JP6365724B1 - DC breaker - Google Patents

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Abstract

【課題】直流遮断装置において、確実に双方向の直流電流を遮断する。【解決手段】第1直流系統1の+端子と第2直流系統2の+端子との間に機械遮断器CBを接続する。第1直流系統1の+端子と機械遮断器CBの共通接続点と、第1,第2直流系統1,2の−端子と、の間に第1コンデンサC1が接続される。第2直流系統2の+端子と機械遮断器CBの共通接続点と、第1コンデンサC1との間に第1半導体スイッチング素子T1が接続される。第2直流系統2の+端子と機械遮断器CBの共通接続点と、第1,第2直流系統1,2の−端子と、の間に第2コンデンサC2が接続される。第1直流系統1の+端子と機械遮断器CBの共通接続点と、第2コンデンサC2との間に第2半導体スイッチング素子T2が接続される。【選択図】図1In a DC interrupter, a bidirectional DC current is reliably interrupted. A mechanical circuit breaker CB is connected between a + terminal of a first DC system 1 and a + terminal of a second DC system 2. A first capacitor C1 is connected between the + terminal of the first DC system 1 and the common connection point of the mechanical circuit breaker CB and the-terminals of the first and second DC systems 1 and 2. The first semiconductor switching element T1 is connected between the positive terminal of the second DC system 2 and the common connection point of the mechanical circuit breaker CB and the first capacitor C1. A second capacitor C2 is connected between the + terminal of the second DC system 2 and the common connection point of the mechanical circuit breaker CB and the-terminals of the first and second DC systems 1, 2. The second semiconductor switching element T2 is connected between the positive terminal of the first DC system 1 and the common connection point of the mechanical circuit breaker CB and the second capacitor C2. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、定常時の電力損失が小さく、双方向の直流電流を遮断できる直流遮断装置に関する。   The present invention relates to a direct current interrupting device that is capable of interrupting bidirectional direct current with low power loss during normal operation.

特許文献1には、従来の直流遮断装置の一例が開示されている。直流電流には交流電流とは異なり零点が生じないため、機械遮断器を開極した際に発生するアークを消弧できないという課題がある。特許文献1は機械遮断器開極時の電流を補助回路に迂回させることで零点を作り出し、アークを消弧する。   Patent Document 1 discloses an example of a conventional DC cutoff device. Unlike the alternating current, a zero point does not occur in the direct current, and therefore there is a problem that the arc generated when the mechanical circuit breaker is opened cannot be extinguished. Patent Document 1 creates a zero point by diverting the current when the mechanical circuit breaker is opened to the auxiliary circuit, and extinguishes the arc.

特許文献1の直流遮断装置は単方向の電流遮断に対応した構成である。今後は再生可能エネルギーの普及が考えられ、ネットワーク化された直流送配電システムにおいては1本の経路に双方向の電流が流れるケースがあり、双方向の電流遮断技術が必要となる。   The DC interruption device of Patent Document 1 has a configuration corresponding to unidirectional current interruption. In the future, the spread of renewable energy is considered, and in a networked DC transmission / distribution system, there are cases where bidirectional current flows through one path, and bidirectional current interruption technology is required.

特開2016−28378号公報JP 2016-28378 A

特許文献1における電流を迂回させる補助回路は、できる限り低インピーダンスであることが必要とされる。さもないと、電流が補助回路を通過する際に電圧降下が生じ、電圧降下に等しい電圧が機械遮断器に印加される。その電圧がアーク維持電圧よりも大きいと、アークは消弧されずに電流は開極した機械遮断器を流れ続け、電流遮断に失敗してしまう。   The auxiliary circuit that bypasses the current in Patent Document 1 is required to have as low impedance as possible. Otherwise, a voltage drop occurs as current passes through the auxiliary circuit, and a voltage equal to the voltage drop is applied to the mechanical circuit breaker. If the voltage is greater than the arc maintenance voltage, the arc is not extinguished and the current continues to flow through the opened mechanical circuit breaker, failing to interrupt the current.

補助回路はコンデンサとダイオードで構成されているが、ダイオードでは通過電流に依存しない一定の電圧降下が生じる。また、このほかにも寄生抵抗や寄生インダクタンス成分がある。特に、インダクタンスは電流変化の傾きに比例した電圧降下が生じるため、大きな電流である短絡電流を迂回させると電圧降下も大きくなる。   The auxiliary circuit is composed of a capacitor and a diode, but a constant voltage drop that does not depend on the passing current occurs in the diode. In addition, there are parasitic resistance and parasitic inductance components. In particular, the inductance causes a voltage drop proportional to the slope of the current change. Therefore, if the short circuit current, which is a large current, is bypassed, the voltage drop also increases.

図15に問題となる動作を示す。図15(a)は直流遮断装置から、第2直流系統2の短絡電流を遮断する際に関係する素子のみを抽出し、補助回路に寄生インダクタンスを加えた回路図である。   FIG. 15 shows a problem operation. FIG. 15A is a circuit diagram in which only elements that are relevant when the short-circuit current of the second DC system 2 is interrupted are extracted from the DC interrupter, and parasitic inductance is added to the auxiliary circuit.

図15(b)は補助回路におけるダイオードの電圧降下やインダクタンスを無視した時の各波形を示すタイムチャートである。時刻t1で機械遮断器CBを開極すると、機械遮断器両端電圧Vcbにはコンデンサ電圧のみが印加され、時刻t1では零である。そのため、アークは発生せず電流はすべて補助回路に迂回され、電流を遮断することができる。   FIG. 15B is a time chart showing waveforms when the voltage drop and inductance of the diode in the auxiliary circuit are ignored. When the mechanical circuit breaker CB is opened at time t1, only the capacitor voltage is applied to the voltage Vcb across the mechanical circuit breaker, and is zero at time t1. Therefore, no arc is generated and all current is bypassed to the auxiliary circuit, and the current can be cut off.

図15(c)は補助回路におけるダイオードの電圧降下やインダクタンスを考慮したときの各波形を示すタイムチャートである。時刻t1において、機械遮断器両端電圧Vcbには補助回路のコンデンサ電圧の他にダイオードの電圧降下と寄生インダクタンス電圧の和が印加される。また、寄生インダクタンスにより補助回路電流Iauxは有限の傾きで増加し、機械遮断器通過電流Icbも同じ傾きで減少する。   FIG. 15C is a time chart showing waveforms when the voltage drop and inductance of the diode in the auxiliary circuit are taken into consideration. At time t1, the sum of the voltage drop of the diode and the parasitic inductance voltage is applied to the mechanical circuit breaker voltage Vcb in addition to the capacitor voltage of the auxiliary circuit. Further, the auxiliary circuit current Iaux increases with a finite slope due to the parasitic inductance, and the mechanical circuit breaker passing current Icb also decreases with the same slope.

時刻t1以降は補助回路電流IauxによりコンデンサCが充電され、機械遮断器両端電圧Vcbはさらに増加する。ここで、機械遮断器通過電流Icbが十分小さくなる前に機械遮断器両端電圧Vcbがアーク保持電圧を超えてしまうと(図15では時刻t2)、アークを消弧できなくなり電流は機械遮断器CBを通過し続け、遮断に失敗してしまう。また、高圧系統向けにダイオードDを複数直列に接続すると、アーク保持電圧を超える危険性が高くなる。   After time t1, the capacitor C is charged by the auxiliary circuit current Iaux, and the voltage Vcb across the mechanical circuit breaker further increases. Here, if the mechanical circuit breaker voltage Vcb exceeds the arc holding voltage before the mechanical circuit breaker passage current Icb becomes sufficiently small (at time t2 in FIG. 15), the arc cannot be extinguished and the current is lost to the mechanical circuit breaker CB. Will continue to pass and will fail to shut down. Further, when a plurality of diodes D are connected in series for a high voltage system, the risk of exceeding the arc holding voltage increases.

対策として、補助回路のコンデンサ容量を増加する方法がある。しかし、これは図15において時刻t1以降の機械遮断器両端電圧Vcb増加量を低減するだけであり、時刻t1における機械遮断器両端電圧Vcb増加を低減する効果はない。また、コンデンサ容量を増加すると、コスト・装置容積が増加してしまう問題点もある。   As a countermeasure, there is a method of increasing the capacitor capacity of the auxiliary circuit. However, this only reduces the increase amount of the mechanical circuit breaker voltage Vcb after time t1 in FIG. 15, and has no effect of reducing the increase of the mechanical circuit breaker voltage Vcb at time t1. Further, when the capacitor capacity is increased, there is a problem that the cost and the apparatus volume increase.

