JP7150876B2 - 直流遮断器 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態の直流遮断器を示す斜視図である。図2は、第1の実施形態の直流遮断器を示す回路図である。
図1および図2に示すように、直流遮断器1は、機械遮断部2と、アレスタ部3と、転流装置4と、を備える。直流遮断器1は、大地上の基礎5に設置されている。基礎5の上面は、水平に形成されている。本実施形態では、水平の一方向を第1方向と定義し、第1方向に直交する水平方向を第2方向と定義する。また、第1方向に符号Xを付し、第2方向に符号Yを付す。機械遮断部2およびアレスタ部3は、第1方向Xに並んで配置されている。第1方向Xに並んで配置されている状態は、第1方向Xから見て複数の対象が互いに重なるように配置されている状態である。転流装置4は、機械遮断部2およびアレスタ部3に対して第2方向Yに並んで配置されている。
図3は、第1の実施形態の機械遮断部を示す斜視図である。
図3に示すように、機械遮断部2は、複数(本実施形態では2個)の機械遮断ユニット10と、機械遮断ユニット10を支持する複数(本実施形態では4本)の絶縁支柱60と、機械遮断ユニット10に電力を供給する給電部70と、を備える。複数の機械遮断ユニット10は、絶縁支柱60に対して鉛直方向に複数段に積み重ねられている。
図4に示すように、真空遮断器11Aは、機械接点部21を有する真空バルブ20と、真空バルブ20を封入する密閉容器30と、機械接点部21の固定接触子22に連結された通電軸34と、機械接点部21の可動接触子23に連結された操作ロッド35と、操作ロッド35に連結された操作機構37と、機械接点部21に並列接続されたコンデンサ39(図3参照)と、を備える。
図5に示すように、ガス断路器11Bは、機械接点部21が密閉容器30内に直接的に配置された点で、真空遮断器11Aと異なる。つまり、ガス断路器11Bにおいては、機械接点部21の開極状態で、固定接触子22および可動接触子23の間に絶縁性ガスが介在する。
例えば、上述した接点動作方向を投射線と見立てると、機械遮断部支持板14を構成する4つの辺のうち投射線とねじれの位置関係にある2つの辺を含む2つの垂直投影面を定義することができる。この2つの垂直投影面によって区切られた空間(操作機構37が存在する側の空間)から密閉容器30の少なくとも一部が突出して配置されていればよい。
支持部15は、一対の単体遮断部11それぞれと、機械遮断部支持板14と、の間に介在している。支持部15は、単体遮断部11を機械遮断部支持板14から浮かせた状態で支持している。支持部15は、単体遮断部11の第2フランジ33と機械遮断部支持板14との間に介在する一対の第1支持部15Aと、単体遮断部11の操作機構37と機械遮断部支持板14との間に介在する一対の第2支持部15Bと、を備える。一方の第1支持部15Aは、第2フランジ33と機械遮断部支持板14との電気的な導通を遮断する絶縁部15aを備える。これにより、一方の第1支持部15Aに支持された単体遮断部11の第2フランジ33は、機械遮断部支持板14から電気的に絶縁されている。他方の第1支持部15Aは、単体遮断部11の第2フランジ33と機械遮断部支持板14とを導通している。第2支持部15Bは、操作機構37と機械遮断部支持板14とを導通している。
図6は、第1の実施形態の機械遮断ユニットにおける通電経路を示す図である。
図6に示すように、単体遮断部11において、機械接点部21が閉極していると、第1フランジ32および第2フランジ33が導通する。一対の単体遮断部11のうち一方の単体遮断部11の第2フランジ33は、第1支持部15Aの絶縁部15aによって、機械遮断部支持板14との直接的な導通が遮断されている。また、各単体遮断部11において、第2フランジ33は、操作ロッド35のロッド絶縁部35a、および連結部材38によって、操作機構37との直接的な導通が遮断されている。さらに、一対の単体遮断部11の第2フランジ33同士は、ユニット内ブスバー16を介して導通している。よって、一対の単体遮断部11を流れる電流は、一方の単体遮断部11の第1フランジ32から、機械遮断部支持板14および操作機構37を流れず、ユニット内ブスバー16を流れ、他方の単体遮断部11の第1フランジ32に至る(図中矢印A参照)。
各機械遮断ユニット10において、一方の単体遮断部11の第2フランジ33は、第1支持部15Aを介して機械遮断部支持板14に直接導通している。各機械遮断ユニット10において、一対の単体遮断部11の操作機構37は、それぞれ第2支持部15Bを介して機械遮断部支持板14に導通している。一対の単体遮断部11の第2フランジ33は、ユニット内ブスバー16によって互いに導通している。よって、一対の操作機構37は、一対の機械接点部21の可動接触子23、および機械遮断部支持板14と同電位になっている。具体的に、操作機構37は、基準電位が機械接点部21の可動接触子23、および機械遮断部支持板14と同電位になっている。また、各機械遮断ユニット10において、機械遮断部支持板14は大地から絶縁されているので、機械遮断部支持板14に導通する機械接点部21も大地から電気的に絶縁されている。密閉容器30は、一部が機械接点部21に導通しているので、大地から電気的に絶縁されている。
