JP5265063B1 - 直流遮断器 - Google Patents

Abstract

より高速な事故点の切り離しを実現可能とすると共に、小型化、低コスト化を図ることが可能な直流遮断器を得ること。コンデンサ５を含む転流部３とリアクトル２とにより構成される２つの直列回路６ａ，６ｂが逆並列に接続され構成されたブリッジ回路６と、各直列回路６ａ，６ｂのリアクトル２と転流部３との各接続点間に接続され、直流線路に定常電流が流れる通常時において閉状態であり、直流線路の事故発生後に開制御され、各リアクトル２を流れる電流と各転流部３を流れる電流とが互いに打ち消し合う電流零点において遮断する第１の遮断部１と、ブリッジ回路６と直列に接続され、通常時において閉状態であり、第１の遮断部１の遮断後に開制御され、各直列回路６ａ，６ｂに流れる各電流が互いに打ち消し合う電流零点において遮断する第２の遮断部４とを備える。

Description

本発明は、直流線路に流れる高電圧・大電流の直流電流を高速度で遮断する直流遮断器に関する。

直流線路に流れる直流電流を遮断する直流遮断器においては、直流電流は交流電流と異なり電流零点が存在しないため、コンデンサとリアクトルからなる転流回路から共振性電流を重畳することで電流零点を形成し、その電流零点で直流電流の遮断を行っている。このような電流零点の形成手法としては、遮断部と並列にコンデンサとリアクトルからなる転流回路を接続し、予め充電されたコンデンサの電荷を放電することによりリアクトルとの共振により生じる振動電流を直流電流に重畳することで電流零点を形成する強制転流方式や、遮断部と並列にコンデンサとリアクトルからなる共振回路を接続し、アークの負特性と共振回路の相互作用により電流振動を拡大して電流零点を形成する自励転流方式などがある。

近年、高電圧直流送電（ＨＶＤＣ；Ｈｉｇｈ−Ｖｏｌｔａｇｅ， Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）網で使用する直流遮断器としては、事故発生から数ミリ秒で事故回線の切り離しをされることが望ましいとされている。直流電流を高速度で遮断する直流遮断器としては、例えば、２つのサイリスタを逆並列接続して半導体遮断部を構成し、強制転流方式を用いて電流零点を形成して電流を遮断する技術が開示されており（例えば、特許文献１）、上述した高電圧直流送電の分野においても、高電圧・大電流の直流電流を遮断可能な半導体遮断部や、半導体素子と高速断路器とを組み合わせたハイブリッド直流遮断器等の開発が進められている。

特開平９−１７２９４号公報

しかしながら、上述した自励転流方式では、共振回路の相互作用によって電流振動が拡大するまで電流零点が形成できないため、事故発生から事故点の切り離しが完了するまでに相応の時間を要する、という問題があった。また、上述した強制転流方式では、転流回路のコンデンサを充電するために別途交流電源および整流器を含み構成される充電回路が必要であるため、直流遮断器が大型化、高コスト化する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より高速な事故点の切り離しを実現可能とすると共に、小型化、低コスト化を図ることが可能な直流遮断器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる直流遮断器は、直流線路に流れる直流電流を遮断する直流遮断器であって、コンデンサを含む転流部とリアクトルとにより構成される２つの直列回路が逆並列に接続され構成されたブリッジ回路と、前記各直列回路の前記リアクトルと前記転流部との各接続点間に接続され、前記直流線路に定常電流が流れる通常時において閉状態であり、前記直流線路の事故発生後に開制御され、前記各リアクトルを流れる電流と前記各転流部を流れる電流とが互いに打ち消し合う電流零点において遮断する第１の遮断部と、前記ブリッジ回路と直列に接続され、前記通常時において閉状態であり、前記第１の遮断部の遮断後に開制御され、前記各直列回路に流れる各電流が互いに打ち消し合う電流零点において遮断する第２の遮断部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、より高速な事故点の切り離しを実現可能とすると共に、直流遮断器の小型化、低コスト化を図ることができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１にかかる直流遮断器が挿入される直流線路の事故発生前後の電流経路を示す図である。 図３は、実施の形態１にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施しなかった場合の電流波形を示す図である。 図４は、実施の形態１にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施した場合の電流波形を示す図である。 図５は、実施の形態１にかかる直流遮断器が挿入される直流線路の事故発生時における直流電流遮断制御タイミングの一例を示す図である。 図６は、実施の形態２にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。 図７は、実施の形態２にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施しなかった場合の電流波形を示す図である。 図８は、実施の形態２にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施した場合の電流波形を示す図である。 図９は、実施の形態３にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。 図１０は、実施の形態３にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施しなかった場合の電流波形を示す図である。 図１１は、実施の形態３にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施した場合の電流波形を示す図である。 図１２は、実施の形態４にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。 図１３は、実施の形態４にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施しなかった場合の電流波形を示す図である。 図１４は、実施の形態４にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施した場合の電流波形を示す図である。 図１５は、実施の形態５にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。 図１６は、実施の形態６にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。 図１７は、実施の形態６にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施しなかった場合の電流波形を示す図である。 図１８は、実施の形態６にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施した場合の電流波形を示す図である。 図１９は、実施の形態７にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。 図２０は、実施の形態７にかかる直流遮断器において、遮断部による事故電流遮断を実施しなかった場合の電流波形を示す図である。 図２１は、実施の形態７にかかる直流遮断器において、遮断部による事故電流遮断を実施した場合の電流波形を示す図である。

