JP6694177B2 - DC breaker - Google Patents
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Description
本発明は、直流電流を遮断するための直流遮断装置に関し、特に、金属接点回路と半導体スイッチ回路を用いて直流を確実に遮断し、金属接点を保護する直流遮断装置に関する。 The present invention relates to a DC interrupting device for interrupting a DC current, and more particularly to a DC interrupting device that reliably interrupts DC by using a metal contact circuit and a semiconductor switch circuit to protect a metal contact.
すでに交流電力系には、金属接点を開極すると電流ゼロ点で遮断時に発生したアークが消滅して、金属接点の絶縁が回復することで、高電圧、大電流の遮断が可能な交流遮断器が存在する。
一方、直流電力系では、電流ゼロ点が存在せず、開極時の接点のアークが持続するため、電流が遮断出来ないばかりでなく、そのままでは金属接点の溶断に至るため、アークの引き延ばしによる冷却によってアークの電気抵抗を大きくして減流し、遮断を行なう方法がある。この場合、アークの熱による電極の消耗が激しいという問題がある。
Already in the AC power system, when the metal contacts are opened, the arc generated at the time of interruption at the current zero point is extinguished, and the insulation of the metal contacts is restored, making it possible to interrupt high voltages and large currents. Exists.
On the other hand, in a DC power system, there is no zero current point and the arc of the contact at the time of opening is sustained, so the current cannot be interrupted. There is a method in which the electric resistance of the arc is increased by cooling to reduce the current and to perform interruption. In this case, there is a problem that the consumption of the electrodes due to the heat of the arc is severe.
この問題を解決するため、金属接点の直流電流に対して、コンデンサ放電などによって逆転電流を重畳させて電流ゼロ点を作り出し、摸擬的に交流電流の遮断として直流を遮断する方法がある。これは高電圧大電流の直流遮断で実用化されているが、その遮断器は交流遮断時の再起電圧上昇に耐える能力を使うものである。この場合、コンデンサから放電される電流を投入するスイッチや、逆転電流供給用コンデンサを充電して待機することが必要で、また、充電電圧を遮断電流に合わせる必要がある等、関連する補機類の制御が複雑である。
いずれにしても、直流電流の遮断は容易ではなく、直流電力への利用はアークが持続しない小電流・低電圧のものに限られてきた。
In order to solve this problem, there is a method of superimposing a reverse current on a direct current of a metal contact by a capacitor discharge or the like to create a current zero point and artificially interrupting the alternating current to interrupt the direct current. This has been put to practical use in the direct current interruption of high voltage and large current, but the circuit breaker uses the ability to withstand the rise of the recurrent voltage at the time of alternating current interruption. In this case, it is necessary to charge the switch for supplying the current discharged from the capacitor and the capacitor for supplying the reverse current, and to wait, and to adjust the charging voltage to the cutoff current. The control of is complicated.
In any case, it is not easy to cut off the DC current, and its use for DC power has been limited to small currents and low voltages where the arc does not continue.
近年、ゲート制御でスイッチングを行う半導体スイッチとして、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等が実用化され、さらにＳｉＣ（シリコンカーバイド）の半導体が開発されて、高電圧の直流電流の遮断を、金属接点と並列に半導体スイッチ回路を接続して、通常時は金属接点で通電し、金属接点の開極時の接点アーク電圧で並列に接続されている半導体スイッチをオンにして、さらにアーク電圧によって転流して、その後、電流遮断は半導体スイッチで行なう、いわゆる、アーク電圧転流型のハイブリッドスイッチが知られている。 In recent years, IGBTs, MOSFETs, etc. have been put to practical use as semiconductor switches that perform switching by gate control, and further, SiC (silicon carbide) semiconductors have been developed to cut off high-voltage DC currents in parallel with metal contacts. Connect the circuit, normally energize with the metal contact, turn on the semiconductor switch connected in parallel with the contact arc voltage when the metal contact is opened, and further commutate with the arc voltage, then the current There is known a so-called arc voltage commutation type hybrid switch which is cut off by a semiconductor switch.
