JP6029772B2 - 直流遮断装置 - Google Patents
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Description
[直流遮断装置の構成]
図1は、実施の形態1による直流遮断装置100を表わす回路図である。図1では、直流遮断装置100に事故電流が流れていない定常時の状態が示されている。
図2は、図1の直流遮断装置100の定常時から遮断状態に至る動作例を示すタイミング図である。図2では、上から順に、機械式遮断器4Lを流れる電流、機械式遮断器4Rを流れる電流、および半導体スイッチ2Lおよび2Rの接続ノードAを流れる電流が示されており、さらに、機械式遮断器4L、投入スイッチ8、半導体スイッチ2R、機械式遮断器4R、および半導体スイッチ2Lの各々の開閉状態が示されている。以下、図2の各時点における直流遮断装置100を流れる電流を示す図3〜図8を併せて参照しながら、直流遮断装置100の動作について説明する。
図3は、定常時における直流遮断装置100を流れる電流を示す図である。図2、図3を参照して、定常時(図2の時刻t1より前)には、半導体スイッチ2Lおよび2Rが閉極し、機械式遮断器4Lおよび4Rが閉極し、投入スイッチ8が開極している。コンデンサ5Lおよび5Rは、図に示されていない充電装置によって互いに逆極性になるように充電されている。例えば、図3においてコンデンサ5Lの右側(ノードN4側)の極およびコンデンサ5Rの左側(ノードN4側)の極が共に正極になるように充電されている。
図2の時刻t2に投入スイッチ8が投入される。機械式遮断器4Lは、投入スイッチ8の開極と同時か、開極以前、または、自身を流れる電流値が零になるまでの間に開極開始させる。図2では、投入スイッチ8の開極以前の時刻t1に機械式遮断器4Lの開極を開始させている。
図5は、機械式遮断器4Lを流れる電流が遮断されたときの電流の流れを示す図である。図5に示すように、図2の時刻t3において機械式遮断器4Lが消弧することによって、主回路電流Ioは半導体スイッチ2Lおよびダイオード3Rに転流される。
電流ILを早期に遮断するために、図2の時刻t3直後の時刻t4に半導体スイッチ2Rを開極する。可能なら定常時に予め半導体スイッチ2Rを開極しておいてもよいが、運用上の問題で閉極が必要な場合にはこの時点で開極する。これにより電流ILが遮断される。電流IRについては抵抗素子10Rによって減衰させる。
電流IRが減衰した図2の時刻t5に機械式遮断器4Rを開極する。図7は、機械式遮断器4Rを開極した状態を示す図である。機械式遮断器4Rにはアークが点弧することがないため高い絶縁性能が得られる。もし、点弧したとしても絶縁性能に問題ない程度の小電流のアークであれば点弧することは許される。すぐに接点が乖離していなければ、時刻t5の前の時点で開極にむけて駆動装置は駆動開始していてもよい。
図8は、半導体スイッチ2Lを開極した状態を示す図である。機械式遮断器4Lおよび4Rが、半導体スイッチ2Lを開極しても主回路電流遮断後の再起電圧に耐えられるような絶縁耐力を得た状態、すなわち、十分な開極距離を得ることができた状態で(図2の時刻t6)、図8に示すように半導体スイッチ2Lを開極する。これによって、電流遮断が完了する。避雷器11は、遮断によって生じる再起電圧を制限するとともに系統の残留エネルギーを吸収する。
図9は、直流遮断装置の動作手順を示すフローチャートである。上記に示した直流遮断装置の動作手順を以下にフローチャートとして示す。制御器9は以下のフローチャートで示した手順に従って、直流遮断装置を構成する機器が開閉動作を行う信号を送出する。
上記では、定常時には、半導体スイッチ2Lおよび2Rが閉極しているとしたが、定常時には開極しており、投入スイッチ8を投入する直前に閉極してもよい。
図12は、実施の形態2による直流遮断装置101の回路図である。
図14は、実施の形態3による直流遮断装置102の回路図である。
図16は、図1に示す実施の形態1の直流遮断装置100においてコンデンサ5Lおよび5Rを充電する方法の一例を示す図である。
図17は、実施の形態5による直流遮断装置104を示す回路図である。
Claims (11)
- 主回路線路上の第1のノードと前記主回路線路上の第2のノードとの間に互いの通電方向が逆方向となるように直列に接続される第1の半導体スイッチおよび第2の半導体スイッチと、
前記第1の半導体スイッチと並列に接続され、前記第1の半導体スイッチの通電方向と逆方向に電流を流す第1のダイオードと、
前記第2の半導体スイッチと並列に接続され、前記第2の半導体スイッチの通電方向と逆方向に電流を流す第2のダイオードと、
