JP6424976B1 - DC blocking device - Google Patents
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Abstract
【課題】直流遮断装置において、コンデンサ容量を増加させずにより確実に双方向の電流を遮断する。
【解決手段】第1直流系統1の+端子と第2直流系統2の+端子との間に第1,第2機械遮断器CB1,CB2が接続される。第1直流系統1の+端子と第1機械遮断器CB1の共通接続点に第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の他端は第2直流系統2の+端子に接続される。第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点と第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2の共通接続点との間にコンデンサCが接続される。コンデンサCに第1リアクトルL1が直列接続される。第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2の共通接続点と第1,第2直流系統1,2の−端子との間にインピーダンスが接続される。
【選択図】図1In a direct current shutoff device, bidirectional current is shut off more reliably without increasing the capacity of a capacitor.
First and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 are connected between a + terminal of a first DC system 1 and a + terminal of a second DC system 2, respectively. One end of a first semiconductor switching element T1 is connected to a common connection point of the + terminal of the first DC system 1 and the first mechanical circuit breaker CB1. One end of a second semiconductor switching element T2 is connected to the other end of the first semiconductor switching element T1. The other end of the second semiconductor switching element T2 is connected to the + terminal of the second DC system 2. A capacitor C is connected between a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 and a common connection point of the first and second semiconductor switching elements T1 and T2. The first reactor L1 is connected in series to the capacitor C. An impedance is connected between the common connection point of the first and second semiconductor switching elements T1 and T2 and the negative terminals of the first and second DC systems 1 and 2.
[Selected figure] 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。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a direct current cut-off device capable of cutting direct current in both directions with small power loss in steady state.
交流電流を遮断する交流遮断装置は、機械遮断器閉極時(定常時)は導体として機能するため通電しており、事故発生時は機械遮断器を開極する。機械遮断器開極時はアークが発生するが、電流零点でアークを消弧できるため電流遮断が可能となる。 The AC interrupting device for interrupting the alternating current is energized since it functions as a conductor when the mechanical circuit breaker is closed (in steady state), and opens the mechanical circuit breaker when an accident occurs. An arc is generated when the mechanical circuit breaker is opened, but since the arc can be extinguished at the current zero point, the current can be interrupted.
また、遮断状態は絶縁体として機能するため電流は流れない。この交流遮断装置は主にガス遮断器や真空遮断器が利用されており、アークを消弧する媒体は異なるものの、どちらも電流零点でアークを消弧する方式が採用されている。 In addition, no current flows because the cutoff state functions as an insulator. The AC circuit breaker mainly uses a gas circuit breaker or a vacuum circuit breaker, and although a medium for arc extinguishing is different, both adopt a method for extinguishing the arc at a current zero point.
しかし、直流電流を遮断する直流遮断装置の場合は交流電流と異なり電流零点が生じないため、機械遮断器開極時に発生するアークを消弧できず、接点の損傷または遮断失敗となる。 However, in the case of a direct current shutoff device which shuts off a direct current, unlike the alternating current, no current zero point occurs, so that the arc generated at the opening of the machine breaker can not be extinguished, resulting in damage or interruption failure of the contact.
そのため、直流遮断装置は電流零点を生じさせる補助回路等が必要となる。このような補助回路を備えた遮断方式として、特許文献1が開示されている。特許文献1の装置は単方向の電流遮断に対応した構成である。
Therefore, the DC interrupting device requires an auxiliary circuit or the like for generating a current zero point.
再生可能エネルギーの活用や安定した電力の需給など、ネットワーク化された直流送配電システムにおいては、一本の経路に双方向の電流が流れるケースが考えられるため、双方向電流遮断技術が必要となる。 In a networked direct current transmission and distribution system, such as utilization of renewable energy and stable power supply and demand, bidirectional current interruption technology is required because bidirectional current may flow in one path. .
特許文献1において電流を迂回させる補助回路の構成は、コンデンサとダイオードである。しかし、電流がダイオードを通過する際には電圧降下が生じる。この電圧降下がアーク維持電圧よりも大きい場合、電流は開極した機械遮断器を流れ続けアークを消弧できず電流遮断に失敗してしまう。
The configuration of the auxiliary circuit for diverting the current in
特に高圧系統に適用する場合、耐圧の高いダイオードや複数のダイオードを直列接続して用いると、ダイオードでの電圧降下が大きくなり、電流遮断に失敗する恐れが増大する。 In particular, when applied to a high voltage system, if a diode with a high withstand voltage or a plurality of diodes are connected in series, the voltage drop in the diode becomes large, and the possibility of failure to interrupt the current increases.
さらに、ダイオードの他にも補助回路には寄生抵抗や寄生インダクタンス成分があり、機械遮断器の開極と同時にすべての電流を補助回路に迂回させるのは困難である。開極から少しでも時間がたつと、機械遮断器から一部だけ迂回した電流が補助回路に流れコンデンサを充電してしまい、コンデンサ電圧とダイオード電圧降下分の電圧の和が機械遮断器に印加され、アーク消弧が困難になってしまう。 Furthermore, in addition to the diode, the auxiliary circuit has a parasitic resistance and a parasitic inductance component, and it is difficult to divert all the current to the auxiliary circuit at the same time as opening the mechanical circuit breaker. When a little time has passed since the opening, the current diverted only partially from the mechanical circuit breaker flows in the auxiliary circuit to charge the capacitor, and the sum of the capacitor voltage and the voltage drop of the diode voltage is applied to the mechanical circuit breaker , Arc extinction becomes difficult.
図26に問題となる動作を示す。図26(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. 26 shows the operation that causes the problem. FIG. 26 (a) is a circuit diagram in which only elements involved in blocking the short circuit current of the
図26(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. 26B is a time chart showing each waveform when the voltage drop and the 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 the voltage is zero at time t1. Therefore, no arcing occurs and all the current is diverted to the auxiliary circuit, and the current can be cut off.
図26(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. 26 (c) is a time chart showing each waveform when the voltage drop and the inductance of the diode in the auxiliary circuit are taken into consideration. At time t1, in addition to the capacitor voltage of the auxiliary circuit, the sum of the voltage drop of the diode and the parasitic inductance voltage is applied to the voltage Vcb across the mechanical circuit breaker. Also, due to the parasitic inductance, the auxiliary circuit current Iaux increases with a finite slope, 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26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。 After time t1, the capacitor C is charged by the auxiliary circuit current Iaux, and the voltage Vcb across the machine breaker further increases. Here, if the voltage Vcb across the mechanical circuit breaker exceeds the arc holding voltage before the mechanical circuit breaker passing current Icb becomes sufficiently small (in FIG. 26, time t2), the arc can not be extinguished, and the current is the mechanical circuit breaker CB. Continue to pass and fail to shut off.
対策として、補助回路のコンデンサ容量を増加し、機械遮断器開極時の両端電圧を緩やかに上昇させる方法がある。しかし、これは図26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 capacity of the capacitor of the auxiliary circuit and gradually increasing the voltage at the opening of the mechanical circuit breaker. However, this only reduces the increase amount of voltage Vcb across mechanical circuit breaker after time t1 in FIG. 26 and does not have the effect of reducing the increase of voltage Vcb across mechanical circuit breaker at time t1. In addition, there is also a problem that cost and device volume increase when the capacitor capacity is increased.
以上示したようなことから、直流遮断装置において、コンデンサ容量を増加させずにより確実に双方向の電流を遮断することが課題となる。 As described above, it is an object of the direct current cut-off device to cut off bidirectional current more reliably without increasing the capacity of the capacitor.
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+端子との間に直列接続された第1,第2機械遮断器と、第1半導体スイッチング素子を有し、前記第1直流系統の+端子と前記第1機械遮断器の共通接続点に一端が接続された第1補助回路電流スイッチ部と、第2半導体スイッチング素子を有し、前記第1補助回路電流スイッチ部の他端に一端が接続され、他端が前記第2直流系統の+端子と前記第2機械遮断器の共通接続点に接続された第2補助回路電流スイッチ部と、前記第1,第2機械遮断器の共通接続点と前記第1,第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点との間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに直列接続された第1リアクトルと、前記第1,第2補助回路電流スイッチ部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 made in view of the above-mentioned conventional problems, and one aspect thereof is characterized in that the first, the fourth, and the third connected in series between the + terminal of the first DC system and the + terminal of the second DC system. A first auxiliary circuit current switch unit having two mechanical circuit breakers and a first semiconductor switching element, and one end connected to a common connection point of the positive terminal of the first DC system and the first mechanical circuit breaker; 2 has a semiconductor switching element, one end is connected to the other end of the first auxiliary circuit current switch portion, and the other end is connected to the common connection point of the + terminal of the second DC system and the second mechanical circuit breaker A second auxiliary circuit current switch portion, a capacitor connected between a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers and a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch portions; A first reactor connected in series to a capacitor, and the first and second auxiliary The first common connection point of the road-current switch portion, the second DC system - is characterized in that and a impedance connected between the terminals.
また、その一態様として、前記インピーダンスは、抵抗であることを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, the impedance is a resistor.
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 aspect, the first and second semiconductor switching elements are thyristors.
また、他の態様として、前記第1,第2補助回路電流スイッチ部は、前記第1,第2半導体スイッチング素子に直列接続されたダイオードを有し、前記第1,第2半導体スイッチング素子は、自己消弧能力を有することを特徴とする。 Further, as another aspect, the first and second auxiliary circuit current switch parts have diodes connected in series to the first and second semiconductor switching elements, and the first and second semiconductor switching elements are It is characterized by having a self-extinguishing ability.
また、その一態様として、前記抵抗と、前記第1,第2直流系統の−端子との間にツェナーダイオードが接続されたことを特徴とする。 In one aspect, a Zener diode is connected between the resistor and negative terminals of the first and second DC systems.
また、他の態様として、前記抵抗と、前記第1,第2直流系統の−端子との間に第3半導体スイッチング素子が接続されたことを特徴とする。 Further, according to another aspect, a third semiconductor switching element is connected between the resistor and negative terminals of the first and second DC systems.
また、他の態様として、前記インピーダンスは第2リアクトルであり、前記第2リアクトルに対して並列接続されたダイオードと、前記第2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、を備えたことを特徴とする。 In another aspect, the impedance is a second reactor, and between a diode connected in parallel to the second reactor, the second reactor, and negative terminals of the first and second DC systems. And a third semiconductor switching element connected.
また、他の態様として、第1直流系統の−端子と第2直流系統の−端子との間に直列接続された第1,第2機械遮断器と、第1半導体スイッチング素子を有し、前記第1直流系統の−端子と前記第1機械遮断器の共通接続点に一端が接続された第1補助回路電流スイッチ部と、第2半導体スイッチング素子を有し、前記第1補助回路電流スイッチ部の他端に一端が接続され、他端が前記第2直流系統の−端子と前記第2機械遮断器の共通接続点に接続された第2補助回路電流スイッチ部と、前記第1,第2機械遮断器の共通接続点と前記第1,第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点との間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに直列接続された第1リアクトルと、前記第1,第2補助回路電流スイッチ部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インピーダンスと、を備えたことを特徴とする。 Further, as another aspect, it has first and second mechanical circuit breakers connected in series between the negative terminal of the first DC system and the negative terminal of the second DC system, and the first semiconductor switching element, It has a first auxiliary circuit current switch unit whose one end is connected to the common connection point of the first DC circuit negative terminal and the first mechanical circuit breaker, and a second semiconductor switching element, and the first auxiliary circuit current switch unit A second auxiliary circuit current switch unit having one end connected to the other end and the other end connected to the common connection point of the second terminal of the second DC system and the second mechanical circuit breaker; A capacitor connected between a common connection point of the mechanical circuit breaker and a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts, a first reactor connected in series to the capacitor, the first and second 2 Common connection point of the auxiliary circuit current switch unit and the first and the second An impedance connected between the second DC systems of + terminal, characterized by comprising a.
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1半導体スイッチング素子をオンし、前記第1機械遮断器に流れる電流が所定値以下になった後、前記第1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2半導体スイッチング素子をオンし、前記第2機械遮断器に流れる電流が所定値以下になった後、前記第2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 first semiconductor switching element is turned on, and (1) After the current flowing through the mechanical circuit breaker becomes lower than a predetermined value, the first mechanical circuit breaker is shut off, and current flows from the second direct current system to the first direct current system, and the first direct current system When an accident occurs, the second semiconductor switching element is turned on, and after the current flowing through the second mechanical circuit breaker becomes a predetermined value or less, the second mechanical circuit breaker is shut off.
また、その一態様として、前記第1,第2機械遮断器の共通接続点にアノードが接続され、前記第1機械遮断器と前記第1補助回路電流スイッチ部の共通接続点にカソードが接続された第3ダイオードと、前記第1,第2機械遮断器の共通接続点にアノードが接続され、前記第2機械遮断器と前記第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点にカソードが接続された第4ダイオードと、を備えたことを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, an anode is connected to a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers, and a cathode is connected to a common connection point of the first mechanical circuit breaker and the first auxiliary circuit current switch portion. An anode is connected to a common connection point of the third diode and the first and second mechanical circuit breakers, and a cathode is connected to a common connection point of the second mechanical circuit breaker and the second auxiliary circuit current switch unit. And a fourth diode.
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直流系統で短絡が発生した場合は、前記第1半導体スイッチング素子をONして補助回路電流を流し、前記補助回路電流が短絡電流より大きい期間に、前記第1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直流系統で短絡が発生した場合は、前記第2半導体スイッチング素子をONして補助回路電流を流し、前記補助回路電流が短絡電流より大きい期間に、前記第2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 direct current system to the second direct current system and a short circuit occurs in the second direct current system, the first semiconductor switching element is turned on to be an auxiliary circuit. A current flows, and the first mechanical circuit breaker is shut off in a period during which the auxiliary circuit current is greater than the short circuit current, a current flows from the second DC system to the first DC system, and the first DC system When a short circuit occurs, the second semiconductor switching element is turned on to flow an auxiliary circuit current, and the second mechanical circuit breaker is disconnected in a period during which the auxiliary circuit current is larger than the short circuit current.