以上示したようなことから、直流遮断装置において、確実に双方向の直流電流を遮断することが課題となる。   As described above, in the DC interrupting device, it is a problem to surely interrupt bidirectional DC current.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、第1直流系統の+端子と第2直流系統の+端子との間に接続された機械遮断器と、前記第1直流系統の+端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第2直流系統の+端子と前記機械遮断器の共通接続点と、の間に順次直列接続された第1コンデンサと第1リアクトルと第1半導体スイッチング素子、または、第1リアクトルと第1コンデンサと第1半導体スイッチング素子と、前記第2直流系統の+端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第1直流系統の+端子と前記機械遮断器の共通接続点と、の間に順次直列接続された第2コンデンサと第2リアクトルと第2半導体スイッチング素子、または、第2リアクトルと第2コンデンサと第2半導体スイッチング素子と、前記第1リアクトルと前記第1半導体スイッチング素子の共通接続点、または、前記第1コンデンサと前記第1半導体スイッチング素子の共通接続点と、前記第1、第2直流系統の−端子との間に接続された第1インピーダンスと、前記第2リアクトルと前記第2半導体スイッチング素子の共通接続点、または、前記第2コンデンサと前記第2半導体スイッチング素子の共通接続点と、前記第1、第2直流系統の−端子との間に接続された第2インピーダンスと、を備えたことを特徴とする。   The present invention has been devised in view of the conventional problems, and one aspect thereof is a mechanical circuit breaker connected between the + terminal of the first DC system and the + terminal of the second DC system, A first capacitor sequentially connected in series between a positive terminal of the first DC system and a common connection point of the mechanical circuit breaker, and a positive terminal of the second DC system and a common connection point of the mechanical circuit breaker; A first reactor and a first semiconductor switching element, or a first reactor and a first capacitor and a first semiconductor switching element; a positive connection terminal of the second DC system; a common connection point of the mechanical circuit breaker; and the first DC The second capacitor and the second reactor and the second semiconductor switching element, or the second reactor and the second capacitor and the second semiconductor, which are sequentially connected in series between the positive terminal of the system and the common connection point of the mechanical circuit breaker. Switching element A common connection point between the first reactor and the first semiconductor switching element, or a common connection point between the first capacitor and the first semiconductor switching element, and a negative terminal of the first and second DC systems. A first impedance connected to the second reactor and a common connection point of the second reactor and the second semiconductor switching element, or a common connection point of the second capacitor and the second semiconductor switching element, and the first and second And a second impedance connected between the negative terminal of the DC system.

また、その一態様として、前記第1インピーダンスと前記第2インピーダンスは、抵抗であることを特徴とする。   As one aspect thereof, the first impedance and the second impedance are resistors.

また、その一態様として、前記第1,第2半導体スイッチング素子は自己消弧形素子であり、前記第1,第2半導体スイッチング素子にダイオードが直列接続されたことを特徴とする。   As one mode, the first and second semiconductor switching elements are self-extinguishing elements, and a diode is connected in series to the first and second semiconductor switching elements.

また、他の態様として、前記第1,第2半導体スイッチング素子は、サイリスタであることを特徴とする。   As another aspect, the first and second semiconductor switching elements are thyristors.

また、その一態様として、前記第1,第2抵抗と前記第1,第2直流系統の−端子との間に接続された第3半導体スイッチング素子を備え、または、前記第1抵抗と前記第1,第2直流系統の−端子との間に接続された第3半導体スイッチング素子と、前記第2抵抗と前記第1,第2直流系統の−端子との間に接続された第4半導体スイッチング素子と、を備えたことを特徴とする。   Further, as one aspect thereof, the semiconductor device includes a third semiconductor switching element connected between the first and second resistors and a negative terminal of the first and second DC systems, or the first resistor and the first resistor A third semiconductor switching element connected between the negative terminal of the first and second DC systems, and a fourth semiconductor switching connected between the second resistor and the negative terminal of the first and second DC systems. And an element.

また、他の態様として、前記第1インピーダンスと前記第2インピーダンスは、第3リアクトルと第4リアクトルであり、前記第3,第4リアクトルと前記第1,第2直流系統の−端子との間に接続された第3半導体スイッチング素子と、または、前記第3リアクトルと前記第1,第2直流系統の−端子との間に接続された第3半導体スイッチング素子と、前記第4リアクトルと前記第1,第2直流系統の−端子との間に接続された第4半導体スイッチング素子と、前記第3リアクトルと前記第3半導体スイッチング素子の共通接続点にアノードが接続され、カソードが前記第1半導体スイッチング素子と前記第2直流系統の+端子の共通接続点に接続された第1ダイオードと、前記第4リアクトルと前記第4半導体スイッチング素子または前記第3半導体スイッチング素子の共通接続点にアノードが接続され、カソードが前記第2半導体スイッチング素子と前記第1直流系統の+端子の共通接続点に接続された第2ダイオードと、を備えたことを特徴とする。   As another aspect, the first impedance and the second impedance are a third reactor and a fourth reactor, and between the third and fourth reactors and a negative terminal of the first and second DC systems. A third semiconductor switching element connected to the third semiconductor switching element, or a third semiconductor switching element connected between the third reactor and a negative terminal of the first and second DC systems, the fourth reactor, and the second 1, a fourth semiconductor switching element connected between the negative terminal of the second DC system, an anode connected to a common connection point of the third reactor and the third semiconductor switching element, and a cathode connected to the first semiconductor A first diode connected to a common connection point of the switching element and the + terminal of the second DC system, the fourth reactor, the fourth semiconductor switching element, or An anode is connected to the common connection point of the third semiconductor switching element, and a cathode is connected to the common connection point of the second semiconductor switching element and the positive terminal of the first DC system. It is characterized by.

また、その一態様として、前記第1,第2半導体スイッチング素子はサイリスタであることを特徴とする。   In one embodiment, the first and second semiconductor switching elements are thyristors.

また、その一態様として、前記第1直流系統から前記第2直流系統に電流が流れており、前記第2直流系統で事故が発生した場合は、前記第2半導体スイッチング素子をONし、前記機械遮断器に流れる電流が所定値以下になった後、前記機械遮断器を遮断し、前記第2直流系統から前記第1直流系統に電流が流れており、前記第1直流系統で事故が発生した場合は、前記第1半導体スイッチング素子をONし、前記機械遮断器に流れる電流が所定値以下になった後、前記機械遮断器を遮断することを特徴とする。   Further, as one aspect thereof, when a current flows from the first DC system to the second DC system, and an accident occurs in the second DC system, the second semiconductor switching element is turned on, and the machine After the current flowing through the circuit breaker falls below a predetermined value, the mechanical circuit breaker is shut off, current flows from the second DC system to the first DC system, and an accident occurs in the first DC system. In this case, the first semiconductor switching element is turned on, and the mechanical circuit breaker is interrupted after a current flowing through the mechanical circuit breaker becomes a predetermined value or less.

本発明によれば、直流遮断装置において、確実に双方向の直流電流を遮断することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to reliably interrupt bidirectional DC current in a DC interrupter.

