JP6448431B2 - 直流遮断装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、直流電流を遮断するために用いられる直流遮断装置に関する。

一般に電力を送るには、事故等に備え送電電流を遮断する機能を系統として有していることが求められる。この目的で遮断器が用いられるが、特に直流電力の送電では、送電される直流に電流零点がないため交流遮断の場合にはない困難さがある。

直流遮断器には、公知の基本的構成として、例えば開閉器（スイッチ）を有する通電路と、通電路と並列に設けられた、電流を漸減させることができる電流遮断路とが備えられる。

通常時は、通電路上の開閉器（スイッチ）を閉じて通電路を通して電流を流す。事故時は、電流遮断路を一時的に導通させることにより通電路に代わって事故時の電流を流せる状態にする。

一方、開閉器（スイッチ）を開き通電路の電流を不通にすることにより電流遮断路の側に事故時の電流を転流し、その後速やかに電流遮断路の電流を限流させて遮断を完了する。

通常時、直流遮断器の通電路の電気抵抗は電力損失になるため、小さいほど好ましい。また、直流遮断器の通電路から電流遮断路への電流切り替えは速いほど好ましい。

これは遅くなるほど事故時の電流が増加してゆき、電流遮断路が遮断すべき電流の値が大きくなるためである。

Juergen Haefner, Bjoern Jacobson,"Proactive Hybrid HVDC Breakers - A key innovation for reliable HVDC grids", Cigre, The electric power system of the future - Integrating supergrids and microgrids International Symposium in Bologna, Italy 13-15 September, 2011 Per Skarby, Ueli Steiger"An Ultra-fast Disconnecting Switch for a Hybrid HVDC Breaker - a technical breakthrough", Cigre, Canada conference, Calgary ,Canada 9-11 September, 2013

従来の技術の場合、遮断すべき電流が大きくなると、電流遮断路として大容量のものが必要になり、遮断器としての構成が大型化してしまう。

本発明が解決しようとする課題は、遮断すべき電流が大きい場合であっても小型で通常時の通電損失を低く抑えることができる直流遮断装置を提供することにある。

実施形態の直流遮断装置は、通電路と電流遮断路とを備える。電流遮断路は半導体遮断器とこの半導体遮断器と並列に接続された非線形抵抗器とを有する。通電路は電流遮断路と並列に接続されている。通電路は第１の絶縁耐圧性を有する少なくとも１つの第１の開閉器と、第１の絶縁耐圧性より絶縁耐圧性が低い第２の絶縁耐圧性を有する少なくとも１つの第２の開閉器とが直列に接続された回路である。第１および第２の開閉器は半導体遮断器によらずに電流の通、不通を切り替えることが可能である。第２の開閉器の入出力端には転流回路が並列に接続されている。転流回路は遮断する電流の向きと逆向きの電流を出力する。

第１実施形態の直流遮断装置の構成を示す図である。 直流遮断装置の真空バルブの構成を示す断面図である。 図２の真空バルブの縦磁界電極部分の構成を示す斜視図である。 第１実施形態の直流遮断装置における各回路の電流の変化を示す図である。 第２実施形態の直流遮断装置の構成を示す図である。 第２実施形態の直流遮断装置における各回路の電流の変化を示す図である。 第３実施形態の直流遮断装置の構成を示す図である。 第３実施形態の直流遮断装置における各回路の電流の変化を示す図である。 第４実施形態の直流遮断装置の構成を示す図である。 第４実施形態の直流遮断装置における各回路の電流の変化を示す図である。

以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は第１実施形態の直流遮断装置の構成を示す図である。

図１に示すように、第１実施形態の直流遮断装置は、通電路１０と、この通電路１０に並列に接続された電流遮断路３０と、これら通電路１０および電流遮断路３０全体の電流を検出する電流検出部２１と、電流検出部２１により検出された電流の値に基づいて通電路１０および電流遮断路３０への電流の流れを制御する制御部５０とを有する。

通電路１０には、第１の開閉器としての開閉器１１、第２の開閉器としての開閉器１２、抵抗器１３、転流回路１４、電流検出部２１などが設けられている。

開閉器１１と開閉器１２は直列に接続されている。開閉器１１は、第１の絶縁耐圧性を有しており、制御部５０により閉制御または開制御されて半導体遮断器３１によらずに（半導体遮断器３１とは無関係に）電流の通、不通を切り替える。

