WO2016199416A1 - 直流遮断装置、直流遮断方法 - Google Patents

直流遮断装置、直流遮断方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2016199416A1
WO2016199416A1 PCT/JP2016/002782 JP2016002782W WO2016199416A1 WO 2016199416 A1 WO2016199416 A1 WO 2016199416A1 JP 2016002782 W JP2016002782 W JP 2016002782W WO 2016199416 A1 WO2016199416 A1 WO 2016199416A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
switch
control
control unit
current
semiconductor
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/002782
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
丹羽　芳充
正将 安藤
Original Assignee
株式会社 東芝
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社 東芝 filed Critical 株式会社 東芝
Priority to EP16807123.1A priority Critical patent/EP3309809B1/en
Publication of WO2016199416A1 publication Critical patent/WO2016199416A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H33/596—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
    • H01H2009/543—Contacts shunted by static switch means third parallel branch comprising an energy absorber, e.g. MOV, PTC, Zener
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • 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

  • Embodiments of the present invention relate to a DC interrupting device and a DC interrupting method used for interrupting a DC current.
  • a shut-off device is used.
  • direct current power transmission there is no difficulty in the case of alternating current interruption because there is no current zero point in the transmitted direct current.
  • the current DC circuit breaker includes, for example, an energization path having a switch (switch) and a current interrupt path provided in parallel with the energization path and capable of gradually reducing the current.
  • a switch switch
  • the switch on the current path is closed and a current is passed through the current path.
  • the current interrupting path is temporarily turned on so that the current at the time of the accident can flow instead of the energizing path.
  • the current at the time of the accident is commutated to the current interrupting path side, and then the current in the current interrupting path is immediately limited to complete the breaking.
  • the current path of the DC interrupter is preferably as small as possible. This is because the electric resistance becomes a power loss during normal operation. Moreover, the faster the current switching from the current path to the current interrupt path of the DC interrupter, the better. This is because the current at the time of the accident increases as the delay increases, and the value of the current to be interrupted by the current interrupt path increases. When the current to be interrupted increases, a large capacity current interrupting path is required, and the size of the interrupting device increases.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a direct current interrupting device and a direct current interrupting method capable of suppressing a current-carrying loss at a normal time and avoiding an increase in size.
  • the DC circuit breaker includes a current path, a commutation element having a first semiconductor switch, a second semiconductor switch, a conductive path, and a nonlinear resistor.
  • the energization path has a first switch having a predetermined first pressure resistance, which is a non-semiconductor device, and a second pressure resistance, which is a non-semiconductor device and has a pressure resistance lower than the first pressure resistance.
  • a second switch is connected in series.
  • the commutation element is an element in which one end is connected to a connection node between the first switch and the second switch, and a functional element having a charge / discharge function and the first semiconductor switch are connected in series. It is.
  • the second semiconductor switch is connected between the other end of the commutation element and the end of the first switch on the side opposite to the end connected to the second switch. Is provided.
  • the conductive path is connected between the other end of the commutation element and the end of the second switch on the side opposite to the end connected to the first switch. Is provided.
  • the nonlinear resistor is provided in parallel with the second semiconductor switch.
  • the DC interrupting device of the embodiment is a DC interrupting method using the DC interrupting device described above, and is the following method. That is, (1) pre-charge the functional element of the commutation element, (2) after the start of the electrode opening control of the first switch and the start of the electrode opening control of the second switch, Discharging the functional element; (3) after discharging the functional element, turning off the first semiconductor switch; and (4) after turning off the first semiconductor switch, the second semiconductor. Move the switch off.
  • FIG. 1 The block diagram which shows the direct-current circuit breaker of Embodiment 1.
  • FIG. 1 The timing chart (total current) explaining the operation
  • Sectional drawing which shows typically the vacuum valve which is an element which may be contained in the switch 12 shown in FIG.
  • the perspective view which shows typically the modification of the electrode which the vacuum valve shown in FIG. 3 has.
  • the lineblock diagram showing the direct-current circuit breaker of a 2nd embodiment (the 1).
  • the lineblock diagram showing the direct-current circuit breaker of a 2nd embodiment (the 2).
  • 9 is a timing chart for explaining the operation of the DC interrupter shown in FIG. 8 (current of the switch 11).
  • the block diagram which shows the DC circuit breaker of 5th Embodiment. 11 is a timing chart (total current) for explaining the operation of the DC interrupter shown in FIG. 11 is a timing chart for explaining the operation of the DC interrupter shown in FIG. 10 (current of the switch 12).
  • 11 is a timing chart (current of the switch 11) for explaining the operation of the DC interrupter shown in FIG.
  • FIG. 1 shows the configuration of the DC interrupter of the first embodiment.
  • the DC interrupter includes a current path 10, a commutation element 21, a semiconductor switch 22, a reactor 23, a nonlinear resistor 24, a current detection unit 31, and a control unit 40.
  • the commutation element 21 includes a charge / discharge functional element 21a and a semiconductor switch 21b connected in series.
  • the energization path 10 is configured by connecting a switch 11 having a predetermined large pressure resistance (described later) and a switch 12 having a pressure resistance lower than that in series.
  • the switches 11 and 12 are both non-semiconductor devices, and the switch 12 has a faster response to electrode opening control than the switches 11 and 12.
  • the switch 12 since the switch 12 is a non-semiconductor device, it cannot respond as fast as a semiconductor device.
  • the switch 11 and the switch 12 may be collectively referred to as a switch group.
  • this DC circuit breaker The general operation of this DC circuit breaker is as follows. At normal times, the switches 11 and 12 are closed and a current is passed through the energizing path 10. When a current interruption is required due to an accident or the like, the electrode opening control of the switches 11 and 12 is started immediately, but the current that has flowed is commutated in response to the switch 12 that reaches the electrode open state first. The element 21 is made to function and quickly commutates in a path through the commutation element 21.
  • the electrode opening control of the switch 11 is not completed, and a current flows through the switch 11. Therefore, when the semiconductor switch 21b in the commutation element 21 is immediately turned off thereafter, the current that has continued to flow through the switch 11 is commutated to a path through the semiconductor switch 22 that is controlled so that the current flows. . Then, the semiconductor switch 22 is further turned off to limit the current and complete the interruption.
  • the DC current at the normal time is generally considered to be both in the case of the left to the right in the drawing and in the case of the right to the left in the drawing, but the DC breaker corresponds to both cases. .
  • a normal direct current flows from the left to the right in the figure.
  • the switch 11 is a non-semiconductor device (mechanical device) as described above, capable of switching between current passage and current passage.
  • the switch 12 is also a non-semiconductor device and can be switched between current flow and current flow.
  • the switch 11 and the switch 12 complement each other in terms of pressure resistance and response speed with respect to electrode opening control. In this way, switches having different characteristics are connected in series to share a role. is doing. Both the switch 11 and the switch 12 are controlled by the control unit 40 to open and close electrodes.
  • the commutation element 21 quickly commutates the current flowing through the switch 12 having one end connected to the connection node between the switch 11 and the switch 12 and passing through the commutation element 21 (and the reactor 23). It is an element for.
  • the commutation element 21 includes a charge / discharge functional element 21a (for example, a capacitor) and a semiconductor switch 21b connected in series.
  • the charge / discharge functional element 21a is charged in advance by the control unit 40.
  • the charge / discharge functional element 21a is charged so that the voltage between both electrodes of the charge / discharge functional element 21a is directed to zero.
  • the electric charge is discharged, so that the current flowing through the switch 12 is quickly commutated as a current passing through the commutation element 21. Control of charging and discharging of the commutation element 21 is performed by the control unit 40.
  • the semiconductor switch 22 is connected between the other end of the commutation element 21 and the end of the switch 11 on the side opposite to the end connected to the switch 12.
  • the semiconductor switch 22 is a semiconductor switch that switches between current passing and not passing, and switching control (on / off control) is performed by the control unit 40.
  • two anti-parallel connection (parallel connection in which the forward directions are opposite to each other) of an IGBT (insulated gate bipolar transistor) and a diode are connected in series in the reverse direction.
  • a unit element is configured by connecting face-to-face, and a plurality of unit elements are connected in series so as to have two main electrode terminals as a whole.
  • the specific components of the semiconductor switch 22 can be variously employed in addition to the illustration. For example, it is also possible to employ a configuration in which a large number of thyristors connected in reverse parallel are used as unit elements, and a large number of them are connected in series to have two main electrode terminals.
  • a semiconductor switch has an equivalent resistance (on-resistance) in an on state, and a voltage drop occurs due to energization. This voltage drop increases depending on the number of unit elements in series, that is, the on-resistance of the entire semiconductor switch 22 also increases depending on the number of series elements.
  • the necessary number can be determined on the condition that the semiconductor switch 22 can withstand a high voltage that can be applied to the interrupting device after the semiconductor switch 22 is turned off to interrupt the current. This generally requires a somewhat large (eg, several hundred) series number.
  • the control by the control unit 40 for switching the semiconductor switch 22 is a standard transition in which the semiconductor switch 22 is normally turned off, the semiconductor switch 22 is turned on once during a cutoff operation, and then quickly turned off.
  • the present invention is not limited to this, and even if control is performed so that the semiconductor switch 22 is turned on in a normal state, no current actually flows due to the on-resistance, and the entire current flows on the side of the conduction path 10. In this way, it is possible to take control that turns on the semiconductor switch 22 in a normal state.
  • the reactor 23 is connected between the other end of the commutation element 21 and the end of the switch 12 on the side opposite to the end connected to the switch 11.
  • the reactor 23 is inserted to adjust the time from when the discharge of the commutation element 21 is started until the current of the switch 12 reaches zero.
  • the timing at which the current of the switch 12 is brought to zero is preferably after the electrode opening control is completed and established. Therefore, the reactor 23 is provided as shown in the figure to control the discharge current by adjusting the reactance and adjusting the above. Is possible.
  • the reactor 23 can be replaced with a simple conductor without providing the reactor 23.
  • the non-linear resistor 24 is provided in parallel with the semiconductor switch 22.
  • the non-linear resistor 24 functions at the final stage of the breaking operation of the DC breaker. Specifically, the current is temporarily stopped in a state in which the energization path 10 becomes non-current and the semiconductor switch 22 becomes non-current. Flowing. In the first stage of flowing temporarily, a current having the same value as the current flowing in the semiconductor switch 22 immediately before flows. When a current flows, the resistance value increases due to the non-linearity of the resistance, and the increased resistance value substantially reaches the current zero and completes the current interruption.