実施形態1における直流遮断装置を示す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram showing a DC interrupter in Embodiment 1. 実施形態1における定常状態の直流遮断装置を示す図。The figure which shows the direct current | flow interrupting device of the steady state in Embodiment 1. FIG. 実施形態1における第2直流系統側で事故が発生した場合の直流遮断装置を示す図。The figure which shows the DC interruption | blocking apparatus when the accident generate | occur | produces in the 2nd DC system side in Embodiment 1. FIG. 実施形態1におけるアーク遮断後の直流遮断装置を示す図。The figure which shows the direct current | flow interruption | blocking apparatus after the arc interruption | blocking in Embodiment 1. FIG. 実施形態1における第2直流系統を再投入する時の直流遮断装置を示す図。The figure which shows the DC interruption | blocking apparatus at the time of re-injecting the 2nd DC system in Embodiment 1. FIG. 実施形態1における第2直流系統の短絡電流遮断時の各波形を示すタイムチャート。The time chart which shows each waveform at the time of the short circuit current interruption | blocking of the 2nd DC system in Embodiment 1. FIG. 実施形態2における直流遮断装置を示す回路図。FIG. 5 is a circuit diagram showing a DC interrupter in Embodiment 2. 実施形態3における直流遮断装置を示す回路図。FIG. 5 is a circuit diagram showing a DC interrupter in Embodiment 3. 実施形態4における直流遮断装置を示す回路図。FIG. 6 is a circuit diagram showing a DC interrupter in Embodiment 4. 実施形態4における第3,第4半導体スイッチング素子ON時の直流遮断装置を示す図。The figure which shows the DC interruption | blocking apparatus at the time of the 3rd, 4th semiconductor switching element ON in Embodiment 4. FIG. 実施形態4における第3,第4半導体スイッチング素子OFF時の直流遮断装置を示す図。The figure which shows the DC interruption | blocking apparatus at the time of the 3rd, 4th semiconductor switching element OFF in Embodiment 4. FIG. 実施形態4における第2直流系統側で事故が発生した場合の直流遮断装置を示す図。The figure which shows the DC circuit breaker when the accident generate | occur | produces in the 2nd DC system side in Embodiment 4. FIG. 実施形態4におけるアーク遮断後の直流遮断装置を示す図。The figure which shows the direct-current interrupting device after the arc interruption in Embodiment 4. 実施形態4における第2直流系統を再投入する時の直流遮断装置を示す図。The figure which shows the DC interruption | blocking apparatus at the time of re-introducing the 2nd DC system in Embodiment 4. 従来の直流遮断装置の各波形を示す図。The figure which shows each waveform of the conventional DC circuit breaker.

以下、本願発明における直流遮断装置の実施形態1〜4を図1〜図14に基づいて詳述する。   Hereinafter, Embodiments 1 to 4 of the DC interrupter according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

[実施形態1]
図1に本実施形態1の主回路構成を示す。図1に示すように、本実施形態1の直流遮断装置3は、機械遮断器CBと、第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2と、第1,第2ダイオードD1,D2と、第1,第2コンデンサC1,C2と、第1,第2リアクトルL1,L2と、第1,第2抵抗R1,R2と、を備える。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows a main circuit configuration of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the DC breaker 3 of Embodiment 1 includes a mechanical breaker CB, first and second semiconductor switching elements T1 and T2, first and second diodes D1 and D2, and a first , Second capacitors C1, C2, first and second reactors L1, L2, and first and second resistors R1, R2.

第1直流系統1の+端子と第2直流系統2の+端子との間に機械遮断器CBが接続される。   A mechanical circuit breaker CB is connected between the + terminal of the first DC system 1 and the + terminal of the second DC system 2.

第1直流系統1の+端子と機械遮断器CBの共通接続点と、第1,第2直流系統1,2の−端子との間には、第1コンデンサC1,第1リアクトルL1,第1抵抗(第1インピーダンス)R1が順次直列接続される。(第1コンデンサC1と第1リアクトルL1の接続の順序は逆にしてもよい。)機械遮断器CBと第2直流系統2の+端子の共通接続点には、第1半導体スイッチング素子T1の一端が接続される。第1半導体スイッチング素子T1の他端には第1ダイオードD1のアノードが接続される。第1ダイオードD1のカソードは、第1リアクトルL1と第1抵抗R1の共通接続点に接続される。   The first capacitor C1, the first reactor L1, the first terminal are connected between the + terminal of the first DC system 1 and the common connection point of the mechanical circuit breaker CB and the-terminals of the first and second DC systems 1, 2. A resistor (first impedance) R1 is sequentially connected in series. (The order of connection between the first capacitor C1 and the first reactor L1 may be reversed.) One end of the first semiconductor switching element T1 is connected to the common connection point between the mechanical circuit breaker CB and the + terminal of the second DC system 2. Is connected. The other end of the first semiconductor switching element T1 is connected to the anode of the first diode D1. The cathode of the first diode D1 is connected to the common connection point of the first reactor L1 and the first resistor R1.

第2直流系統2の+端子と機械遮断器CBの共通接続点と第1,第2直流系統1,2の−端子との間には、第2コンデンサC2,第2リアクトルL2,第2抵抗(第2インピーダンス)R2が順次直列接続される。(第2コンデンサC2と第2リアクトルL2の接続の順序は逆にしてもよい。)機械遮断器CBと第1直流系統1の+端子の共通接続点には、第2半導体スイッチング素子T2の一端が接続される。第2半導体スイッチング素子T2の他端には第2ダイオードD2のアノードが接続される。第2ダイオードD2のカソードは、第2リアクトルL2と第2抵抗R2の共通接続点に接続される。   Between the positive terminal of the second DC system 2 and the common connection point of the mechanical circuit breaker CB and the negative terminals of the first and second DC systems 1 and 2, there are a second capacitor C2, a second reactor L2, and a second resistor. (Second impedance) R2 are sequentially connected in series. (The order of connection of the second capacitor C2 and the second reactor L2 may be reversed.) The common connection point of the mechanical circuit breaker CB and the positive terminal of the first DC system 1 has one end of the second semiconductor switching element T2. Is connected. The other end of the second semiconductor switching element T2 is connected to the anode of the second diode D2. The cathode of the second diode D2 is connected to the common connection point of the second reactor L2 and the second resistor R2.

なお、本実施形態1の半導体スイッチング素子T1,T2は、自己消弧可能なスイッチング素子とする。図1ではIGBTとし、第1半導体スイッチング素子T1のコレクタ端子を第1直流系統1の+端子と機械遮断器CBの共通接続点に接続する。また、第2半導体スイッチング素子T2のコレクタ端子を第2直流系統2の+端子と機械遮断器CBの共通接続点に接続する。また、第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2のエミッタ端子は、第1,第2ダイオードD1,D2のアノードに接続する。   Note that the semiconductor switching elements T1 and T2 of the first embodiment are switching elements capable of self-extinguishing. In FIG. 1, an IGBT is used, and the collector terminal of the first semiconductor switching element T1 is connected to a common connection point between the positive terminal of the first DC system 1 and the mechanical circuit breaker CB. Further, the collector terminal of the second semiconductor switching element T2 is connected to the common connection point of the positive terminal of the second DC system 2 and the mechanical circuit breaker CB. The emitter terminals of the first and second semiconductor switching elements T1 and T2 are connected to the anodes of the first and second diodes D1 and D2.

第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2,第1,第2ダイオードD1,D2は、リバースブロッキングIGBTなど逆阻止能力を有する自己消弧可能なスイッチング素子に置き換えてもよい。   The first and second semiconductor switching elements T1, T2, and the first and second diodes D1, D2 may be replaced with a self-extinguishing switching element having a reverse blocking capability such as a reverse blocking IGBT.

次に、本実施形態1における直流遮断装置の動作を説明する。   Next, the operation of the DC interrupter in Embodiment 1 will be described.

図2は、本実施形態1の定常状態における直流遮断装置である。定常状態では機械遮断器CBが閉極状態であり、電流は双方向に流れる。このとき、第1コンデンサC1には第1リアクトルL1→第1抵抗R1を介して充電電流が流れる。また、第2コンデンサC2には第2リアクトルL2→第2抵抗R2を介して充電電流が流れる。   FIG. 2 shows the DC cutoff device in the steady state according to the first embodiment. In the steady state, the mechanical circuit breaker CB is in a closed state, and current flows in both directions. At this time, a charging current flows through the first capacitor C1 via the first reactor L1 → the first resistor R1. A charging current flows through the second capacitor C2 via the second reactor L2 → second resistor R2.

第1,第2コンデンサC1,C2が系統電圧まで充電されると充電電流は零になる。定常時において電流は機械遮断器CBのみを通過するため、電力損失はほとんどない。   When the first and second capacitors C1 and C2 are charged up to the system voltage, the charging current becomes zero. Since the current passes only through the mechanical circuit breaker CB at a constant time, there is almost no power loss.

図3に、第2直流系統2側で事故が発生した場合における本実施形態1の直流遮断装置3を示す。事故発生時には第2半導体スイッチング素子T2をONすることで、第2コンデンサC2から放電電流が補助回路電流として機械遮断器CB→第2半導体スイッチング素子T2→第2ダイオードD2→第2リアクトルL2を経由して流れる。この補助回路電流により機械遮断器CBを流れる短絡電流を打ち消して電流の零点を作り出し、機械遮断器CBを開極してアークを消弧する。   FIG. 3 shows the DC interrupter 3 of the first embodiment when an accident occurs on the second DC system 2 side. When an accident occurs, the second semiconductor switching element T2 is turned on, and the discharge current from the second capacitor C2 is supplied as an auxiliary circuit current via the mechanical circuit breaker CB → second semiconductor switching element T2 → second diode D2 → second reactor L2. Then flow. This auxiliary circuit current cancels the short-circuit current flowing through the mechanical circuit breaker CB to create a zero point of the current, opens the mechanical circuit breaker CB, and extinguishes the arc.