具体的に、開閉器１１には、例えばＳＦ６ガスなどの絶縁性のガスを用いた開閉器（ガス開閉器）を適用する。この場合、開閉器１１の電極を収納した容器内に、ＳＦ６ガスなど絶縁性のガスを充填した構成とする。このように開閉器１１に絶縁性に優れたＳＦ６ガスなどを用いることで、直流遮断装置に印加される電圧に対して絶縁耐圧性が増すため、その分、小型の開閉器１１を用いることができる。

開閉器１２は、第１の耐圧性より絶縁耐圧性が低い第２の耐圧性を有している。例えば数ｋＶ程度の印加電圧に対して開閉器１２は絶縁耐圧性を有している。開閉器１２は、制御部５０により閉制御または開制御されて半導体遮断器３１によらずに（半導体遮断器３１とは無関係に）電流の通、不通を切り替える。
具体的には、開閉器１２に、例えば真空開閉器を適用する。真空開閉器のスイッチ部分には真空バルブ１２０（図２、図３参照）が用いられている。

転流回路１４は、開閉器１２の入出力端に開閉器１２と並列に接続されている。転流回路１４は、遮断する電流（通電路１０に流れる電流）の向きと逆向きの電流を出力する電流源である。

電流遮断路３０は、半導体スイッチとしての半導体遮断器３１と、この半導体遮断器３１と並列に接続された非線形抵抗器３２とを有する。

制御部５０は、電流検出部２１により検出された電流の値が予め設定された閾値を超えた場合、開閉器１１、１２の電極を開動作させる開制御（遮断制御）を開始する。

また制御部５０は、電極の開制御（遮断制御）を開始した後、転流回路１４を制御して通電路１０に流れる電流とは逆向きの電流を開閉器１２の側へ流し、開閉器１２の電流を０とすることで、通電路１０を流れる電流を半導体遮断器３１へ転流させる。

制御部５０は、開閉器１１、１２の電極の開制御の開始後、オンの状態の半導体遮断器３１を制御しオフに切り替える。

以下、この直流遮断装置の動作を説明する。
この直流遮断装置の場合、通常時は、通電路１０の開閉器１１、１２を閉じて通電路１０を通して電流を流す。事故等で電流遮断を要するときは、半導体遮断器３１をオン状態にする。その一方で開閉器１１、１２を遮断し、転流回路１４より開閉器１２に電流を通電し、開閉器１２の電流を0とし、通電路１０の電流を不通にすることにより電流遮断路３０の側に電流を転流する。その後、速やかに電流遮断路３０に流れている電流を限流させて遮断を完了する。

図１において、通常時の直流電流は、一般的には、図示左から右の場合、図示右から左の場合、両者が考えられるが、その両者の場合にこの直流遮断装置は対応している。

以下では、説明を分かりやすくするため、通常時の直流電流（遮断すべき電流）は、図示左から右の方向Ａへ流れるものとする。

開閉器１１は、半導体遮断器３１によらずに（半導体遮断器３１とは無関係に）電流の通、不通を切り替える開閉器であり、所定の比較的大きな耐電圧性能（耐圧性）を有している。

開閉器１２は、半導体遮断器３１によらずに電流の通、不通を切り替える開閉器であるが、開閉器１１の耐圧性よりも耐圧性が低くその分開閉器１１よりも瞬断性能（開閉の高速性）が高い。なお開閉器１２の詳細については後述の図３、図４で説明する。

このように開閉器１１と開閉器１２とは、耐圧性（特性）の異なる開閉器とされており役割を分担している。開閉器１１と開閉器１２とは直列に接続されており、制御部５０により制御されてそれぞれが有する電極を開閉する。

抵抗器１３は、開閉器１２の入出力端に開閉器１２と並列に接続されている。この抵抗器１３としては、電流遮断時の半導体遮断器３１のオン抵抗より高く、半導体遮断器３１に並列接続された非線形抵抗器３２の抵抗値より低くなる抵抗値のものを用いている。

