JPWO2013164874A1 - 直流遮断器 - Google Patents

Abstract

小型化、低コスト化が可能な直流遮断器を得ること。直流線路１に挿入され、定常時において直流電流の流路となる遮断部２と、遮断部２の開極後に、直流電流を転流する転流回路４と、を備え、転流回路４は、コンデンサ５とリアクトル６とからなる直列共振回路２０と、定常時においてコンデンサ５を直流線路１の直流電位で充電するための充電回路２２である充電用抵抗８と、遮断部２の開極後に、遮断部２と直列共振回路２０とを並列に接続し、直列共振回路２０により生じる共振性電流を直流電流に重畳させると共に、遮断部２の電流遮断後に、直列共振回路２０を介して直流線路１に流れる微小電流を裁断する転流スイッチ部２１と、を備える。

Description

本発明は、直流電流を遮断する直流遮断器に関する。

従来、直流電流を遮断する直流遮断器においては、コンデンサとリアクトルからなる転流回路から共振性電流を重畳することで電流零点を形成し、その電流零点で直流電流の遮断を行っている。このような直流遮断器としては、例えば、上述した転流回路のコンデンサを充電しておく交流電源および整流器からなる充電回路を具備し、その充電回路により予め充電されたコンデンサの電荷を放電し、共振性電流を直流電流に重畳して電流零点を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

特許第４６６０１３１号公報

しかしながら、上記従来技術では、転流回路のコンデンサを充電するために別途上述した充電回路が必要であるため、直流遮断器が大型化、高コスト化する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化、低コスト化が可能な直流遮断器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる直流遮断器は、直流線路に流れる直流電流に共振性電流を重畳して電流零点を形成し、該電流零点で前記直流電流を遮断する直流遮断器であって、前記直流線路に挿入され、定常時において前記直流電流の流路となる遮断部と、前記遮断部の開極後に、前記直流電流を転流する転流回路と、を備え、前記転流回路は、コンデンサとリアクトルとからなる直列共振回路と、定常時において前記コンデンサを前記直流線路の直流電位で充電するための充電回路と、前記遮断部の開極後に、前記遮断部と前記直列共振回路とを並列に接続し、前記直列共振回路により生じる前記共振性電流を前記直流電流に重畳させると共に、前記遮断部の電流遮断後に、前記直列共振回路を介して前記直流線路に流れる微小電流を裁断する転流スイッチ部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、直流遮断器の小型化、低コスト化が実現可能となる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１にかかる直流遮断器の直流電流遮断時の動作を示す図である。 図３は、実施の形態２にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。 図４は、実施の形態３にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。 図５は、実施の形態４にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。 図６は、実施の形態５にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。 図７は、実施の形態６にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。 図８は、実施の形態７にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。 図９は、実施の形態８にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる直流遮断器について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる直流遮断器は、直流線路１に挿入され、定常時において直流電流の流路となる遮断部２と、遮断部２の開極後に直流電流を転流する転流回路４とを備えている。

転流回路４は、コンデンサ５およびリアクトル６からなる直列共振回路２０と、遮断部２の開極後に遮断部２と直列共振回路２０とを並列接続する断路部３および放電ギャップ７からなる直列回路として構成される転流スイッチ部２１と、定常時においてコンデンサ５を直流線路１の直流電位で充電するための充電回路２２である充電用抵抗８とを備えている。

本実施の形態では、放電ギャップ７は、共振性電流を直流線路１に流れる直流電流に重畳する共振性電流投入責務を有し、断路部３は、遮断部２の電流遮断後に転流回路４を介して直流線路１に流れる微小電流を裁断する微小電流裁断責務を有している。

つぎに、実施の形態１にかかる直流遮断器の直流電流遮断時の動作について、図１および図２を参照して説明する。図２は、実施の形態１にかかる直流遮断器の直流電流遮断時の動作を示す図である。図２に示す例では、定常時には、図１に実線矢印で示したように、直流遮断器の左端側から右端側に向けて電流（１ｐｕ）が流れる例を示している。なお、本実施の形態では、定常時において、コンデンサ５は、充電用抵抗８を介して直流線路１の直流電位で充電されている。また、定常時において、遮断部２および断路部３は閉制御され、放電ギャップ７は開制御されている。

