10.1,10.2,10.n 主モジュール
10.11,10.12,10.1n,11.1,11.2,11.3,11.4 副分岐
100 メカニカルスイッチ断路器
101a;101b 遮断器セル
1010a;1010b 電力半導体素子
11 補助分岐
111a,112a,113a,111b,112b,113b 電力サイリスタ
1120,1140 キャパシタ
1121 インダクタ
1122 抵抗器
1124,1144 電圧サージリミッタ
1125 放電抵抗器
1141 インダクタ
1142 抵抗器
1145 放電抵抗器
114a;114b 電力サイリスタ
12 主電圧サージリミッタ
L 電力伝達手段
M1,M3 切換支援モジュール
Claims (22)
- 電力伝達手段(L)に流れる電流を遮断するように適応されたメカトロニクス回路遮断装置(1)であって、
少なくとも1つの副分岐(10.11,10.12,10.1n)を有する少なくとも1つの主モジュール(10.1,10.2,10.n)を含む主分岐(10)であって、前記少なくとも1つの副分岐(10.11,10.12,10.1n)が、制御されたデューティレシオを有する少なくとも1つの電力半導体素子(1010a;1010b)から構成された少なくとも1つの遮断器セル(101a;101b)と直列に接続された少なくとも1つのメカニカルスイッチ断路器(100)を含む、主分岐(10)と、
前記主分岐と電気的に並列の補助分岐(11)であって、
タイミング副分岐と呼ばれ、カスケードの複数の電力サイリスタ(111a,112a,113a;111b,112b,113b)を有する少なくとも1つの第1の遮断器セルを含む少なくとも1つの第1の副分岐(11.1,11.2,11.3)であって、前記タイミング副分岐の少なくとも1つが、さらに、放電抵抗器(1125)および電圧サージリミッタ(1124)と電気的に並列である少なくとも1つの第1のキャパシタ(1120)を有する少なくとも1つの第1の切換支援モジュール(M1)を含む、第1の副分岐(11.1,11.2,11.3)と、
アーミング副分岐と呼ばれ、前記タイミング副分岐と電気的に並列で、カスケードの複数の電力サイリスタ(114a;114b)から構成された少なくとも1つの第2の遮断器セルと、放電抵抗器(1145)と電気的に並列である少なくとも1つの第2のキャパシタ(1140)を有する第2の切換支援モジュール(M3)を含む、第2の副分岐(11.4)と、
を含む補助分岐(11)と、
前記主分岐と電気的に並列の少なくとも1つの主電圧サージリミッタ(12)とを含む、メカトロニクス回路遮断装置(1)。 - 主モジュールの各副分岐が、互いに逆並列に電力半導体を使用して接続された2つの遮断器セル(101a,101b)の間に直列に接続された少なくとも1つのメカニカルスイッチ断路器(100)を含む、請求項1に記載のメカトロニクス回路遮断器。
- 主モジュールの各遮断器セルと電気的に並列の電圧上昇率リミッタ(102a,102b)をさらに含み、前記電圧上昇率リミッタが、キャパシタ(1021a,1021b)と電気的に直列のダイオード(1020a,1020b)を含み、前記キャパシタ(1021a,1021b)自体が、放電抵抗器(1022a,1022b)と電気的に並列である、請求項1または請求項2に記載のメカトロニクス回路遮断器。
- 主モジュールの各遮断器セルと電気的に並列の電圧サージリミッタ(103a)をさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のメカトロニクス回路遮断器。
- 主モジュールの副分岐の各遮断器セルが、制御された導電率を有する少なくとも1つの電力半導体素子(1010a,1010b)を含み、前記主モジュールの各副分岐が、遮断器セルと逆並列に接続されたダイオード(1011b,1011a)を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のメカトロニクス回路遮断器。
- 主モジュールの遮断器セルの制御デューティレシオを有する前記電力半導体部品が、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)(1010a,1010b)である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のメカトロニクス回路遮断器。
- 主モジュール(10.1,10.2,10.n)の副分岐(10.11,10.12,10.1n)の遮断器セル(101a,101b)の前記デューティレシオ制御式電力半導体素子が、少なくとも1つの電界効果トランジスタ(1012a,1012b)と、前記電界効果トランジスタのドレインを絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)のエミッタに接続することによって前記電界効果トランジスタと電気的に直列に接続されたIGBTトランジスタ(1010a,1010b)とを含み、前記電界効果トランジスタのゲートGが、前記カスコード回路型のスイッチング挙動を保証する制御回路に接続されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のメカトロニクス回路遮断器。
- 前記主分岐が、互いに電気的に並列の複数の主モジュール(10.1,10.2,…,10.n)を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のメカトロニクス回路遮断器。