図3に示すように、鉛直方向で隣り合う一対の機械遮断ユニット10において、第1機械遮断ユニット10の第1単体遮断部11の第1フランジ32、および第2機械遮断ユニット10の第2単体遮断部11の第1フランジ32は、互いにユニット間ブスバー80により直列接続されている。上述したように、各機械遮断ユニット10において一対の単体遮断部11の機械接点部21は、ユニット内ブスバー16によって直列接続されているので、機械遮断部2における全ての単体遮断部11は直列接続されている。直列接続された全ての単体遮断部11は、機械接点モジュール90を形成している。
図7は、第1の実施形態のアレスタ部を示す斜視図である。
図7に示すように、アレスタ部3は、アレスタ100と、アレスタ100が配置されるアレスタ支持板110と、アレスタ支持板110を支持する複数(本実施形態では4本)の絶縁支柱120と、を備える。
図8は、第1の実施形態の転流装置を示す斜視図である。
図2および図8に示すように、転流装置4は、リアクトル211を含むリアクトルユニット210と、コンデンサバンク221を含むコンデンサユニット220と、投入器241を含む投入器ユニット240と、を備える。リアクトル211、コンデンサバンク221および投入器241は、転流回路200を構成している。転流回路200は、コンデンサバンク221の両端にリアクトル211および投入器241を直列接続して形成されている。
図9に示すように、リアクトルユニット210は、リアクトル211と、リアクトル211を支持する一対のステー213と、一対のステー213を支持する複数(本実施形態では4本)の絶縁支柱215と、を備える。
図9に示すように、コンデンサユニット220は、コンデンサバンク221と、コンデンサバンク221が配置されたコンデンサ支持板231と、コンデンサ支持板231を支持する複数(本実施形態では4本)の絶縁支柱233と、コンデンサバンク221を充電する充電部235と、を備える。
図11に示すように、投入器241は、第1電極251および第2電極252と、第1電極251および第2電極252を収容する容器260と、容器260内で第1電極251に近接して配置されたトリガ電極265と、第1電極251とトリガ電極265との間にパルス電圧を印加するパルス電源267と、パルス電源267と容器260とを連結する連結部材269と、を備える。
機械遮断部2の第1接続点A1、およびアレスタ部3の第1接続点B1は、ブスバー301により電気的に接続されている。機械遮断部2の第2接続点A2、およびアレスタ部3の第2接続点B2は、ブスバー302により電気的に接続されている。これにより、アレスタ部3のアレスタ100は、機械遮断部2の機械接点モジュール90に並列接続されている。
直流送電系統の定常送電時は、送電電流が機械接点モジュール90に流れる。この状態では、アレスタ100および転流回路200には電流は流れていない。また、転流回路200のコンデンサバンク221は、充電部235により充電される。
この構成によれば、投入器241を投入してコンデンサバンク221の電荷を放電し、転流回路200におけるコンデンサバンク221およびリアクトル211によるLC共振によって、転流回路200に並列接続された機械接点モジュール90に電流ゼロ点を生成できる。このため、従来技術のような機械接点モジュールに並列接続される半導体遮断器が必要ないので、機器コストを抑制することができる。
さらに、本実施形態では、転流装置4の投入器241を高速投入器とした。この構成によれば、油圧やばねの復元力、電磁ソレノイドの電磁力により駆動する機械接点よりも高速で転流回路200を導通状態にできる。よって、従来技術のような半導体遮断器を用いた構成と同等の速度で、機械接点モジュール90に流れる電流を遮断できる。
以上により、電流の遮断時間の短縮、および機器コストの抑制が可能な直流遮断器1を提供できる。
この構成によれば、機械的な駆動部が投入器に設けられない。このため、油圧やばねの復元力、電磁ソレノイドの電磁力により駆動する機械接点よりも高速で投入できる高速投入器を構成することができる。
この構成によれば、パルス電源267を投入器支持板243に近付けつつ、容器260における第2電極252と同電位の箇所(第2フランジ263)を投入器支持板243から遠ざけることができる。このため、容器260の全体が水平方向で投入器支持板243に重なる位置に配置された場合と比較して、容器260における第2電極252と同電位の箇所と投入器支持板243とを絶縁しつつ、投入器241と投入器支持板243とを鉛直方向に近付けることができる。したがって、投入器241および投入器支持板243が配置されるスペースが鉛直方向への大型化することを抑制できる。