補助回路電流の大きさは第2リアクトルL2,第2コンデンサC2で決まる。よって、第2リアクトルL2,第2コンデンサC2の大きさは、想定される短絡電流の最大値を打ち消すことができるように決定する。   The magnitude of the auxiliary circuit current is determined by the second reactor L2 and the second capacitor C2. Therefore, the magnitude | size of the 2nd reactor L2 and the 2nd capacitor | condenser C2 is determined so that the maximum value of the assumed short circuit current can be negated.

図4にアーク消弧後の本実施形態1の直流遮断装置3を示す。補助回路電流は第2半導体スイッチング素子T2→第2ダイオードD2→第2リアクトルL2→第2コンデンサC2を経由して流れ、第2コンデンサC2を図2とは逆向きに充電する。第2コンデンサC2が充電完了すると第2直流系統2側の電流が零になり、電流の遮断が完了する。   FIG. 4 shows the DC interrupter 3 of the first embodiment after arc extinguishing. The auxiliary circuit current flows through the second semiconductor switching element T2, the second diode D2, the second reactor L2, the second capacitor C2, and charges the second capacitor C2 in the direction opposite to that in FIG. When the charging of the second capacitor C2 is completed, the current on the second DC system 2 side becomes zero, and the interruption of the current is completed.

このとき、遮断動作には不要な電流が第2半導体スイッチング素子T2→第2ダイオードD2→第2抵抗R2を介して流れ、損失が発生する。この電流が十分小さくなるよう第2抵抗R2の抵抗値は大きくする必要がある。これは第1抵抗R1も同様である。第2コンデンサC2の逆充電が完了して、電流の遮断が完了したら、第2半導体スイッチング素子T2をOFFする。   At this time, a current unnecessary for the cutoff operation flows through the second semiconductor switching element T2 → the second diode D2 → the second resistor R2, and a loss occurs. The resistance value of the second resistor R2 needs to be increased so that this current becomes sufficiently small. The same applies to the first resistor R1. When the reverse charging of the second capacitor C2 is completed and the interruption of the current is completed, the second semiconductor switching element T2 is turned off.

図5に電流遮断が完了し、第2直流系統2を再投入するときの本実施形態1の直流遮断装置3を示す。機械遮断器CBを閉極すると、電流が機械遮断器CB→第2コンデンサC2→第2リアクトルL2→第2抵抗R2を経由して流れ、逆向きに充電されていた第2コンデンサC2を元の向きに充電し直す。充電が完了すると図2の状態に戻り、遮断準備が完了する。   FIG. 5 shows the DC interrupter 3 of the first embodiment when the current interrupt is completed and the second DC system 2 is turned on again. When the mechanical circuit breaker CB is closed, the current flows through the mechanical circuit breaker CB → second capacitor C2 → second reactor L2 → second resistor R2, and the second capacitor C2 that has been charged in the opposite direction passes through the second capacitor C2. Recharge in the correct direction. When charging is completed, the state returns to the state shown in FIG.

なお、電流の流れる方向や事故発生時の電流値は上位コントローラを用いて監視し、機械遮断器CBの開閉と第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2のON,OFFを行う。   The direction of current flow and the current value when an accident occurs are monitored using a host controller, and the mechanical circuit breaker CB is opened and closed and the first and second semiconductor switching elements T1 and T2 are turned on and off.

図6に第2直流系統2側の短絡電流を遮断する際の波形を示す。時刻t1で短絡が発生し、機械遮断器通過電流Icbが増加する。時刻t2で第2半導体スイッチング素子T2をONすると、第2コンデンサC2から放電電流が補助回路電流Iauxとして流れ、機械遮断器通過電流Icbを打ち消す。   FIG. 6 shows a waveform when the short-circuit current on the second DC system 2 side is cut off. A short circuit occurs at time t1, and the mechanical circuit breaker passage current Icb increases. When the second semiconductor switching element T2 is turned on at time t2, the discharge current flows from the second capacitor C2 as the auxiliary circuit current Iaux, and the mechanical circuit breaker passing current Icb is canceled.

このとき、補助回路電流Iauxは第2コンデンサC2,第2リアクトルL2により決定する周波数の共振電流となる。共振周波数が高すぎると機械遮断器CB開極前に共振が終わり機械遮断器通過電流Icbが元の大きさに戻ってしまう。また、共振周波数が低すぎると補助回路電流Iaux増加速度よりも短絡による機械遮断器通過電流Icb増加速度の方が大きくなり機械遮断器通過電流Icbに零点を作れない。そのため、共振周波数は機械遮断器CB動作時間と同程度か少し長めに設定する必要がある。   At this time, the auxiliary circuit current Iaux becomes a resonance current having a frequency determined by the second capacitor C2 and the second reactor L2. If the resonance frequency is too high, resonance ends before the mechanical circuit breaker CB opens, and the mechanical circuit breaker passing current Icb returns to its original magnitude. On the other hand, if the resonance frequency is too low, the increase rate of the mechanical circuit breaker passage current Icb due to the short circuit becomes larger than the increase rate of the auxiliary circuit current Iaux, and a zero point cannot be created in the mechanical breaker passage current Icb. Therefore, it is necessary to set the resonance frequency to be the same as or slightly longer than the mechanical circuit breaker CB operation time.

機械遮断器通過電流Icbがある程度小さくなったら、機械遮断器CBを開極する。機械遮断器CBを開極するタイミングの決定方法については、以下の2つが考えられる。まず1つめは、電流センサで機械遮断器通過電流Icbを検出して検出値が許容値以下の時に開極する方法である。2つめは、第2リアクトルL2や第2コンデンサC2の値から補助回路電流Iauxが最大となる時間を計算してそのタイミングで機械遮断器CBを開極する方法である。   When the mechanical circuit breaker passage current Icb becomes small to some extent, the mechanical circuit breaker CB is opened. There are two possible methods for determining the timing for opening the mechanical circuit breaker CB. The first is a method of detecting the mechanical circuit breaker passage current Icb with a current sensor and opening the contact when the detected value is less than or equal to an allowable value. The second is a method of calculating the time when the auxiliary circuit current Iaux is maximized from the values of the second reactor L2 and the second capacitor C2 and opening the mechanical circuit breaker CB at that timing.

なお、機械遮断器CBが遮断指定を受けてから実際に開極となるまでは時間遅れがある。本明細書で遮断すると記載している場合、実際に開極した時を示すものとする。   It should be noted that there is a time delay from when the mechanical breaker CB receives a break designation until it is actually opened. When it is described as blocking in this specification, it indicates the actual opening time.

図6では時刻t3で機械遮断器CBを開極している。時刻t3では機械遮断器通過電流Icbが残っているため多少のアークが発生するが、機械遮断器通過電流Icbは補助回路電流Iauxにより、その後、零となるため、アークを消弧できる。   In FIG. 6, the mechanical circuit breaker CB is opened at time t3. At time t3, a slight arc is generated because the mechanical circuit breaker passing current Icb remains, but the mechanical circuit breaker passing current Icb becomes zero thereafter by the auxiliary circuit current Iaux, so that the arc can be extinguished.

その後、第2コンデンサC2の電圧Vc2は共振電流および短絡電流により逆向きに充電され、マイナスの系統電圧Vdcに達すると充電が完了し補助回路電流Iauxは零になり遮断が完了する。   Thereafter, the voltage Vc2 of the second capacitor C2 is charged in the opposite direction by the resonance current and the short-circuit current. When the voltage Vc2 reaches the negative system voltage Vdc, the charging is completed, and the auxiliary circuit current Iaux becomes zero and the interruption is completed.

本実施形態1では、第2直流系統2側で事故が発生した場合の遮断方法を記載したが、第1直流系統1側で事故が発生した場合も同様に遮断が可能である。この場合、第2半導体スイッチング素子T2ではなく第1半導体スイッチング素子T1をONすることで、第1コンデンサC1の放電電流を用いて機械遮断器CBを通過する短絡電流を打ち消す。   In this Embodiment 1, although the interruption | blocking method when the accident generate | occur | produced on the 2nd DC system 2 side was described, also when the accident generate | occur | produces on the 1st DC system 1 side, interruption | blocking is possible. In this case, by turning on the first semiconductor switching element T1 instead of the second semiconductor switching element T2, the short-circuit current passing through the mechanical circuit breaker CB is canceled using the discharge current of the first capacitor C1.