このような抵抗器１３を用いた場合、電極を開状態にすると、開閉器１１の両端は絶縁状態であり、両端の抵抗は、開閉器１２に並列接続した抵抗器１３の抵抗より十分大きいため、開閉器１１と開閉器１２の両端に印加される電圧の大半は開閉器１１に分担され、開閉器１２の絶縁破壊を防ぐことができる。

電流検出部２１は、通電路１０全体に流れている電流を検出し、検出した電流の値を制御部５０に伝える。このため電流検出部２１は、電流が流れる回路上の通電路１０と電流遮断路３０との合流位置の手前に設けられている。

電流検出部２１の具体例としては、例えばごく小さい抵抗値を有する抵抗器を通電路１０に挿入しその両端電圧を検出する構成が考えられる他、ホール効果を利用し回路と非接触で回路に流れる電流を検出する電流センサなどであってもよい。

半導体遮断器３１は、電流の通、不通を切り替えるスイッチであり、切り替えの制御は制御部５０による。半導体遮断器３１の具体例としては、図示するように、ここでは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とダイオードとの逆並列接続（順方向が互いに逆になる並列接続）要素を２つ逆方向に直列に向い合せに接続して単位要素を構成し、この単位構成を多数直列に接続して全体として２つの端子を有するようにした構成物を用いている。

ＩＧＢＴは、各ダイオードそれぞれのゲートに制御部５０からの制御信号に起因する電圧が印加されると各単位要素は、いずれの方向にも電流が流れる状態（つまりオン状態）になり、制御の仕方によって電流を遮断し、また電流の方向を切り替えることが可能である。

半導体遮断器３１の具体的構成物については、図示以外にも種々採用することが可能である。半導体遮断器３１は一般にオン状態において等価的に抵抗（オン抵抗）があり、通電により電圧降下が生じる。

この電圧降下は、図１に示した半導体遮断器３１の場合で言えば、上記の単位要素の直列数に依存して大きくなり、つまり半導体遮断器３１全体のオン抵抗もこの直列数に依存して大きくなる。

単位要素の直列数については、その必要な数は、この半導体遮断器３１が電流遮断のためオフ状態に至ったとき以降においてこの遮断器に印加され得る高電圧に耐えられることを条件に決め得る。これは、直流電圧が数１００ｋＶの場合、一般にある程度大きな数（例えば数百など）になる。

半導体遮断器３１を切り替える制御部５０による制御は、通常時は半導体遮断器３１をオフ、遮断動作時には一度オンに切り替えてその後速やかにオフに戻すことが標準的なものである。

但し、これに限らず、通常時に半導体遮断器３１をオンとするように制御しても実際にはそのオン抵抗のため電流遮断路３０には電流は流れず、通電路１０の側に全電流が流れることになるので、このように通常時に半導体遮断器３１をオンとする制御もとり得る選択である。

転流回路１４は、開閉器１２と並列に接続されている。転流回路１４は、コンデンサ１４ａとリアクトル１４ｂと半導体スイッチ１４ｃを直列に接続した直列回路で構成されている。

転流回路１４の電流通電動作は制御部５０により制御される。転流回路１４は制御部５０により制御されて、遮断する電流とは逆方向へ電流を開閉器１２へ流す。

コンデンサ１４ａは、図示していない充電装置により、所定の電圧に充電される。半導体スイッチ１４ｃは、制御部５０により、開（遮断）、閉（通電）状態が制御される。電流遮断時の動作とこの動作により変化する電流の波形は下記の図４の説明の欄で詳細に説明する。

事故等により電流遮断が必要になった場合、制御部５０は、転流回路１４により電流を強制的に発生させ、通電路１０に流れている電流、すなわち遮断する電流、とは逆方向へ電流を流すことで、通電路１０の開閉器１２を流れる電流を０として、直流遮断装置への電流を電流遮断路３０に素早く転流させる。

転流回路１４が電流を強制的に流すことを、通電路１０の開閉器１２の電流を減じさせるための電流であることから、以下では「逆電流」と称する場合がある。

非線形抵抗器３２は、半導体遮断器３１と並列に接続されている。非線形抵抗器３２は、この直流遮断装置の遮断動作の最終段階で機能するものであり、具体的には通電路１０が電流不通になり、半導体遮断器３１も電流不通になった状態において、電流が一時的に流れる。