この構成によれば、直流送電系統の系統電位と接地電位との電位差がコンデンサバンク221にかかるので、コンデンサバンク221を充電することができる。このため、コンデンサバンクを充電する直流電源等を別途設ける場合と比較して、直流遮断器1の構成を簡素化できる。したがって、直流遮断器1の機器コストをより一層抑制できる。
この構成によれば、機械遮断部、アレスタ部および転流装置が一直線に並んで配置される場合と比較して、機械遮断部2、アレスタ部3および転流装置4を集約して配置することができる。したがって、直流遮断器1の設置面積の削減を図ることができる。
この構成によれば、リアクトルユニット、コンデンサユニットおよび投入器ユニットのいずれかが第1方向Xから見て第2方向Yに並ぶ場合と比較して、転流装置4が第2方向Yに占めるスペースを小さくすることができる。よって、機械遮断部2、アレスタ部3および転流装置4をより一層集約して配置することができる。
この構成によれば、機械遮断ユニット10と転流装置4との間のスペースを有効活用して、直流遮断器1の設置面積の増大を抑制することができる。
この構成によれば、密閉容器30が大地に接地されていないため、密閉容器30と機械接点部21との絶縁を省略できる。よって密閉容器が大地に接地される等により機械接点部に対して電気的に絶縁された場合と比較して、密閉容器30を小型化し、単体遮断部11の大型化を抑制できる。また、高電圧化に伴い、複数の単体遮断部11を直列に接続して遮断性能を向上させる場合においても、直列接続した全ての単体遮断部11の大型化を抑制できる。したがって、高電圧化が容易で、大型化を抑制可能な直流遮断器1を提供できる。
さらに、上記構成によれば、密閉容器30および操作機構37が大地に接地されていないため、機械接点部21と操作機構37とを絶縁する必要がない。このため、操作機構が大地に接地される等により機械接点部に対して電気的に絶縁された場合と比較して、機械接点部21と操作機構37とを近付けて配置することができる。これにより、操作ロッド35の長尺化が抑制されるとともに、操作機構37の可動部の質量の増加が抑制され、機械接点部21の開極速度の低下を抑制できる。したがって、遮断動作の応答性を確保できる直流遮断器1を提供できる。
この構成によれば、各機械遮断ユニット10の機械遮断部支持板14上で、操作ロッド35を動作させる際に操作機構37に生じる衝撃力および反動を相殺することができる。これにより、操作機構37の動作時に、機械遮断ユニット10を支持する絶縁支柱60に曲げモーメントが発生することを抑制できる。したがって、機械遮断部2の振動を抑制でき、絶縁支柱60の過剰な大型化や支持構造物の増加、またそれらに伴う重量の増加を抑制できる。
この構成によれば、それぞれの密閉容器30が互いに接触する構成と比較して、操作ロッド35を動作させる際に操作機構37に生じる衝撃力および反動を相殺する状況において、衝撃力および反動を、比較的に強度が低い碍管で構成された密閉容器30を介して相殺せず、比較的に強度が高い金属材料で構成された操作機構37間で直接相殺することができる。よって密閉容器30に大きな力が加わることを防止できる。これにより、単体遮断部11の破損を抑制でき、機械遮断ユニット10の信頼性を向上させることができる。
この構成によれば、操作機構37を機械遮断部支持板14に近付けつつ、密閉容器30における固定接触子22と同電位の箇所(第1フランジ32)を機械遮断部支持板14から遠ざけることができる。このため、密閉容器30の全体が水平方向で機械遮断部支持板14に重なる位置に配置された場合と比較して、密閉容器30における固定接触子22と同電位の箇所と機械遮断部支持板14とを絶縁しつつ、単体遮断部11と機械遮断部支持板14とを鉛直方向に近付けることができる。したがって、機械遮断部2の鉛直方向への大型化を抑制でき、かつ機械遮断ユニット10を支持する絶縁支柱60に発生する曲げモーメントを抑制できる。
この構成によれば、単体遮断部11において、第2フランジ33から操作ロッド35を通って操作機構37に至る通電経路は、ロッド絶縁部35aによって遮断される。また、機械遮断ユニット10において、一方の第2フランジ33から機械遮断部支持板14を通って他方の第2フランジ33に至る通電経路は、支持部15の絶縁部15aによって遮断される。よって、機械遮断ユニット10において一対の単体遮断部11を通る通電経路は、ユニット内ブスバー16に形成される。これにより、例えば機械遮断部支持板14または操作機構37の近傍等の意図しない箇所で部分放電や絶縁破壊が生じることを回避できる。したがって、機械遮断ユニット10の信頼性を向上させることができる。
なお、他方の単体遮断部11の第2フランジ33と機械遮断部支持板14とは第1支持部15Aを通じて導通しているので、可動接触子23と操作機構37とを同電位に設けることができる。
図12は、第2の実施形態の投入器を示す部分断面図である。
図12に示す第2の実施形態は、第1の実施形態の投入器241に代えて、投入器341を備える点で、第1の実施形態とは異なる。なお、以下で説明する以外の構成は、第1の実施形態と同様である。
図13は、第3の実施形態の直流遮断器を示す斜視図である。