図２に示すように、時刻ｔ１（＝０．１ｓ）において直流線路１に事故（ここでは、例えば図１に示す直流遮断器の右端側の地絡事故）が発生すると、遮断部２には、事故点までの回路条件や接地抵抗の値によって決まる定常時電流（１ｐｕ）の数倍の事故電流が流れ、図示しない制御回路からの開極指令に基づき、遮断部２が開極動作を開始する。ここで、遮断部２が開極するまでの開極時間を０．１ｓとした場合、時刻ｔ２（＝０．２ｓ）に遮断部２が機械的に開極する。

このとき、図示しない制御回路から放電ギャップ７への閉制御指令が出力され、放電ギャップ７が閉制御されると、直流線路１の直流電位によって充電されたコンデンサ５の電荷が放電し、図１に破線矢印で示したように、コンデンサ５、遮断部２、断路部３、放電ギャップ７、リアクトル６のループで共振性電流が流れる。この共振性電流が直流線路１に流れている事故電流に重畳し、図２に示すように、時刻ｔ３において電流零点が形成された時点で、遮断部２のアークが消弧され、電流が遮断される。なお、電流遮断後の遮断部２の極間に発生する過電圧については、例えば、遮断部２に並列にサージアブソーバを接続して吸収するようにすればよい。

その後、つまり、遮断部２の電流遮断後においても、転流回路４を介して直流線路１に微小電流が流れ続けるため、この微小電流を除去するため、図示しない制御回路から断路指令を出力して断路部３を開制御する。以上の動作により、事故電流の遮断が完了する。

以上説明したように、実施の形態１の直流遮断器によれば、直列共振回路のコンデンサを直流線路の直流電位で充電するための充電回路である充電用抵抗を備え、定常時において、この充電用抵抗を介してコンデンサを直流線路の直流電位で充電し、直流電流遮断時において、コンデンサの電荷を放電させて共振性電流を直流線路に流れている事故電流に重畳して形成された電流零点で電流遮断を行うようにしたので、コンデンサを充電するために別途交流電源や整流器を含む充電回路を設ける必要がなく、直流遮断器の小型化、低コスト化が実現可能となる。

なお、上述した実施の形態１では、遮断部の開極時刻に放電ギャップを閉制御する例について説明したが、遮断部の開極後に直列共振回路による共振性電流が事故電流に重畳して電流零点を形成可能な範囲で、放電ギャップを閉制御する時刻を遮断部の開極時刻に前後した時刻としてもよいことは言うまでもない。

また、上述した実施の形態１では、電流遮断後の遮断部の両端に発生する過電圧をサージアブソーバにより吸収する例について説明したが、遮断部の耐電圧やその他回路条件によっては、サージアブソーバを具備しない構成であってもよい。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。なお、実施の形態２にかかる直流遮断器の各構成部は、実施の形態１にかかる直流遮断器の各構成部と同一であるので、ここでは説明を省略する。

本実施の形態では、図３に示すように、実施の形態１において説明した断路部３が遮断部２と直列に接続され、直流線路１に挿入されている。このように構成した場合でも、実施の形態１と同様の動作により、事故電流の遮断が可能であり、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、実施の形態２の直流遮断器によれば、断路部を遮断部と直列に接続して直流線路に挿入した構成であっても、実施の形態１と同様に、コンデンサを充電するために別途交流電源や整流器を含む充電回路を設ける必要がなく、直流遮断器の小型化、低コスト化が実現可能となる。

実施の形態３．
図４は、実施の形態３にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。なお、実施の形態１と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、図４に示すように、実施の形態１において説明した転流スイッチ部２１を、開閉部（第１の開閉部）９のみを用いて構成している。

本実施の形態にかかる直流遮断器の直流電流遮断時の動作について説明する。本実施の形態では、定常時において、開閉部９を開制御しておき、直流電流遮断時において、遮断部２の開極時刻、あるいは、遮断部２の開極後に直列共振回路２０による共振性電流が事故電流に重畳して電流零点を形成可能な範囲で遮断部２の開極時刻に前後した時刻に、開閉部９を閉制御する。

