WO2016093094A1 - 直流遮断装置 - Google Patents

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松尾　隆之
一伸 大井
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株式会社明電舎
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    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches

Definitions

  • the present invention relates to a DC high-speed circuit breaker used in DC substation facilities for electric railways and DC transmission and distribution facilities.
  • a DC circuit breaker has a zero point in the current to be interrupted, making it difficult to achieve a breaking performance.
  • the air type circuit breaker extends and breaks the arc in the arc chute, so it cannot contain the current and may cause a ground fault.
  • a vacuum type circuit breaker for example, a direct current high-speed vacuum circuit breaker (HSVCB) disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2, injects a current in the direction opposite to the main circuit current into the vacuum valve, forcibly. The current zero point was generated and cut off.
  • HSVCB direct current high-speed vacuum circuit breaker
  • Vacuum type circuit breakers can contain current, but forcibly create a current zero point, so the structure is very complicated and maintenance is difficult, and there are many failures due to its complexity.
  • An object of the present invention is to provide a DC interrupter that eliminates the need for a circuit for forcibly generating a current zero point, simplifies the structure, and reduces the cost.
  • the main contact for each phase of the DC high-speed vacuum circuit breaker is connected to the positive side output terminal of each phase of the rectifier that rectifies AC power into DC power by a plurality of bridged semiconductor elements. One end is connected, and the other end of each main contact is connected in common.
  • claim 2 of the present invention is characterized in that, in claim 1, the DC high speed vacuum circuit breaker is housed in a DC switchboard.
  • the DC switchboard is characterized in that a bus for each phase connected to a positive output terminal of each phase of the rectifier is formed. Yes.
  • the buses for each phase are formed before the positive output ends of the respective phases of the rectifier are merged (common connection), the DC switchboard and the DC high speed vacuum are connected to the buses for each phase.
  • a plurality of sets of circuit breakers can be connected in parallel, which makes it possible to easily cope with equipment for transmitting and distributing power to a plurality of DC loads connected in parallel to the rectifier.
  • the rectifier includes a six-phase rectifier that performs full-wave rectification on all phases of the three-phase AC power supply. Yes.
  • the rectifier according to any one of the first to third aspects is connected to two secondary windings of the multi-winding transformer, the AC side of which is isolated from each other.
  • the first rectifier and the second rectifier are connected to each other on the positive side output terminals of the same phase, and the first rectifier and the second rectifier are connected to each other. .
  • the rectifier according to any one of the first to third aspects is configured such that the AC side is connected to each of two secondary windings insulated from each other of the multi-winding transformer.
  • the first and second rectifiers are connected to the positive output terminals of different phases of the first rectifier and the second rectifier, respectively. .
  • a current of a phase of the first rectifier and a current of a phase different from the above of the second rectifier flow alternately at the main contact of one phase of the DC high speed vacuum circuit breaker.
  • the waveform of the current flowing through each main contact of the DC high-speed vacuum circuit breaker has a low peak value, and the period at which the current zero point is generated is early (twice that in the case of claim 5), so that the current can be interrupted at a higher speed. it can.
  • the other end of each main contact of the DC high-speed vacuum circuit breaker is connected to an anode of a backflow prevention diode for each phase. It is characterized by being commonly connected via a cathode.
  • the negative terminal of the rectifier is connected to each main contact of the DC high speed vacuum circuit breaker via an anode-cathode of a flywheel diode.
  • the other end side common connection point is connected.
  • the waveform of the current flowing through the DC high-speed vacuum circuit breaker has a low peak value, and the cycle in which the current zero point is generated is early (double that in the case of claim 5). And can be shut off at a higher speed.
  • voltage and current can be prevented from wrapping around from one line connected to the bus to another line, and the independence of the voltage and current of each phase can be prevented. Can keep.
  • FIG. 4 is a voltage and current waveform diagram of each part of the circuit of FIG. 3.
  • the block diagram of the DC substation by Example 2 of this invention The circuit diagram for simulating the voltage of each part of the direct-current substation by Example 2 of this invention, and an electric current.
  • FIG. 7 is a voltage and current waveform diagram of each part of the circuit of FIG. 6.
  • the block diagram of the DC substation by Example 3 of this invention The circuit diagram for simulating the voltage of each part of the direct-current substation by Example 3 of this invention, and an electric current.
  • FIG. 10 is a voltage and current waveform diagram of each part of the circuit of FIG. 9.
  • the block diagram of the DC substation by Example 4 of this invention The block diagram of the DC substation by Example 4 of this invention.
  • the positive side of the DC output of the rectifier is connected to the DC distribution board and is transmitted to the train line via the single-pole DC circuit breaker.
  • the arm of each phase is connected to the DC switchboard without joining, and each phase is joined on the output side of the three-pole DC breaker to obtain a DC output.
  • One end of each of the main contacts 30a, 30b, 30c for each phase of the DC high-speed vacuum circuit breaker 30 disposed in the DC switchboard 100 is connected to the positive output terminal (the cathode terminal of the upper arm diode),
  • the other end of each of the main contacts 30a, 30b, 30c is connected in common to form the positive output line 40 of the rectifier 20, and a load 50 is connected between the positive output line 40 and the negative electrode of the rectifier 20 to form a DC substation. Make up.
  • the positive output line 40 is formed in the DC switchboard 100 in FIG. 1, but is not limited thereto, and may be formed outside the DC switchboard 100.