かかるハイブリッドスイッチによる、数百Ｖ、数十Ａ程度の低電圧ハイブリッド遮断器は、金属接点と並列に半導体スイッチをオン状態で待機して金属接点を開極すれば、瞬時に現れる陰極降下電圧とアーク柱の電圧が１０〜２０Ｖなので、金属接点から半導体スイッチへの転流時間は数μｓ以下で、半導体スイッチへ転流してアークは消滅するので、肉眼ではアークの光は見られず、そのエネルギーＷｅは、アーク電圧Ｖａｒｃとアーク電流Ｉａｒｃとアーク時間Ｔａｒｃの積で数ミリ・ジュールであるから、電極消耗は無いといえる。
下記特許文献１では、金属接点の開極時にアーク発生に必要な電圧（１０Ｖ）以下にすれば完全に無アークに遮断できるとされている。
A low-voltage hybrid circuit breaker of about several hundred volts and several tens of amps using such a hybrid switch has a cathode drop voltage that appears instantly when a metal switch is opened by waiting for a semiconductor switch in an on state in parallel with the metal contact. Since the voltage of the arc column is 10 to 20 V, the commutation time from the metal contact to the semiconductor switch is several μs or less, and since the arc is extinguished by commutating to the semiconductor switch, the arc light is not visible to the naked eye and its energy Since We is a product of the arc voltage V arc , the arc current I arc and the arc time T arc of several millijoules, it can be said that there is no electrode consumption.
In Patent Document 1 below, it is said that if the voltage (10 V) necessary for arc generation at the time of opening a metal contact is set to be equal to or lower than the voltage, the arc can be completely cut off.
図１（Ａ）は、アルゴン中での測定ではあるが、一般的なアーク溶接で説明されるアーク電圧とアーク電流の関係を示す図である。下記の非特許文献１によると、気体の種類、電極金属によって多少異なるが、接点アーク電圧の最小は１０Ｖから２０Ｖ程度である。即ち、アーク電圧はアーク電流ではあまり変わらない。また、１０Ｖ以下ではアークは発生しないとも考えられる。 FIG. 1A is a diagram showing the relationship between the arc voltage and the arc current, which is explained in general arc welding, although the measurement is performed in argon. According to Non-Patent Document 1 below, the minimum contact arc voltage is about 10V to 20V, although it varies somewhat depending on the type of gas and the electrode metal. That is, the arc voltage does not change much with the arc current. It is also considered that no arc is generated below 10V.
金属接点から半導体スイッチ回路への転流時間は、電流と転流回路のインダクタンスの積を、電圧（アーク電圧−半導体のオン電圧）で割ることにより求められる。すなわち、
Ｔｃｏｍ＝Ｉａｒｃ×Ｌｃｏｍ／（Ｖａｒｃ−Ｖｏｎ）…（式１）
ここに、 Ｔｃｏｍ＝転流時間、Ｉａｒｃ＝アーク電流、Ｌｃｏｍ＝転流の一周インダクタンス、Ｖａｒｃ＝アーク電圧、Ｖｏｎ＝半導体のオン電圧である。
The commutation time from the metal contact to the semiconductor switch circuit is determined by dividing the product of the current and the inductance of the commutation circuit by the voltage (arc voltage-semiconductor on-voltage). That is,
T com = I arc × L com / (V arc -V on) ... ( Equation 1)
Here, T com = commutation time, I arc = arc current, L com = circular inductance of commutation, V arc = arc voltage, V on = semiconductor on-voltage.
遮断器で電流を遮断した直後には、遮断した接点間に高い電圧が現れるが、これを再起電圧という。開極した金属接点に発生する再起電圧は半導体のオン電圧のみで、開極距離を得た後に半導体スイッチのゲートオフ操作で電流を遮断、再起電圧を制御しながら最終的に電流遮断に至るが、半導体の通電時間は短時間であるので、特別な冷却は不要である。
図１（Ｂ）は金属接点のアーク電圧とアーク電流、半導体スイッチに転流された電流などの実測値を示すものである。
Immediately after interrupting the current with a circuit breaker, a high voltage appears between the interrupted contacts, which is called a restart voltage. The restart voltage generated at the opened metal contact is only the ON voltage of the semiconductor.After obtaining the contact distance, the current is cut off by the gate switch operation of the semiconductor switch, and finally the current is cut off while controlling the restart voltage. Since the semiconductor is energized for a short time, no special cooling is required.
FIG. 1B shows measured values of the arc voltage and arc current of the metal contact, the current commutated to the semiconductor switch, and the like.