非線形抵抗器３２に電流が一時的に流れる最初の段階では、その直前に半導体遮断器３１に流れていた電流と同じ値の電流が流れる。それにより非線形抵抗器３２に比較的大きな電圧降下が生じることから電流は減少し、電流が減少すると抵抗の非線形性により抵抗値が増大し、増大した抵抗値により実質的に電流ゼロに至って電流遮断が完了する。

なお、制御部５０には、電流検出部２１で検出した電流が伝えられる。そして、制御部５０は、開閉器１１、１２の電極開閉を制御し、半導体遮断器３１のオン／オフを切り替え制御し、逆電流の発生源である転流回路１４のオン／オフおよびその出力電流を制御する。

制御部５０の内部には、これらの各制御に対応してそれぞれ下位の制御部が存在するが、それらの下位の制御部は互いに接続され、それらの制御に必要な情報が互いに共有されるように伝えられる。

ここで、図２、図３を参照して直流遮断装置の開閉器１２の具体例（ハードウェア構成）を説明する。
図２は直流遮断装置の開閉器１２のスイッチ部分である真空バルブ１２０のハードウェア構成を示す断面図、図３は図２の真空バルブ１２０の縦磁界電極部分の構成を示す斜視図である。開閉器１２には、開閉器の一つである真空バルブ（真空開閉器）が用いられている。
図２に示すように、真空バルブ１２０は、主たる構成要素として、円筒状の碍管１２１、固定側電極１２２、可動側電極１２３、固定側通電軸１２４、可動側通電軸１２５、ベローズ１２６などを有している。

ここでは真空バルブ１２０の主要構成を例示したが、この他、真空バルブ１２０には、可動側通電軸１２５をその軸方向に所望に移動させるための駆動機構（不図示）なども備えられる。

円筒状の碍管１２１は両端の開口部分が封止され、筒型の容器の形状とされている。この容器の内部はほぼ真空に保持され、真空容器とされている。

この真空容器の真空状態を保持したまま（外部と遮断しつつ）可動側通電軸１２５を矢印方向へピストン駆動するため、碍管１２１と可動側通電軸１２５との摺動部分にベローズ１２６が設けられている。

一般に、真空開閉器は、絶縁耐圧性が高い開閉器とは言えないが、絶縁回復特性は優れている。そこで、開閉器１２として真空開閉器を用いても、通電路１０の電流をゼロに減じた後に生じ得る、オン状態の半導体遮断器３１の電圧降下分による低印加電圧には開閉器１２が耐えることができる上に、直流遮断装置として優れた絶縁回復特性を得ることができる。

この真空バルブ１２０は、固定側電極１２２と可動側電極１２３とで縦磁界電極を構成している。

図３に示すように、固定側電極１２２と可動側電極１２３の周縁部（外周面）には、中心軸に対して螺旋を描くようにスリット１２７、１２８が斜め方向に設けられており、電流１２９、１３０の向きを制御できるようになっている。つまり真空バルブ１２０は、電流１２９、１３０によりアーク１３１に縦磁界１３２を印加する構成となっている。

通電中に開閉器１２において可動側通電軸１２５を駆動することで、可動側電極１２３と固定側電極１２２とを開く方向に制御（開制御、遮断制御ともいう）すると、固定側電極１２２と可動側電極１２３との間にアーク１３１が生じる。

この際、縦磁界１３２を印加すると、電極全体にアーク１３１を均一に分布させることができ、電極の部分的な損傷を抑制することができる。このようにアーク１３１による電極の損傷を抑制することで、優れた絶縁回復特性を得ることができる。

次に、図４を参照して第１実施形態の直流遮断装置の時系列的な動作を説明する。図４は直流遮断装置の各部の電流の時系列的な変化を示す図である。

図４では、通電路１０に流れる電流と電流遮断路３０に流れる電流との和の電流である全電流４１、半導体遮断器３１の電流４２、開閉器１２の電流４３、直流遮断器への電圧４５それぞれの時系列的な変化を示す。