  • the positive output line 40 may be formed as a connection point where the other ends of the main contacts 30a, 30b, 30c are connected.
  • a pulsed current passing through the zero point flows through the arm of each phase of the rectifier 20, and the current is sequentially commutated between the respective phase arms.
  • the current passing through the pole main contacts 30a, 30b, 30c of the DC high-speed vacuum circuit breaker 30 becomes a pulse passing through the zero point, and the circuit breaker is easily interrupted.
  • the DC high speed vacuum circuit breaker 30 interrupts the current at which the zero point is generated by commutation, so that a circuit for forcibly creating the current zero point is not required, unlike the conventional DC high speed vacuum circuit breaker.
  • the structure as a shut-off device is simplified, maintenance and inspection are facilitated, and costs are reduced.
  • the DC switchboards 100a and 100b provided additionally, the positive side output terminals of the respective phases of the six-phase rectifier 20A and the main contacts 30a, 30b, and 30c for the respective phases of the DC high speed vacuum circuit breakers 30A and 30B.
  • Busbars 110a, 110b, and 110c connected to the common connection point are provided.
  • 11A is a rectifier transformer of ⁇ - ⁇ connection in which the primary side is connected to an upper AC power source, 200a and 200b are train lines connected to the positive side output lines 40a and 40b, 210 is a dead section, 220 is an electric vehicle, and 230 is a rail connected to the negative electrode side of the 6-phase rectifier 20A.
  • the output power of the 6-phase rectifier 20A is generated from the buses 110a, 110b, 110c in the DC switchboards 100a, 100b, the main contacts 30a, 30b, 30c of the DC high speed vacuum circuit breakers 30A, 30B, the positive output lines 40a, 40b, and It is supplied to the electric car 220 via the train lines 200a and 200b.
  • buses 110a, 110b, and 110c are provided for each phase, a plurality of sets of DC switchboards (100a and 100b) and DC high-speed vacuum circuit breakers (30A and 30B) can be connected in parallel. Electric power can be supplied to a plurality of loads (electric cars 220 traveling on the train lines 200a and 200b) in parallel with the six-phase rectifier 20A.
  • FIG. 3 shows a circuit configuration, and the same parts as those in FIG.
  • the AC power supply is 415 V, 50 Hz
  • the rated capacity of the rectifier transformer 11A with ⁇ - ⁇ connection is 0.6 MVA
  • 415/415 V the DC switchboards 100a, 100b and buses 110a, 110b, 110c of FIG.
  • the main contacts 30a, 30b, 30c of the DC high speed vacuum circuit breakers 30A, 30B and the load equipment are not shown.
  • Phase currents Ia, Ib, and Ic flowing through the primary winding of the rectifier transformer 11A are as shown in FIG. 4A.
  • the currents flowing that is, the currents Ida, Idb, Idc flowing through the main contacts 30a, 30b, 30c for each phase of the DC high speed vacuum circuit breaker 30A in this embodiment are shown in FIGS. 4 (d), (e), (f).
  • the DC voltage V_dc between the positive output line 40a and the negative terminal of the 6-phase rectifier 20A is as shown in FIG. 4B, and the current Idc_s flowing from the positive output line 40a to the load is as shown in FIG. 4C.
  • the currents Ida, Idb, and Idc of each phase have a pulse-like waveform (a so-called rabbit ear-like waveform), and are sequentially commutated, so that the zero point sequentially Will change. Therefore, the DC high speed vacuum circuit breaker 30A can easily cut off the current at the current zero point.
  • the present invention is applied to a 12-phase rectifier (12-pulse rectifier) 20B, and the same parts as those in FIG.
  • 11B has a primary star winding connected to the upper AC power source, A rectifier transformer having a YY connection and a Y- ⁇ connection.
  • the 12-phase rectifier 20B includes a rectifier 21A whose AC side is connected to the secondary star winding of the rectifier transformer 11B, and a rectifier 21B whose AC side is connected to the secondary delta winding of the rectifier transformer 11B.
  • the positive output terminals (cathode terminals of the upper arm diodes) of the same phase of the rectifiers 21A and 21B are commonly connected to each other.
  • the output power of the 12-phase rectifier 20B is generated by the buses 110a, 110b, 110c in the DC switchboards 100a, 100b, the main contacts 30a, 30b, 30c of the DC high speed vacuum circuit breakers 30A, 30B, the positive output lines 40a, 40b, and It is supplied to the electric car 220 via the train lines 200a and 200b.
  • buses 110a, 110b, and 110c are provided for each phase, a plurality of sets of DC switchboards (100a and 100b) and DC high-speed vacuum circuit breakers (30A and 30B) can be connected in parallel. Electric power can be supplied to a plurality of loads (electric cars 220 traveling on the train lines 200a and 200b) in parallel with the 12-phase rectifier 20B.
  • FIG. 6 shows a circuit configuration, and the same parts as those in FIG.
  • the AC power supply is 415 V, 50 Hz
  • the rated capacity of the rectifier transformer 11B having YY connection and Y- ⁇ connection is 0.6 MVA, 415/415 V
  • the buses 110a, 110b, 110c, the main contacts 30a, 30b, 30c of the DC high speed vacuum circuit breakers 30A, 30B and the load equipment are not shown.
