JP7015766B2

JP7015766B2 - 直流遮断器

Info

Publication number: JP7015766B2
Application number: JP2018179619A
Authority: JP
Inventors: 正二羽田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2038-09-26
Also published as: JP2020053197A

Description

本発明は、高電圧の直流電流路において直流電流を遮断する直流遮断器に関する。

特許文献１には、直流電流路においてヒューズと負荷との間に配置され、ヒューズが溶断した際にアーク放電の発生を抑止することができる高圧直流電流遮断支援回路が記載されている。この高圧直流電流遮断支援回路では、直流電流路の正電位側にダイオードのカソードと抵抗素子の一方の接続点が接続され、ダイオードのアノードと抵抗素子の他方の接続点が電解コンデンサの正極に接続され、電解コンデンサの負極が直流電流路の負電位側に接続される。

特許文献１に記載の高圧直流電流遮断支援回路では、正常時には、電解コンデンサは満充電されている。抵抗素子は、直流電流路に無充電状態の電解コンデンサを接続するときに電解コンデンサに流れる突入電流を抑制する。短絡事故等に起因して負荷に過大電流が流れてヒューズが溶断された瞬間には、電解コンデンサが直流電流路の正電位まで充電されており、直流電流路の高電位ラインの電位が維持されるため、アーク放電は発生しない。その後、電解コンデンサの電荷は負荷に供給され、電解コンデンサの電圧は徐々に低下する。

また、メインヒューズとともに用いられる接点（スイッチ）付きの信号用サブヒューズがある。接点付き信号用サブヒューズは、サブヒューズが溶断すると、スプリングの作用により接点が閉じて信号を出力する。接点付き信号用サブヒューズは、短絡事故等が起こってサブヒューズが溶断した後、直流電流路を正常に戻す際に交換される。

特開２００９－１８１８６４号公報

しかし、接点付き信号用サブヒューズは、構造上消弧剤等の敷設が困難である。
また、高電圧用の接点付き信号用サブヒューズは高価である。これに対し、低電圧用の接点付き信号用サブヒューズは、高電圧用のものと比べて、価格が安く、一般的に小型である。

本発明の目的は、サブヒューズにおけるアーク放電の発生を抑止することができ、低電圧用のサブヒューズを使用することができる高電圧用の直流遮断器を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の直流遮断器は、
第１の端子と第２の端子の間に、当該第１の端子が高電位であり、当該第２の端子が低電位となるように、直流電圧が印加され、第３の端子と第４の端子の間に負荷が接続される直流遮断器であって、
一端が前記第１の端子に接続され、他端が前記第３の端子に接続されるメインヒューズと、
一端が、前記第１の端子と前記メインヒューズの一端との接続部分に接続される第１の抵抗と、
一端が、前記第１の抵抗の他端に接続されるサブヒューズと、
前記サブヒューズの他端から前記第３の端子に向けて順方向電流が流れる第１のダイオードと、
前記第２の端子と前記第４の端子とを接続する低電位ラインと
前記第１の抵抗の他端と前記低電位ラインとの間に接続されるサブヒューズ用アーク抑止回路であって、前記第１の抵抗の他端から前記低電位ラインに向けて順方向電流が流れる第２のダイオードと第２の抵抗とが並列に接続された第１の並列回路に第１のコンデンサが直列に接続されたサブヒューズ用アーク抑止回路と、
前記第３の端子と前記低電位ラインとの間に接続されるメインヒューズ用アーク抑止回路であって、前記低電位ラインから前記第３の端子に向けて順方向電流が流れる第３のダイオードと第３の抵抗とが並列に接続された第２の並列回路に第２のコンデンサが直列に接続されたメインヒューズ用アーク抑止回路と、
を備える。

本発明によれば、高電圧用の直流遮断器において、サブヒューズにおけるアーク放電の発生を抑止することができ、低電圧用のサブヒューズを使用することができる。

本発明の実施形態に係る直流遮断器の構成の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る直流遮断器の変形例である直流遮断器の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る直流遮断器について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態を説明する図１と図２において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る直流遮断器１の構成の一例を示す。
直流遮断器１は、メインヒューズＭＦと、サブヒューズＳＦと、サブヒューズ用アーク抑止回路１０と、メインヒューズ用アーク抑止回路２０と、抵抗Ｒ１と、ダイオードＤ１と、低電位ラインＬＬとを有する。