事故が発生する時刻Ａ以前の最初の段階では、通常時の電流が流れているものとする。

その内訳は、開閉器１２の電流を示し、すべて通電路１０の側に流れている電流である。当然ながら、この最初の段階では半導体遮断器３１の側（および電流遮断路３０）には電流４２が流れていない。

そして、時刻Ａにおいて、直流送電系統に事故が発生すると、全電流４１は増加していく。そして、電流検出部２１により検出された通電路１０を流れる電流の値が予め設定されている閾値を超えた場合、制御部５０は、時刻Ｂの時点で異常と判定、つまり事故発生を検出する。

時刻Ｂの時点で事故が検出された場合、制御部５０は、時刻Ｃの時点で、開閉器１１、１２に対してそれぞれの電極を開動作（遮断動作）させるための遮断制御（電極開制御）を開始する。
開閉器１１、１２の遮断制御（電極開制御）が開始されると、これらの開閉器１１、１２において電極間は物理的に離間していくが、離間当初は電極間にはアークが生じ電流が流れ続ける。

遮断制御（電極開制御）の開始後、制御部５０は、転流回路１４を制御し、転流回路１４から開閉器１２の側に逆電流を通電する。逆電流を通電すると（時刻Ｄ）、開閉器１２の電流４３は減少し、時刻Ｅの時点でゼロに至る。これにより通電路１０を流れる電流の電流遮断路３０への転流が完了する。

時刻Ｅから時刻Ｆまでの期間においては、半導体遮断器３１に流れる電流４２によりそのオン抵抗のため、ある程度の電圧降下４４が生じており、これがこの直流遮断装置への印加電圧になっている。

上述したように、開閉器１２は、例えば数ｋＶ程度の印加電圧に対して絶縁耐圧性を有している。時刻Ｅから時刻Ｆまでは、可能性として半導体遮断器３１の両端間の電圧がほぼそのまま開閉器１２に印加され得る状態になっている。開閉器１１の側の電極開状態がまだ最終的に確立していない可能性があるためである。

時刻Ｅの後、開閉器１１、１２の電極開状態が最終的に確立したと考えられる時点以後（時刻Ｆ）で、半導体遮断器３１をオフ（電流の流れを遮断した状態）にすべく、制御部５０は半導体遮断器３１をオフ制御する。

時刻Ｅの時点で既に通電路１０には電流が不通とされており、時刻Ｆで半導体遮断器３１はオフ制御されて電流を不通にする状態に切り換えられるため、時刻Ｆ以降、非線形抵抗器３２に電流が一時的に流れる。

非線形抵抗器３２に一時的に電流が流れる最初の段階では、その直前に半導体遮断器３１に流れていた電流と同じ値の電流が流れる。これにより非線形抵抗器３２に比較的大きな電圧降下（例えば５００ｋＶ）が生じることから電流は減少する。

電流が減少すると、非線形抵抗器３２の抵抗の非線形性により抵抗値が増大し、増大した抵抗値により時刻Ｇの時点で全電流４１が実質的にゼロに至って電流遮断が完了する。

時刻Ｇ以降は、この直流送電系統に応じた直流電圧（例えば３００ｋＶ）４５がこの直流遮断装置に印加された状態になる。

図４に示したような標準的なタイミングで直流遮断装置を動作させることで、開閉器１１または開閉器１２において、その電極開制御後に電極間にアークが生じ、それによる電流が流れて、電気抵抗が増加する。この結果、通電路１０の電流をより素早く電流遮断路３０の側に遮断すべき電流として転流することができる。すなわち、その分だけ高速性のある直流遮断装置になる。

このようにこの第１実施形態の直流遮断装置によれば、通電路１０には半導体を用いた開閉器である半導体遮断器３１を使わないことから、通電時の電力損失を大きく減じることができる。また、開閉器１２に並列に転流回路１４を設けたため、通電路１０の電流を、強制的に素早く（一例として数ｍｓ程度で）電流遮断路３０の側に遮断すべき電流として転流させることができる。

したがって、電流遮断路３０の側で遮断すべき電流の値を小さくすることが可能になり、遮断器として大型化を回避できる。より具体的には、半導体遮断器３１の電流定格を小さく抑えることにより大型化を回避できる。