  • the current detector 31 detects the current flowing through the DC circuit breaker and transmits it to the controller 40. For this reason, the current detection unit 31 is provided in series outside the parallel connection of the switches 11 and 21, the semiconductor switch 22, and the nonlinear resistor 24. Specific examples of current detection include, for example, a configuration in which a resistor having a very small resistance value is inserted to detect the voltage at both ends, a configuration to detect a magnetic flux generated by current (DC CT), and the like.
  • the control unit 40 performs electrode open / close control of the switches 11 and 21, charge / discharge control of the commutation element 21, and on / off control of the semiconductor switch 22.
  • the control unit 40 includes a first control unit 40a, a second control unit 40b, a third control unit 40c, and a fourth control unit 40d as subordinate control units corresponding to these controls. However, information necessary for the control is transmitted between the lower-level control units so as to be shared with each other.
  • the first control unit 40 a is connected to the switch 11 and controls the opening and closing of the electrodes of the switch 11.
  • the second control unit 40 b is connected to the switch 12 and controls the opening / closing of the electrode of the switch 12.
  • the third control unit 40c is connected to the commutation element 21 and the first and second control units 40a and 40b.
  • the third control unit 40c has a control function of performing on / off control of the semiconductor switch 21b of the commutation element 21 and charging and discharging the charge / discharge functional element 21a of the commutation element 21 in advance at a predetermined timing.
  • the third control unit 40c includes the charge / discharge functional element 21a before the start of the electrode opening control of the switch 11 by the first control unit 40a and the start of the electrode opening control of the switch 12 by the second control unit 40b.
  • the charging control is performed in advance, and after the start of the electrode opening control of the switch 11 by the first control unit 40a and the start of the electrode opening control of the switch 12 by the second control unit 40b, the charge / discharge function It has at least each function of performing the discharge control for discharging the element 21a and performing the off transition control for shifting the semiconductor switch 21b to the off state after performing the discharge control.
  • the third control unit 40c is the switch 12 after the start of the electrode opening control of the switch 11 by the first control unit 40a and the start of the electrode opening control of the switch 12 by the second control unit 40b.
  • the discharge control is performed after the opening when it is assumed that the distance between the electrodes becomes a predetermined distance.
  • the third control unit 40c performs the off transition control after performing the control for discharging the charge / discharge functional element 21a and after commutation when the current flowing through the switch 12 is assumed to have reached zero. .
  • the fourth control unit 40d is connected to the semiconductor switch 22 and the third control unit 40c, and controls the semiconductor switch 22 on and off.
  • the fourth control unit 40d has at least a function of performing control to shift the semiconductor switch 22 off after the third control unit 40c performs the off transition control.
  • the fourth control unit 40d is a semiconductor that has been controlled after the third control unit 40c is turned off and after the opening when the interelectrode distance of the switch 11 is assumed to be a predetermined distance. Control to turn off the switch 22 is performed.
  • control unit 40 obtains information on an accident from an accident detection device (not shown), but the control unit 40 may determine that an accident has occurred by using the detected current from the current detection unit 31. Good.
  • FIGS. 2A to 2D show timing charts of the operation of the DC interrupter shown in FIG. With reference to FIGS. 2A to 2D, the operation of the DC interrupter shown in FIG. 1 will be described in time series.
  • FIG. 2A shows a time-series change in the total current (that is, the current detected by the current detection unit 31).
  • the first stage shown (the stage before time A) is a state in which a normal current is flowing, and the breakdown is all the current flowing in the switches 11 and 12. Naturally, no current flows through the semiconductor switch 22, the commutation element 21, the reactor 23, and the nonlinear resistor 24 before the time A.
  • the control unit 40 When an accident occurs in the DC power transmission system at time A, the total current increases as shown in FIG. 2A.
  • the fact that an accident has occurred is notified by the control unit 40 by a detected current from an unillustrated accident detection device or current detection unit 31 (time B).
  • the control unit 40 starts electrode opening control of the switches 11 and 21 (time C). Even when the electrode opening control is started, the arc current continues to flow through the switches 11 and 12. In that state, the commutation element 21 starts to be discharged under the control of the control unit 40 (time D).
  • the discharge of the commutation element 21 starts when the semiconductor switch 21b is turned on.
  • the semiconductor switch 21b is turned on, the charge previously charged in the charge / discharge functional element 21a is discharged so that the voltage between both electrodes of the charge / discharge functional element 21a is directed to zero, thereby causing the switch 12 to
  • the current that has been flowing is quickly commutated as a current passing through the commutation element 21. More specifically, it will be described below.
  • the lower electrode of the charging / discharging functional element 21a is charged in advance with a positive charge and the upper side of the charging with a negative charge in advance, one of the electrodes of the charging / discharging functional element 21a is in the off state while the semiconductor switch 21b is off. It is equivalent to being opened electrically and almost no discharge occurs.
  • the semiconductor switch 21b is turned on from this state, the discharge is performed from the lower electrode of the charge / discharge functional element 21a to the upper electrode of the charge / discharge functional element 21a through the semiconductor switch 21b, the reactor 23, and the switch 12. Arise.
  • This discharge current is in the opposite direction to the current that has flowed in the switch 12 so that the current that has flowed in the switch 12 is quickly commutated as a current passing through the commutation element 21.
  • the current interruption of the switch 12 is completed (time E: see FIG. 2B).
  • time D when the commutation element 21 starts to be discharged, a voltage starts to appear across the switch 12 due to the ON resistance of the semiconductor switch 21b (see FIG. 2D).
  • the point that the time from the time D to the time E can be adjusted by the inductance of the reactor 23 has already been outlined.
  • the time D is preferably after the opening when the distance between the electrodes of the switch 12 is assumed to be a predetermined distance. .
  • the semiconductor switch 21b of the commutation element 21 is switched off under the control of the control unit 40 (time F). That is, the control unit 40 assumes the time from the time D to the time E, and after the commutation time (time E) when the current flowing through the switch 12 is assumed to reach zero, the semiconductor switch 21b is turned off. Take control.
  • the current path passing through the switch 11 connected to the semiconductor switch 21b is cut off by the off-shift control of the semiconductor switch 21b by the control unit 40. Therefore, the current that has been flowing through the switch 11 until then is commutated as a current on the side of the semiconductor switch 22 in which the current flows (time F; see FIG. 2C). In a period from time F to time G to be described next, a certain voltage drop occurs in the semiconductor switch 22 due to the on-resistance of the semiconductor switch 22, and this voltage is applied to the DC circuit breaker ( (See FIG. 2D).
  • control unit 40 controls the semiconductor switch 22 to turn off the semiconductor switch 22 after the opening (time G) when the distance between the electrodes of the switch 11 is assumed to be a predetermined distance. To do.
  • the energization path 10 having the circuit breaker groups 11 and 12 is already impassable at a timing shortly after the time F, and the semiconductor switch 22 is also converted to current improperness at the time G. A current flows temporarily through the nonlinear resistor 24.
  • a series of interruption control can be performed as a DC interruption device.
  • This control procedure can be said to be a basic procedure in this DC interrupter, and it is also possible to perform control at the time of disconnection at a more strictly preferable timing so as not to deviate from this (described later).
  • the DC circuit breaker of this embodiment since a semiconductor switch is not used in the energization path 10, power loss during energization can be greatly reduced.
  • the switch 11 is slower than that of the switch 12 as a response to the electrode opening control, but has a high pressure resistance.
  • the switch 12 is faster than that of the switch 11 as a response to the electrode opening control, but has a low pressure resistance.
  • the current of the commutation element 21 is forcibly and quickly forced by the function of the commutation element 21 in accordance with the switch 12 having a fast response. Can commutate to the side. After that, by switching off the semiconductor switch 21b in the commutation element 21, the current of the switch 11 can be commutated to the semiconductor switch 22 side as a current to be quickly cut off. Therefore, the semiconductor switch 22 can be turned off before the value of the current to be cut off transferred to the semiconductor switch 22 increases so much, and the enlargement of the cut-off device can be avoided.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a vacuum valve, which is an element that can be included in the switch 12 shown in FIG.
  • the vacuum valve 50 includes a soot tube 51, a fixed side electrode 52, a movable side electrode 53, a fixed side energizing shaft 54, a movable side energizing shaft 55, and a bellows 56 as main components.
  • a vacuum switch can be used as the switch 12.
  • a vacuum switch is generally not a switch with high pressure resistance, but its response is relatively excellent. Therefore, even if a vacuum switch is used as the switch 12, the switch 12 is not applied to a low applied voltage by the commutation element 21 including the semiconductor switch 21b in the on state, which can occur after the current in the current path 10 is reduced to zero. In addition to being able to withstand, it is advantageous in that the time required for commutation of the switch 12 can be shortened.
  • the vacuum switch has a vacuum valve 50 as shown in FIG. 3, and in addition, a mechanism (not shown) for moving the movable side energizing shaft 55 in the axial direction is provided.
  • the inside of the cylindrical soot tube 51 is kept almost vacuum, and a bellows 56 is provided fixed to the movable side energizing shaft 55 and the soot tube 51 in order to block this vacuum from the outside.
  • the configuration of the vacuum valve 50 will be described below.
  • a fixed-side energizing shaft 54 is provided so as to penetrate the cylindrical upper surface of the soot tube 51, and the fixed-side energizing shaft 54 is fixed to the soot tube 51 at a penetrating portion to the soot tube 51.
  • the portion of the fixed-side energizing shaft 54 that protrudes through the cylindrical upper surface of the soot tube 51 serves as one terminal as a switch.
  • a flat disk-shaped fixed side electrode 52 having a common axis with the shaft is provided at the end of the fixed side energizing shaft 54 located inside the soot tube 51.
  • a movable side electrode 53 having a shape similar to that of the fixed side electrode 52 and having a common axis to the surface of the fixed side electrode 52 opposite to the side where the fixed side energization shaft 54 is located. The face is located.
  • the fixed side energizing shaft 54, the fixed side electrode 52, and the movable side electrode 53 are respectively connected to the movable side energizing shaft. 55 is provided.
  • the movable-side energizing shaft 55 is provided so as to penetrate the cylindrical lower surface of the soot tube 51, and a portion protruding through the movable-side energizing shaft 55 serves as the other terminal as a switch.
  • one side of the bellows 56 is fixed to the movable energizing shaft 55 and the other side is fixed to the soot tube 51. Even if the movable energizing shaft 55 is moved in the axial direction to open and close the current by the bellows 56, the inside of the soot tube 51 is always kept airtight.
  • the high voltage switch 11 is provided in series with the switch 12 in terms of the configuration of this apparatus.