また、他の態様として、前記第1,第2機械遮断器に自己消弧能力を有する第4,第5半導体スイッチング素子を並列接続したことを特徴とする。 In another aspect, the first and second mechanical circuit breakers are connected in parallel with fourth and fifth semiconductor switching elements having a self-extinguishing ability.
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直流系統で短絡が発生した場合は、前記第4半導体スイッチング素子をONした後、前記第1機械遮断器の開極指令を行い、その後、前記第1半導体スイッチング素子をON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直流系統で短絡が発生した場合は、前記第5半導体スイッチング素子をONした後、前記第2機械遮断器の開極指令を行い、その後、前記第2半導体スイッチング素子をON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 a short circuit occurs in the second DC system, the fourth semiconductor switching element is turned on, An opening command of the first mechanical circuit breaker is issued, and then the first semiconductor switching element is turned on, and current flows from the second DC system to the first DC system, and a short circuit occurs in the first DC system. When it occurs, after the fifth semiconductor switching device is turned on, an opening command of the second mechanical circuit breaker is issued, and then the second semiconductor switching device is turned on.
また、他の態様として、前記第3ダイオードに逆並列接続された自己消弧能力を有さない第6半導体スイッチング素子と、前記第4ダイオードに逆並列接続された自己消弧能力を有さない第7半導体スイッチング素子と、を有することを特徴とする。 In another aspect, the semiconductor switching device does not have a self-extinguishing ability that is antiparallel connected to the third diode and does not have self-extinguishing ability that is antiparallel connected to the fourth diode. And a seventh semiconductor switching element.
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直流系統で短絡が発生した場合は、前記第6半導体スイッチング素子をONした後、前記第1機械遮断器の開極指令を行い、その後、前記第6半導体スイッチング素子のオフ指令を行い、その後、前記第1半導体スイッチング素子をON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直流系統で短絡が発生した場合は、前記第7半導体スイッチング素子をONした後、前記第2機械遮断器の開極指令を行い、その後、前記第7半導体スイッチング素子のオフ指令を行い、その後、前記第2半導体スイッチング素子をONすることを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, when a current flows from the first direct current system to the second direct current system and a short circuit occurs in the second direct current system, the sixth semiconductor switching element is turned on; The opening instruction of the first mechanical circuit breaker is performed, and then the OFF instruction of the sixth semiconductor switching element is performed, and then the first semiconductor switching element is turned ON, and the second direct current system to the first direct current system When current flows and a short circuit occurs in the first DC system, the seventh semiconductor switching device is turned on, and then an opening command of the second mechanical circuit breaker is issued, and then the seventh semiconductor switching is performed. A command to turn off the element is issued, and then the second semiconductor switching element is turned on.
また、他の態様として、前記第1,第2機械遮断器の共通接続点にカソードが接続され、前記第1機械遮断器と前記第1補助回路電流スイッチ部の共通接続点にアノードが接続された第3ダイオードと、前記第1,第2機械遮断器の共通接続点にカソードが接続され、前記第2機械遮断器と前記第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点にアノードが接続された第4ダイオードと、を備えたことを特徴とする。 As another aspect, a cathode is connected to a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers, and an anode is connected to a common connection point of the first mechanical circuit breaker and the first auxiliary circuit current switch unit. A cathode is connected to a common connection point of the third diode and the first and second mechanical circuit breakers, and an anode is connected to a common connection point of the second mechanical circuit breaker and the second auxiliary circuit current switch unit. And a fourth diode.
また、他の態様として、前記第1,第2機械遮断器に自己消弧能力を有する第4,第5半導体スイッチング素子を並列接続したことを特徴とする。 In another aspect, the first and second mechanical circuit breakers are connected in parallel with fourth and fifth semiconductor switching elements having a self-extinguishing ability.
また、他の態様として、前記第3ダイオードに逆並列接続された自己消弧能力を有さない第6半導体スイッチング素子と、前記第4ダイオードに逆並列接続された自己消弧能力を有さない第7半導体スイッチング素子と、を有することを特徴とする。 In another aspect, the semiconductor switching device does not have a self-extinguishing ability that is antiparallel connected to the third diode and does not have self-extinguishing ability that is antiparallel connected to the fourth diode. And a seventh semiconductor switching element.
本発明によれば、直流遮断装置において、コンデンサ容量を増加させずにより確実に双方向の電流を遮断することが可能となる。 According to the present invention, in the direct current shutoff device, it is possible to shut off bidirectional current more reliably without increasing the capacitance of the capacitor.
以下、本願発明における直流遮断装置の実施形態1〜7を図1〜図25に基づいて詳述する。
Hereinafter,
[実施形態1]
図1に本実施形態1における直流遮断装置を示す。図1に示すように、直流遮断装置3は、第1直流系統1及び第2直流系統2に接続される。直流遮断装置3は、第1機械遮断器CB1及び第2機械遮断器CB2と、コンデンサCと、第1リアクトルL1と、第1,第2補助回路電流スイッチ部4,5と、抵抗(インピーダンス)Rと、を備える。
FIG. 1 shows a direct current cut-off device in the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
第1,第2補助回路電流スイッチ部4,5は、第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2を有する。図1では、第1,2半導体スイッチング素子T1,T2としてサイリスタを示しているが、サイリスタ以外の半導体スイッチング素子でも良い。また、第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2にダイオードを直列接続しても良い。
The first and second auxiliary circuit
第1直流系統1の+端子と第2直流系統2の+端子との間には第1,第2機械遮断器CB1,CB2が直列接続される。
First and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 are connected in series between the + terminal of the
第1直流系統1の+端子と第1機械遮断器CB1の共通接続点に第1半導体スイッチング素子T1の一端(アノード)が接続される。第1半導体スイッチング素子T1の他端(カソード)には、第2半導体スイッチング素子T2の一端(カソード)が接続される。第2半導体スイッチング素子T2の他端(アノード)は第2直流系統2の+端子と第2機械遮断器CB2の共通接続点に接続される。
One end (anode) of the first semiconductor switching element T1 is connected to a common connection point of the + terminal of the
第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点と第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2の共通接続点との間にはコンデンサCが接続される。また、コンデンサCには第1リアクトルL1が直列接続される。ここで、コンデンサCと第1リアクトルL1との接続順序はどちらでも良い。 A capacitor C is connected between a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 and a common connection point of the first and second semiconductor switching elements T1 and T2. Further, the first reactor L1 is connected in series to the capacitor C. Here, the connection order of the capacitor C and the first reactor L1 may be either.
また、第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2の共通接続点と第1,第2直流系統1,2の−端子との間には抵抗(インピーダンス)Rが接続される。
A resistance (impedance) R is connected between the common connection point of the first and second semiconductor switching elements T1 and T2 and the negative terminals of the first and
図2に、本実施形態1の定常状態における直流遮断装置3を示す。定常状態では第1機械遮断器CB1及び第2機械遮断器CB2が閉極状態であり、電流は双方向に流れる。このとき、第1半導体スイッチング素子T1及び第2半導体スイッチング素子T2はオフ状態である。コンデンサCは第1リアクトルL1,抵抗Rを介して充電電流が流れ系統電圧まで充電されるとコンデンサCに流れる電流が零になる。また、定常時は、第1機械遮断器CB1及び第2機械遮断器CB2に電流が流れるため、電力損失はほとんどない。
In FIG. 2, the direct current | flow interruption | blocking
図3に、第2直流系統2側で事故が発生した場合の直流遮断装置3を示す。第2直流系統2側の事故発生時に第1半導体スイッチング素子T1をオンすることで、コンデンサCからの放電電流が補助回路電流として第1機械遮断器CB1→第1半導体スイッチング素子T1→第1リアクトルL1を経由して流れ、第1直流系統1から第1機械遮断器CB1に流れる短絡電流を打ち消す。
FIG. 3 shows the
このとき、補助回路電流(放電電流)はコンデンサC、第1リアクトルL1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第1機械遮断器CB1開極前に共振が終わり、第1機械遮断器CB1に流れる短絡電流が元の大きさに戻ってしまう。共振周波数が低すぎると補助回路電流(放電電流)の増加速度よりも短絡による第1機械遮断器通過電流Icb1の増加速度の方が大きくなり、短絡電流を打ち消すことができなくなる。そのため、共振周波数は第1機械遮断器CB1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 (discharge current) is a resonant current of a frequency determined by the capacitor C and the first reactor L1. If the resonance frequency is too high, the resonance ends before the first mechanical circuit breaker CB1 opens, and the short circuit current flowing to the first mechanical circuit breaker CB1 returns to the original magnitude. If the resonance frequency is too low, the increase speed of the first mechanical circuit breaker pass current Icb1 due to the short circuit becomes larger than the increase speed of the auxiliary circuit current (discharge current), and the short circuit current can not be canceled. Therefore, it is necessary to set the resonance frequency to be equal to or slightly longer than the operation time of the first mechanical circuit breaker CB1.
機械遮断器通過電流が所定値よりも小さくなったら、第1機械遮断器CB1を開極する。なお、第1,第2機械遮断器CB1,CB2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、または、開極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。 When the mechanical circuit breaker passing current becomes smaller than a predetermined value, the first mechanical circuit breaker CB1 is opened. It should be noted that there is a time delay from when the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 receive the cutoff designation until they are actually opened. In the present specification, when it is described as blocking or opening, it indicates the time of actual opening.
図4に、第1機械遮断器CB1のアーク消弧後の直流遮断装置3を示す。アーク消弧後は第1半導体スイッチング素子T1→第1リアクトルL1→コンデンサC→第2機械遮断器CB2を介して補助回路電流が流れ、コンデンサCが図2に示す場合とは逆向きに充電される。
FIG. 4 shows the
コンデンサCの充電が完了すると、第2直流系統2へ流れる電流が零となり、電流遮断が完了する。電流遮断が完了したら第1半導体スイッチング素子T1がオフとなる。第1半導体スイッチング素子T1をサイリスタとした場合、サイリスタには自己消弧能力はないが、図4に示すように、コンデンサCの充電が完了すると第2直流系統2に流れる電流が零となるため、サイリスタをオフにすることができる。
When the charging of the capacitor C is completed, the current flowing to the
このとき、遮断に不必要な電流が第1半導体スイッチング素子T1と抵抗Rを介して第1,第2直流系統1,2の−端子側へ流れ損失が発生する。また、第1半導体スイッチング素子(サイリスタ)T1をオフするためには、ゲート電流零及び順方向電流を保持電流より小さくする必要がある。そのため、損失を小さくする、第1半導体スイッチング素子T1をオフするためには、抵抗Rに流れる電流が十分小さくなるように抵抗Rの抵抗値を大きくしなければならない。
At this time, a current unnecessary for the shutoff flows through the first semiconductor switching element T1 and the resistor R toward the negative terminal side of the first and
図5に系統再投入時の直流遮断装置3を示す。再投入時は、第1機械遮断器CB1を閉極することで第1直流系統1側から第1機械遮断器CB1→第2機械遮断器CB2を介し第2直流系統2側へ電流が流れる。また、第1機械遮断器CB1→コンデンサC→第1リアクトルL1→抵抗Rを介して充電電流が流れ、図4において逆向きに充電されていたコンデンサCを元の向きに充電し直す。充電が完了すると、図2の状態になり再投入が完了する。
FIG. 5 shows the
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、第1,第2機械遮断器CB1,CB2の開閉と第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2のオン及びオフを行う。 The direction of current flow and the current value at the time of an accident occurrence are monitored using the host controller, and the opening and closing of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 and the turning on of the first and second semiconductor switching elements T1 and T2 Do the 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、第1機械遮断器通過電流Icb1が増加する。時刻t2で第1半導体スイッチング素子T1をオンすると、コンデンサCから放電電流が補助回路電流Iauxとして流れ、第1機械遮断器通過電流Icb1を打ち消す。
The waveform at the time of interrupting the short circuit current by the side of the 2nd direct
第1機械遮断器通過電流Icb1が所定値よりも小さくなったら、第1機械遮断器CB1を開極する。図6では時刻t3で開極している。時刻t3では第1機械遮断器通過電流Icb1が残っているため多少のアークが発生するが、第1機械遮断器通過電流Icb1は補助回路電流Iauxにより零となるため、アークを消弧できる。 When the first mechanical circuit breaker passing current Icb1 becomes smaller than a predetermined value, the first mechanical circuit breaker CB1 is opened. In FIG. 6, the contact is opened at time t3. At time t3, the first mechanical circuit breaker pass current Icb1 remains, so some arcing occurs, but since the first mechanical circuit breaker pass current Icb1 becomes zero by the auxiliary circuit current Iaux, the arc can be extinguished.
その後、コンデンサCの電圧Vcは補助回路電流Iauxおよび短絡電流により逆向きに充電され、−の第1系統電圧−Vdcを超え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 Vc of the capacitor C is reversely charged by the auxiliary circuit current Iaux and the short circuit current, and when the first system voltage -Vdc of-is exceeded, 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な原理及び対象の動作で遮断が可能である。この場合、第2機械遮断器CB2及び第2半導体スイッチング素子T2を開極、オン動作させることで第2機械遮断器CB2のアークを消弧し遮断を行う。
In the first embodiment, the shutoff method in the case where an accident occurs on the
以上示したように、本実施形態1によれば、双方向の直流電流を遮断することができ、再投入動作により繰り返し直流電流の遮断が可能である。また、補助回路のコンデンサ放電電流により第1機械遮断器通過電流Icb1に零点を作り、より確実に電流を遮断することができる。さらに、定常時は常に第1,第2機械遮断器CB1,CB2を通電するため、電力損失がほとんどない。 As described above, according to the first embodiment, it is possible to shut off the direct current in both directions, and it is possible to shut off the direct current repeatedly by the reopening operation. In addition, it is possible to cut off the current more reliably by creating a zero point in the first mechanical circuit breaker passing current Icb1 by the capacitor discharge current of the auxiliary circuit. Furthermore, since the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 are energized at all times during steady state, there is almost no power loss.