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

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる直流遮断器は、コンデンサ５を含む転流部３とリアクトル２とにより構成される２つの直列回路６ａ，６ｂを逆並列に接続され構成されたブリッジ回路６と、各直列回路のリアクトル２と転流部３との各接続点間に接続される第１の遮断部１と、ブリッジ回路６と直列に接続される第２の遮断部４とを備えている。

つぎに、実施の形態１にかかる直流遮断器が挿入される直流線路の事故発生時における動作について、図１〜図５を参照して説明する。

図２は、実施の形態１にかかる直流遮断器が挿入される直流線路の事故発生前後の電流経路を示す図である。図２（ａ）は、直流線路に定常電流が流れる通常時における電流経路を示している。また、図２（ｂ）は、図中に示す事故点において地絡事故が発生した場合の電流経路を示し、図２（ｃ）は、第１の遮断部１による事故電流遮断後の電流経路を示している。

図３は、実施の形態１にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施しなかった場合の電流波形を示す図である。図３（ａ）は、図２に示す経路Ａに流れる電流波形を示し、図３（ｂ）は、図２に示す経路Ｂに流れる電流波形を示している。また、図３（ｃ）は、第１の遮断部１に流れる電流波形を示している。

図４は、実施の形態１にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施した場合の電流波形を示す図である。図４（ａ）は、第１の遮断部１に流れる電流波形を示し、図４（ｂ）は、第２の遮断部４に流れる電流波形を示している。

図２（ａ）に示すように、直流線路に定常電流が流れる通常時には、第１の遮断部１および第２の遮断部４は閉状態であり、実線矢印で示す経路Ａに定常電流が流れる。この定常電流は直流電流であるので、コンデンサ５には電流が流れず、転流部３は絶縁状態となっている。

例えば、図２（ｂ）中に示す事故点において地絡事故が発生すると、コンデンサ５のキャパシタンス値、配線の抵抗分、インダクタンス分に応じて、図３（ｂ）に示すような振動電流が破線矢印で示す経路Ｂに流れる。一方、経路Ａに流れる電流は、図３（ａ）に示すように、リアクトル２のインダクタンス値に応じて徐々に大きくなる。

このとき、第１の遮断部１には、図２（ｂ）に示すように、経路Ａを流れる電流（つまり、第１の遮断部１を介して各リアクトル２を流れる電流）と経路Ｂを流れる電流（つまり、第１の遮断部１を介して各転流部３を流れる電流）とが流れ、これらの電流が互いに打ち消し合う複数の電流零点が生じるので、これら複数の零点のうちの任意の零点で第１の遮断部１を遮断することにより、事故電流を遮断することができる。

図４に示す例では、転流部３により生じる振動電流の半周期目の電流零点で第１の遮断部１を遮断している（図４（ａ）参照）。これにより、図２（ｃ）に示す経路Ｃ（直列回路６ａ）および経路Ｄ（直列回路６ｂ）に残留電流が流れ、第２の遮断部４にこれらの加算電流が流れる。この加算電流は、リアクトル２のインダクタンス値およびコンデンサ５のキャパシタンス値に応じた振動電流となり、経路Ｃに流れる残留電流と経路Ｄに流れる残留電流とが打ち消し合う複数の電流零点が生じるので（図４（ｂ）参照）、これら複数の電流零点のうちの任意の電流零点で第２の遮断部４を遮断することにより、事故点の切り離しが完了する。

つぎに、実施の形態１にかかる直流遮断器の事故発生時における直流電流遮断制御タイミングについて、図２および図５を参照して説明する。図５は、実施の形態１にかかる直流遮断器が挿入される直流線路の事故発生時における直流電流遮断制御タイミングの一例を示す図である。

図５に示す例では、図２（ａ）に実線矢印で示したように、直流線路に定常電流が流れる通常時において直流遮断器の左端側から右端側に向けて定常電流が流れる例を示している。なお、図５に示す例では、図４に示す例と同様に、転流部３により生じる振動電流の半周期目の電流零点で第１の遮断部１を遮断する例を示している。

図５に示すように、時刻ｔ１において事故（ここでは、例えば図２（ｂ）に示す直流遮断器の右端側の地絡事故）が発生すると、第１の遮断部１には、上述したように、経路Ａを流れる電流と経路Ｂを流れる電流とが流れ、これらの電流が互いに打ち消し合う複数の電流零点が生じる（図２（ｂ）参照）。

時刻ｔ２において図示しない制御回路が事故を検出すると、時刻ｔ３において第１の遮断部１に開制御信号が出力され、第１の遮断部１に流れる電流の零点において事故電流が遮断される（時刻ｔ４）。