端子Ｔ１と端子Ｔ２の間には、端子Ｔ１が高電位であり、端子Ｔ２が低電位となるように、高電圧直流（例えば３８０Ｖ）が印加される。端子Ｔ３と端子Ｔ４の間には負荷が接続される。
メインヒューズＭＦは、一端Ａが端子Ｔ１に接続され、他端Ｂが端子Ｔ３に接続される。抵抗Ｒ１の一端は、端子Ｔ１とメインヒューズＭＦの一端Ａとの接続部分に接続される。サブヒューズＳＦの一端Ｃは、抵抗Ｒ１の他端に接続される。ダイオードＤ１は、アノードがサブヒューズＳＦの他端Ｄに接続され、カソードがメインヒューズＭＦの他端Ｂと端子Ｔ３との接続部分に接続される。従って、ダイオードＤ１には、サブヒューズＳＦの他端Ｄから端子Ｔ３に向けて順方向電流が流れる。
低電位ラインＬＬは、端子Ｔ２と端子Ｔ４とを接続する。

サブヒューズ用アーク抑止回路１０は、抵抗Ｒ２と、ダイオードＤ２と、コンデンサＣ１とを有する。サブヒューズ用アーク抑止回路１０は、抵抗Ｒ１の他端と低電位ラインＬＬとの間に接続される。
ダイオードＤ２のアノードと抵抗Ｒ２の一端とは、抵抗Ｒ１の他端とサブヒューズＳＦの一端Ｃとの接続部分に接続される。ダイオードＤ２のカソードと抵抗Ｒ２の他端とは、コンデンサＣ１の一端に接続される。コンデンサＣ１の他端は、低電位ラインＬＬに接続される。従って、ダイオードＤ２には、抵抗Ｒ１の他端から低電位ラインＬＬに向けて順方向電流が流れる。ダイオードＤ２と抵抗Ｒ２とは第１の並列回路を構成する。コンデンサＣ１は、第１の並列回路に直列に接続される。

メインヒューズ用アーク抑止回路２０は、抵抗Ｒ３と、ダイオードＤ３と、コンデンサＣ２とを有する。メインヒューズ用アーク抑止回路２０は、端子Ｔ３と低電位ラインＬＬとの間に接続される。
ダイオードＤ３のカソードと抵抗Ｒ３の一端とは、メインヒューズＭＦと端子Ｔ３との接続部分に接続される。ダイオードＤ３のアノードと抵抗Ｒ３の他端とは、コンデンサＣ２の一端に接続される。コンデンサＣ２の他端は、低電位ラインＬＬに接続される。従って、ダイオードＤ３には、低電位ラインＬＬから端子Ｔ３に向けて順方向電流が流れる。ダイオードＤ３と抵抗Ｒ３とは第２の並列回路を構成する。コンデンサＣ２は、第２の並列回路に直列に接続される。

次に、直流遮断器１の動作について説明する。
端子Ｔ１と端子Ｔ２の間に例えば３８０Ｖの高電圧直流が印加され、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に負荷が接続されているとする。メインヒューズＭＦとサブヒューズＳＦがつながっているとき、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２は３８０Ｖに充電されている。
例えば短絡事故等が発生して過大電流が流れると、最初にメインヒューズＳＦが溶断する。このとき、メインヒューズ用アーク抑止回路２０に含まれるコンデンサＣ２の電圧により、端子Ｔ３の電圧は３８０Ｖに維持される。メインヒューズＳＦの両端（Ａ－Ｂ間）の電位差は０Ｖであるため、メインヒューズが溶断してもアーク放電は発生しない。

時間が経過するにつれて、ダイオードＤ３を通ってコンデンサＣ２から電流が流れ出し、端子Ｔ３の電圧が徐々に低下する。これとともに、抵抗Ｒ１を通ってサブヒューズＳＦに流れる電流が増えていく。サブヒューズＳＦを通った電流は、ダイオードＤ１を介して端子Ｔ３に流れる。

サブヒューズＳＦに流れる電流が増えると、抵抗Ｒ１の電圧降下が大きくなる。抵抗Ｒ１の電圧とダイオードＤ２の電圧降下とコンデンサＣ１の電圧との和は３８０Ｖであるため、抵抗Ｒ１の電圧が大きくなると、サブヒューズ用アーク抑止回路１０に含まれるコンデンサＣ１の電圧が低下する。このとき、コンデンサＣ１の電荷は、抵抗Ｒ２を通る電流としてサブヒューズＳＦとダイオードＤ１を通り、端子Ｔ３に流れる。このため、コンデンサＣ１の電圧は徐々に低下する。
サブヒューズＳＦを流れる電流が増加してサブヒューズＳＦが溶断したとき、コンデンサＣ１の電圧は、例えば５０Ｖ程度まで十分に低くなっている。このとき、抵抗Ｒ１を流れる電流は、ダイオードＤ２を通ってコンデンサＣ１に流れ込むので、サブヒューズＳＦの一端Ｃにおいて電圧の急峻な上昇は抑制される。このため、サブヒューズＳＦにアーク放電は発生しない。