また、第1,第2機械遮断器CB1,CB2の開極時の両端電圧を緩やかに上昇させる必要がないため、補助回路のコンデンサ容量が小さくてもよく、装置の小型化を図ることが可能となる。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。 In addition, since there is no need to gradually increase the voltage across the open circuit of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2, the capacitor capacity of the auxiliary circuit may be small, and the apparatus can be miniaturized. It becomes. In addition, some increase in the parasitic impedance component of the auxiliary circuit can be tolerated.
[実施形態2]
図7に本実施形態2の直流遮断装置3を示す。本実施形態2の直流遮断装置3は実施形態1に対し、抵抗Rと第1,第2直流系統1,2の−端子との間にツェナーダイオードZDなどの電圧を制限できる素子を追加したものである。
Second Embodiment
FIG. 7 shows the
ツェナーダイオードZDを接続することにより、抵抗Rの両端電圧が下がる。そのため、本実施形態2における直流遮断装置3によれば、コンデンサC充電時の不要電流による損失が低減することが可能となる。
Connecting the Zener diode ZD lowers the voltage across the resistor R. Therefore, according to the direct
[実施形態3]
図8に本実施形態3の直流遮断装置3を示す。本実施形態3は、実施形態2のツェナーダイオードZDを自己消弧可能な第3半導体スイッチング素子T3に置き換え、不要電流をブロックできるようにしたものである。第3半導体スイッチング素子T3は自己消弧可能な半導体スイッチング素子以外のスイッチでもよい。
Third Embodiment
FIG. 8 shows a
定常状態では第3半導体スイッチング素子T3をオンし、図2と同様に示すようにコンデンサCを充電する。 In the steady state, the third semiconductor switching element T3 is turned on, and the capacitor C is charged as shown in FIG.
コンデンサCの充電が完了するか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をオフする。コンデンサCの充電完了は、コンデンサC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、コンデンサCの容量値と抵抗Rの抵抗値と第1リアクトルL1のインダクタンス値よりコンデンサCの充電が完了する時間を事前に計算しておき、その計算値の時間の経過をもって充電完了と判定してもよい。 When charging of the capacitor C is completed or a shutoff command is received due to a short circuit accident or the like, the third semiconductor switching element T3 is turned off. The completion of charging of the capacitor C is detected on the condition that the voltage across the capacitor C is detected and equal to the grid voltage. Alternatively, the time for completion of charging of capacitor C is calculated in advance from the capacitance value of capacitor C, the resistance value of resistor R, and the inductance value of first reactor L1, and it is determined that charging is completed when the calculated value elapses. You may
アーク消弧後は第3半導体スイッチング素子T3がオフであり、図4とは異なり、第1半導体スイッチング素子T1→抵抗R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によりブロックされる。そのため、損失を小さくすることができる。 After the arc extinguishing, the third semiconductor switching element T3 is off, and unlike in FIG. 4, the unnecessary current flowing through the first semiconductor switching element T1 → the resistor R is blocked by the third semiconductor switching element T3. Therefore, the loss can be reduced.
また、抵抗Rの抵抗値が小さくても不要電流は流れないため、第1半導体スイッチング素子(サイリスタ)T1を確実にオフすることができる。抵抗R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コンデンサC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。 In addition, since the unnecessary current does not flow even if the resistance value of the resistor R is small, the first semiconductor switching element (thyristor) T1 can be reliably turned off. As a merit of reducing the resistance value of the resistor R, the recharging speed of the capacitor C at the time of reconnection of the system in FIG. 5 is improved. Thus, it is possible to shorten the time taken to complete the blocking preparation.
再投入時は第1機械遮断器CB1を閉極するとともに第3半導体スイッチング素子T3をオンすることで、実施形態1と同様にコンデンサCを充電し再投入完了となる。 At the time of reopening, the first mechanical circuit breaker CB1 is closed and the third semiconductor switching element T3 is turned on, whereby the capacitor C is charged as in the first embodiment, and reopening is completed.
以上示したように、本実施形態3の直流遮断装置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、電流遮断後の抵抗Rに生じる損失を零にすることができる。
As described above, according to the direct current cut-off
[実施形態4]
図9に本実施形態4の直流遮断装置3を示す。本実施形態4の直流遮断装置3は、実施形態3の抵抗Rの代わりに、第2リアクトル(インピーダンス)L2と、第2リアクトルL2に並列接続したダイオードDと、を設けたものである。
Fourth Embodiment
The direct current | flow interruption | blocking
図10に、本実施形態4の定常状態における直流遮断装置3を示す。定常状態では第1機械遮断器CB1及び第2機械遮断器CB2が閉極状態であり、電流は双方向に流れる。なお、定常時は第1機械遮断器CB1,CB2に電流が流れるため、電力損失はほとんどない。
In FIG. 10, the direct current | flow interruption | blocking
このとき、第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2はオフ状態であるため、第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2に電流は流れない。また、第3半導体スイッチング素子T3はオン状態であり、コンデンサC→第1リアクトルL1→第2リアクトルL2→第3半導体スイッチング素子T3を介して充電電流が流れ、系統電圧まで充電されるとコンデンサCに流れる電流が零になる。 At this time, since the first and second semiconductor switching elements T1 and T2 are in the off state, no current flows in the first and second semiconductor switching elements T1 and T2. In addition, the third semiconductor switching element T3 is in the on state, a charging current flows through the capacitor C → the first reactor L1 → the second reactor L2 → the third semiconductor switching element T3, and the capacitor C is charged up to the system voltage. The current flowing in the becomes zero.
充電が完了したら、第3半導体スイッチング素子T3をオフする。充電完了は、コンデンサC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。 When charging is completed, the third semiconductor switching element T3 is turned off. The charge completion is detected on the condition that the voltage across the capacitor C is detected and equal to the system voltage.
第2リアクトルL2に蓄えられたエネルギーは、第3半導体スイッチング素子T3オフ後、第2リアクトルL2とダイオードDとを循環して流れることにより、エネルギーが消費される。 Energy stored in the second reactor L2 is consumed by circulating through the second reactor L2 and the diode D after the third semiconductor switching element T3 is turned off.
図11に、第2直流系統2側で事故が発生した場合の直流遮断装置3を示す。第2直流系統2側の事故発生時に第1半導体スイッチング素子T1をオンすることで、コンデンサCからの放電電流が補助回路電流として第1機械遮断器CB1→第1半導体スイッチング素子T1→第1リアクトルL1を経由して流れ、第1直流系統1から第1機械遮断器CB1に流れる短絡電流を打ち消す。
FIG. 11 shows the
このとき、補助回路電流(放電電流)はコンデンサC、第1リアクトルL1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第1機械遮断器CB1の開極前に共振が終わり、第1機械遮断器CB1に流れる短絡電流が元の大きさに戻ってしまう。共振周波数が低すぎると補助回路電流の増加速度よりも短絡による第1機械遮断器通過電流Icb1の増加速度の方が大きくなり、短絡電流を打ち消すことができなくなる。そのため、共振周波数は第1機械遮断器CB1の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 (discharge current) is a resonant current of a frequency determined by the capacitor C and the first reactor L1. If the resonance frequency is too high, the resonance ends before the opening of the first mechanical circuit breaker CB1, and the short circuit current flowing to the first mechanical circuit breaker CB1 returns to the original magnitude. If the resonance frequency is too low, the increasing speed of the first mechanical circuit breaker passing current Icb1 due to the short circuit becomes larger than the increasing speed of the auxiliary circuit current, and the short circuit current can not be canceled. Therefore, it is necessary to set the resonance frequency to be equal to or slightly longer than the operation time of the first mechanical circuit breaker CB1.
第1機械遮断器通過電流が所定値よりも小さくなったら、第1機械遮断器CB1を開極する。図12に、第1機械遮断器CB1のアーク消弧後の直流遮断装置3を示す。アーク消弧後は第1半導体スイッチング素子T1→第1リアクトルL1→コンデンサC→第2機械遮断器CB2を介して短絡電流が流れ、コンデンサCが図10とは逆向きに充電される。コンデンサCの充電が完了すると、第2直流系統2へ流れる電流が零となり、電流遮断が完了する。電流遮断が完了したら第1半導体スイッチング素子T1がオフとなる。
When the first mechanical circuit breaker passing current becomes smaller than the predetermined value, the first mechanical circuit breaker CB1 is opened. FIG. 12 shows the
図13に系統再投入時の直流遮断装置3を示す。再投入時は、第1機械遮断器CB1を閉極することで第1直流系統1側から第1機械遮断器CB1→第2機械遮断器CB2を介し第2直流系統2側へ電流が流れる。
FIG. 13 shows the
また、第3半導体スイッチング素子T3をオンすることで、第1機械遮断器CB1→コンデンサC→第1リアクトルL1→第2リアクトルL2→第3半導体スイッチング素子T3を介して充電電流が流れ、図12で逆向きに充電されていたコンデンサCを元の向きに充電し直す。 Further, by turning on the third semiconductor switching element T3, a charging current flows through the first mechanical circuit breaker CB1 → capacitor C → first reactor L1 → second reactor L2 → third semiconductor switching element T3, as shown in FIG. The capacitor C, which was being charged in the reverse direction, is recharged in the original direction.
充電が完了すると、図10の状態になり再投入が完了する。なお、本実施形態4は第2リアクトルL2とダイオードDを第3半導体スイッチング素子T3に接続することにより、抵抗Rを必要としない。 When charging is completed, the state shown in FIG. 10 is reached, and recharging is completed. In the fourth embodiment, the resistor R is not required by connecting the second reactor L2 and the diode D to the third semiconductor switching element T3.
そのため、コンデンサ充電電流が抵抗Rを流れないため、充電時の抵抗損失がなくなる。さらに、第1半導体スイッチング素子T1をオンしている期間は第3半導体スイッチング素子T3がオフしており、第1,第2直流系統2の−端子へ電流が流れない。そのため、自己消弧不可能な第1半導体スイッチング素子T1は確実にオフできる。また、抵抗によって電流が抑制されないため、容量が小さい系統へも適用が可能である。
Therefore, since the capacitor charging current does not flow through the resistor R, the resistance loss at the time of charging is eliminated. Furthermore, while the first semiconductor switching element T1 is on, the third semiconductor switching element T3 is off, and no current flows to the negative terminals of the first and
本実施形態4では、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、第1機械遮断器CB1の開閉と第1,第3半導体スイッチング素子T1,T3のオン及びオフを行う。 In the fourth embodiment, the current flow direction and the current value at the time of occurrence of an accident are monitored using the host controller, and the opening and closing of the first mechanical circuit breaker CB1 and the on and off of the first and third semiconductor switching elements T1 and T3 I do.
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な原理及び対象の動作で遮断が可能である。この場合、第2機械遮断器CB2及び第2半導体スイッチング素子T2を開極、オン動作させることで第2機械遮断器CB2のアークを消弧し遮断を行う。
In the fourth embodiment, the shutoff method in the case where an accident occurs on the
[実施形態5]
実施形態1は、第1機械遮断器通過電流Icb1に対して補助回路電流Iauxを逆方向に流すことで零点を作りだし第1,第2機械遮断器CB1,CB2を開極するものである。第1,第2機械遮断器CB1,CB2は機械遮断器通過電流を零にしたタイミングを狙って開極する。
Fifth Embodiment
In the first embodiment, a zero point is created by flowing the auxiliary circuit current Iaux in the reverse direction with respect to the first mechanical circuit breaker passing current Icb1, and the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 are opened. The first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 open at a timing when the mechanical circuit breaker passing current is zero.
第1機械遮断器CB1では開極直後にいったんアークが発生する場合もあるが、その時第1機械遮断器CB1の接点間に発生するアーク電圧は大きくない。そして第1機械遮断器CB1の接点間距離が開いていくとともにアークが消弧され、アークのない第1機械遮断器通過電流Icb1=0の状態で第1機械遮断器CB1の接点が完全に開いて、遮断が完了する。 In the first mechanical circuit breaker CB1, although an arc may occur once immediately after opening, the arc voltage generated between the contacts of the first mechanical circuit breaker CB1 is not large at that time. Then, the distance between the contacts of the first mechanical circuit breaker CB1 opens and the arc is extinguished, and the contact of the first mechanical circuit breaker CB1 is completely opened in the state of the first mechanical circuit breaker passing current Icb1 = 0 without arc Shut off is complete.
しかし、第1,第2機械遮断器CB1,CB2の開極時にある程度の大きさのアークが一旦発生すると、その後アークを消弧できずに第1,第2機械遮断器CB1,CB2に電流が流れ続け遮断に失敗してしまう場合がある。図14に実施形態1で遮断に失敗した場合の電流波形を示す。実施形態1の回路でアークを消弧できない要因として、以下の(1),(2)が考えられる。 However, if an arc of a certain size is generated once when the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 are opened, then the arc can not be extinguished and current flows to the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 It may continue to flow and fail to shut off. FIG. 14 shows a current waveform when the interruption fails in the first embodiment. The following factors (1) and (2) can be considered as factors that can not extinguish an arc in the circuit of the first embodiment.
(1)第1,第2機械遮断器CB1,CB2は、開極指令を出してから実際に開極を開始するまでに遅延とばらつきがある。よって、図14の時刻t3(第1機械遮断器CB1の開極開始時)のタイミングにおける第1機械遮断器通過電流Icb1にもばらつきが生じる。この時刻t3時の第1機械遮断器通過電流Icb1の電流傾きが大きいときには第1機械遮断器CB1の接点間に印加されるアーク電圧も大きくなるため、アークを消弧しにくくなる。 (1) The first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 have delays and variations between when the opening command is issued and when actually starting the opening. Therefore, a variation also occurs in the first mechanical circuit breaker passing current Icb1 at the timing of time t3 (at the start of opening of the first mechanical circuit breaker CB1) in FIG. When the current slope of the first mechanical circuit breaker passing current Icb1 at time t3 is large, the arc voltage applied between the contacts of the first mechanical circuit breaker CB1 is also large, and it becomes difficult to extinguish the arc.