すなわち、遮断すべき電流が大きい場合であっても、小型で通常時の通電損失を低く抑えることができるようになる。

また上記第１実施形態では、抵抗器１３として抵抗値が固定の抵抗器を用いたが、これ以外に例えば非線形抵抗器を用いてもよい。非線形抵抗器としては例えば避雷器素子を適用する。

抵抗器１３として用いる非線形抵抗器は、この非線形抵抗に生じる電圧が、半導体遮断器３１のオン抵抗による電圧より高く、半導体遮断器３１に並列接続された非線形抵抗器３２より低くなる特性のものを使用する。またこの抵抗器１３として用いる非線形抵抗器の抵抗は、開閉器１２の絶縁耐圧の限界より低い電圧で低下する特性となるよう設定する。

開閉器１２に、絶縁耐圧より高い電圧が印加されると、抵抗器１３として用いた非線形抵抗の抵抗値が低くなる、開閉器１２に印加される電圧が低減され、開閉器１２の絶縁破壊を防ぐことができる。

（第２実施形態）
次に、図５を参照して第２実施形態の電流遮断装置を説明する。この第２実施形態は図１に示した第１実施形態の直流遮断装置の開閉器１２近傍の回路を変形した例であり、第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付しその説明は省略する。

この第２実施形態は、開閉器１２と直列に可飽和リアクトル１６を接続している。転流回路１４はコンデンサ１４ａと半導体スイッチ１４ｃとの直列回路で構成している。

すなわちこの第２実施形態は、開閉器１２に可飽和リアクトル１６が直列接続された直列回路と、コンデンサ１４ａと半導体スイッチ１４ｃの直列接続体である転流回路１４と抵抗器１３とを並列に接続したものである。なお、この例では、転流回路１４にリアクトル１４ｂ（図１参照）を設けていないが、図１のようにリアクトル１４ｂを設けてもよい。

この第２実施形態では、転流回路１４、可飽和リアクトル１６、開閉器１２を含む回路により閉回路が構成されている。可飽和リアクトル１６は、開閉器１２で遮断すべき電流以下の電流値にて飽和状態と非飽和状態の変化点を持つ。この電流値は、通常の状態で通電される電流程度である。

以下、図６を参照してこの第２実施形態の直流遮断装置の電流遮断時の動作のうち第１実施形態と電流の変化が異なる部分を説明する。

この第２実施形態の場合、制御部５０は、時刻Ｃにおいて開閉器１２を開制御（遮断）した後、時刻Ｄの時点で転流回路１４を制御して逆電流を通電する。

これにより、可飽和リアクトル１６には、開閉器１２と同値の電流が流れ、この電流が減少し、飽和状態から非飽和状態に遷移すると、可飽和リアクトル１６のインダクタンスが増加し、図６に示す半導体遮断器３１に流れる電流４２の時系列的な変化のうちで、時刻Ｄから時刻Ｅの間、例えば位置６２などで電流の変化が緩やかになる。このため、開閉器１２を流れる電流４３の変化率が電流零点直前の位置６３で緩やかになる。

このようにこの第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られると共に、開閉器１２と直列に可飽和リアクトル１６を接続したことで、電流遮断時に開閉器１２を流れる電流の変化率が電流零点直前で緩やかになり、小電流状態の期間が生じ、電流零点で電流を確実に電流遮断路３０の側に転流させることができる。

（第３実施形態）
次に、図７、図８を参照して第３実施形態の電流遮断装置を説明する。この第３実施形態は図１に示した第１実施形態の直流遮断装置の変形例であり、第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付しその説明は省略する。

図７に示すように、この第３実施形態は、第１実施形態の開閉器１２に電極間距離検出部２２を増設した例である。電極間距離検出部２２は、開閉器１２の電極間距離を検出して制御部５０に通知する。制御部５０は電極間距離検出部２２から通知された開閉器１２の電極間距離に基づいて開閉器１２および転流回路１４を制御する。

この第３実施形態の場合、図８に示すように、開閉器１２への電極開制御の開始の時刻Ｃから予想される、開閉器１２の電極距離が所定の距離に到達する時刻Ｃ１を考慮に入れて開閉器１２の制御を行う。