  • the switch 12 is considered to be almost sufficient if it can withstand the voltage drop caused by the commutation element 21 including the semiconductor switch 21b in the on state. This voltage drop is estimated to be several kV at most, and the switch 12 as a vacuum switch can easily withstand such a voltage.
  • the time required for commutation of the switch 12 can be shortened by using the switch 12 that is a vacuum switch.
  • a vacuum switch having a longitudinal magnetic field electrode as the electrodes 52 and 53 improves the shut-off performance by controlling the arc current flowing between the electrodes by the longitudinal magnetic field after controlling the opening of the electrode, and suppresses damage to the electrode. Can do.
  • a slit is provided on each side surface of the fixed side electrode 52a and the energization side electrode 53a to add a circumferential component in the direction of current. It is a configured electrode.
  • a longitudinal magnetic field is added to the arc current between the electrodes 52a and 53a, whereby the charged particles are confined in the magnetic field and distributed evenly throughout the electrodes 52a and 53a. Therefore, the blocking performance can be improved and damage to the electrode can be suppressed.
  • the switch 11 for example, a gas switch in which SF 6 is sealed as an insulating gas is used. Can do.
  • a gas switch generally has high pressure resistance. Therefore, if a gas switch is used as the switch 11, it is possible to receive and withstand a high voltage applied to the DC interrupter that may occur after the current is interrupted. At this time, since the commutation element 21 in the off state (high resistance but not infinite) is provided in parallel on the other switch 12 side, the high applied voltage to the DC breaker is mainly Therefore, the switch 11 side bears.
  • FIG. 5 shows the configuration of the DC interrupter of the second embodiment (part 1).
  • This second embodiment is different in configuration from that shown in FIG. 1 in that the non-linear resistor 24 is connected in parallel to the series element of the semiconductor switch 22 and the reactor 23.
  • the non-linear resistor 24 is provided in parallel with only the semiconductor switch 22 as shown in FIG. 1, and is connected in parallel with the series element of the semiconductor switch 22 and the reactor 23 as described above. It can also be provided.
  • the purpose of providing the reactor 23 is to adjust the time from when the commutation element 21 starts to discharge until the current of the switch 12 reaches zero.
  • the nonlinear resistor 24 Since only the current flows temporarily in the last stage, even if the nonlinear resistor 24 is provided in any way, there is almost no influence on the function in which the current flows temporarily, and consequently, the DC cutoff operation.
  • FIG. 6 shows the configuration of the DC interrupter of Embodiment 2 (Part 2).
  • Part 2 the same components as those shown in FIG.
  • This second embodiment differs in configuration from that shown in FIG. 1 in that the position where the reactor 23 is provided is inserted only in the commutation element 21 so as to form a series. That is, the reactor 23 is not in a series arrangement relationship with the semiconductor switch 22, and is not in a series arrangement relationship with the nonlinear resistor 24. This can be said that the commutation element 21 is replaced with an element in which the charge / discharge functional element 21a, the semiconductor switch 21b, and the reactor 23 are connected in series. The reactor 23 can also be provided in such an arrangement.
  • the purpose of providing the reactor 23 is to adjust the time from when the discharge of the commutation element 21 is started until the current of the switch 12 reaches zero, and thus the reactor 23 is arranged in the arrangement shown in FIG. What you may provide is an easy consequence.
  • FIG. 7 shows the configuration of the DC interrupter according to the third embodiment.
  • This third embodiment is shown in FIG. 1 in that it further includes an additional element 13 connected in parallel to the switch 12 and functioning to reduce the maximum voltage that can be applied to the switch 12 as the current path 10A.
  • the structure is different.
  • the additional element 13 is provided in parallel with the switch 12, the maximum voltage applied to the switch 12 side can be more clearly reduced due to the structural difference from the switch 11 without such an additional element. it can.
  • the additional element 13 may be a resistor, a non-linear resistor, a capacitor, or a serial connection element of a capacitor and a resistor, in which one or more of them are connected in parallel.
  • the additional element 13 is a resistor or a non-linear resistor (for example, a zinc oxide element)
  • a voltage divided by resistance is applied to the switch 12 due to the difference in configuration from the switch 11 (with a small resistance, Applied voltage small).
  • the additional element 13 is a capacitor
  • a voltage divided in capacity is applied to the switch 12 due to the difference in configuration from the switch 11 (large capacitance and small applied voltage).
  • the additional element 13 is a series connection element of a capacitor and a resistor
  • a voltage divided by the impedance is applied to the switch 12 due to the difference in configuration with the switch 11 (the impedance is small and the applied voltage is small).
  • FIG. 8 shows the configuration of the DC interrupter of the fourth embodiment. In the figure, the same components as those shown in FIG.
  • the switch 11 is provided with a distance detector 14 that detects the distance between the electrodes of the switch 11 and transmits the distance to the controller 40, and detects the distance between the electrodes of the switch 12.
  • the configuration is different from that shown in FIG. 1 in that the distance detector 15 to be transmitted to the controller 40 is provided in the switch 12.
  • the distance detector 14 is provided in the switch 11 and detects the distance between the electrodes of the switch 11 and transmits it to the fourth controller 40d.
  • the fourth control unit 40d is configured so that the distance between the electrodes of the switch 11 becomes a predetermined distance after the third control unit 40c performs the off-transition control for switching off the semiconductor switch 21b. Control is performed to turn off the semiconductor switch 22 after the opening time detected by the distance detection unit 14.
  • the distance detection unit 15 detects the distance between the electrodes of the switch 12 provided in the second switch 12 and transmits it to the third control unit 40c.
  • the third control unit 40c is after the start of the electrode opening control of the switch 11 by the first control unit 40a and the start of the electrode opening control of the switch 12 by the second control unit 40b, and the switch 12
  • the discharge control is performed after the opening when the distance detecting unit 15 detects that the distance between the electrodes becomes a predetermined distance.
  • the control unit 40 when the control unit 40 performs discharge control on the commutation element 21, the current flowing through the switch 12 starts to decrease, and voltage starts to be applied to the switch 12. . Therefore, according to this form, since the control part 40 can perform discharge control with respect to the commutation element 21 based on the result of having detected the distance between the electrodes of the switch 12, there is no problem with the generated voltage. A voltage is preferably applied to the switch 12 that has obtained the distance between the electrodes.
  • the switch 11 when the control for switching off the semiconductor switch 22 is performed, the path of the flowing current is only the path passing through the non-linear resistor 24. A very large voltage is applied. According to this embodiment, since the semiconductor switch 22 can be controlled to be turned off based on the result of detecting the interelectrode distance of the switch 11, the interelectrode distance of the switch 11 having high pressure resistance is determined at that time. It is preferable to open at a predetermined distance.
  • FIG. 9A to 9D are timing charts showing the operation of the DC interrupter shown in FIG. 9A to 9D are almost the same as those shown in FIG. 2, and the contents already described can be referred to for the same points.
  • the points described in FIG. 8 will be described again with reference to FIG. 9.
  • FIG. 10 shows the configuration of the DC interrupter of the fifth embodiment. In the figure, the same components as those shown in FIG.
  • a current detection unit 16 that detects a current flowing through the switch 11 and transmits the current to the control unit 40 in series with the switch 11 is provided as the energization path 10 ⁇ / b> C and flows through the switch 12.
  • the configuration differs from that shown in FIG. 1 in that a current detection unit 17 that detects and transmits a current to the control unit 40 is provided in series with the switch 12.
  • the current detection units 16 and 17 can employ the same configuration as that of the current detection unit 31.
  • the current detection unit 16 is provided in series with the switch 11 and detects the current flowing through the switch 11 and transmits it to the fourth control unit 40d.
  • the fourth control unit 40d has a current detection unit that the current flowing through the switch 11 has reached zero after the third control unit 40c performs the off-transition control to switch off the semiconductor switch 21a. After the commutation detected by 16, the semiconductor switch 22 is controlled to be turned off.
  • the current detection unit 17 is provided in series with the switch 12, detects the current flowing through the switch 12, and transmits it to the third control unit 40 c.
  • the third control unit 40c performs control for discharging the charge / discharge functional element 21a, and after commutation when the current detection unit 17 detects that the current flowing through the switch 12 has reached zero. In addition, off-transition control is performed.
  • Advantages of providing the current detection unit 17 in series with the switch 12 are as follows. Control for discharging the functional element 21a of the commutation element 21 by the control unit 40 is performed so that the current flowing through the switch 12 becomes zero. Thereby, commutation of the current flowing through the switch 12 is completed. It takes some time until the current actually flowing through the switch 12 reaches zero after the discharge control. Therefore, it is preferable to take the time into account and perform the next control of the semiconductor switch 21b OFF transition control. According to this embodiment, it can be recognized by the current detection unit 17 that the current has reached zero, and this can be dealt with better.
  • the advantages of providing the current detection unit 16 in series with the switch 11 are as follows. With this configuration, the time point when the current detection unit 11 detects that the current flowing through the switch 11 has reached zero is regarded as the time point when the distance between the electrodes of the switch 11 is already a predetermined distance. it can. Although the responsiveness of the electrode opening of the switch 11 is slower than that of the switch 12, the start of the electrode opening control is simultaneous, and each control is performed on the assumption that the switch 12 reaches the electrode opening after the start. Therefore, when the current detector 16 detects that the current flowing through the switch 11 has reached zero after that, there is sufficient probability that the distance between the electrodes of the switch 11 is already a predetermined distance. This is because it is considered high.
  • FIG. 11A to 11D are timing charts showing the operation of the DC interrupter shown in FIG. 11A to 11D are almost the same as those shown in FIG. 2, and the contents already described can be referred to for the same points.
  • the point described in FIG. 10 will be described again with reference to FIG. 11.
  • the switching is performed at time F.
  • the flow element 21 is controlled off, which is a preferred timing.
  • the semiconductor switch 22 is turned off, which is a preferable timing.
  • the DC interrupter of each embodiment since no semiconductor switch is used in the energization path, power loss during energization can be greatly reduced.
  • the first switch 11 is slower than that of the second switch 12 as a response to the electrode opening control, but has a high pressure resistance.
  • the second switch 12 is faster than that of the first switch 11 as a response to the electrode opening control, but has a low pressure resistance.
  • the commutation element 21 since the commutation element 21 is inserted in parallel with the second switch 12, the commutation element 21 acts to force the current to be quickly and quickly commutated according to the fast response switch 12. Can be commutated to the side. Thereafter, the first semiconductor switch 21b in the commutation element 21 is turned off, so that the current of the first switch 11 is turned to the second semiconductor switch 22 side as a current to be quickly cut off. Can be washed away. Therefore, the second semiconductor switch 22 can be turned off before the value of the current to be cut off transferred to the second semiconductor switch 22 increases so much, and the enlargement of the cut-off device can be avoided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