(2)第1,第2機械遮断器CB1,CB2は、開極を開始してから接点間距離が十分開ききるまで時間がかかる。また、その時間もばらつきがある。開極を開始してから接点間距離が十分開ききるまでの時間が長い場合には、アークを消弧しにくくなる。 (2) The first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 take time until the contact point distance is fully opened after the start of the opening. In addition, the time also varies. If it takes a long time for the contact point distance to fully open after the start of the opening, it is difficult to extinguish the arc.
対策として、LC共振周波数を下げて第1,第2機械遮断器CB1,CB2の開極開始時の電流の傾きを緩やかにすることで発生するアーク電圧を抑制し、アークの消弧をしやすくする方法がある。しかし、これは第1リアクトルL1,コンデンサCの容積・重量・コスト増加につながる。 As a countermeasure, the arc voltage generated by lowering the LC resonance frequency and making the slope of the current at the start of opening of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 gentler is suppressed, and it is easy to extinguish the arc. There is a way to However, this leads to an increase in volume, weight, and cost of the first reactor L1 and the capacitor C.
そこで、本実施形態5では、以上の問題点を解決することができる直流遮断装置を説明する。図15に本実施形態5の直流遮断装置を示す。本実施形態5は実施形態1の回路構成に第3,第4ダイオードD3,D4を追加したものである。
Therefore, in the fifth embodiment, a DC interrupting device capable of solving the above problems will be described. The direct current | flow interruption | blocking apparatus of this
第3ダイオードD3は、第1機械遮断器CB1に並列接続される。第3ダイオードD3のアノードは第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点に接続され、カソードは第1半導体スイッチング素子T1と第1機械遮断器CB1の共通接続点に接続される。第4ダイオードD4は、第2機械遮断器CB2に並列接続される。第4ダイオードD4のアノードは第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点に接続され、カソードは第2半導体スイッチング素子T2と第2機械遮断器CB2の共通接続点に接続される。 The third diode D3 is connected in parallel to the first mechanical circuit breaker CB1. The anode of the third diode D3 is connected to the common connection point of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2, and the cathode is connected to the common connection point of the first semiconductor switching element T1 and the first mechanical circuit breaker CB1. The fourth diode D4 is connected in parallel to the second mechanical circuit breaker CB2. The anode of the fourth diode D4 is connected to the common connection point of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2, and the cathode is connected to the common connection point of the second semiconductor switching element T2 and the second mechanical circuit breaker CB2.
また、本実施形態5の第1補助回路電流スイッチ部4は、第1半導体スイッチング素子T1と第1ダイオードD1の直列接続とする。第1半導体スイッチング素子T1は自己消弧能力を有する素子とし、例えば、IGBTが用いられる。第1半導体スイッチング素子T1のコレクタ端子は第1直流系統1の+端子と第1機械遮断器CB1の共通接続点に接続される。第1半導体スイッチング素子T1のエミッタ端子側には、第1ダイオードD1のアノード端子が接続される。第1ダイオードD1のカソード端子は第1リアクトルL1と抵抗Rの共通接続点に接続される。なお、第1半導体スイッチング素子T1と第1ダイオードD1の接続順序は逆でも良い。
The first auxiliary circuit
また、第2補助回路電流スイッチ部5は、第2半導体スイッチング素子T2と第2ダイオードD2の直列接続とする。第2半導体スイッチング素子T2は自己消弧能力を有する素子とし、例えば、IGBTが用いられる。第2半導体スイッチング素子T2のコレクタ端子は第2直流系統2の+端子と第2機械遮断器CB2の共通接続点に接続される。第2半導体スイッチング素子T2のエミッタ端子側には、第2ダイオードD2のアノード端子が接続される。第2ダイオードD2のカソード端子は第1リアクトルL1と抵抗Rの共通接続点に接続される。なお、第2半導体スイッチング素子T2と第2ダイオードD2の接続順序は逆でも良い。
In addition, the second auxiliary circuit
なお、第1,第2補助回路電流スイッチ部4,5は、実施形態1と同様にサイリスタとしても良い。
The first and second auxiliary circuit
本実施形態5の作用・動作は以下の通りである。実施形態1との差異を説明する。本実施形態5の直流遮断装置の動作および各部に流れる電流を図16にまとめた。 The operation and operation of the fifth embodiment are as follows. The difference from the first embodiment will be described. The operation of the DC interrupting device of the fifth embodiment and the current flowing to each part are summarized in FIG.
動作は実施形態1と変わらない。第1機械遮断器CB1を開極後、第1半導体スイッチング素子T1をオンすると短絡電流とは逆向きに補助回路電流Iauxが流れ、短絡電流を打ち消す。 The operation is the same as in the first embodiment. After opening the first mechanical circuit breaker CB1, when the first semiconductor switching element T1 is turned on, the auxiliary circuit current Iaux flows in the opposite direction to the short circuit current to cancel the short circuit current.
補助回路電流Iauxは正弦波で、その振幅を短絡電流より大きく設計するため、短絡電流を打ち消した後の過剰な電流は負の値となる。そのため、過剰な負の電流は第1機械遮断器CB1に並列に接続した第3ダイオードD3を通って流れる。補助回路電流Iauxが小さくなると、短絡電流は第1半導体スイッチング素子T1→第1ダイオードD1→第1リアクトルL1→コンデンサCを介して電流が流れ、コンデンサCが逆向きに充電される。コンデンサCの充電が完了すると第2直流系統2に流れる電流は零となり遮断が完了する。
Since the auxiliary circuit current Iaux is a sine wave and its amplitude is designed to be larger than the short circuit current, the excess current after canceling the short circuit current has a negative value. Therefore, excess negative current flows through the third diode D3 connected in parallel to the first mechanical circuit breaker CB1. When the auxiliary circuit current Iaux becomes smaller, a short circuit current flows through the first semiconductor switching element T1 → the first diode D1 → the first reactor L1 → the capacitor C, and the capacitor C is charged in the reverse direction. When the charging of the capacitor C is completed, the current flowing through the
前述のように、第1機械遮断器CB1の開極指令を受信してから実際に第1機械遮断器CB1が開極するまでには時間遅れがある。この時間遅れが原因で、第1機械遮断器CB1の開極開始が第1半導体スイッチング素子T1オンよりも遅れ、短絡電流と補助回路電流Iauxの合成電流の1回目の零点(図16のA点:以下、第1零点Aと称する)よりも後となってしまった場合でも、第1機械遮断器CB1の開極開始を短絡電流と補助回路電流Iauxの合成電流の2回目の零点(図16のB点:以下、第2零点Bと称する)より早く行うことができれば、短絡電流と補助回路電流Iauxの合成電流はすぐに(100μs程度)第3ダイオードD3に転流する。よってアークは発生しない。その後の動作は実施形態1と同じである。 As described above, there is a time delay from the reception of the opening command of the first mechanical circuit breaker CB1 to the actual opening of the first mechanical circuit breaker CB1. Due to this time delay, the opening start of the first mechanical circuit breaker CB1 is delayed after the first semiconductor switching element T1 is turned on, and the first zero point of the combined current of the short circuit current and the auxiliary circuit current Iaux (point A in FIG. 16) Even when it is later than the first zero point A, a second zero point of the combined current of the short circuit current and the auxiliary circuit current I aux (see FIG. 16) is the opening start of the first mechanical circuit breaker CB1. Point B of: If it can be performed earlier than the second zero point B), the combined current of the short circuit current and the auxiliary circuit current Iaux is immediately (approximately 100 μs) diverted to the third diode D3. Therefore, no arc occurs. The subsequent operation is the same as that of the first embodiment.
本実施形態5では、過剰な補助回路電流Iauxを第1機械遮断器CB1に並列接続された第3ダイオードD3に迂回させることができる。第1機械遮断器CB1の開極後第1零点Aの後は第3ダイオードD3に電流が転流される。印加される接点電圧はアーク電圧よりも低い第3ダイオードD3の電圧降下分のみであるため、第3ダイオードD3の導通中(つまり図16の第1零点A〜第2零点Bの期間)にはアークは発生しない。すなわち、第1零点A〜第2零点B(補助回路電流Iaux>短絡電流)の期間に第1機械遮断器CB1を開極することが望ましい。 In the fifth embodiment, the excess auxiliary circuit current Iaux can be bypassed to the third diode D3 connected in parallel to the first mechanical circuit breaker CB1. After the first zero point A after the opening of the first mechanical circuit breaker CB1, the current is commutated to the third diode D3. Since the applied contact voltage is only the voltage drop of the third diode D3 lower than the arc voltage, during the conduction of the third diode D3 (that is, during the period from the first zero point A to the second zero point B in FIG. 16) Arc does not occur. That is, it is desirable to open the first mechanical circuit breaker CB1 during the period from the first zero point A to the second zero point B (auxiliary circuit current Iaux> short circuit current).
第2零点Bでは第1機械遮断器CB1の接点距離が広がり、かつ、第1零点Aと第2零点Bの間はアークが発生していないため接点間の気体温度が下がり絶縁破壊を起こしにくくなるので、図16の第2零点B以降に第1機械遮断器CB1の接点間に電圧が印加されてもアークが発生するおそれはほとんどない。 At the second zero point B, the contact distance of the first mechanical circuit breaker CB1 is extended, and no arc is generated between the first zero point A and the second zero point B, so the gas temperature between the contacts drops and it is difficult to cause dielectric breakdown. Therefore, even if a voltage is applied between the contacts of the first mechanical circuit breaker CB1 after the second zero point B of FIG. 16, there is almost no possibility that an arc will occur.
そのため、(1)の問題であった第1零点Aにおける大きな電流の傾きを許容できるため、LC共振周波数を増加できる。このことは第1リアクトルL1とコンデンサCの小型化、さらに、直流遮断装置の小型化・低コスト化につながる。 Therefore, since the inclination of the large current at the first zero point A, which is the problem of (1), can be tolerated, the LC resonance frequency can be increased. This leads to the downsizing of the first reactor L1 and the capacitor C, and further to the downsizing and cost reduction of the DC interrupting device.
また、過剰な補助回路電流Iauxの振幅も許容できるため、想定よりも小さな短絡電流(補助回路電流Iauxの振幅よりも小さい短絡電流)の遮断にも対応できる。 In addition, since the amplitude of the excess auxiliary circuit current Iaux can be tolerated, interruption of a short circuit current smaller than expected (a short circuit current smaller than the amplitude of the auxiliary circuit current Iaux) can be coped with.
以上示したように、本実施形態5によれば、第1,第2機械遮断器CB1,CB2の接点開極が第1零点Aに間に合わない場合、第1,第2機械遮断器CB1,CB2に並列接続した第3,第4ダイオードD3,D4の動作によってアークの発生を抑制できる。これにより、実施形態1と比較して、短絡電流を遮断できる確度を高めることができる。 As described above, according to the fifth embodiment, when the contact openings of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 do not meet the first zero point A, the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 By the operation of the third and fourth diodes D3 and D4 connected in parallel to each other, generation of arc can be suppressed. Thereby, as compared with the first embodiment, it is possible to increase the probability that the short circuit current can be cut off.
アークは接点摩耗による定常損失増加、接点癒着による遮断失敗の原因となるため、アークを低減することにより第1,第2機械遮断器CB1,CB2の交換・メンテナンスの手間を削減することができる。 Since the arc causes steady loss increase due to contact wear and interruption failure due to contact adhesion, it is possible to reduce the time for replacement and maintenance of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 by reducing the arc.
また、アークは接点間の温度上昇や絶縁破壊の原因となるため、アークを低減する本実施形態5はより確実な遮断を行うことができる。よって装置の信頼性を向上させることが可能となる。 Further, since the arc causes the temperature rise between the contacts and the dielectric breakdown, the fifth embodiment which reduces the arc can perform more reliable interruption. Thus, the reliability of the device can be improved.
[実施形態6]
実施形態5では、LC共振周波数を大きく設計して短絡電流と補助回路電流Iauxの合成電流の第1零点Aで開極すると、第1零点Aと第2零点B間の時間が短くなるため、第2零点Bでも接点間距離が不足する。また、接点間の気体温度の低下が不十分となる。そのため、開極中に絶縁破壊が起こり、再びアークが発生する危険性が残る。
Sixth Embodiment
In the fifth embodiment, when the LC resonance frequency is designed large and opened at the first zero point A of the combined current of the short circuit current and the auxiliary circuit current Iaux, the time between the first zero point A and the second zero point B becomes short. Even at the second zero point B, the distance between the contacts is insufficient. In addition, the decrease in gas temperature between the contacts becomes insufficient. As a result, breakdown occurs during opening, leaving the risk of arcing again.
さらに、第1機械遮断器CB1の開極が短絡電流と補助回路電流Iauxの合成電流の第1零点Aより前になった場合には、実施形態1と同様にアークが発生し消弧できないおそれがある。 Furthermore, in the case where the opening of the first mechanical circuit breaker CB1 comes before the first zero point A of the combined current of the short circuit current and the auxiliary circuit current Iaux, an arc may be generated and the arc can not be extinguished as in the first embodiment. There is.
そのため、実施形態5は、LC共振周波数や短絡事故検出から第1,第2機械遮断器CB1,CB2の開極指令までの遅れ時間の設計が容易ではない。 Therefore, in the fifth embodiment, it is not easy to design the delay time from the detection of the LC resonance frequency or the short circuit accident to the opening command of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2.