制御部５０は、この時刻Ｃ１より遅い時点で通電路１０から電流遮断路３０への転流が完了するように（転流完了は時刻Ｅ）転流回路１４の半導体スイッチ１４ｃをオンするタイミングを決定し転流回路１４を制御する。

すなわち、この第３実施形態では、電極間距離検出部２２により検出された開閉器１２の電極間距離が常に制御部５０に伝えられるので、制御部５０は、電極間距離検出部２２により検出された開閉器１２の電極距離が予め設定された所定の距離（閾値）に到達する時刻Ｃ１を予測演算し、その前の段階の開閉器１２への電極開制御の開始タイミング（時刻Ｃ）を決定し、開閉器１２に対する電極開制御を行う。その後の動作は第１実施形態と同様である。

このようにこの第３実施形態によれば、開閉器１２に電極間距離検出部２２を設け、開閉器１２の制御タイミングを取得することにより、開閉器１２の耐圧性が十分に確保されるような状態になってから、半導体遮断器３１による電圧降下分の開閉器１２への電圧印加が生じることになるので（その期間は時刻Ｅ以降時刻Ｆまで）、開閉器１２の運用上、非常に好ましい結果を得ることができる。

なお、第３実施形態では、開閉器１２に電極間距離検出部２２を設けて開閉器１２の電極間距離を検出して遮断制御したが、電極間の距離が所定の距離に到達する時間は予め判っているため、電極間距離検出部２２を設けることなく、開閉器１２の電極距離が所定の距離に到達する時刻Ｃ１を開閉器１２への電極開制御の開始の時刻Ｃから予測し、遮断動作開始後の経過時刻に従って制御してもよい。

（第４実施形態）
次に、図９、図１０を参照して第４実施形態の電流遮断装置を説明する。この第４実施形態は図１、図７に示した第１および第３実施形態の直流遮断装置の変形例であり、第１および第３実施形態と同じ構成には同一の符号を付しその説明は省略する。

図９に示すように、この第４実施形態は、第１実施形態の開閉器１１に電極間距離検出部２３を増設した例である。電極間距離検出部２３は、開閉器１１の電極間距離を検出して制御部５０に通知する。制御部５０は電極間距離検出部２３から通知された開閉器１１の電極間距離または電極開制御後の経過時間に基づいて開閉器１１および半導体遮断器３１の動作を制御する。

この第４実施形態の場合、図１０に示すように、開閉器１１への電極開制御の開始の時刻Ｃから予想される、開閉器１１の電極距離が所定の距離に到達する時刻Ｃ２を考慮に入れて開閉器１２の制御を行う。制御部５０はこの時刻Ｃ２より遅い時点（例えば時刻Ｆ）で、オン状態の半導体遮断器３１をオフ（通電を切る状態）に切り替えるよう制御する。

すなわち、この第４実施形態では、電極間距離検出部２２により検出された開閉器１１の電極間距離が常に制御部５０に伝えられるので、制御部５０は、電極間距離検出部２３により検出された開閉器１１の電極距離が予め設定された所定の距離（閾値）に到達する時刻Ｃ２を予測演算し、その前の段階の開閉器１１への電極開制御の開始タイミング（時刻Ｃ）を決定し、開閉器１１および半導体遮断器３１に対する遮断制御を行う。その後の動作は第１および第３実施形態と同様である。

このようにこの第４実施形態によれば、開閉器１１に電極間距離検出部２３を設け、開閉器１１の制御タイミングを取得することにより、開閉器１１の耐圧性が十分に確保されるような状態になってから、直流遮断装置への高印加電圧が生じることになるので（その期間は時刻Ｆ以降）、開閉器１１の運用上、非常に好ましい結果を得ることができる。