その後、第１の遮断部１の遮断後の時刻ｔ５において第２の遮断部４に開制御信号が出力され、第２の遮断部４に流れる電流の零点において残留電流が遮断され、事故点の切り離しが完了する（時刻ｔ６）。

本実施の形態の構成では、事故発生時点で、転流部３のコンデンサ５のキャパシタンス値、配線の抵抗分、インダクタンス分に応じた振動電流が発生し、この振動電流が事故電流の遮断責務を有している第１の遮断部１を流れる電流に重畳することにより、第１の遮断部１の電流零点を形成するようにしている。このため、遮断部の動作後のアークの負特性と共振回路の相互作用により電流振動を拡大して電流零点を形成する従来の自励転流方式よりも早く電流零点を形成することが可能である。したがって、例えば、第１の遮断部１として、ＩＧＢＴやサイリスタ等の半導体素子を用いて構成された高速動作が可能な半導体遮断部を用いた構成に適している。

また、上述したように、高電圧直流送電（ＨＶＤＣ；Ｈｉｇｈ−Ｖｏｌｔａｇｅ， Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）網で使用する直流遮断器としては、事故発生から数ミリ秒（例えば、５ｍｓ以内）で事故回線の切り離しをされることが望ましいとされている。このような高電圧直流送電網において使用される直流遮断器として構成する場合、一般的な真空遮断器のような機械式の遮断器では動作時間が長いため（例えば、３０ｍｓ等）、高電圧・大電流の直流電流を遮断可能な半導体遮断部や、半導体素子と高速断路器とを組み合わせたハイブリッド直流遮断器等の開発が進められている。

本実施の形態の構成は、このような高電圧直流送電網で使用する直流遮断器として適用しても好適である。例えば、高電圧直流送電網において、事故発生から５ｍｓ以内で事故回線の切り離しを行う場合には、第１の遮断部１、あるいは第１の遮断部１および第２の遮断部４の双方に、上述したような高電圧・大電流の直流電流を遮断可能な半導体遮断部やハイブリッド直流遮断器等を適用し、事故発生から第２の遮断部４の遮断時刻までの時間が５ｍｓ以下となるように、リアクトル２のインダクタンス値およびコンデンサ５のキャパシタンス値を設定すればよい。

また、本実施の形態の構成では、従来の強制転流方式のように、遮断部に重畳する振動電流を生成するためのコンデンサを充電する充電回路が不要であるので、低コストで小型の直流遮断器を構成することができる。

さらに、本実施の形態の構成では、事故発生から電流零点形成までの時間を短縮するためには、リアクトル２のインダクタンス値やコンデンサ５のキャパシタンス値をより小さくすればよいので、従来の自励転流方式よりも小型化が容易となる。

以上説明したように、実施の形態１の直流遮断器によれば、コンデンサを含む転流部とリアクトルとにより構成される２つの直列回路を逆並列に接続され構成されたブリッジ回路と、各直列回路のリアクトルと転流部との各接続点間に接続される第１の遮断部と、ブリッジ回路と直列に接続される第２の遮断部とを備え、事故発生時点で転流部に発生する振動電流を第１の遮断部に流れる電流に重畳して、第１の遮断部を介して各リアクトルを流れる電流と第１の遮断部を介して各転流部を流れる電流とが互いに打ち消し合う電流零点において、第１の遮断部を遮断することにより事故電流を遮断し、第１の遮断部の遮断後に、各直列回路に流れる各電流が互いに打ち消し合う電流零点において、第２の遮断部を遮断することにより事故点の切り離しを行うようにしたので、第１の遮断部、あるいは第１の遮断部および第２の遮断部の双方に、半導体素子を用いて構成された高速動作が可能な半導体遮断部を用いることにより、従来の自励転流方式よりも高速な事故点の切り離しを実現可能としつつ、従来の自励転流方式および強制転流方式よりも直流遮断器の小型化、低コスト化を図ることができる。

なお、上述した実施の形態１では、転流部により生じる振動電流の半周期目の電流零点で第１の遮断部を遮断する例を示したが、第１の遮断部を遮断する電流零点はこれに限らず、第１の遮断部の動作時間に応じた電流零点で遮断するように構成すればよいことは言うまでもない。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。なお、実施の形態１と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、実施の形態２にかかる直流遮断器の事故発生時における直流電流遮断前後の電流経路は、実施の形態１と同一であるので、ここでは説明を省略する。

本実施の形態では、図６に示すように、実施の形態１において説明した転流部３に代えて、コンデンサ５と抵抗７とが直列接続されて構成された転流部３ａを備えた構成としている。

図７は、実施の形態２にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施しなかった場合の電流波形を示す図である。図７（ａ）は、図２に示す経路Ａに流れる電流波形を示し、図７（ｂ）は、図２に示す経路Ｂに流れる電流波形を示している。また、図７（ｃ）は、第１の遮断部１に流れる電流波形を示している。