前記第1のノードと前記第2のノードとの間に順に直列に接続されかつ前記第1の半導体スイッチおよび前記第2の半導体スイッチの全体と並列に接続された第1の機械式遮断器および第2の機械式遮断器と、
前記第1のノードと前記第2のノードとの間に順に直列に接続されかつ前記第1の半導体スイッチおよび前記第2の半導体スイッチの全体ならびに前記第1の機械式遮断器および前記第2の機械式遮断器の全体と並列に接続され、前記第1の機械式遮断器および前記第2の機械式遮断器にそれぞれ逆電流を流すための第1の逆電流発生回路および第2の逆電流発生回路と、
前記第1の機械式遮断器と前記第2の機械式遮断器との間の第3のノードと前記第1の逆電流発生回路と前記第2の逆電流発生回路との間の第4のノードとの間に接続された投入スイッチと、
前記第1の半導体スイッチ、前記第2の半導体スイッチ、前記第1の機械式遮断器、前記第2の機械式遮断器、および前記投入スイッチの開閉タイミングを制御する制御器とを備える、直流遮断装置。 - 前記第1の逆電流発生回路は、前記第1のノードから前記第2のノードの方向に流れる第1の直流電流を遮断する場合、前記投入スイッチの投入によって前記第1の機械式遮断器に前記第1の直流電流と逆方向の電流を流すように構成され、
前記第2の逆電流発生回路は、前記第2のノードから前記第1のノードの方向に流れる第2の直流電流を遮断する場合、前記投入スイッチの投入によって前記第2の機械式遮断器に前記第2の直流電流と逆方向の電流を流すように構成される、請求項1に記載の直流遮断装置。 - 前記制御器は、前記第1の直流電流を遮断する場合、前記投入スイッチを投入した後に前記第1の機械式遮断器の開極を開始し、その後、前記第2の機械式遮断器の開極を開始するように構成される、請求項2に記載の直流遮断装置。
- 前記制御器は、前記第1の直流電流を遮断する場合、前記投入スイッチの投入によって前記第1の機械式遮断器を流れる電流が零になる遮断時刻より前に、前記第1の機械式遮断器の開極を開始し、前記遮断時刻より後に前記第2の機械式遮断器の開極を開始するように構成される、請求項2に記載の直流遮断装置。
- 前記第1の半導体スイッチは、前記第1のノードから前記第2のノードの方向が通電方向となるように前記第1のノードと前記第2のノードとの間に接続され、
前記第2の半導体スイッチは、前記第2のノードから前記第1のノードの方向が通電方向となるように前記第1のノードと前記第2のノードとの間に接続され、
前記制御器は、前記第2の機械式遮断器の開極を開始する前に、前記第2の半導体スイッチを開極するように構成される、請求項3または4に記載の直流遮断装置。 - 前記制御器は、前記第2の機械式遮断器を開極した後に、前記第1の半導体スイッチを開極するように構成される、請求項5に記載の直流遮断装置。
- 前記第1のダイオードと直列かつ前記第1の半導体スイッチと並列に接続された第1のインダクタンス素子と、
前記第2のダイオードと直列かつ前記第2の半導体スイッチと並列に接続された第2のインダクタンス素子とをさらに備える、請求項1〜6のいずれか1項に記載の直流遮断装置。 - 前記第1の逆電流発生回路は、前記第4のノードと前記第1のノードとの間に直列に接続される、第1のコンデンサおよび第1のリアクトルを含み、
前記第2の逆電流発生回路は、前記第4のノードと前記第2のノードとの間に直列に接続される、第2のコンデンサおよび第2のリアクトルを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の直流遮断装置。 - 前記第1のノードに隣接して前記主回路線路上に挿入された第1の接地器付き断路器と、
前記第2のノードに隣接して前記主回路線路上に挿入された第2の接地器付き断路器と、
前記第4のノードと接地ノードとの間に接続された充電器とをさらに備える、請求項8に記載の直流遮断装置。 - 前記第1の逆電流発生回路は、前記第4のノード側が正極となり、前記第1のノード側が負極となる第1の電池を含み、
前記第2の逆電流発生回路は、前記第4のノード側が正極となり、前記第2のノード側が負極となる第2の電池を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の直流遮断装置。 - 前記第1の逆電流発生回路と前記第4のノードとの間に接続された第1の機械式スイッチと、
前記第2の逆電流発生回路と前記第4のノードとの間に接続された第2の機械式スイッチとをさらに備える、請求項1〜10のいずれか1項に記載の直流遮断装置。
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