図17に本実施形態6の直流遮断装置を示す。本実施形態6は、実施形態5の第3,第4ダイオードD3,D4の代わりに、自己消弧能力のある第4,第5半導体スイッチング素子(例えば、IGBT)T4,T5を設けた回路構成である。すなわち、第4半導体スイッチング素子T4は、第1機械遮断器CB1に並列接続される。第4半導体スイッチング素子T4のエミッタ端子は第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点に接続され、コレクタ端子は第1半導体スイッチング素子T1と第1機械遮断器CB1の共通接続点に接続される。第5半導体スイッチング素子T5は、第2機械遮断器CB2に並列接続される。第5半導体スイッチング素子T5のエミッタ端子は第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点に接続され、コレクタ端子は第2半導体スイッチング素子T2と第2機械遮断器CB2の共通接続点に接続される。 The direct current | flow interruption | blocking apparatus of this Embodiment 6 is shown in FIG. The sixth embodiment is a circuit configuration in which fourth and fifth semiconductor switching elements (for example, IGBTs) T4 and T5 having self-extinguishing ability are provided instead of the third and fourth diodes D3 and D4 of the fifth embodiment. It is. That is, the fourth semiconductor switching element T4 is connected in parallel to the first mechanical circuit breaker CB1. The emitter terminal of the fourth semiconductor switching element T4 is connected to the common connection point of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2, and the collector terminal is at the common connection point of the first semiconductor switching element T1 and the first mechanical circuit breaker CB1. Connected The fifth semiconductor switching element T5 is connected in parallel to the second mechanical circuit breaker CB2. The emitter terminal of the fifth semiconductor switching element T5 is connected to the common connection point of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2, and the collector terminal is at the common connection point of the second semiconductor switching element T2 and the second mechanical circuit breaker CB2. Connected
なお、第4,第5半導体スイッチング素子T4,T5には、図17に示すようにダイオードが逆並列接続されている半導体スイッチを適用する。また、第1,第2補助回路電流スイッチ部4,5は実施形態1と同様にサイリスタとしても良い。
A semiconductor switch in which diodes are connected in antiparallel as shown in FIG. 17 is applied to the fourth and fifth semiconductor switching elements T4 and T5. The first and second auxiliary circuit
以下、本実施形態6の動作、作用について、実施形態1との差異を説明する。本実施形態6における直流遮断装置の動作および各部分に流れる電流を図18にまとめた。 Hereinafter, the difference from the first embodiment will be described with respect to the operation and action of the sixth embodiment. The operation of the DC interrupting device in the sixth embodiment and the current flowing to each portion are summarized in FIG.
定常状態では、第4,第5半導体スイッチング素子T4,T5はゲート指令によってオフしており、実施形態1と動作は変わらない。短絡事故などにより遮断指令が来た際の動作は、第1機械遮断器CB1の開極指令前にゲート指令によって第4半導体スイッチング素子T4をオンする(第2機械遮断器CB2を開極する場合は第5半導体スイッチング素子T5をオンする)。 In the steady state, the fourth and fifth semiconductor switching elements T4 and T5 are turned off by the gate command, and the operation is the same as in the first embodiment. In the operation when the shutoff command comes due to a short circuit accident etc., the fourth semiconductor switching element T4 is turned on by the gate command before the opening command of the first machine breaker CB1 (when the second machine breaker CB2 is opened) Turns on the fifth semiconductor switching element T5).
その後、第1機械遮断器CB1の開極指令によって第1機械遮断器CB1を開極する。なお、第1機械遮断器CB1がオンしている場合、第4半導体スイッチング素子T4をオンしても半導体スイッチング素子のオン抵抗成分があるため第4半導体スイッチング素子T4には電流は転流しない。そのため、定常状態で第4半導体スイッチング素子T4は常時オンしていても問題ない。 After that, the first mechanical circuit breaker CB1 is opened by the opening command of the first mechanical circuit breaker CB1. When the first mechanical circuit breaker CB1 is turned on, even if the fourth semiconductor switching element T4 is turned on, the current does not divert to the fourth semiconductor switching element T4 because there is an on resistance component of the semiconductor switching element. Therefore, there is no problem even if the fourth semiconductor switching element T4 is always on in the steady state.
第4半導体スイッチング素子T4がオンしている状態で第1機械遮断器CB1の開極を開始すると、第1機械遮断器CB1の接点間にアーク電圧が印加される。その電圧が第4半導体スイッチング素子T4のオン電圧(第4半導体スイッチング素子T4のゲート指令オン中のコレクタ−エミッタ間電圧)を超えると、第4半導体スイッチング素子T4に電流が転流される。 When opening of the first mechanical circuit breaker CB1 is started in a state where the fourth semiconductor switching element T4 is on, an arc voltage is applied between the contacts of the first mechanical circuit breaker CB1. When the voltage exceeds the on voltage of the fourth semiconductor switching element T4 (the voltage between the collector and the emitter during the gate command on of the fourth semiconductor switching element T4), the current is diverted to the fourth semiconductor switching element T4.
電流が完全に転流されると第1機械遮断器CB1のアークが消弧される。第4半導体スイッチング素子T4への転流が完了したら、ゲート指令によって第1半導体スイッチング素子T1をオンすることで、コンデンサCからの放電電流(補助回路電流Iaux)が第4半導体スイッチング素子T4→第1半導体スイッチング素子T1→第1ダイオードD1→第1リアクトルL1を経由して流れ、第1直流系統1から第4半導体スイッチング素子T4に流れる短絡電流(電流IT4)を打ち消す。
When the current is completely commutated, the arc of the first mechanical circuit breaker CB1 is extinguished. When the commutation to the fourth semiconductor switching element T4 is completed, the discharge current from the capacitor C (auxiliary circuit current Iaux) is switched from the fourth semiconductor switching element T4 to the fourth by turning on the first semiconductor switching element T1 according to the gate command. 1) The semiconductor switching element T1 → the first diode D1 → the first reactor L1 flows, and the short circuit current (current I T4 ) flowing from the
第4半導体スイッチング素子T4は補助回路電流Iauxがピークになるタイミングでゲート指令によってオフする。これは第1半導体スイッチング素子T1オンからLC共振周期の1/4経過後であるため、第4半導体スイッチング素子T4のオフ動作に通過電流や補助回路電流Iauxを検出する必要がない。 The fourth semiconductor switching element T4 is turned off by the gate command at the timing when the auxiliary circuit current Iaux peaks. This is after a lapse of 1⁄4 of the LC resonance period from the turning on of the first semiconductor switching element T1. Therefore, it is not necessary to detect the passing current or the auxiliary circuit current Iaux when the fourth semiconductor switching element T4 is off.
第1機械遮断器CB1開極後、第1半導体スイッチング素子T1→第1ダイオードD1→第1リアクトルL1→コンデンサCを介して短絡電流が流れ、コンデンサCが逆極性に充電される。コンデンサCの充電が完了すると、第2直流系統2へ流れる電流が零となり、電流遮断が完了する。その後、ゲート指令によって第1半導体スイッチング素子T1をオフする。電流遮断完了後の動作は、実施形態1と同じである。
After opening the first mechanical circuit breaker CB1, a short circuit current flows through the first semiconductor switching element T1 → the first diode D1 → the first reactor L1 → the capacitor C, and the capacitor C is charged to the reverse polarity. When the charging of the capacitor C is completed, the current flowing to the
本実施形態6では、第1機械遮断器CB1を開極後、すぐに(100μs程度)短絡電流が第4半導体スイッチング素子T4に転流されるのでアークがほとんど発生しない。そのため、第1機械遮断器CB1の開極指令を早め(第4半導体スイッチング素子T4オン指令の直後)に出すことができ、前述の実施形態5の留意点を気にする必要がなく、確実に遮断動作を行える。さらに、実施形態5よりもLC共振周波数・補助回路電流Iauxの振幅を高く設計することができる。 In the sixth embodiment, since the short circuit current is diverted to the fourth semiconductor switching element T4 (about 100 μs) immediately after the first mechanical circuit breaker CB1 is opened, an arc hardly occurs. Therefore, the opening command of the first mechanical circuit breaker CB1 can be issued earlier (immediately after the fourth semiconductor switching element T4 ON command), and there is no need to worry about the points to be noted in the fifth embodiment described above. The shutoff operation can be performed. Furthermore, the amplitude of the LC resonant frequency and the auxiliary circuit current Iaux can be designed to be higher than those of the fifth embodiment.
また、第4,第5半導体スイッチング素子T4,T5内には逆並列ダイオードが接続されているため、実施形態5と同じ効果が得られ、第1機械遮断器CB1の開極開始時刻が第1零点Aから第2零点Bまでの間に遅延しても、アークがほとんど発生しない。 Further, since anti-parallel diodes are connected in the fourth and fifth semiconductor switching elements T4 and T5, the same effect as in the fifth embodiment is obtained, and the opening start time of the first mechanical circuit breaker CB1 is the first Even if it is delayed between the zero point A and the second zero point B, arcs hardly occur.
さらに、第4半導体スイッチング素子T4のターンオフは第1半導体スイッチング素子T1オンからLC共振周期の1/4経過後に固定する。そのため、「短絡電流<補助回路電流Iaux」の関係が成立しているならば、第4半導体スイッチング素子T4ターンオフ時の電流は、第4半導体スイッチング素子T4内の逆並列ダイオードを通過している。 Furthermore, the turn-off of the fourth semiconductor switching element T4 is fixed after 1⁄4 of the LC resonance period has elapsed from the turning on of the first semiconductor switching element T1. Therefore, if the relationship of “short circuit current <auxiliary circuit current Iaux” is established, the current at the time of turn-off of the fourth semiconductor switching device T4 passes through the anti-parallel diode in the fourth semiconductor switching device T4.
そのため、第4半導体スイッチング素子T4は零電流スイッチングが成立する。よって、第4半導体スイッチング素子T4ではターンオフ時のスイッチング損失が発生しないため熱責務が小さく、ターンオフ時に第4半導体スイッチング素子T4のコレクタ−エミッタ間のサージ電圧もほとんど発生しない。 Therefore, zero current switching is established in the fourth semiconductor switching element T4. Therefore, in the fourth semiconductor switching element T4, no switching loss occurs at turn-off, so the thermal duty is small, and a surge voltage between the collector and the emitter of the fourth semiconductor switching element T4 hardly occurs at turn-off.
そのため、大電流の遮断を行う際に第4半導体スイッチング素子T4用のIGBT直並列数を少なくすることができ、サージ電圧抑制用のスナバ回路も不要となる。 Therefore, when interrupting a large current, the number of IGBTs in series and parallel connection for the fourth semiconductor switching element T4 can be reduced, and a snubber circuit for surge voltage suppression is also unnecessary.
また、「短絡電流>補助回路電流Iaux」の場合でも、本実施形態6ならば第4半導体スイッチング素子T4により短絡電流を遮断することができる。この場合でも第4半導体スイッチング素子T4は第1半導体スイッチング素子T1のターンオンからLC共振周期の1/4経過後のタイミング(すなわち、第4半導体スイッチング素子T4の電流が最小となるタイミング)でターンオフするため、スイッチング損失・サージ電圧を最小に抑えることができる。 Further, even in the case of “short circuit current> auxiliary circuit current Iaux”, in the sixth embodiment, the short circuit current can be interrupted by the fourth semiconductor switching element T4. Also in this case, the fourth semiconductor switching element T4 is turned off at a timing after 1⁄4 of the LC resonance period since the turning on of the first semiconductor switching element T1 (that is, the timing at which the current of the fourth semiconductor switching element T4 is minimized). Therefore, switching loss and surge voltage can be minimized.
図19に、本実施形態6の直流遮断装置で1kAの直流電流の遮断実験を行った際の波形を示す。図20に図19の波形測定箇所を示す。 The waveform at the time of performing the interruption | blocking experiment of the direct current of 1 kA with the direct current | flow interrupting apparatus of this Embodiment 6 is shown in FIG. FIG. 20 shows the waveform measurement points of FIG.
実験条件は、第1機械遮断器CB1の最大アーク電圧30V、LC共振周波数2kHz、第1機械遮断器CB1の開極指令から第1半導体スイッチング素子T1オンのゲート指令までの設定時間を約3.6msとした。また、時刻0msですでに遮断電流(1kA)を第1機械遮断器CB1へ流し、時刻0.5msでほぼ同時に第4半導体スイッチング素子T4のゲートオン指令と第1機械遮断器CB1の開極指令を入力した。また、この実験条件では、第1機械遮断器CB1の開極指令後にほとんど遅延することなく第1機械遮断器CB1の開極動作を開始している。
The experimental conditions are: The setting time from the opening command of the first mechanical circuit breaker CB1 to the gate command of the first semiconductor switching element T1 is approximately 3. It was 6 ms. In addition, at
第1機械遮断器CB1の開極開始直後の時刻0.5msで、第1機械遮断器CB1の両端に13Vが印加されているのでアークが発生しているのがわかる。しかし、このときのアーク電圧13Vは、第1機械遮断器CB1の最大アーク電圧30Vを大きく下回っている。 At time 0.5 ms immediately after the start of opening of the first mechanical circuit breaker CB1, 13 V is applied to both ends of the first mechanical circuit breaker CB1, so it can be seen that an arc is generated. However, the arc voltage 13V at this time is much lower than the maximum arc voltage 30V of the first mechanical circuit breaker CB1.
つまり、アーク消弧が容易な電圧レベルである。その直後、第4半導体スイッチング素子T4に流れる電流iT4が遮断電流1kAに一致するので、第1機械遮断器通過電流Icb1が零になっている。さらに、第1機械遮断器両端電圧Vcb1の波形もほぼ0Vに低下しているため、アークも消弧していることが確認できる。 That is, it is a voltage level in which arc extinguishing is easy. Immediately after that, since the current i T4 flowing through the fourth semiconductor switching element T4 matches the cutoff current 1 kA, the first mechanical circuit breaker passing current Icb1 is zero. Furthermore, since the waveform of the voltage Vcb1 across the first mechanical circuit breaker is also reduced to approximately 0 V, it can be confirmed that the arc is also extinguished.