  • Phase currents Ia, Ib, and Ic flowing through the primary winding of the rectifier transformer 11B are as shown in FIG. 7A, and are respectively connected to the respective electric circuits between the positive output terminal of each phase of the 12-phase rectifier 20B and the positive output line 40a.
  • the currents Ida, Idb, Idc flowing through the main contacts 30a, 30b, 30c for each phase of the DC high speed vacuum circuit breaker 30A in this embodiment are shown in FIGS. 7 (d), (e), (f).
  • the DC voltage V_dc between the positive output line 40a and the negative terminal of the 12-phase rectifier 20B is as shown in FIG. 7B
  • the current Idc_s flowing from the positive output line 40a to the load is as shown in FIG. 7C.
  • the currents Ida, Idb, and Idc of each phase have a pulse-like waveform (a so-called rabbit ear shape) and are sequentially commutated so Will change. Therefore, the DC high speed vacuum circuit breaker 30A can easily cut off the current at the current zero point.
  • the present invention is applied to a 12-phase rectifier (12-pulse rectifier) 20C, and the same parts as those in FIG.
  • 11B is a rectifier transformer in which the primary star winding is connected to the upper AC power source, and has a YY connection and a Y ⁇ connection.
  • the 12-phase rectifier 20C includes a rectifier 22A whose AC side is connected to the secondary star winding of the rectifier transformer 11B, and a rectifier 22B whose AC side is connected to the secondary delta winding of the rectifier transformer 11B.
  • the positive output ends (cathode ends of the upper arm diodes) of different phases of the rectifiers 22A and 22B are connected in common.
  • the output power of the 12-phase rectifier 20C is generated by the buses 110a, 110b, 110c in the DC switchboards 100a, 100b, the main contacts 30a, 30b, 30c of the DC high speed vacuum circuit breakers 30A, 30B, the positive output lines 40a, 40b, and It is supplied to the electric car 220 via the train lines 200a and 200b.
  • buses 110a, 110b, and 110c are provided for each phase, a plurality of sets of DC switchboards (100a and 100b) and DC high-speed vacuum circuit breakers (30A and 30B) can be connected in parallel. It is possible to supply power to a plurality of loads (electric cars 220 traveling on the train lines 200a and 200b) in parallel with the 12-phase rectifier 20C.
  • FIG. 9 shows a circuit configuration, and the same parts as those in FIG.
  • the AC power supply is 415 V, 50 Hz
  • the rated capacity of the rectifier transformer 11B having YY connection and Y- ⁇ connection is 0.6 MVA, 415/415 V
  • the buses 110a, 110b, 110c, the main contacts 30a, 30b, 30c of the DC high speed vacuum circuit breakers 30A, 30B and the load equipment are not shown.
  • Phase currents Ia, Ib, and Ic flowing through the primary winding of the rectifier transformer 11B are as shown in FIG. 10 (a), and are connected to each electric circuit between the positive output terminal of each phase of the 12-phase rectifier 20C and the positive output line 40a.
  • the currents flowing, that is, the currents Ida, Idb, Idc flowing through the main contacts 30a, 30b, 30c for each phase of the DC high speed vacuum circuit breaker 30A in this embodiment are shown in FIGS. 10 (d), (e), (f).
  • the DC voltage V_dc between the positive output line 40a and the negative terminal of the 12-phase rectifier 20C is FIG. 10B
  • the current Idc_s flowing from the positive output line 40a to the load is FIG. 10C.
  • the currents Ida, Idb, and Idc of each phase have a pulse-like waveform (a so-called rabbit ear shape) and are sequentially commutated, so that the zero point is sequentially Will change. Therefore, the DC high speed vacuum circuit breaker 30A can easily cut off the current at the current zero point.
  • the phase currents Ida, Idb and Idc are obtained from the currents from the rectifiers 22A and 22B. Since the current flows alternately at different timings, the current has a low peak value as shown in FIGS. 10 (d), (e), and (f).
  • the cycle in which the current zero is generated is earlier (twice faster) than in the case of FIG. 7 of the second embodiment, and can be cut off at a higher speed.
  • a backflow prevention diode is inserted between the circuit breaker output terminal and the current junction (positive output lines 40a and 40b).
  • the reactance is included in the load-side DC circuit above a certain level, for example, when a large current is interrupted, such as a short-circuit current interruption, it takes a long time for the interruption current to dull due to the energy stored in the reactance and to reach the current zero point. turn into.
  • the current due to the residual energy of the reactance is shunted from the current passing through the circuit breaker by the flywheel diode connected between the negative terminal of the rectifier and the positive output lines 40a and 40b. .
  • FIG. 11 shows a configuration of the fourth embodiment, and the same portions as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals.
  • 11C is a rectifier transformer in which a primary delta winding is connected to a higher-order AC power source and has a ⁇ - ⁇ connection and a ⁇ Y connection.
  • the 12-phase rectifier 20D includes a rectifier 23A whose AC side is connected to the secondary star winding of the rectifier transformer 11C, and a rectifier 23B whose AC side is connected to the secondary delta winding of the rectifier transformer 11C.
  • the positive output terminals (cathode terminals of the upper arm diodes) of different phases of the rectifiers 23A and 23B are connected in common.
  • the buses 110a, 110b, 110c in the DC switchboard 100a are connected to the positive side via the main contacts 30a, 30b, 30c of the respective phases of the DC high speed vacuum circuit breaker 30A and the anode-cathodes of the backflow prevention diodes 50a, 50b, 50c. It is connected to the output line 40a.