この直流遮断装置は、通電路と、第１の半導体スイッチを有する転流要素と、第２の半導体スイッチと、導電経路と、非線形抵抗器とを持つ。通電路は、ともに非半導体デバイスである、第１の耐圧性の第１の開閉器と、第１の耐圧性より低い耐圧性の第２の開閉器との直列接続である。転流要素は、第１、第２の開閉器の接続ノードに一端が接続された、充放電機能を有する素子と第１の半導体スイッチとの直列接続要素である。第２の半導体スイッチは、転流要素の他端と、第２の開閉器に接続される側の端部とは反対の第１の開閉器の端部と間に接続して設けられている。

Description

直流遮断装置、直流遮断方法
　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および直流遮断方法に関する。
　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。この目的で遮断装置が用いられるが、特に直流送電では、送電される直流に電流ゼロ点がないため交流遮断の場合にはない困難さがある。
　現状の直流遮断装置には、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。その一方で開閉器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。
　直流遮断装置の通電路は、電気抵抗が小さいほど好ましい。この電気抵抗は、通常時の電力損失になるためである。また、直流遮断装置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。遅くなるほど事故時の電流が増加していき、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。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、遮断装置として大型化する。
Juergen Haefner, Bjoern Jacobson,"Proactive Hybrid HVDC Breakers - A key innovation for reliable HVDC grids", 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", Ciger, Canada conference, Calgary, Canada 9-11 September, 2013
　本発明が解決しようとする課題は、通常時の通電損失を低く抑えかつ大型化を回避することが可能な直流遮断装置および直流遮断方法を提供することである。
　実施形態の直流遮断装置は、通電路と、第１の半導体スイッチを有する転流要素と、第２の半導体スイッチと、導電経路と、非線形抵抗器とを持つ。通電路は、非半導体デバイスである、所定の第１の耐圧性を有する第１の開閉器と、非半導体デバイスである、前記第１の耐圧性より耐圧性が低い第２の耐圧性を有する第２の開閉器とが直列に接続されて構成される。
　転流要素は、前記第１の開閉器と前記第２の開閉器との接続ノードに一端が接続された、充放電機能を有する機能素子と第１の半導体スイッチとが直列に接続された要素である。第２の半導体スイッチは、前記転流要素の他端と、前記第２の開閉器に接続される側の端部とは反対の側の前記第１の開閉器の端部と間に接続して設けられている。導電経路は、前記転流要素の前記他端と、前記第１の開閉器に接続される側の端部とは反対の側の前記第２の開閉器の端部との間に接続して設けられている。非線形抵抗器は、前記第２の半導体スイッチと並列に接続して設けられている。
　また、実施形態の直流遮断装置は、上記の直流遮断装置による直流遮断方法であって次のような方法である。すなわち、（１）前記転流要素の前記機能素子にあらかじめ充電し、（２）前記第１の開閉器の電極開制御の開始および前記第２の開閉器の電極開制御の開始より後に、前記機能素子を放電し、（３）前記機能素子を放電した後に、前記第１の半導体スイッチをオフに移行し、（４）前記第１の半導体スイッチをオフに移行した後に、前記第２の半導体スイッチをオフに移行する。
実施形態１の直流遮断装置を示す構成図。 図１に示した直流遮断装置の動作を説明するタイミングチャート（全電流）。 図１に示した直流遮断装置の動作を説明するタイミングチャート（開閉器１２の電流）。 図１に示した直流遮断装置の動作を説明するタイミングチャート（開閉器１１の電流）。 図１に示した直流遮断装置の動作を説明するタイミングチャート（直流遮断装置への印加電圧）。 図１中に示した開閉器１２に含まれ得る要素である真空バルブを模式的に示す断面図。 図３に示した真空バルブが有する電極の変形例を模式的に示す斜視図。 第２実施形態（その１）の直流遮断装置を示す構成図。 第２実施形態（その２）の直流遮断装置を示す構成図。 第３実施形態の直流遮断装置を示す構成図。 第４実施形態の直流遮断装置を示す構成図。 図８に示した直流遮断装置の動作を説明するタイミングチャート（全電流）。 図８に示した直流遮断装置の動作を説明するタイミングチャート（開閉器１２の電流）。 図８に示した直流遮断装置の動作を説明するタイミングチャート（開閉器１１の電流）。 図８に示した直流遮断装置の動作を説明するタイミングチャート（直流遮断装置への印加電圧）。 第５実施形態の直流遮断装置を示す構成図。 図１０に示した直流遮断装置の動作を説明するタイミングチャート（全電流）。 図１０に示した直流遮断装置の動作を説明するタイミングチャート（開閉器１２の電流）。 図１０に示した直流遮断装置の動作を説明するタイミングチャート（開閉器１１の電流）。 図１０に示した直流遮断装置の動作を説明するタイミングチャート（直流遮断装置への印加電圧）。
（第１実施形態）
　以上を踏まえ、以下では実施形態の直流遮断装置を図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の直流遮断装置の構成を示している。図１に示すように、この直流遮断装置は、通電路１０、転流要素２１、半導体スイッチ２２、リアクトル２３、非線形抵抗器２４、電流検出部３１、制御部４０を有する。転流要素２１は、充放電機能素子２１ａと半導体スイッチ２１ｂとが直列に接続され構成されている。
　通電路１０は、所定の大きな耐圧性（後述）を有する開閉器１１と、それより耐圧性が低い開閉器１２とが直列に接続され構成されている。開閉器１１、１２は、両者とも非半導体デバイスであり、開閉器１１と開閉器１２と比較すると開閉器１２の方が電極開制御に対する応答が速い。ただし、開閉器１２とはいえども非半導体デバイスであるため、半導体デバイスほどには高速に応答できない。以下の説明で開閉器１１と開閉器１２とを合わせて開閉器群と称する場合がある。
　この直流遮断装置の概略の動作は以下である。通常時は、開閉器１１、１２を閉じて通電路１０に電流を流す。事故等で電流遮断を要するときは、速やかに開閉器１１、１２の電極開制御を開始するが、先に電極開の状態に至る開閉器１２に対応して、その流れていた電流を転流要素２１を機能させて素早く転流要素２１を通る経路に転流する。
　この転流直後は開閉器１１の電極開制御は完了しておらず開閉器１１に電流が流れている。そこで、その後速やかに転流要素２１にある半導体スイッチ２１ｂをオフに移行すると、開閉器１１に引き続き流れていた電流が、電流が流れるように制御されている半導体スイッチ２２を通る経路に転流する。そして、さらにその後半導体スイッチ２２をオフに移行することによりその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器は対応している。以下では、説明便宜のため、通常時の直流電流は図示左から右へ流れているものとして説明する。まず、図１中に示した各構成物について説明する。
　開閉器１１は、電流の通、不通を切り替えることができる、すでに述べたように非半導体デバイス（機械式のデバイス）である。開閉器１２も非半導体デバイスで、電流の通、不通を切り替えることができる。開閉器１１と開閉器１２とは、耐圧性と電極開制御に対する応答速度とにおいて互いに利点を補完し合う関係になっており、このように特性の異なる開閉器を直列に接続して役割を分担している。開閉器１１と開閉器１２とは、ともにその有する電極の開閉が制御部４０により制御される。
　転流要素２１は、開閉器１１と開閉器１２との接続ノードに一端が接続された、開閉器１２に流れていた電流を素早く転流要素２１（およびリアクトル２３）を通る経路に転流するための要素である。転流要素２１は、充放電機能素子２１ａ（例えばキャパシタ）と半導体スイッチ２１ｂとが直列に接続され構成されている。
　充放電機能素子２１ａには、制御部４０によってあらかじめ充電がされており、この状態で半導体スイッチ２１ｂをオンに移行すると、充放電機能素子２１ａの両電極間の電圧をゼロに向かわせるように充電電荷が放電され、これにより開閉器１２に流れていた電流が素早く転流要素２１を通過する電流として転流する。転流要素２１の充電および放電の制御は制御部４０によりなされる。
　半導体スイッチ２２は、転流要素２１の他端と、開閉器１２に接続される側の端部とは反対の側の開閉器１１の端部と間に接続して設けられている。半導体スイッチ２２は、電流の通、不通を切り替える半導体のスイッチであり、切り替えの制御（オンオフ制御）は制御部４０による。
　半導体スイッチ２２の具体例として、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、この単位要素を多数直列に接続して全体として２つの主電極端子を有するようにした構成物を用いている。ＩＧＢＴそれぞれのゲートに制御部４０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）になる。