(実施形態1や実施形態5では、転流用の回路の第4半導体スイッチング素子T4がないため第1零点Aまでの3.6ms間アークが発生し続けてしまう。)
また、第1半導体スイッチング素子T1オン後、補助回路電流Iauxによって第4半導体スイッチング素子T4に流れる短絡電流が打ち消され、第4半導体スイッチング素子T4を通過する電流iT4が逆向きになり、第4半導体スイッチング素子T4内の逆並列ダイオードに流れるようになった時点でゲート指令によって第4半導体スイッチング素子T4をオフする。
(In the first embodiment and the fifth embodiment, since there is no fourth semiconductor switching element T4 of the circuit for commutation, an arc continues to occur for 3.6 ms up to the first zero point A.)
Also, after the first semiconductor switching element T1 is turned on, the short circuit current flowing to the fourth semiconductor switching element T4 is canceled by the auxiliary circuit current Iaux, and the current i T4 passing through the fourth semiconductor switching element T4 is reversed. At the time when the current flows to the antiparallel diode in the semiconductor switching element T4, the fourth semiconductor switching element T4 is turned off by the gate command.
第4半導体スイッチング素子T4の第2零点B後に第1機械遮断器CB1に最大アーク電圧30Vを超える電圧が印加されている。そのため、第1機械遮断器CB1にアークが発生せずに第1機械遮断器CB1の開極動作が完了したことが確認でき、正常に遮断動作が行われたことがわかる。 After the second zero point B of the fourth semiconductor switching device T4, a voltage exceeding the maximum arc voltage of 30 V is applied to the first mechanical circuit breaker CB1. Therefore, it can be confirmed that the opening operation of the first mechanical circuit breaker CB1 is completed without the occurrence of an arc in the first mechanical circuit breaker CB1, and it can be understood that the interruption operation has been performed normally.
なお、本実施形態6の類似先行技術として、特許文献2がある。しかし、特許文献2は単方向のみの電流遮断器の発明で、双方向の電流遮断器には対応していない。また、共振コンデンサに別途充電回路が必要である。
また、特許文献2の実施形態8では、段落[0038]より、半導体スイッチのターンOFFのタイミングを断路器3の接点距離が十分離れたときとしている。このタイミングでの半導体スイッチ通過電流は不明であり、大きな短絡電流を半導体スイッチで遮断しなければならない恐れがある。この場合、非常に大きなスイッチング損失・サージ電圧が発生し、素子が破損する恐れがある。これを防ぐため、半導体スイッチング素子を複数並列接続する、または、大容量のスナバ回路を接続すると、装置のコスト・容積が増加してしまう。一方、本実施形態6では零電流スイッチングが成立するため、半導体スイッチング素子の並列接続数を低減でき、複数並列装置のコスト・容積を低減することができる。
Further, in the eighth embodiment of
以上示したように、本実施形態6によれば、実施形態5の効果に加えて、第1,第2機械遮断器CB1,CB2を開極した際、短絡電流が速やかに第4,第5半導体スイッチング素子T4,T5に転流するため、よりアークを抑制することができる。よって、装置の信頼性がさらに高まる。 As described above, according to the sixth embodiment, in addition to the effect of the fifth embodiment, when the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 are opened, the short-circuit current is rapidly reduced to the fourth and fifth Since the current is commutated to the semiconductor switching elements T4 and T5, the arc can be further suppressed. Thus, the reliability of the device is further enhanced.
また、第1,第2機械遮断器CB1,CB2を第1零点Aに対して早めに開極することができ、第1,第2機械遮断器CB1,CB2の特性(開極指令から開極動作開始までの遅延時間など)にばらつきがある場合でも、電流を確実に遮断することができる。 In addition, the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 can be opened earlier with respect to the first zero point A, and the characteristics of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 (from the opening command to the opening) Even when there is a variation in the delay time until the start of operation, etc., the current can be cut off reliably.
また、実施形態5よりもLC共振回路の設計の余裕度が拡がるため、LC共振周波数の増加、ひいては第1リアクトルL1とコンデンサCの小型化が可能となる。よって、直流遮断装置の小型化を図ることが可能となる。 Further, since the design margin of the LC resonance circuit is expanded compared to the fifth embodiment, it is possible to increase the LC resonance frequency, and hence to miniaturize the first reactor L1 and the capacitor C. Therefore, it is possible to miniaturize the direct current shutoff device.
また、本実施形態6により、後述する実施形態7に対して以下の効果が生じる。短絡電流が補助回路電流Iauxより大きくても、電流を遮断することができる。この場合でもスイッチング損失・サージは発生するが最小であるため、第4,第5半導体スイッチング素子T4,T5の責務を抑制することができる。 Further, the sixth embodiment produces the following effects with respect to the seventh embodiment described later. Even if the short circuit current is larger than the auxiliary circuit current Iaux, the current can be cut off. Even in this case, switching loss and surge occur but are minimized, so the duty of the fourth and fifth semiconductor switching elements T4 and T5 can be suppressed.
[実施形態7]
図21に本実施形態7の直流遮断装置を示す。本実施形態7は、実施形態5の第3,第4ダイオードD3,D4に自己消弧能力のない第6,第7半導体スイッチング素子T6,T7(例えば、サイリスタ)を逆並列接続したものである。第6半導体スイッチング素子T6のカソード端子は第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点に接続され、アノード端子は第1半導体スイッチング素子T1と第1機械遮断器CB1の共通接続点に接続される。同様に、第7半導体スイッチング素子T7のカソード端子は第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点に接続され、アノード端子は第2半導体スイッチング素子T2と第2機械遮断器CB2の共通接続点に接続される。
Seventh Embodiment
The direct current | flow interruption | blocking apparatus of this Embodiment 7 is shown in FIG. In the seventh embodiment, the sixth and seventh semiconductor switching elements T6 and T7 (for example, thyristors) having no self-extinguishing ability are connected in antiparallel to the third and fourth diodes D3 and D4 of the fifth embodiment. . The cathode terminal of the sixth semiconductor switching element T6 is connected to the common connection point of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2, and the anode terminal is connected to the common connection point of the first semiconductor switching element T1 and the first mechanical circuit breaker CB1. Connected Similarly, the cathode terminal of the seventh semiconductor switching element T7 is connected to the common connection point of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2, and the anode terminal is common to the second semiconductor switching element T2 and the second mechanical circuit breaker CB2. Connected to connection point.
また、本実施形態7では、第1,第2補助回路電流スイッチ部4,5は、自己消弧能力のない第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2(例えば、サイリスタ)としている。なお、実施形態5,6と同様にIGBTとダイオードの直列接続でも良い。
Further, in the seventh embodiment, the first and second auxiliary circuit
本実施形態7の作用・動作は以下のとおりである。実施形態6との差異を記載する。本実施形態7における直流遮断装置の動作および各部分に流れる電流を図22にまとめた。 The operation and operation of the seventh embodiment are as follows. The difference from Embodiment 6 is described. The operation of the direct current cut-off device in the seventh embodiment and the current flowing to each portion are summarized in FIG.
短絡事故などにより遮断指令を受信すると、第6半導体スイッチング素子T6にON指令を出力する。第1機械遮断器CB1を開極後、第1機械遮断器CB1にアーク電圧が印加される。その電圧が第6半導体スイッチング素子T6のオン電圧を超えると、第6半導体スイッチング素子T6に電流が転流される。 When the shutoff command is received due to a short circuit accident or the like, an ON command is output to the sixth semiconductor switching element T6. After opening the first mechanical circuit breaker CB1, an arc voltage is applied to the first mechanical circuit breaker CB1. When the voltage exceeds the on voltage of the sixth semiconductor switching element T6, current is diverted to the sixth semiconductor switching element T6.
第1機械遮断器CB1の電流が完全に第6半導体スイッチング素子T6に転流されると第1機械遮断器CB1のアークが消弧される。第6半導体スイッチング素子T6への転流が完了したら、ゲート指令によって第1半導体スイッチング素子T1をオンすることで、コンデンサCからの放電電流(補助回路電流Iaux)成分が第6半導体スイッチング素子T6→第1半導体スイッチング素子T1→第1リアクトルL1を経由して流れ、第1直流系統1から第6半導体スイッチング素子T6に流れる短絡電流を打ち消す。第6半導体スイッチング素子T6にあらかじめオフ指令を入れておけば、第6半導体スイッチング素子T6に流れる電流が零になった時点で第6半導体スイッチング素子T6がオフする。そのため、第1機械遮断器CB1開極後すぐに第6半導体スイッチング素子T6のオフ指令を出力する。
When the current of the first mechanical circuit breaker CB1 is completely diverted to the sixth semiconductor switching device T6, the arc of the first mechanical circuit breaker CB1 is extinguished. When the commutation to the sixth semiconductor switching element T6 is completed, the discharge current (auxiliary circuit current Iaux) component from the capacitor C is switched to the sixth semiconductor switching element T6 by turning on the first semiconductor switching element T1 according to the gate command. It cancels the short circuit current which flows via the first semiconductor switching element T1 → the first reactor L1 and flows from the
第1機械遮断器CB1に開極指令を出してから実際に開極が開始されるまでの時間にはばらつきがある。第1機械遮断器CB1が開極する前に第6半導体スイッチング素子T6がオフしないように、第6半導体スイッチング素子T6のオフ指令はそのばらつきを考慮し、例えば第1機械遮断器CB1の開極指令後1〜2msに設定する。 There is variation in the time from when the opening command is issued to the first mechanical circuit breaker CB1 to when the opening is actually started. In order to prevent the sixth semiconductor switching device T6 from turning off before the first mechanical circuit breaker CB1 opens, the off command of the sixth semiconductor switching device T6 takes into account the variation, for example, the opening of the first mechanical circuit breaker CB1 Set to 1 to 2 ms after command.
一般的にサイリスタはIGBTに比べ高耐圧・大電流に対応した部品がある。短時間(10ms)ならば定格電流の10倍の電流を流せるものも存在する。またサイリスタの方がIGBTに比べオン電圧が低く、第1,第2機械遮断器CB1,CB2の開極時に転流させやすいといった利点がある。 In general, thyristors have components corresponding to high withstand voltage and large current compared to IGBTs. There are also devices that can flow 10 times the rated current in a short time (10 ms). The thyristor has an advantage that the on-voltage is lower than that of the IGBT, and commutation is easy at the time of opening of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2.
なお、本実施形態7では、短絡電流が補助回路電流Iauxより大きくなると、第6半導体スイッチング素子T6の電流を0A以下にできないため、第6半導体スイッチング素子T6のターンオフはできない。すなわち、短絡電流の遮断はできない。よって、このような動作にならないようにLC共振回路の設計には留意する必要がある。 In the seventh embodiment, when the short circuit current is larger than the auxiliary circuit current Iaux, the current of the sixth semiconductor switching device T6 can not be reduced to 0 A or less, and thus the sixth semiconductor switching device T6 can not be turned off. That is, the short circuit current can not be cut off. Therefore, care must be taken in the design of the LC resonant circuit to prevent such operation.
以上示したように、本実施形態7によれば、実施形態5,6と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態7によれば、実施形態6に対して以下の効果が生じる。 As described above, according to the seventh embodiment, the same function and effect as those of the fifth and sixth embodiments can be obtained. Further, according to the seventh embodiment, the following effects are obtained with respect to the sixth embodiment.
実施形態6と異なり、第1,第2機械遮断器CB1,CB2と並列接続する第6,第7半導体スイッチング素子T6,T7(サイリスタ)のゲートオフ指令のタイミングをLC共振周期の1/4に設定する必要がない。よってゲート指令の設計が容易になる。 Unlike the sixth embodiment, the timing of the gate-off command of the sixth and seventh semiconductor switching elements T6 and T7 (thyristor) connected in parallel to the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 is set to 1/4 of the LC resonance period. There is no need to Therefore, the design of the gate command becomes easy.
サイリスタならばIGBTに比べ高耐圧・大電流に対応した部品があるため、高圧・大容量の系統への装置の適用が容易となる。また、サイリスタはIGBTに比べオン電圧が低いので、複数直列に接続しても電圧降下が大きくならないため機械遮断器通過電流をサイリスタに転流させやすくなり、より高圧の系統に適用することができる。 Since there is a part corresponding to high withstand voltage and large current compared with IGBT if it is a thyristor, application of the device to a high voltage and large capacity system becomes easy. In addition, since the thyristor has a lower on-voltage compared to the IGBT, the voltage drop does not increase even if a plurality of series are connected, so the mechanical circuit breaker passing current is easily commutated to the thyristor and can be applied to a higher voltage system. .
また、本実施形態7は、特許文献2に対して以下の効果が生じる。双方向に流れる電流を遮断可能である。共振回路のコンデンサに外部電源を必要としない。追加した第6,第7半導体スイッチング素子T6,T7ではスイッチング損失が発生しないため、第6,第7半導体スイッチング素子T6,T7の熱責務が小さく直並列数を削減することができる。大容量のスナバ回路も不要である。よって、コスト・容積を抑えることができる。
Further, the seventh embodiment produces the following effects with respect to the
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 with reference to the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various variations and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. It is natural that such variations and modifications fall within the scope of the claims.
なお、実施形態1〜7では、第1直流系統1の+端子と第2直流系統2の+端子との間に第1,第2機械遮断器CB1,CB2を直列接続する構成について説明したが、第1直流系統1の−端子と第2直流系統2の−端子との間に第1,第2機械遮断器CB1,CB2を直列接続する構成としてもよい。
In the first to seventh embodiments, the configuration in which the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 are connected in series between the + terminal of the
この場合、第1直流系統1の−端子と第1機械遮断器CB1の共通接続点に第1半導体スイッチング素子T1の一端(カソード)が接続される。第1半導体スイッチング素子T1の他端(アノード)には、第2半導体スイッチング素子T2の一端(アノード)が接続される。第2半導体スイッチング素子T2の他端(カソード)は第2直流系統2の−端子と第2機械遮断器CB2の共通接続点に接続される。
In this case, one end (cathode) of the first semiconductor switching element T1 is connected to the common connection point between the negative terminal of the
第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点と第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2の共通接続点との間にはコンデンサCが接続される。また、コンデンサCには第1リアクトルL1が直列接続される。ここで、コンデンサCと第1リアクトルL1との接続順序はどちらでも良い。 A capacitor C is connected between a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 and a common connection point of the first and second semiconductor switching elements T1 and T2. Further, the first reactor L1 is connected in series to the capacitor C. Here, the connection order of the capacitor C and the first reactor L1 may be either.