実施の形態１に示した図１の構成のように、転流部３をコンデンサ５のみで構成した場合、図３（ｂ）に示すように、事故発生後に経路Ｂを流れる振動電流（つまり、第１の遮断部１を介して各転流部３ａを流れる電流）の減衰量が小さく、ピーク値が高い状態が維持される。振動電流のピーク値が高い場合には、遮断部に開制御信号が出力されてから電流零点に達するまでの間に、遮断部に過大な電流が流れることとなり、電流遮断が困難となる。

本実施の形態では、コンデンサ５に抵抗７を直列接続して転流部３ａを構成することにより、図７（ｂ）に示すように、事故発生後に第１の遮断部１を介して各転流部３ａを流れる振動電流の減衰量を大きくすることができる。本実施の形態においても、事故発生後に経路Ｂを流れる振動電流のピーク値が経路Ａを流れる電流値よりも大きい期間に生じる複数の電流零点のうちの任意の零点で第１の遮断部１を遮断することにより、事故電流を遮断することができる。

図８は、実施の形態２にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施した場合の電流波形を示す図である。図８（ａ）は、第１の遮断部１に流れる電流波形を示し、図８（ｂ）は、第２の遮断部４に流れる電流波形を示している。この図８では、実施の形態１において説明した図４よりも事故発生後に経路Ｂを流れる振動電流のピーク値が小さく、減衰量が大きくなっている。

図８に示す例では、実施の形態１において説明した図４と同様に、転流部３ａにより生じる振動電流の半周期目の電流零点で第１の遮断部１を遮断している（図８（ａ）参照）。これにより、図２（ｃ）に示す経路Ｃ（直列回路６ａ）および経路Ｄ（直列回路６ｂ）に残留電流が流れ、第２の遮断部４にこれらの加算電流が流れる。この加算電流は、リアクトル２のインダクタンス値、コンデンサ５のキャパシタンス値、および抵抗７の抵抗値に応じた振動電流となり、実施の形態１と同様に、経路Ｃに流れる残留電流と経路Ｄに流れる残留電流とが打ち消し合う複数の電流零点が生じるので（図８（ｂ）参照）、これら複数の電流零点のうちの任意の電流零点で第２の遮断部４を遮断することにより、事故点の切り離しが完了する。

以上説明したように、実施の形態２の直流遮断器によれば、コンデンサに抵抗を直列接続して転流部を構成することにより、事故発生後に第１の遮断部を介して各転流部を流れる振動電流の減衰量を大きくすることができるので、第１の遮断部による電流遮断が容易となる。また、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、第１の遮断部、あるいは第１の遮断部および第２の遮断部の双方に、半導体素子を用いて構成された高速動作が可能な半導体遮断部を用いることにより、従来の自励転流方式よりも高速な事故点の切り離しを実現可能としつつ、従来の自励転流方式および強制転流方式よりも直流遮断器の小型化、低コスト化を図ることができる。

なお、上述した実施の形態２では、実施の形態１と同様に、転流部により生じる振動電流の半周期目の電流零点で第１の遮断部を遮断する例を示したが、第１の遮断部を遮断する電流零点はこれに限らず、第１の遮断部の動作時間に応じた電流零点で遮断するように構成すればよいことは言うまでもない。

実施の形態３．
図９は、実施の形態３にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。なお、実施の形態１と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、実施の形態３にかかる直流遮断器の事故発生時における直流電流遮断前後の電流経路は、実施の形態１と同一であるので、ここでは説明を省略する。

本実施の形態では、図９に示すように、実施の形態１において説明した転流部３に代えて、コンデンサ５と転流リアクトル８とが直列接続されて構成された転流部３ｂを備えた構成としている。

図１０は、実施の形態３にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施しなかった場合の電流波形を示す図である。図１０（ａ）は、図２に示す経路Ａに流れる電流波形を示し、図１０（ｂ）は、図２に示す経路Ｂに流れる電流波形を示している。また、図１０（ｃ）は、第１の遮断部１に流れる電流波形を示している。

実施の形態１に示した図１の構成のように、転流部３をコンデンサ５のみで構成した場合、実施の形態２において説明したように、事故発生後に経路Ｂを流れる振動電流（つまり、第１の遮断部１を介して各転流部３ｂを流れる電流）の減衰量が小さく、ピーク値が高い状態が維持されるのに加え、電流零点における電流勾配ｄｉ／ｄｔが大きくなる。この電流零点における電流勾配ｄｉ／ｄｔが大きい場合も、電流遮断が困難となる要因の一つとなる。

本実施の形態では、コンデンサ５に転流リアクトル８を直列接続して転流部３ｂを構成することにより、図１０（ｂ）に示すように、事故発生後に第１の遮断部１を介して各転流部３ｂを流れる振動電流の減衰量を大きくすると共に、この振動電流の周波数も低減することができるので、電流零点における電流勾配ｄｉ／ｄｔを小さくすることができる。本実施の形態においても、事故発生後に経路Ｂを流れる振動電流のピーク値が経路Ａを流れる電流値よりも大きい期間に生じる複数の電流零点のうちの任意の零点で第１の遮断部１を遮断することにより、事故電流を遮断することができる。