以上示したように、本実施形態1によれば、補助回路のコンデンサ放電電流により機械遮断器通過電流Icbに零点を作り、確実に双方向の直流電流を遮断することができる。   As described above, according to the first embodiment, a zero point is created in the mechanical circuit breaker passing current Icb by the capacitor discharge current of the auxiliary circuit, and the bidirectional DC current can be reliably interrupted.

さらに、定常時は常に機械遮断器CBを通電するため、電力損失がほとんどない。また、第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2はON直後、第1,第2リアクトルL1,L2により零電流から傾きを持って増加するため(図6(b)のIaux参照)、ターンON損失は非常に小さい。さらに、第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2は短絡電流を遮断せず、第1,第2コンデンサC1,C2の逆充電により短絡電流が零になったところでターンOFFを行うため、ターンOFF損失もほとんど発生しない。   Furthermore, since the mechanical circuit breaker CB is always energized at the normal time, there is almost no power loss. Further, immediately after the first and second semiconductor switching elements T1 and T2 are turned on, the first and second reactors L1 and L2 increase from zero current with a slope (see Iaux in FIG. 6B), so that the turn-on is performed. The loss is very small. Furthermore, the first and second semiconductor switching elements T1 and T2 do not cut off the short-circuit current, and turn off when the short-circuit current becomes zero due to reverse charging of the first and second capacitors C1 and C2. There is almost no loss.

また、補助回路のコンデンサ容量が小さくてもよく、小型化ができる。また、補助回路の寄生インピーダンス成分の多少の増加を許容できる。また、繰り返し直流電流の遮断及び再投入動作が可能となる。   Further, the capacitor capacity of the auxiliary circuit may be small, and the size can be reduced. Further, a slight increase in the parasitic impedance component of the auxiliary circuit can be allowed. In addition, the DC current can be repeatedly interrupted and turned on again.

[実施形態2]
図7に本実施形態2の主回路構成を示す。本実施形態2は、実施形態1の第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2をサイリスタなどの自己消弧不可能な逆阻止能力を有するスイッチング素子に置き換えたものである。また、実施形態1の第1,第2ダイオードD1,D2を省略している。
[Embodiment 2]
FIG. 7 shows the main circuit configuration of the second embodiment. In the second embodiment, the first and second semiconductor switching elements T1 and T2 of the first embodiment are replaced with switching elements having a reverse blocking capability that cannot be self-extinguishing, such as thyristors. Further, the first and second diodes D1 and D2 of the first embodiment are omitted.

本実施形態2の動作は実施形態1と全く同じである。ただし、図4に示すように機械遮断器CB開極後は第2半導体スイッチング素子T2をONすることにより不要電流が第2半導体スイッチング素子T2,第2抵抗R2を介して流れるため、自己消弧能力がないと第2半導体スイッチング素子T2を上位コントローラからの指令信号によってOFFすることができない。   The operation of the second embodiment is exactly the same as that of the first embodiment. However, since the unnecessary current flows through the second semiconductor switching element T2 and the second resistor R2 by turning on the second semiconductor switching element T2 after the mechanical circuit breaker CB is opened as shown in FIG. Without the capability, the second semiconductor switching element T2 cannot be turned off by a command signal from the host controller.

しかし、通常のサイリスタはゲート電流が零かつ順方向電流が保持電流未満になるとOFFになる。そこで、第1,第2抵抗R1,R2の値を大きくし、第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2ON時に第1,第2抵抗R1,R2を介して流れる不要電流が保持電流よりも小さくなるようにすれば、第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2をサイリスタに置き換えることができる。   However, a normal thyristor is turned off when the gate current is zero and the forward current is less than the holding current. Therefore, the values of the first and second resistors R1 and R2 are increased, and the unnecessary current flowing through the first and second resistors R1 and R2 when the first and second semiconductor switching elements T1 and T2 are ON is smaller than the holding current. As a result, the first and second semiconductor switching elements T1 and T2 can be replaced with thyristors.

以上示したように、本実施形態2によれば、実施形態1と同様の作用効果を奏する。また、サイリスタはIGBTよりも電圧降下が小さく、高耐圧・大電流品も入手が容易である。また、サイリスタはIGBTよりも耐圧が高い部品があるため、直列接続数もIGBTよりも少なくてよい。そのため、IGBTよりも小型・低コストで高耐圧・大電流化ができ、遮断時の損失・発熱を小さくすることができる。   As described above, according to the second embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained. The thyristor has a smaller voltage drop than the IGBT, and a high withstand voltage / high current product is also easily available. In addition, since the thyristor has components with higher withstand voltage than the IGBT, the number of series connections may be smaller than that of the IGBT. For this reason, it is possible to increase the breakdown voltage and current at a smaller size and at a lower cost than the IGBT, and to reduce loss and heat generation at the time of interruption.

[実施形態3]
図8に本実施形態3の主回路構成を示す。本実施形態3は、実施形態2の第1,第2抵抗R1,R2と第1,第2直流系統1,2の−端子との間に、自己消弧可能な第3半導体スイッチング素子T3を追加し、不要電流を遮断できるようにしたものである。
[Embodiment 3]
FIG. 8 shows a main circuit configuration of the third embodiment. In the third embodiment, a third semiconductor switching element T3 capable of self-extinguishing is provided between the first and second resistors R1 and R2 of the second embodiment and the negative terminals of the first and second DC systems 1 and 2. In addition, unnecessary current can be cut off.

以下、本実施形態3における直流遮断装置3の動作を説明する。定常状態では第3半導体スイッチング素子T3をONし、図2と同じ状態にして第1,第2コンデンサC1,C2を充電する。充電が完了または短絡事故などにより遮断指令が来たら、第3半導体スイッチング素子T3をOFFにする。   Hereinafter, the operation of the DC interrupter 3 in the third embodiment will be described. In the steady state, the third semiconductor switching element T3 is turned ON, and the first and second capacitors C1 and C2 are charged in the same state as in FIG. When a cut-off command is received due to completion of charging or a short circuit accident, the third semiconductor switching element T3 is turned off.

充電完了は、第1,第2コンデンサC1,C2の両端電圧を検出し、系統電圧に等しくなったことを条件とする。または、第1コンデンサC1と第1抵抗R1,第2コンデンサC2と第2抵抗R2の積から時定数を求め、機械遮断器CB閉極から時定数よりも十分長い時間(例えば、10倍程度)の経過をもって充電完了と判定してもよい。   Completion of charging is performed on the condition that the voltage across the first and second capacitors C1 and C2 is detected and becomes equal to the system voltage. Alternatively, the time constant is obtained from the product of the first capacitor C1 and the first resistor R1, the second capacitor C2 and the second resistor R2, and is sufficiently longer than the time constant from the mechanical circuit breaker CB closing (for example, about 10 times). It may be determined that charging is complete with the progress of.

アーク消弧後は第3半導体スイッチング素子T3がOFFであり、図4とは異なり第2半導体スイッチング素子T2,第2抵抗R2を経由して流れる不要電流は第3半導体スイッチング素子T3により遮断される。   After arc extinguishing, the third semiconductor switching element T3 is OFF, and unlike FIG. 4, the unnecessary current flowing through the second semiconductor switching element T2 and the second resistor R2 is blocked by the third semiconductor switching element T3. .

以上示したように、本実施形態3によれば、実施形態1,2と同様の作用効果を奏する。また、電流遮断後の損失を零にすることができる。また、第1,第2抵抗R1,R2の抵抗値が小さくても不要電流は流れないため、第1,第2サイリスタT1,T2を確実にOFFすることができる。第1,第2抵抗R1,R2の抵抗値を小さくするメリットとして、図5における系統再投入時の第1,第2コンデンサC1,C2再充電速度が向上する。よって、遮断準備完了までにかかる時間を短縮できる。   As described above, according to the third embodiment, the same operational effects as those of the first and second embodiments can be obtained. Further, the loss after the current interruption can be made zero. Moreover, even if the resistance values of the first and second resistors R1 and R2 are small, no unnecessary current flows, so that the first and second thyristors T1 and T2 can be reliably turned off. As an advantage of reducing the resistance values of the first and second resistors R1 and R2, the recharging speed of the first and second capacitors C1 and C2 when the system is re-input in FIG. 5 is improved. Therefore, it is possible to shorten the time required to complete the preparation for shutting down.