さらに、実施形態1の抵抗R、実施形態2のツェナーダイオードZD、実施形態3,4の第3半導体スイッチング素子T3は、第1,第2直流系統1,2の+端子に接続される。
Furthermore, the resistor R of the first embodiment, the Zener diode ZD of the second embodiment, and the third semiconductor switching element T3 of the third and fourth embodiments are connected to the positive terminals of the first and
実施形態2〜7でも、第1直流系統1の−端子と第2直流系統2の−端子との間に直流遮断装置を接続する場合は、実施形態1と同様に接続すれば良い。
Also in the second to seventh embodiments, when a DC interrupting device is connected between the-terminal of the
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、実施形態5の直流遮断装置を接続した構成を図23に示す。図23に示すように、第1直流系統1の−端子と第2直流系統2の−端子との間に第1機械遮断器CB1と第2機械遮断器CB2が直列接続される。
A configuration in which the DC interrupting device of the fifth embodiment is connected between the − terminal of the
第1直流系統1の−端子と第1機械遮断器CB1の共通接続点に第1半導体スイッチング素子T1のエミッタ端子が接続される。第1半導体スイッチング素子T1のコレクタ端子には、第1ダイオードD1のカソード端子が接続される。ここで、第1半導体スイッチング素子T1と第1ダイオードD1の接続順序は逆でも良い。
The emitter terminal of the first semiconductor switching element T1 is connected to the common connection point between the negative terminal of the
第2直流系統2の−端子と第2機械遮断器CB2の共通接続点には第2半導体スイッチング素子T2のエミッタ端子が接続される。第2半導体スイッチング素子T2にコレクタ端子には第2ダイオードD2のカソード端子が接続される。第2ダイオードD2のアノード端子は第1ダイオードD1のアノード端子に接続される。ここで、第2半導体スイッチング素子T2と第2ダイオードD2の接続順序は逆でも良い。
The emitter terminal of the second semiconductor switching element T2 is connected to the common connection point between the negative terminal of the
第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点と第1,第2ダイオードD1,D2の共通接続点との間にコンデンサCが接続される。コンデンサCに第1リアクトルL1が直列接続される。ここで、コンデンサCと第1リアクトルL1との接続順序は逆でも良い。第1,第2ダイオードD1,D2の共通接続点と第1,第2直流系統1,2の+端子との間に抵抗Rが接続される。
A capacitor C is connected between the common connection point of the first and second mechanical circuit breakers CB1 and CB2 and the common connection point of the first and second diodes D1 and D2. The first reactor L1 is connected in series to the capacitor C. Here, the connection order of the capacitor C and the first reactor L1 may be reversed. A resistor R is connected between the common connection point of the first and second diodes D1 and D2 and the positive terminals of the first and
第1機械遮断器CB1に第3ダイオードD3が並列接続される。第3ダイオードD3のアノード端子は第1直流系統1の−端子と第1機械遮断器CB1の共通接続点に接続される。第3ダイオードD3はカソード端子は第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点に接続される。第2機械遮断器CB2に第4ダイオードD4が並列接続される。第4ダイオードD4のアノード端子は第2直流系統2の−端子と第2機械遮断器CB2の共通接続点に接続される。第4ダイオードD4のカソード端子は第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点に接続される。
A third diode D3 is connected in parallel to the first mechanical circuit breaker CB1. The anode terminal of the third diode D3 is connected to the common connection point of the first terminal of the
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、実施形態6の直流遮断装置を接続した構成を図24に示す。図24は、図23の第3,第4ダイオードD3,D4を第4,第5半導体スイッチング素子(IGBT)T4,T5に置き換えたものである。第4半導体スイッチング素子T4のエミッタ端子は第1直流系統1の−端子と第1機械遮断器CB1の共通接続点に接続される。第4半導体スイッチング素子T4のコレクタ端子は第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点に接続される。第5半導体スイッチング素子T5のエミッタ端子は第2直流系統2の−端子と第2機械遮断器CB2の共通接続点に接続される。第5半導体スイッチング素子T5のコレクタ端子は第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点に接続される。
A configuration in which the DC interrupting device of the sixth embodiment is connected between the-terminal of the
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、実施形態7の直流遮断装置を接続した構成を図25に示す。図25は、図23の第3,第4ダイオードD3,D4に第6,第7半導体スイッチング素子(サイリスタ)T6,T7を逆並列接続したものである。
A configuration in which the DC interrupting device of the seventh embodiment is connected between the-terminal of the
第6半導体スイッチング素子T6のカソード端子は、第1直流系統1の−端子と第1機械遮断器CB1の共通接続点に接続される。第6半導体スイッチング素子T6のアノード端子は、第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点に接続される。第7半導体スイッチング素子T7のカソード端子は、第2直流系統2の−端子と第2機械遮断器CB2の共通接続点に接続される。第7半導体スイッチング素子T7のアノード端子は、第1,第2機械遮断器CB1,CB2の共通接続点に接続される。
The cathode terminal of the sixth semiconductor switching element T6 is connected to the common connection point of the-terminal of the
1…第1直流系統
2…第2直流系統
3…直流遮断装置
CB1,CB2…第1,第2機械遮断器
C…コンデンサ
T1〜T3…第1〜第3半導体スイッチング素子
R…抵抗
ZD…ツェナーダイオード
L1,L2…第1,第2リアクトル
DESCRIPTION OF
Claims (16)
第1半導体スイッチング素子を有し、前記第1直流系統の+端子と前記第1機械遮断器の共通接続点に一端が接続された第1補助回路電流スイッチ部と、
第2半導体スイッチング素子を有し、前記第1補助回路電流スイッチ部の他端に一端が接続され、他端が前記第2直流系統の+端子と前記第2機械遮断器の共通接続点に接続された第2補助回路電流スイッチ部と、
前記第1,第2機械遮断器の共通接続点と前記第1,第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点との間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに直列接続された第1リアクトルと、
前記第1,第2補助回路電流スイッチ部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インピーダンスと、
を備え、
前記インピーダンスは、抵抗であり、
前記第1,第2補助回路電流スイッチ部は、前記第1,第2半導体スイッチング素子に直列接続されたダイオードを有し、前記第1,第2半導体スイッチング素子は、自己消弧能力を有することを特徴とする直流遮断装置。 First and second mechanical circuit breakers connected in series between the + terminal of the first DC system and the + terminal of the second DC system;
A first auxiliary circuit current switch unit having a first semiconductor switching element, one end of which is connected to a common connection point of the positive terminal of the first DC system and the first mechanical circuit breaker;
It has a second semiconductor switching element, one end is connected to the other end of the first auxiliary circuit current switch portion, and the other end is connected to the common connection point of the + terminal of the second DC system and the second mechanical circuit breaker The second auxiliary circuit current switch unit,
A capacitor connected between a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers and a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts;
A first reactor connected in series to the capacitor;
An impedance connected between a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts and a negative terminal of the first and second DC systems;
Equipped with
The impedance, Ri resistance der,
The first and second auxiliary circuit current switch parts have diodes connected in series to the first and second semiconductor switching elements, and the first and second semiconductor switching elements have self-extinguishing ability. DC interrupting device characterized by
第1半導体スイッチング素子を有し、前記第1直流系統の+端子と前記第1機械遮断器の共通接続点に一端が接続された第1補助回路電流スイッチ部と、
第2半導体スイッチング素子を有し、前記第1補助回路電流スイッチ部の他端に一端が接続され、他端が前記第2直流系統の+端子と前記第2機械遮断器の共通接続点に接続された第2補助回路電流スイッチ部と、
前記第1,第2機械遮断器の共通接続点と前記第1,第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点との間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに直列接続された第1リアクトルと、
前記第1,第2補助回路電流スイッチ部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インピーダンスと、
を備え、
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り、
前記インピーダンスは、抵抗であり、
前記抵抗と、前記第1,第2直流系統の−端子との間に第3半導体スイッチング素子が接続されたことを特徴とする直流遮断装置。 First and second mechanical circuit breakers connected in series between the + terminal of the first DC system and the + terminal of the second DC system;
A first auxiliary circuit current switch unit having a first semiconductor switching element, one end of which is connected to a common connection point of the positive terminal of the first DC system and the first mechanical circuit breaker;
It has a second semiconductor switching element, one end is connected to the other end of the first auxiliary circuit current switch portion, and the other end is connected to the common connection point of the + terminal of the second DC system and the second mechanical circuit breaker The second auxiliary circuit current switch unit,
A capacitor connected between a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers and a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts;
A first reactor connected in series to the capacitor;
An impedance connected between a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts and a negative terminal of the first and second DC systems;
Equipped with
The first, second semiconductor switching element Ri thyristor der,
The impedance, Ri resistance der,
The 3rd semiconductor switching element was connected between said resistance and-terminal of said 1st, 2nd DC system, The direct current | flow interruption apparatus characterized by the above-mentioned.
第1半導体スイッチング素子を有し、前記第1直流系統の+端子と前記第1機械遮断器の共通接続点に一端が接続された第1補助回路電流スイッチ部と、
第2半導体スイッチング素子を有し、前記第1補助回路電流スイッチ部の他端に一端が接続され、他端が前記第2直流系統の+端子と前記第2機械遮断器の共通接続点に接続された第2補助回路電流スイッチ部と、
前記第1,第2機械遮断器の共通接続点と前記第1,第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点との間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに直列接続された第1リアクトルと、
前記第1,第2補助回路電流スイッチ部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インピーダンスと、
を備え、
前記インピーダンスは第2リアクトルであり、
前記第2リアクトルに対して並列接続されたダイオードと、
前記第2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、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。 First and second mechanical circuit breakers connected in series between the + terminal of the first DC system and the + terminal of the second DC system;
A first auxiliary circuit current switch unit having a first semiconductor switching element, one end of which is connected to a common connection point of the positive terminal of the first DC system and the first mechanical circuit breaker;
It has a second semiconductor switching element, one end is connected to the other end of the first auxiliary circuit current switch portion, and the other end is connected to the common connection point of the + terminal of the second DC system and the second mechanical circuit breaker The second auxiliary circuit current switch unit,
A capacitor connected between a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers and a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts;
A first reactor connected in series to the capacitor;
An impedance connected between a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts and a negative terminal of the first and second DC systems;
Equipped with
The impedance is a second reactor,
A diode connected in parallel to the second reactor,
A third semiconductor switching element connected between the second reactor and the negative terminals of the first and second DC systems;
A direct current cut-off device characterized by comprising.
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2半導体スイッチング素子をオンし、前記第2機械遮断器に流れる電流が所定値以下になった後、前記第2機械遮断器を遮断することを特徴とする請求項1〜4のうち何れかに記載の直流遮断装置。 When current flows from the first DC system to the second DC system and an accident occurs in the second DC system, the first semiconductor switching element is turned on, and the current flowing to the first mechanical circuit breaker Shuts off the first mechanical circuit breaker after the value of
When current flows from the second DC system to the first DC system and an accident occurs in the first DC system, the second semiconductor switching element is turned on, and the current flows to the second mechanical circuit breaker The direct current cut-off device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the second mechanical circuit breaker is shut off after the value of falls below a predetermined value.
第1半導体スイッチング素子を有し、前記第1直流系統の+端子と前記第1機械遮断器の共通接続点に一端が接続された第1補助回路電流スイッチ部と、
第2半導体スイッチング素子を有し、前記第1補助回路電流スイッチ部の他端に一端が接続され、他端が前記第2直流系統の+端子と前記第2機械遮断器の共通接続点に接続された第2補助回路電流スイッチ部と、
前記第1,第2機械遮断器の共通接続点と前記第1,第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点との間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに直列接続された第1リアクトルと、
前記第1,第2補助回路電流スイッチ部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インピーダンスと、
を備え、
前記第1,第2機械遮断器の共通接続点にアノードが接続され、前記第1機械遮断器と前記第1補助回路電流スイッチ部の共通接続点にカソードが接続された第3ダイオードと、
前記第1,第2機械遮断器の共通接続点にアノードが接続され、前記第2機械遮断器と前記第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点にカソードが接続された第4ダイオードと、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。 First and second mechanical circuit breakers connected in series between the + terminal of the first DC system and the + terminal of the second DC system;
A first auxiliary circuit current switch unit having a first semiconductor switching element, one end of which is connected to a common connection point of the positive terminal of the first DC system and the first mechanical circuit breaker;
It has a second semiconductor switching element, one end is connected to the other end of the first auxiliary circuit current switch portion, and the other end is connected to the common connection point of the + terminal of the second DC system and the second mechanical circuit breaker The second auxiliary circuit current switch unit,
A capacitor connected between a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers and a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts;
A first reactor connected in series to the capacitor;
An impedance connected between a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts and a negative terminal of the first and second DC systems;
Equipped with
A third diode in which an anode is connected to a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers, and a cathode is connected to a common connection point of the first mechanical circuit breaker and the first auxiliary circuit current switch portion;
A fourth diode whose anode is connected to the common connection point of the first and second mechanical circuit breakers and whose cathode is connected to the common connection point of the second mechanical circuit breaker and the second auxiliary circuit current switch unit;
A direct current cut-off device characterized by comprising.
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直流系統で短絡が発生した場合は、前記第2半導体スイッチング素子をONして補助回路電流を流し、前記補助回路電流が短絡電流より大きい期間に、前記第2機械遮断器を遮断することを特徴とする請求項6記載の直流遮断装置。 When current flows from the first DC system to the second DC system and a short circuit occurs in the second DC system, the first semiconductor switching element is turned on to flow an auxiliary circuit current, and the auxiliary circuit Interrupt the first mechanical circuit breaker during a period when the current is greater than the short circuit current,
When a current flows from the second DC system to the first DC system and a short circuit occurs in the first DC system, the second semiconductor switching element is turned on to flow the auxiliary circuit current, and the auxiliary circuit 7. The DC circuit breaker according to claim 6 , wherein the second mechanical circuit breaker is shut off during a period when the current is greater than the short circuit current.