図１１は、実施の形態３にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施した場合の電流波形を示す図である。図１１（ａ）は、第１の遮断部１に流れる電流波形を示し、図１１（ｂ）は、第２の遮断部４に流れる電流波形を示している。この図１１では、実施の形態１において説明した図４よりも事故発生後に経路Ｂを流れる振動電流のピーク値が小さく、減衰量が大きく、且つ、周波数が低くなり電流零点における電流勾配ｄｉ／ｄｔが小さくなっている。

図１１に示す例では、実施の形態１において説明した図４と同様に、転流部３ｂにより生じる振動電流の半周期目の電流零点で第１の遮断部１を遮断している（図１１（ａ）参照）。これにより、図２（ｃ）に示す経路Ｃ（直列回路６ａ）および経路Ｄ（直列回路６ｂ）に残留電流が流れ、第２の遮断部４にこれらの加算電流が流れる。この加算電流は、リアクトル２のインダクタンス値、コンデンサ５のキャパシタンス値、および転流リアクトル８のインダクタンス値に応じた振動電流となり、実施の形態１と同様に、経路Ｃに流れる残留電流と経路Ｄに流れる残留電流とが打ち消し合う複数の電流零点が生じるので（図１１（ｂ）参照）、これら複数の電流零点のうちの任意の電流零点で第２の遮断部４を遮断することにより、事故点の切り離しが完了する。

以上説明したように、実施の形態３の直流遮断器によれば、コンデンサに転流リアクトルを直列接続して転流部を構成することにより、事故発生後に第１の遮断部を介して各転流部を流れる振動電流の減衰量を大きく、且つ、電流零点における電流勾配ｄｉ／ｄｔを小さくすることができるので、実施の形態２よりもさらに第１の遮断部による電流遮断が容易となる。また、本実施の形態においても、実施の形態１および２と同様に、第１の遮断部、あるいは第１の遮断部および第２の遮断部の双方に、半導体素子を用いて構成された高速動作が可能な半導体遮断部を用いることにより、従来の自励転流方式よりも高速な事故点の切り離しを実現可能としつつ、従来の自励転流方式および強制転流方式よりも直流遮断器の小型化、低コスト化を図ることができる。

なお、上述した実施の形態３では、コンデンサに転流リアクトルを直列接続して転流部を構成した例について説明したが、実施の形態２において説明した抵抗も加えて、コンデンサと抵抗と転流リアクトルとを直列接続して転流部を構成してもよい。このように構成することにより、事故発生後に第１の遮断部を介して各転流部を流れる振動電流の減衰量および電流零点における電流勾配ｄｉ／ｄｔをより最適化することができる。

また、上述した実施の形態３では、実施の形態１および２と同様に、転流部により生じる振動電流の半周期目の電流零点で第１の遮断部を遮断する例を示したが、第１の遮断部を遮断する電流零点はこれに限らず、第１の遮断部の動作時間に応じた電流零点で遮断するように構成すればよいことは言うまでもない。

実施の形態４．
図１２は、実施の形態４にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。なお、実施の形態１と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、実施の形態４にかかる直流遮断器の事故発生時における直流電流遮断前後の電流経路は、実施の形態１と同一であるので、ここでは説明を省略する。

本実施の形態では、図１２に示すように、実施の形態１において説明した転流部３に代えて、コンデンサ５とスイッチ１０とが直列接続されて構成された転流部３ｃを備えた構成としている。

図１３は、実施の形態４にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施しなかった場合の電流波形を示す図である。図１３（ａ）は、図２に示す経路Ａに流れる電流波形を示し、図１３（ｂ）は、図２に示す経路Ｂに流れる電流波形を示している。また、図１３（ｃ）は、第１の遮断部１に流れる電流波形を示している。

本実施の形態の構成では、直流線路に定常電流が流れる通常時にはスイッチ１０を開制御しておき、事故発生から第１の遮断部１の開制御後の所定時間経過後に、スイッチ１０を閉制御して投入する。これにより、スイッチ１０の投入時点で、図２（ｂ）に示す経路Ｂ、つまり、各転流部３ｃに振動電流が流れ始める（図１３（ｂ）参照）。

図１４は、実施の形態４にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施した場合の電流波形を示す図である。図１４（ａ）は、第１の遮断部１に流れる電流波形を示し、図１４（ｂ）は、第２の遮断部４に流れる電流波形を示している。

本実施の形態では、事故発生後に図示しない制御回路から第１の遮断部１の開制御信号を出力しておき、事故発生から第１の遮断部１の開制御後の所定時間経過後に、スイッチ１０を閉制御して投入する。このように制御することにより、振動電流の流れ始めの最初の電流零点で第１の遮断部１を遮断することができ、第１の遮断部１に流れる電流のピーク値を下げることができる（図１４（ａ）参照）。その後、実施の形態１〜３と同様に、第２の遮断部４に生じる電流零点のうちの任意の零点で第２の遮断部４を遮断することにより、事故点の切り離しが完了する（図１４（ｂ）参照）。