  • the buses 110a, 110b, 110c in the DC switchboard 100b are connected to the positive side via the main contacts 30a, 30b, 30c of the respective phases of the DC high speed vacuum circuit breaker 30B and the anode-cathodes of the backflow prevention diodes 50a, 50b, 50c. It is connected to the output line 40b.
  • the backflow prevention diodes 50a, 50b, and 50c are not limited to being provided in the DC switchboards 100a and 100b, and may be provided outside the DC switchboards 100a and 100b.
  • the negative ends of the rectifiers 23A and 23B are connected to the positive output line 40a via the anode-cathode of the flywheel diode 60A, and are connected to the positive output line 40b via the anode-cathode of the flywheel diode 60B.
  • Yes. L in the figure indicates the reactance included in the load side DC circuit.
  • the additional connection of the backflow prevention diodes 50a, 50b, and 50c and the flywheel diodes 60A and 60B in the fourth embodiment is not limited to the configuration of FIG. 11, but may be applied to the DC substation of FIGS. The same action and effect are exhibited.
  • the present invention can be applied not only to the 6-phase rectifier and the 12-phase rectifier but also to other multi-phase rectifiers. In this case, the same operations and effects as described above can be achieved.

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  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

電流零点を強制的に発生させる回路を不要とし、構造を簡素化してコストを低減させた直流遮断装置を提供する。ブリッジ構成された複数のダイオードによって交流電力を直流電力に整流する整流器２０の各相の正側出力端に、直流高速度真空遮断器３０の各相用の主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃの一端を各々接続し、前記各主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃの各々の他端を共通接続して正側出力線４０を形成する。整流器２０の各相のアームにはパルス状の電流が流れ、その電流は各相アーム間を順次転流するので、転流後電流は零となる。直流高速度真空遮断器３０の各主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、この転流により零となる電流を遮断するので遮断が容易となる。

Description

直流遮断装置
　本発明は、電鉄用直流変電設備や直流送配電設備において使用される直流高速度遮断器に関する。
　直流遮断器は、交流遮断器と違い、遮断しようとする電流に零点が無いため遮断性能を出すのが難しい。
　気中タイプの遮断器はアークをアークシュート内で引き伸ばして遮断するため、電流を封じ込める事ができなく、地絡事故を引き起こす可能性がある。
　真空タイプの遮断器は、例えば非特許文献１、２に開示されている直流高速度真空遮断器（ＨＳＶＣＢ）のように、真空バルブに主回路電流と逆方向の電流を注入し、強制的に電流零点を発生させて遮断することが行われていた。
宗像　則昭、「直流き電回路の現状と今後の課題（８）－直流高速度真空遮断器（ＨＳＶＣＢ）－」、鉄道と電気技術、２０１０ＡＰＲＩＬＶｏｌ．２１、Ｎｏ．４、ｐ．６２～ｐ．６６ 長谷　伸一他５名、「直流高速度真空遮断器の性能検証　電気鉄道変電所用直流高速度真空遮断器」、鉄道サイパネ・シンポジウム論文集（２０００．１１．１２）、論文番号６４０、ｐ．４７１～ｐ．４７５
　真空タイプの遮断器は、電流を封じ込めることはできるが、強制的に電流零点を作り出すため、構造が非常に複雑で保守点検が大変である他、複雑な故に故障も多い。
　本発明が目的とするところは、電流零点を強制的に発生させる回路を不要とし、構造を簡素化してコストを低減させた直流遮断装置を提供することにある。
　本発明の請求項１は、ブリッジ構成された複数の半導体素子によって交流電力を直流電力に整流する整流器の各相の正側出力端に、直流高速度真空遮断器の各相用の主接点の一端を各々接続し、前記各主接点の各々の他端を共通接続したことを特徴としている。
　上記構成において、整流器の各相のアームにはパルス状の電流が流れ、その電流は各相アーム間を順次転流するので、転流後電流は零となる。直流高速度真空遮断器は、この転流により零となる電流を遮断するので遮断が容易となる。
　このように、電流零点を強制的に発生させる回路が不要となり、直流遮断装置の構造が簡素化され、保守点検が容易となり、コストも低減される。
　また、本発明の請求項２は、請求項１において、前記直流高速度真空遮断器は、直流配電盤内に収納されていることを特徴としている。
　また、本発明の請求項３は、請求項２において、前記直流配電盤には、前記整流器の各相の正側出力端に各々接続された各相毎の母線が形成されていることを特徴としている。