その後、つまり、遮断部２の電流遮断後において転流回路４を介して流れ続ける微小電流を除去するため、開閉部９を開制御する。以上の動作により、事故電流の遮断が完了する。

つまり、本実施の形態では、開閉部９が実施の形態１において説明した放電ギャップ７における共振性電流投入責務と断路部３における微小電流裁断責務とを兼ね備えたものとしている。

以上説明したように、実施の形態３の直流遮断器によれば、転流スイッチ部として、開閉部を放電ギャップにおける共振性電流投入責務と断路部における微小電流裁断責務とを兼ね備えたものとして構成した場合であっても、実施の形態１と同様に、コンデンサを充電するために別途交流電源や整流器を含む充電回路を設ける必要がなく、直流遮断器の小型化、低コスト化が実現可能となる。

実施の形態４．
図５は、実施の形態４にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。なお、実施の形態２と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、図５に示すように、実施の形態２において説明した放電ギャップ７に代えて、共振性電流投入責務のみを有する開閉部（第２の開閉部）９ａを備えた構成としている。

本実施の形態では、開閉部９ａは、共振性電流を直流線路１に流れる直流電流に重畳する共振性電流投入責務を有し、断路部３は、遮断部２の電流遮断後に転流回路４を介して直流線路１に流れる微小電流を裁断する微小電流裁断責務を有している。

実施の形態２において、放電ギャップ７として気中放電ギャップを用いた場合、低コストで構成できる反面、共振性電流投入時の音が大きくなる。本実施の形態では、放電ギャップ７に代えて、共振性電流投入責務のみを有する開閉部９ａを用いることにより、上述した共振性電流投入時の騒音の低減と低コスト化とを両立することが可能となる。

以上説明したように、実施の形態４の直流遮断器によれば、実施の形態２において説明した放電ギャップに代えて、共振性電流投入責務のみを有する開閉部を備えた構成とすることにより、上述した実施の形態１乃至３の効果に加え、共振性電流投入時の騒音の低減と低コスト化とを両立することが可能となる。

実施の形態５．
図６は、実施の形態５にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。なお、実施の形態２と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、図６に示すように、コンデンサ５の充電回路２２として、充電用抵抗８と直列に充電用開閉部１０を接続した構成としている。

本実施の形態にかかる直流遮断器の直流電流遮断時の動作について説明する。本実施の形態では、定常時において、充電用開閉部１０を閉制御してコンデンサ５を充電しておき、事故発生時において、充電用開閉部１０を開制御する。

このように制御することにより、事故発生時点から放電ギャップ７を閉制御するまでの間に、コンデンサ５の電荷が充電用抵抗８を介して放電するのを防止することができる。

例えば、定常時においてコンデンサ５の充電を短時間で行う必要がある場合、つまり、高速遮断責務を有する場合には、コンデンサ５と充電用抵抗８とによる充電時定数を小さくする必要がある。このような場合、充電用開閉部１０を有していない構成では、事故発生時において充電用抵抗８を介してコンデンサ５の電荷が放電し、事故電流に重畳する共振性電流の波高値が小さくなり、電流零点を形成できない虞がある。

本実施の形態では、事故発生時において、充電用開閉部１０を開制御することにより、事故発生時点から放電ギャップ７を閉制御するまでの間のコンデンサ５の放電を防止することができるので、コンデンサ５と充電用抵抗８とによる充電時定数を小さくする必要がある場合でも、確実に電流零点を形成することができる。

なお、図６に示す例では、図３に示す実施の形態２の構成に対して、充電用抵抗８と直列に充電用開閉部１０を接続して構成した例について説明したが、実施の形態１、あるいは実施の形態３乃至４の各構成に対して適用することも可能である。

以上説明したように、実施の形態５の直流遮断器によれば、充電用抵抗と直列に充電用開閉部を接続した構成としたので、上述した実施の形態１乃至４の効果に加え、定常時において、充電用開閉部を閉制御してコンデンサを充電しておき、事故発生時において、充電用開閉部を開制御することにより、コンデンサと充電用抵抗とによる充電時定数を小さくする必要がある場合でも、確実に電流零点を形成して直流電流遮断を実施することができる。