図13に示す第3の実施形態は、第1の実施形態のコンデンサユニット220における充電部235に代えて、充電部335を備える点で、第1の実施形態とは異なる。なお、以下で説明する以外の構成は、第1の実施形態と同様である。
図14は、第4の実施形態の直流遮断器を示す斜視図である。
図14に示す第4の実施形態は、第1の実施形態の投入器ユニット240に代えて、投入器ユニット440を備える点で、第1の実施形態とは異なる。なお、以下で説明する以外の構成は、第1の実施形態と同様である。
この構成によれば、投入器用操作機構437を投入器支持板243に近付けつつ、密閉容器30における固定接触子22と同電位の箇所(第1フランジ32)を投入器支持板243から遠ざけることができる。このため、密閉容器30の全体が水平方向で投入器支持板243に重なる位置に配置された場合と比較して、密閉容器30における固定接触子22と同電位の箇所と投入器支持板243とを絶縁しつつ、投入器441と投入器支持板243とを鉛直方向に近付けることができる。したがって、投入器441および投入器支持板243が配置されるスペースが鉛直方向への大型化することを抑制できる。
図15は、第5の実施形態の直流遮断器を示す斜視図である。
図15に示す第5の実施形態は、機械遮断部2、アレスタ部3および転流装置4が一直線に並んで配置されている点で、第1の実施形態とは異なる。なお、以下で説明する以外の構成は、第1の実施形態と同様である。
この構成によれば、洋上プラットフォーム等のレイアウトが制限されるような場所であって、例えば第1の実施形態のように機械遮断部2、アレスタ部3および転流装置4を集約して配置できない場所であっても、直流遮断器1を配置することができる。
Claims (14)
- 機械遮断部、アレスタおよび転流装置を備え、
前記機械遮断部は、
第1単体遮断部および第2単体遮断部を有する少なくとも1つの機械遮断ユニットと、
前記少なくとも1つの機械遮断ユニットを支持する絶縁支柱と、
を備え、
前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部のそれぞれは、
固定接触子および可動接触子を有し、大地から電気的に絶縁された機械接点部と、
前記機械接点部および絶縁性ガスを封入し、大地から電気的に絶縁された密閉容器と、
前記可動接触子に連結され、前記密閉容器の内部から外部に延出した操作ロッドと、
前記操作ロッドに連結され、前記可動接触子を前記固定接触子に対して接離させるとともに、前記可動接触子と同電位に設けられた操作機構と、
を有し、
前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部は、それぞれの前記操作ロッドが前記操作機構により同一直線上で動作し、かつ前記操作機構による前記操作ロッドの動作方向が互いに逆方向となるように配置され、かつそれぞれの前記操作機構が互いに対向するように配置され、
全ての前記機械遮断ユニットに含まれる全ての前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部は、互いに直列接続されて機械接点モジュールを形成し、
前記機械接点モジュールの両端は、直流送電系統に接続され、
前記アレスタは、前記機械接点モジュールに並列接続され、
前記転流装置は、リアクトル、コンデンサおよび投入器を直列接続して形成された転流回路を有し、
前記転流回路は、前記機械接点モジュールに並列接続され、
前記投入器は、高速投入器である、
直流遮断器。 - 前記投入器は、固定された一対の電極間の絶縁性能を下げて絶縁破壊させることで通電開始させる放電式投入器である、
請求項1に記載の直流遮断器。 - 前記転流装置は、前記投入器が配置される投入器支持板を備え、
前記投入器は、
前記一対の電極を収容する容器と、
前記容器内に配置されたトリガ電極と、
前記一対の電極の一方と前記トリガ電極との間にパルス電圧を印加するとともに、前記一方と同電位に設けられたパルス電源と、
を備え、
前記投入器支持板は、金属材料により形成され、前記パルス電源と同電位に設けられ、
前記容器の少なくとも一部は、水平方向で前記投入器支持板の外側に配置されている、
請求項2に記載の直流遮断器。 - 前記投入器は、互いに離間した一対の接触子を電磁反発力により駆動し、接触させて通電させる機械式投入器である、
請求項1に記載の直流遮断器。 - 前記転流装置は、前記投入器が配置される投入器支持板を備え、
前記投入器は、
前記一対の接触子を収容する容器と、
前記一対の接触子を互いに接離させるとともに、前記一対の接触子の一方と同電位に設けられた投入器用操作機構と、
を備え、
前記投入器支持板は、金属材料により形成され、前記投入器用操作機構と同電位に設けられ、
前記容器の少なくとも一部は、水平方向で前記投入器支持板の外側に配置されている、