　半導体スイッチ２２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。例えば、逆並列接続のサイリスタを単位要素として、これを多数直列に接続して全体として２つの主電極端子を有するようにした構成物も採用できる。半導体スイッチ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、上記の単位要素の直列数に依存して大きくなり、つまり半導体スイッチ２２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、この半導体スイッチ２２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装置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。このためには、一般にある程度大きな（例えば数百）の直列数が必要になる。
　半導体スイッチ２２を切り替える制御部４０による制御は、通常時は半導体スイッチ２２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移行である。ただし、これに限らず、通常時に半導体スイッチ２２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スイッチ２２をオンとする制御も採り得る選択である。
　リアクトル２３は、転流要素２１の他端と、開閉器１１に接続される側の端部とは反対の側の開閉器１２の端部との間に接続して設けられている。リアクトル２３は、転流要素２１の放電が開始されてから開閉器１２の電流をゼロに至らせるまでの時間を調整するため挿入されている。開閉器１２の電流をゼロに至らせるタイミングは、その電極開制御が完了、確立した後が好ましいので、リアクトル２３を図示するように設けそのリアクタンスを加減することで放電電流を抑制し上記の調整が可能になる。調整の必要性が低い場合には、リアクトル２３を設けず単なる導線に代えることもできる。
　非線形抵抗器２４は、半導体スイッチ２２と並列に接続して設けられている。非線形抵抗器２４は、この直流遮断器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、半導体スイッチ２２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。一時的に流れる最初の段階では、その直前に半導体スイッチ２２に流れていた電流と同じ値の電流が流れる。電流が流れ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。
　電流検出部３１は、この直流遮断器に流れる電流を検出し、これを制御部４０に伝える。このため、電流検出部３１は、開閉器１１、２１と半導体スイッチ２２と非線形抵抗器２４との並列接続の外側に直列に設けられている。電流検出の具体例として、例えば、ごく小さい抵抗値を有する抵抗器を挿入しその両端電圧を検出する構成や、電流によって生じる磁束を検出する構成（直流ＣＴ）などが挙げられる。
　制御部４０は、開閉器１１、２１の電極開、電極閉の制御、転流要素２１の充放電の制御、および半導体スイッチ２２のオンオフ制御を行う。制御部４０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として、第１の制御部４０ａ、第２の制御部４０ｂ、第３の制御部４０ｃ、第４の制御部４０ｄが存在するが、それらの下位の制御部間では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。
　第１の制御部４０ａは、開閉器１１に接続されており、開閉器１１の電極開閉を制御する。第２の制御部４０ｂは、開閉器１２に接続されており、開閉器１２の電極開閉を制御する。第３の制御部４０ｃは、転流要素２１および第１、第２の制御部４０ａ，４０ｂに接続されている。第３の制御部４０ｃは、転流要素２１の半導体スイッチ２１ｂをオンオフ制御するとともに、転流要素２１の充放電機能素子２１ａにあらかじめ充電しかつ所定のタイミングで放電する制御機能を有する。
　第３の制御部４０ｃは、第１の制御部４０ａによる開閉器１１の電極開制御の開始および第２の制御部４０ｂによる開閉器１２の電極開制御の開始より前に、充放電機能素子２１ａにあらかじめ充電する充電制御を行い、かつ、第１の制御部４０ａによる開閉器１１の電極開制御の開始および第２の制御部４０ｂによる開閉器１２の電極開制御の開始より後に、充放電機能素子２１ａを放電する放電制御を行い、かつ、放電制御を行った後に、半導体スイッチ２１ｂをオフに移行するオフ移行制御を行う各機能を少なくとも有する。
　第３の制御部４０ｃは、第１の制御部４０ａによる開閉器１１の電極開制御の開始および第２の制御部４０ｂによる開閉器１２の電極開制御の開始より後で、かつ、開閉器１２の電極間距離が所定の距離になったと想定される開極時以降に、放電制御を行う。
　第３の制御部４０ｃは、充放電機能素子２１ａを放電する制御を行った後で、かつ、開閉器１２を流れる電流がゼロに至ったと想定される転流時以降に、オフ移行制御を行う。
　第４の制御部４０ｄは、半導体スイッチ２２および第３の制御部４０ｃに接続されており、半導体スイッチ２２をオンオフ制御する。第４の制御部４０ｄは、第３の制御部４０ｃによりオフ移行制御がなされた後に、半導体スイッチ２２をオフに移行する制御を行う機能を少なくとも有する。
　第４の制御部４０ｄは、第３の制御部４０ｃによるオフ移行制御がなされた後で、かつ、開閉器１１の電極間距離が所定の距離になったと想定される開極時以降に、半導体スイッチ２２をオフに移行する制御を行う。
　また、制御部４０は、不図示の事故検出装置から事故に関する情報を得るが、事故発生の旨は、電流検出部３１からの検出電流を活用することにより制御部４０において判断するようにしてもよい。
　図２Ａから図２Ｄは、図１に示した直流遮断装置の動作をタイミングチャートで示している。図２Ａから図２Ｄを参照して、図１に示した直流遮断装置についてその動作を時系列的に説明する。
　図２Ａには、全電流（つまり、電流検出部３１により検出される電流）の時系列的な変化が示されている。図示の最初の段階（時刻Ａ以前の段階）は、通常時の電流が流れている状態であり、その内訳はすべて開閉器１１、１２に流れている電流である。当然と言えるが時刻Ａ以前の段階で半導体スイッチ２２、そして転流要素２１、リアクトル２３、非線形抵抗器２４には電流は流れていない。
　時刻Ａにおいて直流送電系統に事故が発生すると、図２Ａに示すように全電流は増加していく。事故発生の旨は不図示の事故検出装置または電流検出部３１からの検出電流により制御部４０で了知される（時刻Ｂ）。これを受けて制御部４０は、開閉器１１、２１の電極開制御を開始する（時刻Ｃ）。電極開制御を開始しても、開閉器１１、１２にはアーク電流が流れ続ける。その状態において制御部４０からの制御で転流要素２１の放電を開始する（時刻Ｄ）。
　転流要素２１の放電は、具体的には、半導体スイッチ２１ｂをオンに移行して開始する。半導体スイッチ２１ｂをオンに移行すると、あらかじめ充放電機能素子２１ａに充電されていた電荷が、充放電機能素子２１ａの両電極間の電圧をゼロに向かわせるように放電され、これにより開閉器１２に流れていた電流が素早く転流要素２１を通る電流として転流する。さらに具体的に説明すると以下である。
　充放電機能素子２１ａの図示下側の電極をプラス、図示上側をマイナスの電荷であらかじめ充電しておくと、半導体スイッチ２１ｂがオフになっている間は、充放電機能素子２１ａの片方の電極が電気的にオープンにされているのと等価でありほぼ放電は起こらない。この状態から半導体スイッチ２１ｂをオンに移行すると、充放電機能素子２１ａの図示下側電極から、半導体スイッチ２１ｂ、リアクトル２３、開閉器１２を経て充放電機能素子２１ａの図示上側の電極へと放電が生じる。
　この放電電流は開閉器１２においてはそれまで流れていた電流とは逆向きであり、したがって、開閉器１２に流れていた電流が素早く転流要素２１を通る電流として転流する。これにより開閉器１２の電流遮断は完了する（時刻Ｅ：図２Ｂを参照）。
　なお、転流要素２１の放電が開始される時刻Ｄ以降は、半導体スイッチ２１ｂのオン抵抗により、開閉器１２の両端に電圧が生じ始める（図２Ｄ参照）。ここで時刻Ｄから時刻Ｅまでの時間はリアクトル２３のインダクタンスにより調整可能である点はすでに概略説明している。しかし、時刻Ｄ以降であれば開閉器１２の両端に電圧が生じ得るので、時刻Ｄは、開閉器１２の電極間距離が所定の距離になったと想定される開極時以降であることが好ましい。
　上記の時刻Ｅ後も、開閉器１１の側はその電極開制御に対する応答が遅いことにも起因して電流が流れ続ける（図２Ｃを参照）。その状態において、次に、制御部４０からの制御により転流要素２１の半導体スイッチ２１ｂをオフに切り替える（時刻Ｆ）。すなわち、制御部４０は、時刻Ｄから時刻Ｅまでの時間を想定して、開閉器１２を流れる電流がゼロに至ったと想定される転流時（時刻Ｅ）以降に、半導体スイッチ２１ｂのオフ移行制御を行う。
　制御部４０による半導体スイッチ２１ｂのオフ移行制御により、半導体スイッチ２１ｂにつながる開閉器１１を通過する電流経路が遮断される。よって、今度はそれまで開閉器１１に流れていた電流が、電流が流れる状態にされている半導体スイッチ２２の側の電流として転流する（時刻Ｆ；図２Ｃを参照）。おおよそ時刻Ｆから次に説明する時刻Ｇまでの期間においては、半導体スイッチ２２のオン抵抗のため半導体スイッチ２２に一定程度の電圧降下が生じており、これがこの直流遮断装置への印加電圧になる（図２Ｄを参照）。