サブヒューズＳＦが溶断した後、充電電流は抵抗Ｒ１とダイオードＤ２を通ってコンデンサＣ１に流れ込む。このため、コンデンサＣ１は３８０Ｖまでゆっくりと充電される。
短絡事故等の修理を終えてメインヒューズＭＦとサブヒューズＳＦとをつないだとき、抵抗Ｒ３はコンデンサＣ２への突入電流を抑制する。

図２は、直流遮断器１の変形例である直流遮断器２の構成を示す。
直流遮断器２は、サブヒューズ用アーク抑止回路１１およびメインヒューズ用アーク抑止回路２１の構成が直流遮断器１におけるアーク抑止回路１０およびアーク抑止回路２０と異なる。その他の点は、直流遮断器２と直流遮断器１は同一の構成である。

サブヒューズ用アーク抑止回路１１は、サブヒューズ用アーク抑止回路１０と同様に、抵抗Ｒ２と、ダイオードＤ２と、コンデンサＣ１とを有する。サブヒューズ用アーク抑止回路１１も、抵抗Ｒ１の他端と低電位ラインＬＬとの間に接続される。
サブヒューズ用アーク抑止回路１１は、コンデンサＣ１と、ダイオードＤ２および抵抗Ｒ２で構成される第１の並列回路との接続がサブヒューズ用アーク抑止回路１０と異なる。すなわち、コンデンサＣ１は、一端が抵抗Ｒ１の他端とサブヒューズＳＦの一端Ｃとの接続部分に接続され、他端がダイオードＤ２のアノードと抵抗Ｒ２の一端とに接続される。ダイオードＤ２のカソードと抵抗Ｒ２の他端とは、低電位ラインＬＬに接続される。

メインヒューズ用アーク抑止回路２１は、メインヒューズ用アーク抑止回路２０と同様に、抵抗Ｒ３と、ダイオードＤ３と、コンデンサＣ２とを有する。メインヒューズ用アーク抑止回路２１も、端子Ｔ３と低電位ラインＬＬとの間に接続される。
メインヒューズ用アーク抑止回路２１は、コンデンサＣ２と、ダイオードＤ３および抵抗Ｒ３で構成される第２の並列回路との接続がメインヒューズ用アーク抑止回路２０と異なる。すなわち、コンデンサＣ２は、一端がメインヒューズＭＦと端子Ｔ３との接続部分に接続され、他端がダイオードＤ３のカソードと抵抗Ｒ３の一端とに接続される。ダイオードＤ３のアノードと抵抗Ｒ３の他端とは、低電位ラインＬＬに接続される。
直流遮断器２の動作は、直流遮断器１と同一である。

なお、本発明のサブヒューズが、サブヒューズが溶断したときにスプリングの作用により接点が閉じて信号を出力する接点付き信号用サブヒューズであってもよいことはもちろんである。

以上説明したように、本発明によれば、高電圧用の直流遮断器において、サブヒューズにおけるアーク放電の発生を抑止することができ、低電圧用のサブヒューズを使用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、設計や製造上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、請求項に記載されている発明や発明の実施形態に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれる。

１，２…直流遮断器、ＭＦ…メインヒューズ、ＳＦ…サブヒューズ、１０，１１…サブヒューズ用アーク抑止回路、２０，２１…メインヒューズ用アーク抑止回路、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…ダイオード、Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ

Claims

第１の端子と第２の端子の間に、当該第１の端子が高電位であり、当該第２の端子が低電位となるように、直流電圧が印加され、第３の端子と第４の端子の間に負荷が接続される直流遮断器であって、
一端が前記第１の端子に接続され、他端が前記第３の端子に接続されるメインヒューズと、
一端が、前記第１の端子と前記メインヒューズの一端との接続部分に接続される第１の抵抗と、
一端が、前記第１の抵抗の他端に接続されるサブヒューズと、
前記サブヒューズの他端から前記第３の端子に向けて順方向電流が流れる第１のダイオードと、
前記第２の端子と前記第４の端子とを接続する低電位ラインと
前記第１の抵抗の他端と前記低電位ラインとの間に接続されるサブヒューズ用アーク抑止回路であって、前記第１の抵抗の他端から前記低電位ラインに向けて順方向電流が流れる第２のダイオードと第２の抵抗とが並列に接続された第１の並列回路に第１のコンデンサが直列に接続されたサブヒューズ用アーク抑止回路と、
前記第３の端子と前記低電位ラインとの間に接続されるメインヒューズ用アーク抑止回路であって、前記低電位ラインから前記第３の端子に向けて順方向電流が流れる第３のダイオードと第３の抵抗とが並列に接続された第２の並列回路に第２のコンデンサが直列に接続されたメインヒューズ用アーク抑止回路と、
を備える直流遮断器。