請求項4に記載の直流遮断器。 - 前記転流装置は、前記コンデンサと前記投入器との間と、大地と、を電気的に接続する抵抗器を備える、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の直流遮断器。 - 前記転流装置は、前記コンデンサの両端に電圧を印加する直流電源を備える、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の直流遮断器。 - 前記機械遮断部および前記アレスタは、鉛直方向から見て第1方向に並んで配置され、
前記転流装置は、前記機械遮断部および前記アレスタに対して、鉛直方向から見て前記第1方向に直交する第2方向に並んで配置されている、
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の直流遮断器。 - 前記リアクトル、前記コンデンサおよび前記投入器は、前記第2方向における同じ位置に配置されている、
請求項8に記載の直流遮断器。 - 前記機械遮断部は、前記操作機構に電力を供給する絶縁トランスを備え、
前記絶縁トランスは、前記少なくとも1つの機械遮断ユニットと前記転流装置との間に配置されている、
請求項8または請求項9に記載の直流遮断器。 - 前記機械遮断部、前記アレスタおよび前記転流装置は、一直線に並んで配置されている、
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の直流遮断器。 - 前記少なくとも1つの機械遮断ユニットは、前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部が配置されるとともに前記絶縁支柱に支持された機械遮断部支持板を備え、
前記機械遮断部支持板は、金属材料により形成され、前記操作機構と同電位に設けられ、
前記第1単体遮断部の前記密閉容器の少なくとも一部は、水平方向で前記機械遮断部支持板の外側に配置され、
前記第2単体遮断部の前記密閉容器の少なくとも一部は、水平方向で前記機械遮断部支持板の外側に配置されている、
請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の直流遮断器。 - 前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部それぞれの前記密閉容器は、前記可動接触子に導通したフランジを備え、
前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部それぞれの前記操作ロッドは、前記可動接触子と前記操作機構との導通を遮断するロッド絶縁部を備え、
前記少なくとも1つの機械遮断ユニットは、
前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部が配置されるとともに前記絶縁支柱に支持された機械遮断部支持板と、
前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部のそれぞれの前記フランジを互いに電気的に接続する導通部材と、
前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部のうち一方の前記フランジと前記機械遮断部支持板との間に介在し、前記一方の前記フランジと前記機械遮断部支持板との導通を遮断する絶縁部と、
を備え、
前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部のうち他方の前記フランジと前記機械遮断部支持板とは導通している、
請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の直流遮断器。 - 前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部それぞれの前記密閉容器は、フランジを備え、
前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部それぞれの前記操作ロッドは、前記可動接触子と前記操作機構との導通を遮断するロッド絶縁部を備え、
前記少なくとも1つの機械遮断ユニットは、
前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部が配置されるとともに前記絶縁支柱に支持された機械遮断部支持板と、
前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部のそれぞれの前記フランジを互いに電気的に接続する導通部材と、
前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部のうち一方の前記フランジと前記機械遮断部支持板との間に介在し、前記一方の前記フランジと前記機械遮断部支持板との導通を遮断する絶縁部と、
を備え
前記第1単体遮断部および前記第2単体遮断部の前記可動接触子と前記フランジと、前記操作機構と、前記機械遮断部支持板とは同電位である、
請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の直流遮断器。
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