なお、第3半導体スイッチング素子T3を、第1コンデンサC1の充電用の半導体スイッチング素子T3と、第2コンデンサC2の充電用の半導体スイッチング素子T4とに分割してもよい。この場合、第1抵抗R1と半導体スイッチング素子T3とを接続する。また、第2抵抗R2と半導体スイッチング素子T4とを接続する。また、半導体スイッチング素子T3と半導体スイッチング素子T4の上位コントローラからの指令信号は共通化してよい。   The third semiconductor switching element T3 may be divided into a semiconductor switching element T3 for charging the first capacitor C1 and a semiconductor switching element T4 for charging the second capacitor C2. In this case, the first resistor R1 and the semiconductor switching element T3 are connected. Further, the second resistor R2 and the semiconductor switching element T4 are connected. Moreover, the command signal from the host controller of the semiconductor switching element T3 and the semiconductor switching element T4 may be shared.

[実施形態4]
実施形態1〜3では、あらかじめ補助回路の第1,第2コンデンサC1,C2を充電しておき、コンデンサ放電電流を用いて機械遮断器開極時の電流を打ち消し、零点を作り出してアークを消弧する。しかし、図2に示すように第1,第2コンデンサC1,C2の充電電流は第1,第2抵抗R1,R2を介して流れるため、各抵抗に電力損失が発生するという問題がある。
[Embodiment 4]
In the first to third embodiments, the first and second capacitors C1 and C2 of the auxiliary circuit are charged in advance, the current at the time of opening the mechanical circuit breaker is canceled using the capacitor discharge current, and the zero is created to extinguish the arc. Arc. However, since the charging currents of the first and second capacitors C1 and C2 flow through the first and second resistors R1 and R2 as shown in FIG. 2, there is a problem that power loss occurs in each resistor.

以下、本実施形態4における直流遮断装置3を図9に基づいて説明する。本実施形態4における直流遮断装置3は、機械遮断器CBと、第1,第2コンデンサC1,C2と、第1〜第4半導体スイッチング素子T1〜T4と、第1〜第4リアクトルL1〜L4と、第1,第2ダイオードD1,D2と、を備える。   Hereinafter, the DC cutoff device 3 according to Embodiment 4 will be described with reference to FIG. The DC circuit breaker 3 in the fourth embodiment includes a mechanical circuit breaker CB, first and second capacitors C1 and C2, first to fourth semiconductor switching elements T1 to T4, and first to fourth reactors L1 to L4. And first and second diodes D1 and D2.

第1直流系統1の+端子と第2直流系統2の+端子との間に機械遮断器CBが接続される。   A mechanical circuit breaker CB is connected between the + terminal of the first DC system 1 and the + terminal of the second DC system 2.

第1直流系統1の+端子と機械遮断器CBの共通接続点と、第1,第2直流系統1,2の−端子との間には、第1コンデンサC1と、第1リアクトルL1と、第3リアクトル(第1インピーダンス)L3と、自己消弧能力を有する第3半導体スイッチング素子T3と、が順次直列接続される。(第1コンデンサC1と第1リアクトルL1の接続の順序は逆にしてもよい。)
図9では第3半導体スイッチング素子T3はIGBTとし、コレクタ端子を第3リアクトルL3に、エミッタ端子を第1,第2直流系統1,2の−端子側に接続する。
Between the positive connection terminal of the first DC system 1 and the mechanical circuit breaker CB and the negative terminals of the first and second DC systems 1 and 2, a first capacitor C1, a first reactor L1, and A third reactor (first impedance) L3 and a third semiconductor switching element T3 having a self-extinguishing capability are sequentially connected in series. (The order of connection of the first capacitor C1 and the first reactor L1 may be reversed.)
In FIG. 9, the third semiconductor switching element T3 is an IGBT, the collector terminal is connected to the third reactor L3, and the emitter terminal is connected to the negative terminal side of the first and second DC systems 1 and 2.

第2直流系統2の+端子と機械遮断器CBの共通接続点には、逆阻止能力を有する第1半導体スイッチング素子(図9ではサイリスタ)T1のアノードが接続される。第1半導体スイッチング素子(サイリスタ)T1のカソードは第1,第3リアクトルL1,L3の共通接続点に接続される。   The anode of the first semiconductor switching element (thyristor in FIG. 9) T1 having reverse blocking capability is connected to a common connection point between the + terminal of the second DC system 2 and the mechanical circuit breaker CB. The cathode of the first semiconductor switching element (thyristor) T1 is connected to the common connection point of the first and third reactors L1, L3.

第3リアクトルL3と第3半導体スイッチング素子T3の共通接続点には、第1ダイオードD1のアノードが接続される。第1ダイオードD1のカソードは第1半導体スイッチング素子(サイリスタ)T1と第2直流系統2の+端子との共通接続点に接続される。   The anode of the first diode D1 is connected to the common connection point of the third reactor L3 and the third semiconductor switching element T3. The cathode of the first diode D1 is connected to a common connection point between the first semiconductor switching element (thyristor) T1 and the + terminal of the second DC system 2.

第2直流系統2の+端子と機械遮断器CBの共通接続点と、第1,第2直流系統1,2の−端子との間には、第2コンデンサC2と、第2リアクトルL2と、第4リアクトル(第2インピーダンス)L4と、自己消弧能力を有する第4半導体スイッチング素子T4と、が順次直列接続される。(第2コンデンサC2と第2リアクトルL2の接続の順序は逆にしてもよい。)
図9では第4半導体スイッチング素子T4はIGBTとし、コレクタ端子を第4リアクトルL4に、エミッタ端子を第1,第2直流系統1,2の−端子側に接続する。
Between the positive connection terminal of the second DC system 2 and the mechanical circuit breaker CB, and the negative terminal of the first and second DC systems 1 and 2, a second capacitor C2, a second reactor L2, and A fourth reactor (second impedance) L4 and a fourth semiconductor switching element T4 having a self-extinguishing capability are sequentially connected in series. (The order of connection of the second capacitor C2 and the second reactor L2 may be reversed.)
In FIG. 9, the fourth semiconductor switching element T <b> 4 is an IGBT, the collector terminal is connected to the fourth reactor L <b> 4, and the emitter terminal is connected to the − terminal side of the first and second DC systems 1 and 2.

第1直流系統1の+端子と機械遮断器CBの共通接続点には、逆阻止能力を有する第2半導体スイッチング素子(図9ではサイリスタ)T2のアノードが接続される。第2半導体スイッチング素子(サイリスタ)T2のカソードは第2,第4リアクトルL2,L4の共通接続点に接続される。   The anode of the second semiconductor switching element (thyristor in FIG. 9) T2 having reverse blocking capability is connected to the common connection point of the positive terminal of the first DC system 1 and the mechanical circuit breaker CB. The cathode of the second semiconductor switching element (thyristor) T2 is connected to the common connection point of the second and fourth reactors L2 and L4.

第4リアクトルL4と第4半導体スイッチング素子T4の共通接続点には、第2ダイオードD2のアノードが接続される。第2ダイオードD2のカソードは第2半導体スイッチング素子(サイリスタ)T2と第1直流系統1の+端子の共通接続点に接続される。   The anode of the second diode D2 is connected to the common connection point of the fourth reactor L4 and the fourth semiconductor switching element T4. The cathode of the second diode D2 is connected to a common connection point between the second semiconductor switching element (thyristor) T2 and the + terminal of the first DC system 1.

第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2は、自己消弧能力は不要であるが、逆阻止能力は必要である。IGBTとダイオードの直列回路やリバースブロッキングIGBTなど他のスイッチング素子に置き換えてもよい。   The first and second semiconductor switching elements T1 and T2 do not need self-extinguishing capability but need reverse blocking capability. You may replace with other switching elements, such as a series circuit of IGBT and a diode, or reverse blocking IGBT.

以下、本実施形態4における直流遮断装置3の動作を説明する。定常状態では機械遮断器CBが閉極状態であり、電流は双方向に流れる。この定常状態において、第3,第4半導体スイッチング素子T3,T4をスイッチングすることで第1,第2コンデンサC1,C2を充電する。   Hereinafter, the operation of the DC cutoff device 3 according to the fourth embodiment will be described. In the steady state, the mechanical circuit breaker CB is in a closed state, and current flows in both directions. In this steady state, the first and second capacitors C1 and C2 are charged by switching the third and fourth semiconductor switching elements T3 and T4.