　上記構成によれば、整流器の各相の正側出力端が合流（共通接続）される前に各相毎の母線が形成されるので、当該各相毎の母線に直流配電盤および直流高速度真空遮断器を複数組並列に接続することができ、これによって整流器に対して並列接続となる複数の直流負荷に送配電を行う設備に、容易に対処することができる。
　また、本発明の請求項４は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記整流器は、三相交流電源の全相を全波整流する６相整流器で構成されていることを特徴としている。
　また、本発明の請求項５は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記整流器は、交流側が、多巻線変圧器の、互いに絶縁された２つの二次側巻線に各々接続された第１および第２の整流器を備えた１２相整流器で構成され、前記第１の整流器と第２の整流器の互いに同一相の正側出力端どうしが各々接続されていることを特徴としている。
　また、本発明の請求項６は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記整流器は、交流側が、多巻線変圧器の、互いに絶縁された２つの二次側巻線に各々接続された第１および第２の整流器を備えた１２相整流器で構成され、前記第１の整流器と第２の整流器の互いに異なる相の正側出力端どうしが各々接続されていることを特徴としている。
　上記構成によれば、直流高速度真空遮断器の１つの相の主接点には、第１の整流器のある相の電流と第２の整流器の前記とは異なる相の電流とが交互に流れるので、直流高速度真空遮断器の各主接点に流れる電流波形は波高値が低く、また電流零点が発生する周期が早く（請求項５の場合の２倍に）なり、より高速に遮断することができる。
　また、本発明の請求項７は、請求項３ないし６のいずれか１項において、前記直流高速度真空遮断器の各主接点の各々の他端は、各相用の逆流防止ダイオードのアノード－カソードを介して共通接続されていることを特徴としている。
　上記構成によれば、母線に接続された一つの回線から他の回線に電圧・電流が回り込むことを防止することができ、各相の電圧・電流の独立性を保つことができる。
　また、本発明の請求項８は、請求項１ないし７のいずれか１項において、前記整流器の負極端は、フライホイールダイオードのアノード－カソードを介して前記直流高速度真空遮断器の各主接点の他端側共通接続点に接続されていることを特徴としている。
　上記構成によれば、直流高速度真空遮断器の遮断時に、直流負荷に含まれているリアクタンスの残留エネルギーによる電流はフライホイールダイオードを通して流れ、直流高速度真空遮断器を通過することがないので、電流零点に到達するまでの時間が長くなることは防止される。
（１）請求項１～８に記載の発明によれば、電流零点を強制的に発生させる回路が不要となり、直流遮断装置の構造が簡素化され、保守点検が容易となり、コストも低減される。
（２）請求項３に記載の発明によれば、各相毎の母線に直流配電盤および直流高速度真空遮断器を複数組並列に接続することができ、これによって整流器に対して並列接続となる複数の直流負荷に送配電を行う設備に、容易に対処することができる。
（３）請求項６に記載の発明によれば、直流高速度真空遮断器に流れる電流波形は波高値が低く、また電流零点が発生する周期が早く（請求項５の場合の２倍に）なり、より高速に遮断することができる。
（４）請求項７に記載の発明によれば、母線に接続された一つの回線から他の回線に電圧・電流が回り込むことを防止することができ、各相の電圧・電流の独立性を保つことができる。
（５）請求項８に記載の発明によれば、直流高速度真空遮断器の遮断時に、直流負荷に含まれているリアクタンスの残留エネルギーによる電流はフライホイールダイオードを通して流れ、直流高速度真空遮断器を通過することがないので、電流零点に到達するまでの時間が長くなることは防止される。
本発明の実施形態例の構成図。 本発明の実施例１による直流変電所の構成図。 本発明の実施例１による直流変電所の各部の電圧、電流をシミュレートするための回路図。 図３の回路の各部の電圧、電流波形図。 本発明の実施例２による直流変電所の構成図。 本発明の実施例２による直流変電所の各部の電圧、電流をシミュレートするための回路図。 図６の回路の各部の電圧、電流波形図。 本発明の実施例３による直流変電所の構成図。 本発明の実施例３による直流変電所の各部の電圧、電流をシミュレートするための回路図。 図９の回路の各部の電圧、電流波形図。 本発明の実施例４による直流変電所の構成図。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。従来の直流変電所の構成は、整流器の直流出力のプラス側を直流配電盤に接続し、単極の直流遮断器を経由して電車線へ送電されていたが、本実施形態例では、整流器の各相のアームを合流させずに直流配電盤に接続し、３極の直流遮断器の出力側で各相合流させ直流出力とする。
　すなわち、図１に示すように、３相交流電源１０の交流電力を直流電力に変換する整流器であって、例えばダイオードなどの半導体素子を３相ブリッジ接続して構成された整流器２０の、各相の正側出力端（上アームのダイオードのカソード端）に、直流配電盤１００に配設した直流高速度真空遮断器３０の各相用の主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃの一端を各々接続し、前記主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃの各々の他端を共通接続して整流器２０の正側出力線４０を形成し、正側出力線４０と整流器２０の負極の間に負荷５０を接続して直流変電所を構成する。
　尚、正側出力線４０は、図１では直流配電盤１００内に形成されているが、これに限らず直流配電盤１００の外に形成してもよい。
　また、正側出力線４０を形成せずに前記主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃの各々の他端を接続した接続点としてもよい。
　整流器２０の各相のアームには零点を通るパルス状の電流が流れ、その電流は各相アーム間を順次転流する。図１の構成によれば、直流高速度真空遮断器３０の各極主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃを通過する電流は零点を通るパルス状となり、遮断器にとって遮断が容易となる。
　このように、直流高速度真空遮断器３０は、転流により零点が発生する電流を遮断するので、従来の直流高速度真空遮断器のように強制的に電流零点を作る回路が不要となり、直流遮断装置としての構造が簡素化され、保守点検が容易となり、コストも低減される。