以上説明したように、実施の形態４の直流遮断器によれば、コンデンサにスイッチを直列接続して転流部を構成し、直流線路に定常電流が流れる通常時にはスイッチを開制御しておき、事故発生後に第１の遮断部に開制御信号を出力しておき、事故発生から第１の遮断部の開制御後の所定時間経過後に、スイッチを閉制御して投入することにより、振動電流の流れ始めの最初の電流零点で第１の遮断部を遮断することができ、第１の遮断部に流れる電流のピーク値を下げることができるので、実施の形態２および３と同様に、第１の遮断部による電流遮断が容易となる。また、本実施の形態においても、実施の形態１〜３と同様に、第１の遮断部、あるいは第１の遮断部および第２の遮断部の双方に、半導体素子を用いて構成された高速動作が可能な半導体遮断部を用いることにより、従来の自励転流方式よりも高速な事故点の切り離しを実現可能としつつ、従来の自励転流方式および強制転流方式よりも直流遮断器の小型化、低コスト化を図ることができる。

なお、上述した実施の形態４では、コンデンサにスイッチを直列接続して転流部を構成した例について説明したが、実施の形態２において説明した抵抗や実施の形態３において説明したリアクトル等も加えて転流部を構成してもよいことは言うまでもない。

実施の形態５．
図１５は、実施の形態５にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。なお、実施の形態４と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、実施の形態５にかかる直流遮断器の事故発生時における直流電流遮断前後の電流経路は、実施の形態１と同一であるので、ここでは説明を省略する。

本実施の形態では、図１５に示すように、実施の形態４において説明した転流部３ｃのスイッチ１０に代えて、放電ギャップ１１を具備した転流部３ｄを備えた構成としている。

本実施の形態の構成でも、実施の形態４と同様に、事故発生後に図示しない制御回路から第１の遮断部１の開制御信号を出力しておき、事故発生から第１の遮断部１の開制御後の所定時間経過後に、放電ギャップ１１を投入する。このように制御することにより、振動電流の流れ始めの最初の電流零点で第１の遮断部１を遮断することができ、第１の遮断部１に流れる電流のピーク値を下げることができる。その後、実施の形態１〜４と同様に、第２の遮断部４に生じる電流零点のうちの任意の零点で第２の遮断部４を遮断することにより、事故点の切り離しが完了する。

以上説明したように、実施の形態５の直流遮断器によれば、実施の形態４において説明した転流部のスイッチに代えて、放電ギャップを具備した転流部を備えた構成としても、実施の形態４と同様に、事故発生後に第１の遮断部に開制御信号を出力しておき、事故発生から第１の遮断部の開制御後の所定時間経過後に、放電ギャップを投入することにより、振動電流の流れ始めの最初の電流零点で第１の遮断部を遮断することができ、第１の遮断部に流れる電流のピーク値を下げることができるので、実施の形態２〜４と同様に、第１の遮断部による電流遮断が容易となる。また、本実施の形態においても、実施の形態１〜４と同様に、第１の遮断部、あるいは第１の遮断部および第２の遮断部の双方に、半導体素子を用いて構成された高速動作が可能な半導体遮断部を用いることにより、従来の自励転流方式よりも高速な事故点の切り離しを実現可能としつつ、従来の自励転流方式および強制転流方式よりも直流遮断器の小型化、低コスト化を図ることができる。

なお、上述した実施の形態４では、コンデンサに放電ギャップを直列接続して転流部を構成した例について説明したが、実施の形態４と同様に、実施の形態２において説明した抵抗や実施の形態３において説明したリアクトル等も加えて転流部を構成してもよいことは言うまでもない。

実施の形態６．
図１６は、実施の形態６にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。なお、実施の形態１と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、実施の形態６にかかる直流遮断器の事故発生時における直流電流遮断前後の電流経路は、実施の形態１と同一であるので、ここでは説明を省略する。

本実施の形態では、図１６に示すように、実施の形態１において説明した第２の遮断部４に代えて、コンデンサ５に第２の遮断部１２を直列接続し、転流部３ｅを構成している。

図１７は、実施の形態６にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施しなかった場合の電流波形を示す図である。図１７（ａ）は、図２に示す経路Ａに流れる電流波形を示し、図１７（ｂ）は、図２に示す経路Ｂに流れる電流波形を示している。また、図１７（ｃ）は、第１の遮断部１に流れる電流波形を示している。

本実施の形態の構成では、直流線路に定常電流が流れる通常時には第２の遮断部１２を開状態に制御しておき、事故発生から第１の遮断部１の開制御後の所定時間経過後に、第２の遮断部１２を閉制御して投入する。これにより、第２の遮断部１２の投入時点で、図２（ｂ）に示す経路Ｂ、つまり、各転流部３ｅに振動電流が流れ始める（図１７（ｂ）参照）。

図１８は、実施の形態６にかかる直流遮断器において、第１の遮断部による事故電流遮断を実施した場合の電流波形を示す図である。図１８（ａ）は、図２に示す経路Ｃに流れる電流波形を示し、図１８（ｂ）は、図２に示す経路Ｄに流れる電流波形を示している。また、図１８（ｃ）は、第１の遮断部１に流れる電流波形を示している。