なお、第４実施形態では、開閉器１１に電極間距離検出部２３を設けて開閉器１１の電極間距離を検出して遮断制御したが、電極間の距離が所定の距離に到達する時間は予め判っているため、電極間距離検出部２３を設けることなく、開閉器１１の電極距離が所定の距離に到達するまでの時刻Ｃ２を、開閉器１１への電極開制御の開始の時刻Ｃから予測し、遮断動作開始後（開閉器１１の電極開制御開始後）の経過時刻に従って制御してもよい。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、通常時の通電損失を低く抑えかつ装置構成の大型化を回避することができる。換言すると、遮断すべき電流が大きい場合であっても小型で通常時の通電損失を低く抑えることができる直流遮断装置を提供できる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…通電路、１１…開閉器（高耐圧）、１２…開閉器（低耐圧）、１３…抵抗器、１４…転流回路、１４ａ…コンデンサ、１４ｂ…リアクトル、１４ｃ…半導体スイッチ、１６…可飽和リアクトル、２１…電流検出部、２２，２３…電極間距離検出部、３０…電流遮断路、３１…半導体遮断器、３２…非線形抵抗器、５０…制御部。

Claims (12)

1. 半導体遮断器とこの半導体遮断器と並列に接続された非線形抵抗器とを有する電流遮断路と、
   前記電流遮断路と並列に接続され、第１の絶縁耐圧性を有し前記半導体遮断器によらずに電流の通、不通を切り替える第１の開閉器と、前記第１の絶縁耐圧性より絶縁耐圧性が低い第２の絶縁耐圧性を有し前記半導体遮断器によらずに電流の通、不通を切り替える第２の開閉器とが直列に接続され、かつ遮断する電流の向きと逆向きの電流を出力する転流回路と抵抗器が前記第２の開閉器に並列接続された通電路と
   を具備する直流遮断装置。
2. 前記第２の開閉器に可飽和リアクトルが直列接続された直列回路と、コンデンサと半導体スイッチの直列接続体とを並列に接続した請求項１記載の直流遮断装置。
3. 前記第２の開閉器が、真空開閉器である請求項１記載の直流遮断装置。
4. 前記第２の開閉器が、縦磁界電極を有する真空開閉器である請求項３記載の直流遮断装置。
5. 前記第１の開閉器が、ガス開閉器である請求項１記載の直流遮断装置。
6. 前記抵抗器が、非線形抵抗である請求項１記載の直流遮断装置。
7. 前記通電路を流れる電流の異常が検出された場合、前記第１および第２の開閉器の電極を遮断動作させるための遮断制御を開始し、
   遮断制御を開始した後、前記転流回路を制御して、前記通電路に流れる電流とは逆向きの電流を前記第２の開閉器の側へ流し、前記第２の開閉器の電流を０とすることで、前記通電路を流れる電流を前記半導体遮断器へ転流させ、
   転流後、オン状態の前記半導体遮断器を制御してオフに切り替える制御部を具備する請求項１乃至６いずれか１項に記載の直流遮断装置。
8. 前記制御部は、
   前記第２の開閉器の電極の開極から所定の時間後に、前記通電路に流れる電流とは逆向きの電流を前記第２の開閉器の側へ流すように前記転流回路を制御する請求項７記載の直流遮断装置。
9. 前記第２の開閉器に設けられ、前記第２の開閉器の電極間距離を検出する電極間距離検出部を備え、
   前記制御部は、
   開極される前記第２の開閉器の、前記電極間距離検出部により検出された電極間距離に基づいて前記通電路に流れる電流とは逆向きの電流を前記第２の開閉器の側へ流すように前記転流回路を制御する請求項７記載の直流遮断装置。
10. 前記制御部は、
    前記第１の開閉器の電極の開極から所定の時間後に、前記半導体遮断器をオンからオフに切り替える請求項７記載の直流遮断装置。
11. 前記第１の開閉器に設けられ、前記第１の開閉器の電極間距離を検出する電極間距離検出部を備え、
    前記制御部は、
    開極される前記第１の開閉器の、前記電極間距離検出部により検出された電極間距離に基づいて前記半導体遮断器をオンからオフに切り替える請求項７記載の直流遮断装置。
12. 前記制御部は、
    前記転流回路が逆向きの電流を前記第２の開閉器の側へ転流した後、前記電極間距離検出部により検出された前記第１の開閉器の電極間距離が所定の距離に到達した場合に前記半導体遮断器をオンからオフへ切り替える請求項１１記載の直流遮断装置。

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