　時刻Ｆのあと、開閉器１１の電極間距離が所定の距離になったと想定される開極時以降（時刻Ｇ）に、半導体スイッチ２２をオフ状態にすべく制御部４０は半導体スイッチ２２を制御する。このときすでに、時刻Ｆから間もないタイミングで遮断器群１１、１２を有する通電路１０が電流不通であり、かつ、時刻Ｇで半導体スイッチ２２も電流不通に変換されるため、時刻Ｇ以降、非線形抵抗器２４に電流が一時的に流れる。
　一時的に流れる最初の段階では、その直前に半導体スイッチ２２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２４に比較的大きな電圧降下（例えば５００ｋＶ）が生じる。非線形抵抗器２４に電流が流れ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（時刻Ｈ；時刻Ａから例えば数ｍｓ）。時刻Ｈ以降は、この直流送電系統に応じた直流電圧（例えば３００ｋＶ）がこの直流遮断装置に印加された状態になる（図２Ｄを参照）。
　以上のような制御部４０による時系列的な制御により、直流遮断装置として一連の遮断制御を行うことが可能になる。この制御手順は、この直流遮断装置において基本的な手順と言えるものであり、これを逸脱しないようにさらに厳密に好ましいタイミングで遮断時の制御を行うことも可能である（後述する）。
　以上説明したように、この実施形態の直流遮断装置によれば、通電路１０に半導体スイッチが使われないことから、通電時の電力損失を大きく減じることができる。開閉器１１は、その電極開制御に対する応答として、開閉器１２のそれより遅いが、耐圧性が高い。逆に、開閉器１２は、その電極開制御に対する応答として、開閉器１１のそれより速いが、耐圧性が低い。高耐圧の開閉器１１を開閉器１２と直列に接続して設けることにより、直流遮断装置として必要な高耐圧性を確保している。
　また、一方の開閉器１２に並列に転流要素２１を挿入しているので、転流要素２１のはたらきにより、速い応答の開閉器１２に応じてその電流を強制的に素早く転流要素２１の側に転流することができる。しかる後、転流要素２１にある半導体スイッチ２１ｂをオフに移行することにより、今度は開閉器１１の電流を素早く遮断すべき電流として半導体スイッチ２２の側に転流することができる。したがって、半導体スイッチ２２に移った遮断すべき電流においてその値があまり増大しないうちに半導体スイッチ２２をオフに移行することが可能であり、遮断装置として大型化を回避できる。
　次に、図３は、図１中に示した開閉器１２に含まれ得る要素である真空バルブを模式的に示す断面図である。図３に示すように、この真空バルブ５０は、碍管５１、固定側電極５２、可動側電極５３、固定側通電軸５４、可動側通電軸５５、ベローズ５６を主たる構成要素として有している。
　図１、図２Ａから図２Ｄの説明においては開閉器１２の具体例について言及しなかったが、開閉器１２としては、真空開閉器を利用することができる。真空開閉器は、一般に耐圧性が高い開閉器とは言えないが応答性は比較的優れている。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、オン状態の半導体スイッチ２１ｂを含む転流要素２１による低印加電圧には開閉器１２は耐えることができる上に、開閉器１２の転流までに要する時間を短縮できる点が利点になる。
　真空開閉器は、図３に示すような真空バルブ５０を有しており、これ以外に、可動側通電軸５５をその軸方向に所望に移動させるための機構（不図示）などが備えられる。円筒状の碍管５１の内部はほぼ真空に保たれ、この真空を外と遮断するため、可動側通電軸５５および碍管５１に固定してベローズ５６が設けられている。真空バルブ５０の構成について以下説明する。
　碍管５１の円筒上面に貫通するように固定側通電軸５４が設けられ、固定側通電軸５４は、碍管５１への貫通部で碍管５１に固定されている。碍管５１の円筒上面を貫通して突起している固定側通電軸５４の部分が開閉器としての一方の端子になる。碍管５１の内部に位置する固定側通電軸５４の端部には、その軸と共通する軸を有するような、扁平な円盤状の固定側電極５２が設けられている。固定側通電軸５４が位置する側とは反対の側の固定側電極５２の面に対向して、固定側電極５２と同様な形状を有しかつその軸と共通する軸を有する可動側電極５３の面が位置している。
　可動側電極５３の、固定側電極５２と対向する面の側とは反対の側には、固定側通電軸５４、固定側電極５２、可動側電極５３のそれぞれと軸を共通に可動側通電軸５５が設けられている。可動側通電軸５５は、碍管５１の円筒下面を貫通するように設けられ、その貫通して飛び出している部分が開閉器としての他方の端子になる。なお、すでに説明したようにベローズ５６はその一方の側が可動側通電軸５５に固定して設けられているとともに、その他方の側が碍管５１に固定されている。ベローズ５６により、可動側通電軸５５が、電流の開閉のためその軸方向に移動されても、常に碍管５１内は気密が保たれる。
　図１に示した直流遮断装置を、例えば直流３００ｋＶ程度の系統に使用した場合を考えると、開閉器１２に対して高耐圧の開閉器１１が直列に設けられている等のこの装置の構成上、開閉器１２としては、オン状態の半導体スイッチ２１ｂを含む転流要素２１による電圧降下分に耐えられればほぼ足りると考えられる。この電圧降下は大きくとも数ｋＶと見積もられ、真空開閉器である開閉器１２でもこの程度の電圧には容易に耐えられる。そして、真空開閉器である開閉器１２の使用により、開閉器１２の転流までに要する時間を短縮することができる。
　なお、真空開閉器の中でも特に電極５２、５３として平板電極を有するものは閉状態での電気抵抗が低く、これにより通電時の電力損失を低減できることが利点になる。また、特に電極５２、５３として縦磁界電極を有する真空開閉器は、その電極開制御後に電極間に流れるアーク電流を縦磁界により拡散制御して遮断性能を向上させまた電極の損傷を抑制することができる。
　縦磁界電極とは、例えば、図４に示した模式図を参照して、固定側電極５２ａ、通電側電極５３ａのそれぞれの側面にスリットを設けて、電流の向きに周方向成分を加えるように構成した電極である。電極５２ａ、５３ａ間の電流が周方向成分を持つと電極５２ａ、５３ａ間のアーク電流に縦磁界が加わり、これにより、荷電粒子が磁界中に閉じ込められて電極５２ａ、５３ａ全体に平等に分散するため、遮断性能が向上しまた電極の損傷を抑制することができる。
　なお、図１、図２Ａから図２Ｄの説明において開閉器１１の具体例にも言及しなかったが、開閉器１１としては、例えば絶縁ガスとしてＳＦ６が封入されたガス開閉器を利用することができる。ガス開閉器は、一般に耐圧性が高い。そこで、開閉器１１としてガス開閉器を用いれば、電流遮断後に生じ得る直流遮断装置への高印加電圧を受け止めて耐えることが可能である。なお、このとき、他方の開閉器１２の側はオフ状態の転流要素２１（高抵抗ではあるが無限大ではない）が並列に設けられているため、直流遮断装置への高印加電圧は主に開閉器１１の側が負担することになる。
（第２実施形態）
　次に、第２実施形態の直流遮断装置について図５（その１）、図６（その２）を参照して説明する。図５は、第２実施形態（その１）の直流遮断装置の構成を示している。同図において、図１中に示した構成物と同一のものには同一符号を付しその説明は省略する。
　この第２実施形態は、非線形抵抗器２４が、半導体スイッチ２２とリアクトル２３との直列要素に対して並列に接続して設けられている点で、図１に示したものと構成が異なる。この非線形抵抗器２４は、図１に示したように半導体スイッチ２２のみに対して並列に接続して設けるほかに、このように、半導体スイッチ２２とリアクトル２３との直列要素に対して並列に接続して設けることもできる。
　リアクトル２３を設けた目的は、転流要素２１の放電が開始されてから開閉器１２の電流をゼロに至らせるまでの時間を調整することにあり、一方、非線形抵抗器２４は、直流遮断の最後の段階で一時的に電流が流れるに過ぎないので、いずれのように非線形抵抗器２４を設けても、一時的に電流が流れる機能、ひいては直流遮断動作に対して影響はほぼない。
　次に、図６は、実施形態２（その２）の直流遮断装置の構成を示している。同図において、図１中に示した構成物と同一のものには同一符号を付しその説明は省略する。
　この第２実施形態は、リアクトル２３を設ける位置が、転流要素２１にのみシリーズになるように挿入されている点で、図１に示したものと構成が異なる。すなわち、リアクトル２３は、半導体スイッチ２２とはシリーズの配置関係にはなっておらず、非線形抵抗器２４ともシリーズの配置関係にはなっていない。これは、転流要素２１が充放電機能素子２１ａと半導体スイッチ２１ｂとさらにリアクトル２３とが直列に接続された要素に置き換わっているとも言い得る。リアクトル２３はこのような配置で設けることもできる。
　リアクトル２３を設けた目的は、転流要素２１の放電が開始されてから開閉器１２の電流をゼロに至らせるまでの時間を調整することにあり、よって、図６に示す配置でリアクトル２３を設けてもよいことは容易な帰結である。
（第３実施形態）
　次に、第３実施形態の直流遮断装置について図７を参照して説明する。図７は、第３実施形態の直流遮断装置の構成を示している。同図において、図１中に示した構成物と同一のものには同一符号を付しその説明は省略する。
　この第３実施形態は、通電路１０Ａとして、開閉器１２に並列に接続された、開閉器１２に印加され得る最大電圧を軽減させるように機能する付加要素１３をさらに有する点で図１に示したものと構成が異なる。開閉器１２に並列に付加要素１３を設けると、このような付加要素がない開閉器１１との構成上の相違から、開閉器１２の側に印加される最大電圧をさらに明確に低下させることができる。