本実施の形態では、事故発生後に図示しない制御回路から第１の遮断部１の開制御信号を出力しておき、事故発生から第１の遮断部１の開制御後の所定時間経過後に、第２の遮断部１２を閉制御して投入する。このように制御することにより、振動電流の流れ始めの最初の電流零点で第１の遮断部１を遮断することができ、第１の遮断部１に流れる電流のピーク値を下げることができる（図１８（ｃ）参照）。

第１の遮断部１による事故電流遮断後、図２（ｃ）に示す経路Ｃ（直列回路６ａ）および経路Ｄ（直列回路６ｂ）に残留電流が流れる。これらの残留電流は、リアクトル２のインダクタンス値およびコンデンサ５のキャパシタンス値に応じた振動電流となり、それぞれ複数の電流零点が生じるので（図１８（ａ），（ｂ）参照）、これら複数の電流零点のうちの任意の電流零点で各第２の遮断部１２を開制御することにより、事故点の切り離しが完了する。

以上説明したように、実施の形態６の直流遮断器によれば、コンデンサに第２の遮断部を直列接続して転流部を構成し、直流線路に定常電流が流れる通常時には第２の遮断部を開制御しておき、事故発生後に第１の遮断部に開制御信号を出力しておき、事故発生から第１の遮断部の開制御後の所定時間経過後に、第２の遮断部を閉制御して投入することにより、振動電流の流れ始めの最初の電流零点で第１の遮断部を遮断することができ、第１の遮断部に流れる電流のピーク値を下げることができるので、第１の遮断部による電流遮断が容易となる。また、本実施の形態においても、半導体素子を用いて構成された高速動作が可能な半導体遮断部を用いることにより、従来の自励転流方式よりも高速な事故点の切り離しを実現可能としつつ、従来の自励転流方式および強制転流方式よりも直流遮断器の小型化、低コスト化を図ることができる。

実施の形態７．
図１９は、実施の形態７にかかる直流遮断器の一構成例を示す図である。なお、実施の形態６と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、実施の形態７にかかる直流遮断器の事故発生時における直流電流遮断前後の電流経路は、実施の形態１と同一であるので、ここでは説明を省略する。

本実施の形態では、図１９に示すように、実施の形態６において説明した第２の遮断部１２に代えて、コンデンサ５に例えばＭＯＡ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ａｒｒｅｓｔｅｒ）等の避雷器１３を直列接続し、転流部３ｆを構成している。また、本実施の形態では、実施の形態１〜６における第１の遮断部１を遮断部１としている。

図２０は、実施の形態７にかかる直流遮断器において、遮断部による事故電流遮断を実施しなかった場合の電流波形を示す図である。図２０（ａ）は、図２に示す経路Ａに流れる電流波形を示し、図２０（ｂ）は、図２に示す経路Ｂに流れる電流波形を示している。また、図２０（ｃ）は、遮断部１に流れる電流波形を示している。

本実施の形態の構成では、直流線路に定常電流が流れる通常時には避雷器１３の両端電圧が動作値以下であり、転流部３ｆは絶縁状態となっている（図２（ａ）参照）。

例えば、図２（ｂ）中に示す事故点において地絡事故が発生すると、リアクトル２に過電圧が生じ、避雷器１３の両端電圧が動作値を超えると、避雷器１３が動作して、コンデンサ５のキャパシタンス値、配線の抵抗分、インダクタンス分に応じた振動電流が経路Ｂに流れ（図２（ｂ）参照）、遮断部１に電流零点が生じる。ここで、遮断部１の遮断を実施しなかった場合には、避雷器１３に電流が流れることによりリアクトル２の過電圧が解消して避雷器１３の両端電圧が動作値以下となり、それ以降は経路Ｂに電流は流れない。

図２１は、実施の形態７にかかる直流遮断器において、遮断部による事故電流遮断を実施した場合の電流波形を示す図である。図２１（ａ）は、図２に示す経路Ｃに流れる電流波形を示し、図２１（ｂ）は、図２に示す経路Ｄに流れる電流波形を示している。また、図２１（ｃ）は、遮断部１に流れる電流波形を示している。

本実施の形態では、事故発生後にリアクトル２に生じる過電圧により避雷器１３が動作して経路Ｂに振動電流が流れ、これにより遮断部１に生じる電流零点で事故電流遮断を実施する（図２１（ｃ）参照）。

遮断部１による事故電流遮断後、図２（ｃ）に示す経路Ｃ（直列回路６ａ）および経路Ｄ（直列回路６ｂ）にリアクトル２のインダクタンス値およびコンデンサ５のキャパシタンス値に応じた振動電流が流れ、これらの振動電流の電流零点において避雷器１３の両端電圧が動作点以下となり、各直列回路６ａ，６ｂが開放状態となることにより、事故点の切り離しが完了する。