図10に第3,第4半導体スイッチング素子T3,T4をONした時の状態を示す。コンデンサ充電電流は第1コンデンサC1→第1リアクトルL1→第3リアクトルL3→第3半導体スイッチング素子T3を流れ、第1コンデンサC1が充電される。また、同時に、コンデンサ充電電流は第2コンデンサC2→第2リアクトルL2→第4リアクトルL4→第4半導体スイッチング素子T4を流れ、第2コンデンサC2が充電される。   FIG. 10 shows a state when the third and fourth semiconductor switching elements T3 and T4 are turned on. The capacitor charging current flows through the first capacitor C1, the first reactor L1, the third reactor L3, and the third semiconductor switching element T3, and the first capacitor C1 is charged. At the same time, the capacitor charging current flows through the second capacitor C2, the second reactor L2, the fourth reactor L4, and the fourth semiconductor switching element T4, and the second capacitor C2 is charged.

図11に第3,第4半導体スイッチング素子T3,T4をOFFした時の状態を示す。第3半導体スイッチング素子T3ON時に第3リアクトルL3に蓄えられた磁気エネルギーにより、第1ダイオードD1→第1コンデンサC1→第1リアクトルL1を循環して電流が流れ、第1コンデンサC1が充電される。   FIG. 11 shows a state when the third and fourth semiconductor switching elements T3 and T4 are turned off. The magnetic energy stored in the third reactor L3 when the third semiconductor switching element T3 is ON circulates through the first diode D1, the first capacitor C1, the first reactor L1, and the first capacitor C1 is charged.

また、第4半導体スイッチング素子T4ON時に第4リアクトルL4に蓄えられた磁気エネルギーにより、第2ダイオードD2→第2コンデンサC2→第2リアクトルL2を循環して電流が流れ、第2コンデンサC2が充電される。   Further, the magnetic energy stored in the fourth reactor L4 when the fourth semiconductor switching element T4 is turned on circulates through the second diode D2, the second capacitor C2, and the second reactor L2, and the second capacitor C2 is charged. The

充電が完了したら、第3,第4半導体スイッチング素子T3,T4はOFF状態を維持する。定常時において電流は機械遮断器CBのみを通過するため、電力損失はほとんどない。   When the charging is completed, the third and fourth semiconductor switching elements T3, T4 maintain the OFF state. Since the current passes only through the mechanical circuit breaker CB at a constant time, there is almost no power loss.

充電完了については、第1,第2コンデンサC1,C2両端の電圧を検出しあらかじめ定めた電圧に達したことをもって判断する。また、他の方法として、第1〜第4リアクトルL1〜L4、第1,第2コンデンサC1、C2の定数より、第1,第2コンデンサC1,C2が充電完了するまでの時間を事前に計算して、その時間に到達したら第3,第4半導体スイッチング素子T3,T4をOFFさせてもよい。   The completion of charging is determined by detecting the voltage across the first and second capacitors C1 and C2 and reaching a predetermined voltage. As another method, the time until the first and second capacitors C1 and C2 are fully charged is calculated in advance from the constants of the first to fourth reactors L1 to L4 and the first and second capacitors C1 and C2. When the time is reached, the third and fourth semiconductor switching elements T3 and T4 may be turned off.

図12に、第2直流系統2側で事故が発生した場合における本実施形態4の直流遮断装置3を示す。事故発生時には第2半導体スイッチング素子T2をONすることで、第2コンデンサC2から放電電流が補助回路電流として機械遮断器CB→第2半導体スイッチング素子T2→第2リアクトルL2を経由して流れる。この補助回路電流により機械遮断器CBを流れる短絡電流を打ち消して電流の零点を作り出し、機械遮断器CBを開極してアークを消弧する。   FIG. 12 shows the DC interrupter 3 of the fourth embodiment when an accident occurs on the second DC system 2 side. When an accident occurs, the second semiconductor switching element T2 is turned ON, so that a discharge current flows from the second capacitor C2 as an auxiliary circuit current via the mechanical circuit breaker CB → second semiconductor switching element T2 → second reactor L2. This auxiliary circuit current cancels the short-circuit current flowing through the mechanical circuit breaker CB to create a zero point of the current, opens the mechanical circuit breaker CB, and extinguishes the arc.

図13にアーク消弧後の本実施形態4の直流遮断装置3を示す。補助回路電流は第2半導体スイッチング素子T2→第2リアクトルL2→第2コンデンサC2を経由して流れ、第2コンデンサC2を図10とは逆向きに充電する。第2コンデンサC2の充電が完了すると第2直流系統2側の電流が零になり、電流の遮断が完了する。   FIG. 13 shows the DC interrupter 3 of the fourth embodiment after arc extinguishing. The auxiliary circuit current flows via the second semiconductor switching element T2 → second reactor L2 → second capacitor C2, and charges the second capacitor C2 in the direction opposite to that in FIG. When the charging of the second capacitor C2 is completed, the current on the second DC system 2 side becomes zero, and the interruption of the current is completed.

本実施形態4の直流遮断装置3では、実施形態1,2とは異なり不要電流は流れない。そのため、第2半導体スイッチング素子T2は自己消弧能力がなくても(保持電流が大きくても)、確実にOFFすることができる。   Unlike the first and second embodiments, no unnecessary current flows in the DC interrupter 3 of the fourth embodiment. Therefore, even if the second semiconductor switching element T2 does not have a self-extinguishing capability (even if the holding current is large), it can be reliably turned off.

図14に電流遮断が完了し、第2直流系統2を再投入するときの本実施形態4の直流遮断装置3を示す。機械遮断器CBを閉極すると、第2コンデンサC2→第2リアクトルL2→第4リアクトルL4→第2ダイオードD2→機械遮断器CBの経路で共振回路が形成され、共振電流が流れ、第2コンデンサC2は元の向きに再充電される。   FIG. 14 shows the DC interrupting device 3 of Embodiment 4 when the current interrupting is completed and the second DC system 2 is turned on again. When the mechanical circuit breaker CB is closed, a resonance circuit is formed in the path of the second capacitor C2, the second reactor L2, the fourth reactor L4, the second diode D2, and the mechanical circuit breaker CB. C2 is recharged in the original direction.

第2コンデンサC2の充電が完了すると、共振電流は第2ダイオードD2によりブロックされ、定常状態に到達し遮断準備が完了する。第2コンデンサC2の充電が不完全であれば、第4半導体スイッチング素子T4をONすることで第2コンデンサC2を充電することができる。   When the charging of the second capacitor C2 is completed, the resonance current is blocked by the second diode D2, reaches a steady state, and the preparation for interruption is completed. If the charging of the second capacitor C2 is incomplete, the second capacitor C2 can be charged by turning on the fourth semiconductor switching element T4.

なお、電流の流れる方向や事故発生時の電流値は上位コントローラを用いて監視し、機械遮断器CBの開閉と第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2のON,OFFを行う。   The direction of current flow and the current value when an accident occurs are monitored using a host controller, and the mechanical circuit breaker CB is opened and closed and the first and second semiconductor switching elements T1 and T2 are turned on and off.

本実施形態4では、第2直流系統2側で事故が発生した場合の遮断方法を記載したが、第1直流系統1側で事故が発生した場合も同様に遮断が可能である。この場合、第2半導体スイッチング素子T2ではなく第1半導体スイッチング素子T1をONすることで、第1コンデンサC1の放電電流を用いて機械遮断器CBを通過する短絡電流を打ち消す。   In this Embodiment 4, although the interruption | blocking method when the accident generate | occur | produced in the 2nd DC system 2 side was described, also when the accident generate | occur | produces in the 1st DC system 1 side, interruption | blocking is possible. In this case, by turning on the first semiconductor switching element T1 instead of the second semiconductor switching element T2, the short-circuit current passing through the mechanical circuit breaker CB is canceled using the discharge current of the first capacitor C1.

なお、第3半導体スイッチング素子T3と半導体スイッチング素子T4を共通化してもよい。その場合、共通化した半導体スイッチング素子は、図8の第3半導体スイッチング素子T3と同様の接続構成となる。   The third semiconductor switching element T3 and the semiconductor switching element T4 may be shared. In this case, the common semiconductor switching element has the same connection configuration as the third semiconductor switching element T3 in FIG.