第1半導体スイッチング素子を有し、前記第1直流系統の+端子と前記第1機械遮断器の共通接続点に一端が接続された第1補助回路電流スイッチ部と、
第2半導体スイッチング素子を有し、前記第1補助回路電流スイッチ部の他端に一端が接続され、他端が前記第2直流系統の+端子と前記第2機械遮断器の共通接続点に接続された第2補助回路電流スイッチ部と、
前記第1,第2機械遮断器の共通接続点と前記第1,第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点との間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに直列接続された第1リアクトルと、
前記第1,第2補助回路電流スイッチ部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インピーダンスと、
を備え、
前記第1,第2機械遮断器に自己消弧能力を有する第4,第5半導体スイッチング素子を並列接続し、
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直流系統で短絡が発生した場合は、前記第4半導体スイッチング素子をONした後、前記第1機械遮断器の開極指令を行い、その後、前記第1半導体スイッチング素子をON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直流系統で短絡が発生した場合は、前記第5半導体スイッチング素子をONした後、前記第2機械遮断器の開極指令を行い、その後、前記第2半導体スイッチング素子をONすることを特徴とする直流遮断装置。 First and second mechanical circuit breakers connected in series between the + terminal of the first DC system and the + terminal of the second DC system;
A first auxiliary circuit current switch unit having a first semiconductor switching element, one end of which is connected to a common connection point of the positive terminal of the first DC system and the first mechanical circuit breaker;
It has a second semiconductor switching element, one end is connected to the other end of the first auxiliary circuit current switch portion, and the other end is connected to the common connection point of the + terminal of the second DC system and the second mechanical circuit breaker The second auxiliary circuit current switch unit,
A capacitor connected between a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers and a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts;
A first reactor connected in series to the capacitor;
An impedance connected between a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts and a negative terminal of the first and second DC systems;
Equipped with
The fourth and fifth semiconductor switching devices having self-extinguishing ability are connected in parallel to the first and second mechanical circuit breakers ,
When current flows from the first DC system to the second DC system and a short circuit occurs in the second DC system, the fourth semiconductor switching element is turned on and then the first mechanical circuit breaker is opened. Command a pole, and then turn on the first semiconductor switching element,
When current flows from the second DC system to the first DC system and a short circuit occurs in the first DC system, the fifth semiconductor switching element is turned on, and then the second mechanical circuit breaker is opened. A direct current cut-off device characterized by performing a pole command and then turning on the second semiconductor switching element.
前記第4ダイオードに逆並列接続された自己消弧能力を有さない第7半導体スイッチング素子と、
を有することを特徴とする請求項6記載の直流遮断装置。 A sixth semiconductor switching element having no self arc extinguishing capability connected in anti-parallel to the third diode;
A seventh semiconductor switching element not having a self arc extinguishing capability connected antiparallel to the fourth diode;
The direct current cut-off device according to claim 6 , characterized in that
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直流系統で短絡が発生した場合は、前記第7半導体スイッチング素子をONした後、前記第2機械遮断器の開極指令を行い、その後、前記第7半導体スイッチング素子のオフ指令を行い、その後、前記第2半導体スイッチング素子をONすることを特徴とする請求項9記載の直流遮断装置。 When current flows from the first DC system to the second DC system and a short circuit occurs in the second DC system, the sixth semiconductor switching element is turned on, and then the first mechanical circuit breaker is opened. The pole command is performed, and then the sixth semiconductor switching element is turned off, and then the first semiconductor switching element is turned on,
When current flows from the second DC system to the first DC system and a short circuit occurs in the first DC system, the seventh semiconductor switching element is turned on, and then the second mechanical circuit breaker is opened. 10. The direct current cut-off device according to claim 9 , wherein a pole command is issued, then an off command of the seventh semiconductor switching element is issued, and then the second semiconductor switching element is turned on.
第1半導体スイッチング素子を有し、前記第1直流系統の−端子と前記第1機械遮断器の共通接続点に一端が接続された第1補助回路電流スイッチ部と、
第2半導体スイッチング素子を有し、前記第1補助回路電流スイッチ部の他端に一端が接続され、他端が前記第2直流系統の−端子と前記第2機械遮断器の共通接続点に接続された第2補助回路電流スイッチ部と、
前記第1,第2機械遮断器の共通接続点と前記第1,第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点との間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに直列接続された第1リアクトルと、
前記第1,第2補助回路電流スイッチ部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インピーダンスと、
を備え、
前記第1,第2機械遮断器の共通接続点にカソードが接続され、前記第1機械遮断器と前記第1補助回路電流スイッチ部の共通接続点にアノードが接続された第3ダイオードと、
前記第1,第2機械遮断器の共通接続点にカソードが接続され、前記第2機械遮断器と前記第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点にアノードが接続された第4ダイオードと、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。 First and second mechanical circuit breakers connected in series between the negative terminal of the first DC system and the negative terminal of the second DC system;
A first auxiliary circuit current switch unit having a first semiconductor switching element, one end of which is connected to a common connection point of the negative terminal of the first DC system and the first mechanical circuit breaker;
It has a second semiconductor switching element, one end is connected to the other end of the first auxiliary circuit current switch portion, and the other end is connected to the common connection point of the − terminal of the second DC system and the second mechanical circuit breaker The second auxiliary circuit current switch unit,
A capacitor connected between a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers and a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts;
A first reactor connected in series to the capacitor;
An impedance connected between a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts and a + terminal of the first and second DC systems;
Equipped with
A third diode in which a cathode is connected to a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers, and an anode is connected to a common connection point of the first mechanical circuit breaker and the first auxiliary circuit current switch portion;
A fourth diode whose cathode is connected to the common connection point of the first and second mechanical circuit breakers and whose anode is connected to the common connection point of the second mechanical circuit breaker and the second auxiliary circuit current switch unit;
A direct current cut-off device characterized by comprising.
前記第4ダイオードに逆並列接続された自己消弧能力を有さない第7半導体スイッチング素子と、
を有することを特徴とする請求項11記載の直流遮断装置。 A sixth semiconductor switching element having no self arc extinguishing capability connected in anti-parallel to the third diode;
A seventh semiconductor switching element not having a self arc extinguishing capability connected antiparallel to the fourth diode;
The direct current cut-off device according to claim 11 , characterized in that:
第1半導体スイッチング素子を有し、前記第1直流系統の−端子と前記第1機械遮断器の共通接続点に一端が接続された第1補助回路電流スイッチ部と、
第2半導体スイッチング素子を有し、前記第1補助回路電流スイッチ部の他端に一端が接続され、他端が前記第2直流系統の−端子と前記第2機械遮断器の共通接続点に接続された第2補助回路電流スイッチ部と、
前記第1,第2機械遮断器の共通接続点と前記第1,第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点との間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに直列接続された第1リアクトルと、
前記第1,第2補助回路電流スイッチ部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インピーダンスと、
を備え、
前記インピーダンスは、抵抗であり、
前記第1,第2補助回路電流スイッチ部は、前記第1,第2半導体スイッチング素子に直列接続されたダイオードを有し、前記第1,第2半導体スイッチング素子は、自己消弧能力を有することを特徴とする直流遮断装置。 First and second mechanical circuit breakers connected in series between the negative terminal of the first DC system and the negative terminal of the second DC system;
A first auxiliary circuit current switch unit having a first semiconductor switching element, one end of which is connected to a common connection point of the negative terminal of the first DC system and the first mechanical circuit breaker;
It has a second semiconductor switching element, one end is connected to the other end of the first auxiliary circuit current switch portion, and the other end is connected to the common connection point of the − terminal of the second DC system and the second mechanical circuit breaker The second auxiliary circuit current switch unit,
A capacitor connected between a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers and a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts;
A first reactor connected in series to the capacitor;
An impedance connected between a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts and a + terminal of the first and second DC systems;
Equipped with
The impedance is a resistor,
The first and second auxiliary circuit current switch parts have diodes connected in series to the first and second semiconductor switching elements, and the first and second semiconductor switching elements have self-extinguishing ability. DC interrupting device characterized by
第1半導体スイッチング素子を有し、前記第1直流系統の−端子と前記第1機械遮断器の共通接続点に一端が接続された第1補助回路電流スイッチ部と、 A first auxiliary circuit current switch unit having a first semiconductor switching element, one end of which is connected to a common connection point of the negative terminal of the first DC system and the first mechanical circuit breaker;
第2半導体スイッチング素子を有し、前記第1補助回路電流スイッチ部の他端に一端が接続され、他端が前記第2直流系統の−端子と前記第2機械遮断器の共通接続点に接続された第2補助回路電流スイッチ部と、 It has a second semiconductor switching element, one end is connected to the other end of the first auxiliary circuit current switch portion, and the other end is connected to the common connection point of the − terminal of the second DC system and the second mechanical circuit breaker The second auxiliary circuit current switch unit,
前記第1,第2機械遮断器の共通接続点と前記第1,第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点との間に接続されたコンデンサと、 A capacitor connected between a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers and a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts;
前記コンデンサに直列接続された第1リアクトルと、 A first reactor connected in series to the capacitor;
前記第1,第2補助回路電流スイッチ部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インピーダンスと、 An impedance connected between a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts and a + terminal of the first and second DC systems;
を備え、 Equipped with
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り、 The first and second semiconductor switching elements are thyristors,
前記インピーダンスは、抵抗であり、 The impedance is a resistor,
前記抵抗と、前記第1,第2直流系統の+端子との間に第3半導体スイッチング素子が接続されたことを特徴とする直流遮断装置。 The 3rd semiconductor switching element was connected between said resistance and the positive terminal of said 1st, 2nd DC system, The direct current | flow interruption apparatus characterized by the above-mentioned.
第1半導体スイッチング素子を有し、前記第1直流系統の−端子と前記第1機械遮断器の共通接続点に一端が接続された第1補助回路電流スイッチ部と、 A first auxiliary circuit current switch unit having a first semiconductor switching element, one end of which is connected to a common connection point of the negative terminal of the first DC system and the first mechanical circuit breaker;
第2半導体スイッチング素子を有し、前記第1補助回路電流スイッチ部の他端に一端が接続され、他端が前記第2直流系統の−端子と前記第2機械遮断器の共通接続点に接続された第2補助回路電流スイッチ部と、 It has a second semiconductor switching element, one end is connected to the other end of the first auxiliary circuit current switch portion, and the other end is connected to the common connection point of the − terminal of the second DC system and the second mechanical circuit breaker The second auxiliary circuit current switch unit,
前記第1,第2機械遮断器の共通接続点と前記第1,第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点との間に接続されたコンデンサと、 A capacitor connected between a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers and a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts;
前記コンデンサに直列接続された第1リアクトルと、 A first reactor connected in series to the capacitor;
前記第1,第2補助回路電流スイッチ部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インピーダンスと、 An impedance connected between a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts and a + terminal of the first and second DC systems;
を備え、 Equipped with
前記インピーダンスは第2リアクトルであり、 The impedance is a second reactor,
前記第2リアクトルに対して並列接続されたダイオードと、 A diode connected in parallel to the second reactor,
前記第2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、 A third semiconductor switching element connected between the second reactor and the positive terminals of the first and second DC systems;
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。 A direct current cut-off device characterized by comprising.
第1半導体スイッチング素子を有し、前記第1直流系統の−端子と前記第1機械遮断器の共通接続点に一端が接続された第1補助回路電流スイッチ部と、 A first auxiliary circuit current switch unit having a first semiconductor switching element, one end of which is connected to a common connection point of the negative terminal of the first DC system and the first mechanical circuit breaker;
第2半導体スイッチング素子を有し、前記第1補助回路電流スイッチ部の他端に一端が接続され、他端が前記第2直流系統の−端子と前記第2機械遮断器の共通接続点に接続された第2補助回路電流スイッチ部と、 It has a second semiconductor switching element, one end is connected to the other end of the first auxiliary circuit current switch portion, and the other end is connected to the common connection point of the − terminal of the second DC system and the second mechanical circuit breaker The second auxiliary circuit current switch unit,
前記第1,第2機械遮断器の共通接続点と前記第1,第2補助回路電流スイッチ部の共通接続点との間に接続されたコンデンサと、 A capacitor connected between a common connection point of the first and second mechanical circuit breakers and a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts;
前記コンデンサに直列接続された第1リアクトルと、 A first reactor connected in series to the capacitor;
前記第1,第2補助回路電流スイッチ部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インピーダンスと、 An impedance connected between a common connection point of the first and second auxiliary circuit current switch parts and a negative terminal of the first and second DC systems;
を備え、 Equipped with
前記第1,第2機械遮断器に自己消弧能力を有する第4,第5半導体スイッチング素子を並列接続し、 The fourth and fifth semiconductor switching devices having self-extinguishing ability are connected in parallel to the first and second mechanical circuit breakers,
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直流系統で短絡が発生した場合は、前記第4半導体スイッチング素子をONした後、前記第1機械遮断器の開極指令を行い、その後、前記第1半導体スイッチング素子をONし、 When current flows from the first DC system to the second DC system and a short circuit occurs in the second DC system, the fourth semiconductor switching element is turned on and then the first mechanical circuit breaker is opened. Command a pole, and then turn on the first semiconductor switching element,
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直流系統で短絡が発生した場合は、前記第5半導体スイッチング素子をONした後、前記第2機械遮断器の開極指令を行い、その後、前記第2半導体スイッチング素子をONすることを特徴とする直流遮断装置。 When current flows from the second DC system to the first DC system and a short circuit occurs in the first DC system, the fifth semiconductor switching element is turned on, and then the second mechanical circuit breaker is opened. A direct current cut-off device characterized by performing a pole command and then turning on the second semiconductor switching element.
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