　以下、電鉄用直流変電設備に本発明の直流遮断装置を適用した実施例を説明する。
　本実施例１の構成を示す図２では、ブリッジ構成された６個のダイオードを有した６相（三相全波）整流器（６パルス（パルス＝変換相数）整流器）２０Ａに本発明を適用し、さらに、併設した直流配電盤１００ａ，１００ｂ内に、６相整流器２０Ａの各相の正側出力端と直流高速度真空遮断器３０Ａ，３０Ｂの各相用の主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃとの共通接続点に各々接続した母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃを設けている。
　図２において、１１Ａは一次側が上位の交流電源に接続されたΔ－Δ結線の整流器用変圧器、２００ａ，２００ｂは正側出力線４０ａ，４０ｂに各々接続された電車線、２１０はデッドセクション、２２０は電気車、２３０は６相整流器２０Ａの負極側に接続されたレールである。
　６相整流器２０Ａの出力電力は、直流配電盤１００ａ，１００ｂ内の母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ、直流高速度真空遮断器３０Ａ，３０Ｂの各主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、正側出力線４０ａ，４０ｂおよび電車線２００ａ，２００ｂを介して電気車２２０に供給される。
　このように、各相毎に母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃを設けているので、直流配電盤（１００ａ，１００ｂ）および直流高速度真空遮断器（３０Ａ，３０Ｂ）を複数組並列に接続することができ、６相整流器２０Ａに対して並列となる複数の負荷（電車線２００ａ，２００ｂを走行する電気車２２０）への電力供給が可能となる。
　ここで、図２の直流変電所の各部の電圧、電流をシミュレートにより調べた結果を図３、図４に示す。図３は回路構成を示し、図２と同一部分は同一符号をもって示している。
　図３では、交流電源を４１５Ｖ、５０Ｈｚとし、Δ－Δ結線の整流器用変圧器１１Ａの定格容量を０．６ＭＶＡ、４１５／４１５Ｖとし、図２の直流配電盤１００ａ，１００ｂ、母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ、直流高速度真空遮断器３０Ａ，３０Ｂの各主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃおよび負荷設備を図示省略している。
　整流器用変圧器１１Ａの一次巻線に流れる相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは図４（ａ）となり、６相整流器２０Ａの各相の正側出力端と正側出力線４０ａの間の各電路に流れる電流、すなわち本実施例において直流高速度真空遮断器３０Ａの各相用の主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃに流れる電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃは図４（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）となり、正側出力線４０ａと６相整流器２０Ａの負極端の間の直流電圧Ｖ＿ｄｃは図４（ｂ）となり、正側出力線４０ａから負荷に流れる電流Ｉｄｃ＿ｓは図４（ｃ）となる。
　図４（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、各相の電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃはパルス状（いわゆるウサギの耳状）の波形であり、順次転流しているため順次零点がおとずれる。このため直流高速度真空遮断器３０Ａは、この電流零点において電流を容易に遮断することができる。
　上記動作は、直流高速度真空遮断器３０Ｂの場合も同様である。
　本実施例２は、図５に示すように、本発明を１２相整流器（１２パルス整流器）２０Ｂに適用したものであり、図２と同一部分は同一符号をもって示している。
　図５において、１１Ｂは一次側のスター巻線が上位の交流電源に接続され、
Ｙ－Ｙ結線およびＹ－Δ結線を有した整流器用変圧器である。１２相整流器２０Ｂは、交流側が整流器用変圧器１１Ｂの二次側のスター巻線に接続された整流器２１Ａと、交流側が整流器用変圧器１１Ｂの二次側のデルタ巻線に接続された整流器２１Ｂとを備え、該整流器２１Ａ，２１Ｂの互いに同一相の正側出力端（上アームのダイオードのカソード端）どうしが各々共通に接続されている。
　１２相整流器２０Ｂの出力電力は、直流配電盤１００ａ，１００ｂ内の母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ、直流高速度真空遮断器３０Ａ，３０Ｂの各主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、正側出力線４０ａ，４０ｂおよび電車線２００ａ，２００ｂを介して電気車２２０に供給される。
　このように、各相毎に母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃを設けているので、直流配電盤（１００ａ，１００ｂ）および直流高速度真空遮断器（３０Ａ，３０Ｂ）を複数組並列に接続することができ、１２相整流器２０Ｂに対して並列となる複数の負荷（電車線２００ａ，２００ｂを走行する電気車２２０）への電力供給が可能となる。
　ここで、図５の直流変電所の各部の電圧、電流をシミュレートにより調べた結果を図６、図７に示す。図６は回路構成を示し、図５と同一部分は同一符号をもって示している。
　図６では、交流電源を４１５Ｖ、５０Ｈｚとし、Ｙ－Ｙ結線およびＹ－Δ結線を有した整流器用変圧器１１Ｂの定格容量を０．６ＭＶＡ、４１５／４１５Ｖとし、図５の直流配電盤１００ａ，１００ｂ、母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ、直流高速度真空遮断器３０Ａ，３０Ｂの各主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃおよび負荷設備を図示省略している。