　ここで、付加要素１３は、例えば、抵抗器、非線形抵抗器、キャパシタ、およびキャパシタと抵抗器との直列接続要素の中から、そのひとつまたは２つ以上を並列に接続したものを採用できる。付加要素１３が抵抗器あるいは非線形抵抗器（例えば酸化亜鉛素子など）の場合、開閉器１１との構成上の相違から、抵抗分圧された電圧が開閉器１２に印加される（抵抗小で、印加電圧小）。
　同様に、付加要素１３がキャパシタの場合は、開閉器１１との構成上の相違から、容量分圧された電圧が開閉器１２に印加される（静電容量大で、印加電圧小）。付加要素１３がキャパシタと抵抗器との直列接続要素の場合、開閉器１１との構成上の相違から、インピーダンスにより分圧された電圧が開閉器１２に印加される（インピーダンス小で、印加電圧小）。
（第４実施形態）
　次に、第４実施形態の直流遮断装置について図８を参照して説明する。図８は、第４実施形態の直流遮断装置の構成を示している。同図において、図１中に示した構成物と同一のものには同一符号を付しその説明は省略する。
　この第４実施形態は、通電路１０Ｂとして、開閉器１１の電極間距離を検出して制御部４０に伝える距離検出部１４を開閉器１１に設け、かつ、開閉器１２の電極間距離を検出して制御部４０に伝える距離検出部１５を開閉器１２に設けた点で図１に示したものと構成が異なる。
　距離検出部１４は、開閉器１１に設けられており、開閉器１１の電極間距離を検出して第４の制御部４０ｄに伝える。
　第４の制御部４０ｄは、第３の制御部４０ｃによる半導体スイッチ２１ｂをオフに移行するオフ移行制御がなされた後で、かつ、開閉器１１の電極間距離が所定の距離になったことが距離検出部１４によって検出された開極時以降に、半導体スイッチ２２をオフに移行する制御を行う。
　距離検出部１５は、第２の開閉器１２に設けられた、開閉器１２の電極間距離を検出して第３の制御部４０ｃに伝える。
　第３の制御部４０ｃが、第１の制御部４０ａによる開閉器１１の電極開制御の開始および第２の制御部４０ｂによる開閉器１２の電極開制御の開始より後で、かつ、開閉器１２の電極間距離が所定の距離になったことが距離検出部１５によって検出された開極時以降に、放電制御を行う。
　開閉器１２においては、すでに説明したように、転流要素２１に対して制御部４０が放電制御を行うと、開閉器１２に流れる電流が減少し始め、開閉器１２には電圧が印加され始める。したがって、この形態によれば、開閉器１２の電極間距離を検出した結果に基づき転流要素２１に対して制御部４０が放電制御を行うことができるので、発生電圧に対して問題ないような電極間距離を得た開閉器１２に電圧が印加されることになり好ましい。
　また、開閉器１１においては、すでに説明したように、半導体スイッチ２２をオフに移行する制御を行うと、流れる電流の経路は非線形抵抗器２４を通る経路のみになり、したがって、この直流遮断装置には非常に大きな電圧が印加される。この形態によれば、開閉器１１の電極間距離を検出した結果に基づき半導体スイッチ２２をオフに移行する制御を行うことができるので、耐圧性の高い開閉器１１の電極間距離はその時点で所定の距離に開いており好ましい。
　図９Ａから図９Ｄは、図８に示した直流遮断装置の動作をタイミングチャートで示している。図９Ａから図９Ｄは、図２の図示とほとんど同じであり、同じ点に関してはすでに説明した内容を参照することができる。図８で説明した点をもう一度、図９を参照して説明すると、開閉器１２が開極したタイミング（＝耐圧性を得たタイミング；時刻Ｃ１）よりあとのタイミングである時刻Ｄで転流要素２１の放電が開始されており、これは好ましいタイミングである。また、開閉器１１が開極したタイミング（＝耐圧性を得たタイミング；時刻Ｃ２）よりあとのタイミングである時刻Ｇで半導体スイッチ２２をオフ移行しており、これは好ましいタイミングである。
（第５実施形態）
　次に、第５実施形態の直流遮断装置について図１０を参照して説明する。図１０は、第５実施形態の直流遮断装置の構成を示している。同図において、図１中に示した構成物と同一のものには同一符号を付しその説明は省略する。
　この第５実施形態は、通電路１０Ｃとして、開閉器１１を流れる電流を検出して制御部４０に伝える電流検出部１６を開閉器１１と直列に接続して設け、かつ、開閉器１２を流れる電流を検出して制御部４０に伝える電流検出部１７を開閉器１２と直列に接続して設けた点で図１に示したものと構成が異なる。電流検出部１６、１７については、具体的に、電流検出部３１と同様の構成を採用できる。
　電流検出部１６は、開閉器１１と直列に接続して設けられており、開閉器１１を流れる電流を検出して第４の制御部４０ｄに伝える。
　第４の制御部４０ｄは、第３の制御部４０ｃによる半導体スイッチ２１ａをオフに移行するオフ移行制御がなされた後で、かつ、開閉器１１を流れる電流がゼロに至ったことが電流検出部１６によって検出された転流時以降に、半導体スイッチ２２をオフに移行する制御を行う。
　電流検出部１７は、開閉器１２と直列に接続して設けられており、開閉器１２を流れる電流を検出して第３の制御部４０ｃに伝える。
　第３の制御部４０ｃは、充放電機能素子２１ａを放電する制御を行った後で、かつ、開閉器１２を流れる電流がゼロに至ったことが電流検出部１７によって検出された転流時以降に、オフ移行制御を行う。
　開閉器１２に直列に電流検出部１７を設けることによる利点は以下である。制御部４０による転流要素２１の機能素子２１ａを放電する制御は、開閉器１２を流れる電流をゼロにするように行う。これにより開閉器１２に流れる電流の転流を完了する。放電制御から実際に開閉器１２に流れる電流をゼロに至らせるまでには多少時間がかかる。したがって、その時間を算入して、次の制御である半導体スイッチ２１ｂのオフ移行制御を行うことが好ましい。この形態によれば、電流検出部１７により電流がゼロに至ったことを了知できるので、より良好にこれに対応できる。
　また、開閉器１１に直列に電流検出部１６を設けることによる利点は以下である。このように構成すれば、開閉器１１を流れる電流がゼロに至ったことが電流検出部１１によって検出された時点を、開閉器１１の電極間距離がすでに所定の距離になっている時点と擬制できる。開閉器１１の電極開の応答性は開閉器１２のそれより遅いが、それらの電極開制御の開始は同時であり、開始後に開閉器１２が電極開に至ったことを前提に各制御がなされているため、さらにその後に開閉器１１を流れる電流がゼロに至ったことが電流検出部１６によって検出された時点は、開閉器１１の電極間距離がすでに所定の距離になっている確度が十分に高いと考えられるためである。
　図１１Ａから図１１Ｄは、図１０に示した直流遮断装置の動作をタイミングチャートで示している。図１１Ａから図１１Ｄは、図２の図示とほとんど同じであり、同じ点に関してはすでに説明した内容を参照することができる。図１０で説明した点をもう一度、図１１を参照して説明すると、開閉器１２の遮断が完了したタイミング（＝開閉器１２の電流がゼロ；時刻Ｅ）よりあとのタイミングである時刻Ｆで転流要素２１をオフに制御しており、これは好ましいタイミングである。また、半導体スイッチ２２への転流が完了したタイミング（＝開閉器１１の電流がゼロ＝開閉器１１の電極間距離がすでに所定の距離になっている時点と擬制；時刻Ｆ１）よりあとのタイミングである時刻Ｇで半導体スイッチ２２をオフ移行しており、これは好ましいタイミングである。
　以上説明のように、各実施形態の直流遮断装置によれば、通電路に半導体スイッチが使われないことから、通電時の電力損失を大きく減じることができる。第１の開閉器１１は、その電極開制御に対する応答として、第２の開閉器１２のそれより遅いが、耐圧性が高い。逆に、第２の開閉器１２は、その電極開制御に対する応答として、第１の開閉器１１のそれより速いが、耐圧性が低い。高耐圧の開閉器１１を低耐圧の開閉器１２と直列に接続して設けることにより、直流遮断装置として必要な高耐圧性を確保している。
　また、第２の開閉器１２に並列に転流要素２１を挿入しているので、転流要素２１の働きにより、速い応答の開閉器１２に応じてその電流を強制的に素早く転流要素２１の側に転流することができる。しかる後、転流要素２１にある第１の半導体スイッチ２１ｂをオフに移行することにより、今度は第１の開閉器１１の電流を素早く遮断すべき電流として第２の半導体スイッチ２２の側に転流することができる。したがって、第２の半導体スイッチ２２に移った遮断すべき電流においてその値があまり増大しないうちに第２の半導体スイッチ２２をオフに移行することが可能であり、遮断装置として大型化を回避できる。
　以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら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、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…通電路、１１…開閉器（高耐圧；第１の開閉器）、１２…開閉器（低耐圧；第２の開閉器）、１３…付加要素、１４…電極間距離検出部、１５…電極間距離検出部、１６…電流検出部、１７…電流検出部、２１…転流要素、２１ａ…充放電機能素子、２１ｂ…半導体スイッチ（第１の半導体スイッチ）、２２…半導体スイッチ（第２の半導体スイッチ）、２３…リアクトル、２４…非線形抵抗器、３１…電流検出部、４０…制御部、５１…碍管、５２…固定側平板電極、５２ａ…固定側縦磁界電極、５３…可動側平板電極、５３ａ…可動側縦磁界電極、５４…固定側通電軸、５５…可動側通電軸、５６…ベローズ。