本実施形態4は、実施形態1〜3と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態4の直流遮断装置3は、コンデンサ充電電流が抵抗を流れず、抵抗による電力損失が発生しないため、充電時の損失を小さくすることができる。   The fourth embodiment has the same effects as the first to third embodiments. Further, in the DC interrupter 3 of the fourth embodiment, the capacitor charging current does not flow through the resistor, and power loss due to the resistor does not occur, so that loss during charging can be reduced.

また、系統再投入の際は、機械遮断器CBを閉極するだけで第1,第2コンデンサC1,C2の再充電が完了する。   In addition, when the system is turned on again, recharging of the first and second capacitors C1 and C2 is completed only by closing the mechanical circuit breaker CB.

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。   Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.

1…第1直流系統
2…第2直流系統
3…直流遮断装置
CB…機械遮断器
C1,C2…第1,第2コンデンサ
T1〜T4…第1〜第4半導体スイッチング素子
R1,R2…第1,第2抵抗
L1〜L4…第1〜第4リアクトル
D1,D2…第1,第2ダイオード
Iaux…補助回路電流
Icb…機械遮断器通電電流
Vcb…機械遮断器両端電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st DC system 2 ... 2nd DC system 3 ... DC circuit breaker CB ... Mechanical circuit breaker C1, C2 ... 1st, 2nd capacitor T1-T4 ... 1st-4th semiconductor switching element R1, R2 ... 1st , Second resistors L1 to L4 ... first to fourth reactors D1, D2 ... first and second diodes Iaux ... auxiliary circuit current Icb ... mechanical circuit breaker energization current Vcb ... voltage across the mechanical circuit breaker

Claims (8)

第1直流系統の+端子と第2直流系統の+端子との間に接続された機械遮断器と、
前記第1直流系統の+端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第2直流系統の+端子と前記機械遮断器の共通接続点と、の間に順次直列接続された第1コンデンサと第1リアクトルと第1半導体スイッチング素子、または、第1リアクトルと第1コンデンサと第1半導体スイッチング素子と、
前記第2直流系統の+端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第1直流系統の+端子と前記機械遮断器の共通接続点と、の間に順次直列接続された第2コンデンサと第2リアクトルと第2半導体スイッチング素子、または、第2リアクトルと第2コンデンサと第2半導体スイッチング素子と、
前記第1リアクトルと前記第1半導体スイッチング素子の共通接続点、または、前記第1コンデンサと前記第1半導体スイッチング素子の共通接続点と、前記第1、第2直流系統の−端子との間に接続された第1インピーダンスと、
前記第2リアクトルと前記第2半導体スイッチング素子の共通接続点、または、前記第2コンデンサと前記第2半導体スイッチング素子の共通接続点と、前記第1、第2直流系統の−端子との間に接続された第2インピーダンスと、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置
A mechanical circuit breaker connected between the + terminal of the first DC system and the + terminal of the second DC system;
A first capacitor sequentially connected in series between a positive terminal of the first DC system and a common connection point of the mechanical circuit breaker, and a positive terminal of the second DC system and a common connection point of the mechanical circuit breaker; A first reactor and a first semiconductor switching element, or a first reactor and a first capacitor and a first semiconductor switching element;
A second capacitor sequentially connected in series between the positive terminal of the second DC system and the common connection point of the mechanical circuit breaker, and the positive terminal of the first DC system and the common connection point of the mechanical circuit breaker; A second reactor and a second semiconductor switching element, or a second reactor and a second capacitor and a second semiconductor switching element;
Between a common connection point of the first reactor and the first semiconductor switching element, or a common connection point of the first capacitor and the first semiconductor switching element, and a negative terminal of the first and second DC systems. A connected first impedance;
Between the common connection point of the second reactor and the second semiconductor switching element, or the common connection point of the second capacitor and the second semiconductor switching element, and the negative terminal of the first and second DC systems. A connected second impedance;
DC circuit breaker characterized by comprising
前記第1インピーダンスと前記第2インピーダンスは、抵抗であることを特徴とする請求項1記載の直流遮断装置。   2. The DC interrupter according to claim 1, wherein the first impedance and the second impedance are resistors. 前記第1,第2半導体スイッチング素子は自己消弧形素子であり、前記第1,第2半導体スイッチング素子にダイオードが直列接続されたことを特徴とする請求項2記載の直流遮断装置。   3. The DC interrupter according to claim 2, wherein the first and second semiconductor switching elements are self-extinguishing elements, and a diode is connected in series to the first and second semiconductor switching elements. 前記第1,第2半導体スイッチング素子は、サイリスタであることを特徴とする請求項2記載の直流遮断装置。   3. The DC interrupter according to claim 2, wherein the first and second semiconductor switching elements are thyristors. 前記第1,第2抵抗と前記第1,第2直流系統の−端子との間に接続された第3半導体スイッチング素子を備え、または、前記第1抵抗と前記第1,第2直流系統の−端子との間に接続された第3半導体スイッチング素子と、前記第2抵抗と前記第1,第2直流系統の−端子との間に接続された第4半導体スイッチング素子と、を備えたことを特徴とする請求項4記載の直流遮断装置。   A third semiconductor switching element connected between the first and second resistors and a negative terminal of the first and second DC systems; or the first resistor and the first and second DC systems A third semiconductor switching element connected between the second terminal and a fourth semiconductor switching element connected between the second resistor and the negative terminal of the first and second DC systems; The direct current circuit breaker according to claim 4. 前記第1インピーダンスと前記第2インピーダンスは、第3リアクトルと第4リアクトルであり、
前記第3,第4リアクトルと前記第1,第2直流系統の−端子との間に接続された第3半導体スイッチング素子と、または、前記第3リアクトルと前記第1,第2直流系統の−端子との間に接続された第3半導体スイッチング素子と、前記第4リアクトルと前記第1,第2直流系統の−端子との間に接続された第4半導体スイッチング素子と、
前記第3リアクトルと前記第3半導体スイッチング素子の共通接続点にアノードが接続され、カソードが前記第1半導体スイッチング素子と前記第2直流系統の+端子の共通接続点に接続された第1ダイオードと、
前記第4リアクトルと前記第4半導体スイッチング素子または前記第3半導体スイッチング素子の共通接続点にアノードが接続され、カソードが前記第2半導体スイッチング素子と前記第1直流系統の+端子の共通接続点に接続された第2ダイオードと、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の直流遮断装置。
The first impedance and the second impedance are a third reactor and a fourth reactor,
A third semiconductor switching element connected between the third and fourth reactors and a negative terminal of the first and second DC systems; or a third semiconductor switching element and the first and second DC systems; A third semiconductor switching element connected between the terminal and a fourth semiconductor switching element connected between the fourth reactor and the negative terminal of the first and second DC systems;
A first diode having an anode connected to a common connection point of the third reactor and the third semiconductor switching element, and a cathode connected to a common connection point of the first semiconductor switching element and a positive terminal of the second DC system; ,
An anode is connected to a common connection point of the fourth reactor and the fourth semiconductor switching element or the third semiconductor switching element, and a cathode is a common connection point of the second semiconductor switching element and the + terminal of the first DC system. A connected second diode;
The direct current circuit breaker according to claim 1, further comprising:
前記第1,第2半導体スイッチング素子はサイリスタであることを特徴とする請求項6記載の直流遮断装置。   7. The DC circuit breaker according to claim 6, wherein the first and second semiconductor switching elements are thyristors. 前記第1直流系統から前記第2直流系統に電流が流れており、前記第2直流系統で事故が発生した場合は、前記第2半導体スイッチング素子をONし、前記機械遮断器に流れる電流が所定値以下になった後、前記機械遮断器を遮断し、
前記第2直流系統から前記第1直流系統に電流が流れており、前記第1直流系統で事故が発生した場合は、前記第1半導体スイッチング素子をONし、前記機械遮断器に流れる電流が所定値以下になった後、前記機械遮断器を遮断することを特徴とする請求項1〜7のうち何れかに記載の直流遮断装置。
When a current flows from the first DC system to the second DC system and an accident occurs in the second DC system, the second semiconductor switching element is turned ON, and the current flowing through the mechanical circuit breaker is predetermined. After the value falls below the value, shut off the mechanical circuit breaker,
When a current flows from the second DC system to the first DC system, and an accident occurs in the first DC system, the first semiconductor switching element is turned ON, and the current flowing through the mechanical circuit breaker is predetermined. The DC circuit breaker according to any one of claims 1 to 7, wherein the mechanical circuit breaker is interrupted after the value becomes equal to or less than a value.
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