　整流器用変圧器１１Ｂの一次巻線に流れる相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは図７（ａ）となり、１２相整流器２０Ｂの各相の正側出力端と正側出力線４０ａの間の各電路に流れる電流、すなわち本実施例において直流高速度真空遮断器３０Ａの各相用の主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃに流れる電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃは図７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）となり、正側出力線４０ａと１２相整流器２０Ｂの負極端の間の直流電圧Ｖ＿ｄｃは図７（ｂ）となり、正側出力線４０ａから負荷に流れる電流Ｉｄｃ＿ｓは図７（ｃ）となる。
　図７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、各相の電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃはパルス状（いわゆるウサギの耳状）の波形であり、順次転流しているため順次零点がおとずれる。このため直流高速度真空遮断器３０Ａは、この電流零点において電流を容易に遮断することができる。
　上記動作は、直流高速度真空遮断器３０Ｂにおいても同様である。
　尚、本実施例２では、整流器２１Ａ，２１Ｂの、互いに同一相の正側出力端どうしを共通に接続しているため、整流器２１Ａと２１Ｂの各同一相の電流が同一タイミングで加算され、図７（ｄ），（ｅ），（ｆ）のように波高値が高い電流となっている。
　ここで、図５の直流高速度真空遮断器３０Ａにおける各極接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃの遮断のタイミングを、横軸を時刻（ｓ）、縦軸を電流値とした図７（ｄ），（ｅ），（ｆ）の電流波形図とともに説明する。
　（１）まず例えば時刻０．４１０（ｓ）において、直流高速度真空遮断器３０Ａの各極の主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃを開極する。このとき３極のうち１極、例えば図７では（ｆ）の電流Ｉｄｃ（主接点３０ｃに流れる電流）が既に電流零であるためＩｄｃの遮断が完了する。
　時刻０．４１０（ｓ）後は、残りの２極の主接点３０ａ，３０ｂに変則８パルスの電流が流れ続ける。
　（２）次に時刻０．４１１（ｓ）において、前記２極のうち最初に電流零となる極の主接点３０ａが電流Ｉｄａの遮断を完了する。時刻０．４１１（ｓ）後は、残り１極の主接点３０ｂに変則４パルスの電流が流れ続ける。
　（３）次に時刻０．４１８（ｓ）において、最後の極の主接点３０ｂが電流Ｉｄｂの電流零点でＩｄｂの遮断を完了する。
　このようにして直流高速度真空遮断器３０Ａのすべての主接点で電流遮断が完了する。
　上記動作は、直流高速度真空遮断器３０Ｂにおいても同様である。
　本実施例３は、図８に示すように、本発明を１２相整流器（１２パルス整流器）２０Ｃに適用したものであり、図５と同一部分は同一符号をもって示している。
　図８において、１１Ｂは一次側のスター巻線が上位の交流電源に接続され、Ｙ－Ｙ結線およびＹ－Δ結線を有した整流器用変圧器である。１２相整流器２０Ｃは、交流側が整流器用変圧器１１Ｂの二次側のスター巻線に接続された整流器２２Ａと、交流側が整流器用変圧器１１Ｂの二次側のデルタ巻線に接続された整流器２２Ｂとを備え、該整流器２２Ａ，２２Ｂの互いに異なる相の正側出力端（上アームのダイオードのカソード端）どうしが各々共通に接続されている。
　１２相整流器２０Ｃの出力電力は、直流配電盤１００ａ，１００ｂ内の母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ、直流高速度真空遮断器３０Ａ，３０Ｂの各主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、正側出力線４０ａ，４０ｂおよび電車線２００ａ，２００ｂを介して電気車２２０に供給される。
　このように、各相毎に母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃを設けているので、直流配電盤（１００ａ，１００ｂ）および直流高速度真空遮断器（３０Ａ，３０Ｂ）を複数組並列に接続することができ、１２相整流器２０Ｃに対して並列となる複数の負荷（電車線２００ａ，２００ｂを走行する電気車２２０）への電力供給が可能となる。
　ここで、図８の直流変電所の各部の電圧、電流をシミュレートにより調べた結果を図９、図１０に示す。図９は回路構成を示し、図８と同一部分は同一符号をもって示している。
　図９では、交流電源を４１５Ｖ、５０Ｈｚとし、Ｙ－Ｙ結線およびＹ－Δ結線を有した整流器用変圧器１１Ｂの定格容量を０．６ＭＶＡ、４１５／４１５Ｖとし、図８の直流配電盤１００ａ，１００ｂ、母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ、直流高速度真空遮断器３０Ａ，３０Ｂの各主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃおよび負荷設備を図示省略している。
　整流器用変圧器１１Ｂの一次巻線に流れる相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは図１０（ａ）となり、１２相整流器２０Ｃの各相の正側出力端と正側出力線４０ａの間の各電路に流れる電流、すなわち本実施例において直流高速度真空遮断器３０Ａの各相用の主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃに流れる電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃは図１０（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）となり、正側出力線４０ａと１２相整流器２０Ｃの負極端の間の直流電圧Ｖ＿ｄｃは図１０（ｂ）となり、正側出力線４０ａから負荷に流れる電流Ｉｄｃ＿ｓは図１０（ｃ）となる。
　図１０（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、各相の電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃはパルス状（いわゆるウサギの耳状）の波形であり、順次転流しているため順次零点がおとずれる。このため直流高速度真空遮断器３０Ａは、この電流零点において電流を容易に遮断することができる。