実施の形態６．
図７は、実施の形態６にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。なお、実施の形態２と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、図７に示すように、コンデンサ５の充電回路２２として、実施の形態２における充電用抵抗８に代えて、充電用開閉部１０を接続した構成、つまり、実施の形態５における充電用抵抗８の抵抗値を略零とした構成としている。

このように構成することにより、コンデンサ５の充電時定数は、実施の形態５よりもさらに短縮される。したがって、実施の形態５よりも定常時においてコンデンサ５の充電を短時間で行う必要がある場合、つまり、実施の形態５よりも高速遮断責務を有する場合に適している。

なお、図７に示す例では、図３に示す実施の形態２の構成に対して、充電用抵抗８に代えて、充電用開閉部１０を接続した例について説明したが、実施の形態５と同様に、実施の形態１、あるいは実施の形態３乃至４の各構成に対して適用することも可能である。

以上説明したように、実施の形態６の直流遮断器によれば、充電用抵抗に代えて、充電用開閉部を接続した構成としたので、上述した実施の形態５よりも高速遮断責務を有する場合でも、確実に電流零点を形成して直流電流遮断を実施することができる。

実施の形態７．
図８は、実施の形態７にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。なお、実施の形態２と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、図８に示すように、コンデンサ５の充電回路２２として、実施の形態２における充電用抵抗８に代えて、充電用ダイオード１１を接続した構成としている。

このように構成することにより、定常時には、充電用ダイオード１１を介してコンデンサ５を充電し、事故発生時には、コンデンサ５の電荷の放電を防止することができる。

実施の形態５乃至６の構成では、事故発生時において充電用開閉部１０を開制御する必要があるが、本実施の形態では、このような制御が不要となる。したがって、実施の形態５乃至６において説明したように、定常時においてコンデンサ５の充電を短時間で行う必要がある場合、つまり、高速遮断責務を有する場合でも、事故発生時においてコンデンサ５の放電を防止するための制御を必要とすることなく、確実に電流零点を形成して直流電流遮断を実施することができる。

なお、図８に示す例では、図３に示す実施の形態２の構成に対して、充電用抵抗８に代えて、充電用開閉部１０を接続した例について説明したが、実施の形態５乃至６と同様に、実施の形態１、あるいは実施の形態３乃至４の各構成に対して適用することも可能である。

以上説明したように、実施の形態７の直流遮断器によれば、充電用抵抗に代えて、充電用ダイオードを接続した構成としたので、定常時においてコンデンサの充電を短時間で行う必要がある場合、つまり、高速遮断責務を有する場合でも、事故発生時においてコンデンサの放電を防止するための制御を必要とすることなく、確実に電流零点を形成して直流電流遮断を実施することができる。

実施の形態８．
図９は、実施の形態８にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。なお、実施の形態２と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、図９に示すように、実施の形態２における遮断部２を複数直列に接続し、各遮断部２にそれぞれ分圧抵抗１２を並列に接続した構成としている。

このように構成することにより、遮断部２の電流遮断後に直流遮断器の両端に発生する過電圧が各分圧抵抗１２により分圧され、各遮断部２の極間電圧を下げることができる。つまり、各遮断部２の一台あたりの電圧責務を軽減することが可能となる。

なお、図９に示す例では、図３に示す実施の形態２における遮断部２を複数直列に接続した例について説明したが、実施の形態１、あるいは実施の形態３乃至７の各構成に対して適用することも可能である。

以上説明したように、実施の形態８の直流遮断器によれば、遮断部を複数直列に接続し、各遮断部にそれぞれ分圧抵抗を並列に接続した構成としたので、遮断部の電流遮断後に直流遮断器の両端に発生する過電圧を複数の各遮断器で分担することができ、各遮断部の一台あたりの電圧責務を軽減することが可能となる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

１ 直流線路
２ 遮断部
３ 断路部
４ 転流回路
５ コンデンサ
６ リアクトル
７ 放電ギャップ
８ 充電用抵抗
９ 開閉部（第１の開閉部）
９ａ 開閉部（第２の開閉部）
１０ 充電用開閉部
１１ 充電用ダイオード
１２ 分圧抵抗
２０ 直列共振回路
２１ 転流スイッチ部
２２ 充電回路