Claims (17)

  1. 　非半導体デバイスである、所定の第１の耐圧性を有する第１の開閉器と、非半導体デバイスである、前記第１の耐圧性より耐圧性が低い第２の耐圧性を有する第２の開閉器とが直列に接続された通電路と、
    　前記第１の開閉器と前記第２の開閉器との接続ノードに一端が接続された、充放電機能を有する機能素子と第１の半導体スイッチとが直列に接続された要素である転流要素と、
    　前記転流要素の他端と、前記第２の開閉器に接続される側の端部とは反対の側の前記第１の開閉器の端部と間に接続して設けられた第２の半導体スイッチと、
    　前記転流要素の前記他端と、前記第１の開閉器に接続される側の端部とは反対の側の前記第２の開閉器の端部との間に接続して設けられた導電経路と、
    　前記第２の半導体スイッチと並列に接続して設けられた非線形抵抗器と
    　を具備する直流遮断装置。
  2. 　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。
  3. 　前記第２の開閉器が、平板電極を有する真空開閉器または縦磁界電極を有する真空開閉器である請求項１記載の直流遮断装置。
  4. 　前記導電経路にシリーズに挿入されたリアクトルをさらに具備する請求項１記載の直流遮断装置。
  5. 　前記非線形抵抗器が、前記第２の半導体スイッチと前記リアクトルとの直列要素に対して並列に接続して設けられている請求項４記載の直流遮断装置。
  6. 　前記転流要素が、前記機能素子と前記第１の半導体スイッチとさらにリアクトルとが直列に接続された要素である請求項１記載の直流遮断装置。
  7. 　前記第２の開閉器に並列に接続された、前記第２の開閉器に印加され得る最大電圧を軽減させるように機能する付加要素をさらに具備する請求項１記載の直流遮断装置。
  8. 　前記付加要素が、抵抗器、非線形抵抗器、キャパシタ、およびキャパシタと抵抗器との直列接続要素からなる群より選択された１種または２種以上である請求項７記載の直流遮断装置。
  9. 　前記第１の開閉器に接続された、該第１の開閉器の電極開閉を制御する第１の制御部と、
    　前記第２の開閉器に接続された、該第２の開閉器の電極開閉を制御する第２の制御部と、
    　前記転流要素の前記第１の半導体スイッチをオンオフ制御するとともに、該転流要素の前記機能素子にあらかじめ充電しかつ所定のタイミングで放電する制御機能を有する、前記転流要素および前記第１、第２の制御部に接続された第３の制御部と、
    　前記第２の半導体スイッチおよび前記第３の制御部に接続された、該第２の半導体スイッチをオンオフ制御する第４の制御部と、をさらに具備し、
    　前記第３の制御部が、前記第１の制御部による前記第１の開閉器の電極開制御の開始および前記第２の制御部による前記第２の開閉器の電極開制御の開始より前に、前記機能素子にあらかじめ充電する充電制御を行い、かつ、前記第１の制御部による前記第１の開閉器の電極開制御の開始および前記第２の制御部による前記第２の開閉器の電極開制御の開始より後に、前記機能素子を放電する放電制御を行い、かつ、該放電制御を行った後に、前記第１の半導体スイッチをオフに移行するオフ移行制御を行う各機能を少なくとも有し、
    　前記第４の制御部が、前記第３の制御部により前記オフ移行制御がなされた後に、前記第２の半導体スイッチをオフに移行する制御を行う機能を少なくとも有する
    　請求項１記載の直流遮断装置。
  10. 　前記第３の制御部が、前記第１の制御部による前記第１の開閉器の電極開制御の開始および前記第２の制御部による前記第２の開閉器の電極開制御の開始より後で、かつ、前記第２の開閉器の電極間距離が所定の距離になったと想定される開極時以降に、前記放電制御を行う請求項９記載の直流遮断装置。
  11. 　前記第３の制御部が、前記機能素子を放電する制御を行った後で、かつ、前記第２の開閉器を流れる電流がゼロに至ったと想定される転流時以降に、前記オフ移行制御を行う請求項９記載の直流遮断装置。
  12. 　前記第４の制御部が、前記第３の制御部による前記オフ移行制御がなされた後で、かつ、前記第１の開閉器の電極間距離が所定の距離になったと想定される開極時以降に、前記第２の半導体スイッチをオフに移行する前記制御を行う請求項９記載の直流遮断装置。
  13. 　前記第２の開閉器に設けられた、該第２の開閉器の電極間距離を検出して前記第３の制御部に伝える距離検出部をさらに具備し、
    　前記第３の制御部が、前記第１の制御部による前記第１の開閉器の電極開制御の開始および前記第２の制御部による前記第２の開閉器の電極開制御の開始より後で、かつ、前記第２の開閉器の電極間距離が所定の距離になったことが前記距離検出部によって検出された開極時以降に、前記放電制御を行う請求項９記載の直流遮断装置。
  14. 　前記第２の開閉器と直列に接続して設けられた、該第２の開閉器を流れる電流を検出して前記第３の制御部に伝える電流検出部をさらに具備し、
    　前記第３の制御部が、前記機能素子を放電する制御を行った後で、かつ、前記第２の開閉器を流れる電流がゼロに至ったことが前記電流検出部によって検出された転流時以降に、前記オフ移行制御を行う請求項９記載の直流遮断装置。
  15. 　前記第１の開閉器に設けられた、該第１の開閉器の電極間距離を検出して前記第４の制御部に伝える距離検出部をさらに具備し、
    　前記第４の制御部が、前記第３の制御部による前記第１の半導体スイッチをオフに移行する前記オフ移行制御がなされた後で、かつ、前記第１の開閉器の電極間距離が所定の距離になったことが前記距離検出部によって検出された開極時以降に、前記第２の半導体スイッチをオフに移行する前記制御を行う請求項９記載の直流遮断装置。
  16. 　前記第１の開閉器と直列に接続して設けられた、該第１の開閉器を流れる電流を検出して前記第４の制御部に伝える電流検出部をさらに具備し、
    　前記第４の制御部が、前記第３の制御部による前記第１の半導体スイッチをオフに移行する前記オフ移行制御がなされた後で、かつ、前記第１の開閉器を流れる電流がゼロに至ったことが前記電流検出部によって検出された転流時以降に、前記第２の半導体スイッチをオフに移行する前記制御を行う請求項９記載の直流遮断装置。
  17. 　非半導体デバイスである、所定の第１の耐圧性を有する第１の開閉器と、非半導体デバイスである、前記第１の耐圧性より耐圧性が低い第２の耐圧性を有する第２の開閉器とが直列に接続された通電路と；前記第１の開閉器と前記第２の開閉器との接続ノードに一端が接続された、充放電機能を有する機能素子と第１の半導体スイッチとが直列に接続された要素である転流要素と；前記転流要素の他端と、前記第２の開閉器に接続される側の端部とは反対の側の前記第１の開閉器の端部と間に接続して設けられた第２の半導体スイッチと；前記転流要素の前記他端と、前記第１の開閉器に接続される側の端部とは反対の側の前記第２の開閉器の端部との間に接続して設けられた導電経路と；前記第２の半導体スイッチと並列に接続して設けられた非線形抵抗器と；を具備する直流遮断装置による直流遮断方法であって、
    　前記転流要素の前記機能素子にあらかじめ充電し、
    　前記第１の開閉器の電極開制御の開始および前記第２の開閉器の電極開制御の開始より後に、前記機能素子を放電し、
    　前記機能素子を放電した後に、前記第１の半導体スイッチをオフに移行し、
    　前記第１の半導体スイッチをオフに移行した後に、前記第２の半導体スイッチをオフに移行する
    　直流遮断方法。
PCT/JP2016/002782 2015-06-11 2016-06-08 直流遮断装置、直流遮断方法 WO2016199416A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16807123.1A EP3309809B1 (en) 2015-06-11 2016-06-08 Direct-current interruption apparatus, direct-current interruption method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015118430A JP6591210B2 (ja) 2015-06-11 2015-06-11 直流遮断装置、直流遮断方法
JP2015-118430 2015-06-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016199416A1 true WO2016199416A1 (ja) 2016-12-15

Family

ID=57503187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/002782 WO2016199416A1 (ja) 2015-06-11 2016-06-08 直流遮断装置、直流遮断方法

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3309809B1 (ja)
JP (1) JP6591210B2 (ja)
WO (1) WO2016199416A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3895271B1 (en) 2018-12-10 2023-10-18 Eaton Intelligent Power Limited Fault current mitigation method and system for solid state circuit breaker
US11431160B2 (en) * 2019-06-19 2022-08-30 Eaton Intelligent Power Limited Hybrid circuit breaker assembly
JP7458283B2 (ja) 2020-10-01 2024-03-29 株式会社東芝 直流電流遮断装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60194824A (ja) * 1984-03-16 1985-10-03 Mitsubishi Electric Corp 直流サイリスタしや断器
JPH0676681A (ja) * 1992-08-31 1994-03-18 Tokyo Electric Power Co Inc:The 交流しゃ断器
WO2014053554A1 (en) * 2012-10-05 2014-04-10 Abb Technology Ag Circuit breaker with stacked breaker modules
JP2015079699A (ja) * 2013-10-18 2015-04-23 株式会社東芝 直流遮断器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE514827C2 (sv) * 1993-12-09 2001-04-30 Abb Ab Likströmsbrytaranordning för hög effekt

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60194824A (ja) * 1984-03-16 1985-10-03 Mitsubishi Electric Corp 直流サイリスタしや断器
JPH0676681A (ja) * 1992-08-31 1994-03-18 Tokyo Electric Power Co Inc:The 交流しゃ断器
WO2014053554A1 (en) * 2012-10-05 2014-04-10 Abb Technology Ag Circuit breaker with stacked breaker modules
JP2015079699A (ja) * 2013-10-18 2015-04-23 株式会社東芝 直流遮断器

Also Published As

Publication number Publication date
EP3309809A1 (en) 2018-04-18
EP3309809A4 (en) 2019-03-06
EP3309809B1 (en) 2019-12-11
JP6591210B2 (ja) 2019-10-16
JP2017004792A (ja) 2017-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6223887B2 (ja) 直流遮断装置、直流遮断方法
JP6049957B2 (ja) 直流遮断器
KR101521545B1 (ko) 고압 직류 전류 차단 장치 및 방법
EP3242309B1 (en) High voltage dc circuit breaker
JP6042035B2 (ja) 直流遮断装置
US10476255B2 (en) DC circuit breaker
US20190027327A1 (en) Direct current circuit breaker
WO2016199416A1 (ja) 直流遮断装置、直流遮断方法
JP6448431B2 (ja) 直流遮断装置
JP6386955B2 (ja) 直流遮断装置および直流遮断方法
EP3276648B1 (en) Direct current interruption device
JP2018533835A (ja) 電流の強制振動を用いた、高電圧ｄｃネットワーク用の回路遮断器
WO2020190290A1 (en) Systems and methods for fast-switching direct current circuit breaker
JP2009252388A (ja) 大容量真空遮断器
WO2016199407A1 (ja) 直流遮断装置、直流遮断方法
JP3581219B2 (ja) 複合型スイッチング装置
US11049677B2 (en) Inverse current injection-type direct current blocking device and method using vacuum gap switch
JP2023053591A (ja) 複合スイッチ回路
JP6399848B2 (ja) 開閉器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16807123

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016807123

Country of ref document: EP