　尚、本実施例３では、整流器２２Ａ，２２Ｂの、互いに異なる相の正側出力端どうしを共通に接続しているため、各相電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃは、整流器２２Ａと２２Ｂからの電流が異なるタイミングで交互に各々流れるため、図１０（ｄ），（ｅ），（ｆ）に示すように波高値の低い電流となる。
　したがって、電流零点が発生する周期が実施例２の図７の場合よりも早く（２倍早く）なり、より高速に遮断することができる。
　前記図２、図５、図８の構成において、複数回線が母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに接続される場合、他回線が既に遮断器投入済みであると３相の母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃが短絡されてしまい、各相の電圧・電流の独立性が保てなくなる。
　従って本実施例４では、複数回線が存在する場合は遮断器出力端子と電流合流点（正側出力線４０ａ，４０ｂ）の間に逆流防止ダイオードを挿入する。
　また、負荷側直流回路にリアクタンスが一定以上含まれていると、例えば短絡電流遮断等、大電流を遮断した場合リアクタンスに蓄えられたエネルギーにより遮断電流が鈍って電流零点に至るまでの時間が長くなってしまう。
　これを防止するため本実施例４では、リアクタンスの残留エネルギーによる電流を、整流器の負極端と正側出力線４０ａ，４０ｂの間に接続したフライホイールダイオードによって、遮断器を通過する電流と分流させる。
　図１１は本実施例４の構成を表し、図８と同一部分は同一符号をもって示している。図１１において、１１Ｃは一次側のデルタ巻線が上位の交流電源に接続され、Δ－Δ結線およびΔ－Ｙ結線を有した整流器用変圧器である。
　１２相整流器２０Ｄは、交流側が整流器用変圧器１１Ｃの二次側のスター巻線に接続された整流器２３Ａと、交流側が整流器用変圧器１１Ｃの二次側のデルタ巻線に接続された整流器２３Ｂとを備え、該整流器２３Ａ，２３Ｂの互いに異なる相の正側出力端（上アームのダイオードのカソード端）どうしが各々共通に接続されている。
　直流配電盤１００ａ内の母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは、直流高速度真空遮断器３０Ａの各相の主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃおよび逆流防止ダイオード５０ａ，５０ｂ，５０ｃの各アノード－カソードを介して正側出力線４０ａに接続されている。
　直流配電盤１００ｂ内の母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは、直流高速度真空遮断器３０Ｂの各相の主接点３０ａ，３０ｂ，３０ｃおよび逆流防止ダイオード５０ａ，５０ｂ，５０ｃの各アノード－カソードを介して正側出力線４０ｂに接続されている。
　尚、逆流防止ダイオード５０ａ，５０ｂ，５０ｃは直流配電盤１００ａ，１００ｂ内に設けるに限らず、直流配電盤１００ａ，１００ｂの外側に設けてもよい。
　整流器２３Ａ，２３Ｂの各負極端は、フライホイールダイオード６０Ａのアノード－カソードを介して正側出力線４０ａに接続され、フライホイールダイオード６０Ｂのアノード－カソードを介して正側出力線４０ｂに接続されている。図示Ｌは負荷側直流回路に含まれるリアクタンスを示している。
　上記構成において、正側出力線４０ａ，４０ｂから各相の母線１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃへ流れる電流が逆流防止ダイオード５０ａ，５０ｂ，５０ｃによって阻止されるので、一つの回線から他の回線に電圧・電流が回り込むことが防止され、各相の電圧・電流の独立性を保つことができる。
　また、直流高速度真空遮断器３０Ａ，３０Ｂの遮断時に、リアクタンスＬの残留エネルギーによる電流はフライホイールダイオード６０Ａ，６０Ｂを通して流れ、直流高速度真空遮断器３０Ａ，３０Ｂを通過することがないので、電流零点に到達するまでの時間が長くなることは防止される。
　本実施例４における逆流防止ダイオード５０ａ，５０ｂ，５０ｃおよびフライホイールダイオード６０Ａ，６０Ｂの追加接続は、図１１の構成に限らず、図２、図５の直流変電所に適用しても、前記と同様の作用、効果を奏する。
　尚、本発明は６相整流器、１２相整流器に限らず他の多相整流器にも適用することができ、その場合も前記と同様の作用、効果を奏する。

Claims (8)

  1. 　ブリッジ構成された複数の半導体素子によって交流電力を直流電力に整流する整流器の各相の正側出力端に、直流高速度真空遮断器の各相用の主接点の一端を各々接続し、前記各主接点の各々の他端を共通接続した直流遮断装置。
  2. 　前記直流高速度真空遮断器は、直流配電盤内に収納されている請求項１に記載の直流遮断装置。
  3. 　前記直流配電盤には、前記整流器の各相の正側出力端に各々接続された各相毎の母線が形成されている請求項２に記載の直流遮断装置。
  4. 　前記整流器は、三相交流電源の全相を全波整流する６相整流器で構成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の直流遮断装置。
  5. 　前記整流器は、交流側が、多巻線変圧器の、互いに絶縁された２つの二次側巻線に各々接続された第１および第２の整流器を備えた１２相整流器で構成され、
    　前記第１の整流器と第２の整流器の互いに同一相の正側出力端どうしが各々接続されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の直流遮断装置。
  6. 　前記整流器は、交流側が、多巻線変圧器の、互いに絶縁された２つの二次側巻線に各々接続された第１および第２の整流器を備えた１２相整流器で構成され、
    　前記第１の整流器と第２の整流器の互いに異なる相の正側出力端どうしが各々接続されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の直流遮断装置。
  7. 　前記直流高速度真空遮断器の各主接点の各々の他端は、各相用の逆流防止ダイオードのアノード－カソードを介して共通接続されている請求項３ないし６のいずれか１項に記載の直流遮断装置。
  8. 　前記整流器の負極端は、フライホイールダイオードのアノード－カソードを介して前記直流高速度真空遮断器の各主接点の他端側共通接続点に接続されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の直流遮断装置。
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