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる直流遮断器は、直流線路に流れる直流電流に共振性電流を重畳して電流零点を形成し、該電流零点で前記直流電流を遮断する直流遮断器であって、前記直流線路に挿入され、定常時において前記直流電流の流路となる遮断部と、前記遮断部の開極後に、前記直流電流を転流する転流回路と、を備え、前記転流回路は、コンデンサとリアクトルとからなる直列共振回路と、定常時において前記コンデンサを前記直流線路の直流電位で充電するための充電回路と、前記遮断部の開極後に、前記遮断部と前記直列共振回路とを並列に接続し、前記直列共振回路により生じる前記共振性電流を前記直流電流に重畳させると共に、前記遮断部の電流遮断後に、前記直列共振回路を介して前記直流線路に流れる微小電流を裁断する転流スイッチ部と、を備え、前記転流スイッチ部は、前記遮断部の開極後に、前記遮断部と前記直列共振回路とを並列に接続する放電ギャップと、前記遮断部の電流遮断後に、前記直列共振回路を介して前記直流線路に流れる微小電流を裁断する断路部と、を備え、前記断路部と前記放電ギャップとが直列接続され構成されたことを特徴とする。

Claims (13)

1. 直流線路に流れる直流電流に共振性電流を重畳して電流零点を形成し、該電流零点で前記直流電流を遮断する直流遮断器であって、
   前記直流線路に挿入され、定常時において前記直流電流の流路となる遮断部と、
   前記遮断部の開極後に、前記直流電流を転流する転流回路と、
   を備え、
   前記転流回路は、
   コンデンサとリアクトルとからなる直列共振回路と、
   定常時において前記コンデンサを前記直流線路の直流電位で充電するための充電回路と、
   前記遮断部の開極後に、前記遮断部と前記直列共振回路とを並列に接続し、前記直列共振回路により生じる前記共振性電流を前記直流電流に重畳させると共に、前記遮断部の電流遮断後に、前記直列共振回路を介して前記直流線路に流れる微小電流を裁断する転流スイッチ部と、
   を備えることを特徴とする直流遮断器。
2. 前記転流スイッチ部は、
   前記遮断部の開極後に、前記遮断部と前記直列共振回路とを並列に接続する放電ギャップと、
   前記遮断部の電流遮断後に、前記直列共振回路を介して前記直流線路に流れる微小電流を裁断する断路部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
3. 前記転流スイッチ部は、前記断路部と前記放電ギャップとが直列接続され構成されたことを特徴とする請求項２に記載の直流遮断器。
4. 前記転流スイッチ部は、前記断路部が前記遮断部に直列に接続され、前記放電ギャップが前記遮断部および前記断路部の接続点と前記直列共振回路との間に接続され構成されたことを特徴とする請求項２に記載の直流遮断器。
5. 前記転流スイッチ部は、前記遮断部の開極後に、前記遮断部と前記直列共振回路とを並列に接続する機能と、前記遮断部の電流遮断後に、前記直列共振回路を介して前記直流線路に流れる微小電流を裁断する機能とを兼ね備えた第１の開閉部からなることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
6. 前記転流スイッチ部は、
   前記遮断部の開極後に、前記遮断部と前記直列共振回路とを並列に接続する第２の開閉部と、
   前記遮断部の電流遮断後に、前記直列共振回路を介して前記直流線路に流れる微小電流を裁断する断路部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
7. 前記転流スイッチ部は、前記断路部と前記第２の開閉部とが直列接続され構成されたことを特徴とする請求項６に記載の直流遮断器。
8. 前記転流スイッチ部は、前記断路部が前記遮断部に直列に接続され、前記第２の開閉部が前記遮断部および前記断路部の接続点と前記直列共振回路との間に接続され構成されたことを特徴とする請求項６に記載の直流遮断器。
9. 前記充電回路は、充電用抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
10. 前記充電回路は、充電用抵抗および充電用開閉部からなる直列回路であることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
11. 前記充電回路は、充電用開閉部であることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
12. 前記充電回路は、充電用ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
13. 複数の前記遮断部が直列に接続され、前記遮断部にそれぞれ分圧抵抗が並列に接続され構成されたことを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。

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