以上説明したように、実施の形態７の直流遮断器によれば、コンデンサに避雷器を直列接続して転流部を構成することにより、事故発生後にリアクトルに生じる過電圧により避雷器の両端電圧が動作値を超えて転流部に振動電流が流れ、このときに遮断部に生じる電流零点で事故電流遮断を実施し、事故電流遮断後に各直列回路に流れる振動電流の電流零点において避雷器の両端電圧が動作点以下となることにより、自動的に事故点の切り離しが完了する。また、本実施の形態においても、半導体素子を用いて構成された高速動作が可能な半導体遮断部を用いることにより、従来の自励転流方式よりも高速な事故点の切り離しを実現可能としつつ、従来の自励転流方式および強制転流方式よりも直流遮断器の小型化、低コスト化を図ることができる。

なお、上述した実施の形態では、第１の遮断部（遮断部）、あるいは第１の遮断部および第２の遮断部の双方に、半導体素子を用いて構成された高速動作が可能な半導体遮断部を用いる例について説明したが、従来よりも動作時間が短い真空遮断器等の機械式の遮断器を用いた構成であってもよいことは言うまでもない。

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

１ 第１の遮断部（遮断部）、２ リアクトル、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ 転流部、４ 第２の遮断部、５ コンデンサ、６ ブリッジ回路、６ａ，６ｂ 直列回路、７ 抵抗、８ 転流リアクトル、１０ スイッチ、１１ 放電ギャップ、１２ 第２の遮断部、１３ 避雷器。

Claims (12)

1. 直流線路に流れる直流電流を遮断する直流遮断器であって、
   コンデンサを含む転流部とリアクトルとにより構成される２つの直列回路が逆並列に接続され構成されたブリッジ回路と、
   前記各直列回路の前記リアクトルと前記転流部との各接続点間に接続され、前記直流線路に定常電流が流れる通常時において閉状態であり、前記直流線路の事故発生後に開制御され、前記各リアクトルを流れる電流と前記各転流部を流れる電流とが互いに打ち消し合う電流零点において遮断する第１の遮断部と、
   前記ブリッジ回路と直列に接続され、前記通常時において閉状態であり、前記第１の遮断部の遮断後に開制御され、前記各直列回路に流れる各電流が互いに打ち消し合う電流零点において遮断する第２の遮断部と、
   を備えることを特徴とする直流遮断器。
2. 前記転流部は、前記コンデンサに抵抗を直列接続して構成されることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
3. 前記転流部は、前記コンデンサに転流リアクトルを直列接続して構成されることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
4. 前記転流部は、前記コンデンサに前記直流線路の事故発生から前記第１の遮断部の開制御後の所定時間経過後に投入するスイッチを直列接続して構成されることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
5. 前記転流部は、前記コンデンサに前記直流線路の事故発生から前記第１の遮断部の開制御後の所定時間経過後に投入する放電ギャップを直列接続して構成されることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
6. 前記第１の遮断部は、半導体素子を用いて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
7. 前記第２の遮断部は、半導体素子を用いて構成されていることを特徴とする請求項６に記載の直流遮断器。
8. 直流線路に流れる直流電流を遮断する直流遮断器であって、
   コンデンサを含む転流部とリアクトルとにより構成される２つの直列回路が逆並列に接続され構成されたブリッジ回路と、
   前記各直列回路の前記リアクトルと前記転流部との各接続点間に接続され、前記直流線路に定常電流が流れる通常時において閉状態であり、前記直流線路の事故発生後に開制御され、前記各リアクトルを流れる電流と前記各転流部を流れる電流とが互いに打ち消し合う電流零点において遮断する第１の遮断部と、
   前記コンデンサと直列に接続され、前記通常時において開状態であり、前記事故発生から前記第１の遮断部の開制御後の所定時間経過後に閉制御され、前記第１の遮断部の遮断後に開制御され、前記各直列回路に流れる各電流の電流零点において遮断する第２の遮断部と、
   を備える
   ことを特徴とする直流遮断器。
9. 前記第１の遮断部は、半導体素子を用いて構成されていることを特徴とする請求項８に記載の直流遮断器。
10. 前記第２の遮断部は、半導体素子を用いて構成されることを特徴とする請求項９に記載の直流遮断器。
11. 直流線路に流れる直流電流を遮断する直流遮断器であって、
    コンデンサを含む転流部とリアクトルとにより構成される２つの直列回路が逆並列に接続され構成されたブリッジ回路と、
    前記各直列回路の前記リアクトルと前記転流部との各接続点間に接続され、前記直流線路に定常電流が流れる通常時において閉状態であり、前記直流線路の事故発生後に開制御され、前記各リアクトルを流れる電流と前記各転流部を流れる電流とが互いに打ち消し合う電流零点において遮断する遮断部と、
    前記コンデンサと直列に接続され、前記直流線路の事故発生時に動作し、前記第１の遮断部の遮断後に前記各直列回路に流れる各電流の電流零点において開放状態となる避雷器と、
    を備える
    ことを特徴とする直流遮断器。
12. 前記遮断部は、半導体素子を用いて構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の直流遮断器。

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