- 各主モジュール(10.1,10.2,…10.n)が、互いに電気的に並列の複数の副分岐(10.11,10.12,…,10.1n)を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載のメカトロニクス回路遮断器。
- 前記補助分岐(11)が、互いに電気的に並列の少なくとも2つのタイミング副分岐(11.2,11.3)を含み、少なくとも1つの第3の遮断器セルを含む前記第2のタイミング副分岐が、カスケードの複数の電力サイリスタ(111a,113a;111b,113b)と、少なくとも1つの第3の切換支援モジュール(M2)とを含み、前記第3の切換支援モジュール(M2)が、少なくとも1つの第3のキャパシタ(1130)と、少なくとも1つの第3のインダクタ(1131)と、前記第3のキャパシタと電気的に直列の少なくとも1つの第3の抵抗器(1132,1136)とを有し、前記第3のキャパシタ(1130)自体が、放電抵抗器(1135)および電圧サージリミッタ(1134)と電気的に並列であり、前記電圧サージリミッタ(1134)自体が抵抗器(1136)と直列である、請求項1〜9のいずれか一項に記載のメカトロニクス回路遮断器。
- 各主モジュール(10.1,10.2,…,10.n)の各副分岐(10.11,10.12,…,10.1n)の各メカニカルスイッチ断路器(100)が、電気的に直列の2つの真空遮断器を含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載のメカトロニクス回路遮断器。
- 高電圧交流または直流電気エネルギー伝達手段に取り付けられるように設計された1組の電気スイッチギヤであって、
請求項1〜11のいずれか一項に記載のメカトロニクス回路遮断器と、前記メカトロニクス回路遮断器の前記2つの端子のそれぞれと直列に接続された少なくとも1つの電気的接地スイッチ(2)とを含む、1組の電気スイッチギヤ。 - 前記メカトロニクス回路遮断器の前記端子と電気的に並列に接続され、命令で、特定の期間に、前記メカトロニクス回路遮断器の遮断容量より大きい過渡電流を、前記回路遮断器の一方の端子から他方の端子に、前記回路遮断器を通さずに流すように適応されたブリッジスイッチ(3)を含む、請求項12に記載の1組の電気スイッチギヤ。
- 前記複合回路遮断器の端子の両側で、前記メカトロニクス回路遮断器と電気的に直列で前記接地スイッチの前記電気接続端子の外側に配置された断路器(4)を含む、請求項12または請求項13に記載の1組の電気スイッチギヤ。
- 接地スイッチの電気接続端子と断路器との間に、前記断路器と電気的な直列の電気抵抗器(5)を挿入するためのスイッチを含む、請求項14に記載の1組の電気スイッチギヤ。
- 前記メカトロニクス回路遮断装置と電気的に直列の追加の回路遮断器を含み、前記追加の回路遮断器が、低電流を遮断するように適応された、請求項12〜15のいずれか一項に記載の1組の電気スイッチギヤ。
- 前記追加の回路遮断器が、帰線用直流遮断器(MRTB)である、請求項16に記載の1組の電気スイッチギヤ。
- 前記追加の回路遮断器が、メカニカルアーク消滅型である、請求項16に記載の1組の電気スイッチギヤ。
- 前記スイッチギヤおよび追加の回路遮断器が、個別または組み合わせのモジューラ設計のものである、請求項12〜18のいずれか一項に記載の1組の電気スイッチギヤ。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載のメカトロニクス回路遮断装置をトリガする方法であって、
前記主分岐に安定電流が存在し、特定の命令が存在しない状態でのみ、各スイッチ断路器が、閉位置に維持され、前記1組または複数組のデューティレシオ制御式電力半導体がオン状態に維持され、前記補助分岐の前記1組の電力サイリスタがオフ状態に維持され、前記装置の主分岐に電流サージが生じた場合または特定の命令を受け取ったときに、
a)各スイッチ断路器を閉じた状態に維持したまま前記デューティレシオ制御式電力半導体素子をオン状態からオフ状態に切り換えて、全ての電流を少なくとも1つのタイミング副分岐に、各メカニカルスイッチ断路器が開くのに必要な期間、分流する段階と、
b)段階a)と同期して、少なくとも1つのタイミング副分岐の電力サイリスタをオフ状態からオン状態に切り換えて、前記主分岐と前記補助分岐の前記端子に、前記主分岐にも前記アーミング副分岐にも前記主電圧サージリミッタにも電流が流れないようにする電圧レベルを達成し、次に各メカニカルスイッチ断路器の開位置で前記アーミング副分岐の前記電力サイリスタを前記オフ状態からオン状態に切り換え、次に各メカニカルスイッチ断路器の前記開位置で前記少なくとも1つのタイミング副分岐の前記電力サイリスタを前記オン状態から前記オフ状態に切り換える段階と、
c)段階b)が完了したとき、各メカニカルスイッチ断路器を開く段階と、
d)段階c)が完了したとき、またメカニカルスイッチ断路器がその開位置に達したときに、前記アーミング副分岐の前記電力サイリスタを前記オフ状態から前記オン状態に切り換えて、前記電力サイリスタの端子で、前記主電圧サージリミッタへの全電流の分流を可能にする電圧レベルを達成する段階と、
e)前記主電圧サージリミッタによって電流を消失させる段階と、を含む、方法。 - 少なくとも1つの断路器(4)を開くことによって残留漏れ電流をなくす段階f)をさらに実行する、請求項20に記載のトリガリング方法。
- 請求項20または請求項21に記載の方法を使用した監視制御システム。
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