一般的に、半導体スイッチの遮断はゲート電圧制御で行なうが、金属接点が開極した際の接点アーク電圧でオンする半導体スイッチに転流するアーク電圧転流と、その後、絶縁ゲートを持つ半導体スイッチのスレッショルド電圧と絶縁ゲートのミラー積分効果を利用して、再起電圧の上昇スピードを制御して、金属接点の絶縁回復を待って確実に遮断する。このような再起電圧制御型のハイブリッドスイッチは、すでに下記特許文献１に開示されている。 Generally, the semiconductor switch is cut off by controlling the gate voltage, but the arc voltage commutation to commutate to the semiconductor switch that turns on by the contact arc voltage when the metal contact opens, and then the semiconductor switch with the insulated gate. The threshold voltage of and the Miller integral effect of the insulated gate are used to control the rising speed of the restart voltage, and wait for the recovery of the insulation of the metal contact to reliably cut off. Such a re-electromotive force control type hybrid switch has already been disclosed in Patent Document 1 below.
この考えは、アーク発生と同時に、接点アーク電圧として約１０Ｖから２０Ｖの電圧が発生することを利用したものである。非特許文献１では、アークの種々の金属接点の最小電圧、最小電流が報告されている。特許文献１では、アーク電圧発生で半導体スイッチのゲート−ソース間電圧がスレッショルド電圧Ｖｔｈになってオンになり、アーク電流を転流するが、その後、転流と同時に再起電圧Ｖｒが上昇し、その上昇スピードはコンデンサＣと抵抗Ｒで調整でき、電流ゼロになるまで上昇する。経過時間をｔとすると、再起電圧Ｖｒは、次の式２で表される。
Ｖｒ＝Ｖｔｈ＋Ｖｔｈ／（Ｃ×Ｒ）×ｔ…（式２）
Ｖｒの上昇スピードが１００Ｖ／１００μｓ以下であれば、トグルスイッチ等の金属接点は、アーク無しに絶縁も回復するので、無アークで金属接点が遮断できる優れた方法である。しかし、半導体スイッチが、常時ゲートにスレッショルド電圧以上が印加されれば導通する状態で常時接続されており、保護の問題に関しては、回路遮断の完全性が接点スイッチよりも劣る点である。事実、半導体スイッチ遮断中に電源電圧がステップ的に上昇すると、過渡的に電流リークが発生する。
This idea is based on the fact that a voltage of about 10V to 20V is generated as the contact arc voltage at the same time when the arc is generated. Non-Patent Document 1 reports the minimum voltage and the minimum current of various metal contacts of the arc. In Patent Document 1, when the arc voltage is generated, the gate-source voltage of the semiconductor switch becomes the threshold voltage V th to be turned on, and the arc current is commutated, but thereafter, the recurrent voltage Vr is increased simultaneously with the commutation, The rising speed can be adjusted by the capacitor C and the resistor R, and the speed increases until the current becomes zero. When the elapsed time is t, the re-initiated voltage Vr is expressed by the following equation 2.
Vr = V th + V th / (C × R) × t (Equation 2)
If the rising speed of Vr is 100 V / 100 μs or less, the metal contact such as a toggle switch recovers the insulation without an arc, which is an excellent method of breaking the metal contact without an arc. However, the semiconductor switch is always connected in a conductive state when a threshold voltage or more is applied to the gate at all times, and regarding the problem of protection, the completeness of circuit interruption is inferior to the contact switch. In fact, when the power supply voltage rises stepwise while the semiconductor switch is shut off, a transient current leak occurs.
電流遮断の確実性については、半導体スイッチの欠点である、ゲートにノイズなど、例えば、金属接点の開極時でも電源が接続され、電圧が印加されると、半導体スイッチが電流リークを起こす問題がある。すなわち、半導体スイッチがオフになっていても電流が流れることがある。これでは、安全を担保する遮断器にならない。
よって、直流電力系であっても、従来の交流電力系と同じ保護レベルが、同じ手順、リーク電流無しに可能であれば、交流電力系と同じ基準の直流遮断装置が実現可能になる。
本発明の目的は、従来の交流遮断装置の技術における、交流アーク通電可能な金属接点の多頻度開閉、高速開閉機構、高電圧の絶縁維持の特性など確立した技術を、直流遮断装置に応用し、リーク電流の無い直流遮断装置を実現することである。
Regarding the certainty of current interruption, there is a problem with semiconductor switches, such as noise on the gate, for example, when a power supply is connected even when the metal contact is opened and a voltage is applied, the semiconductor switch causes current leakage. is there. That is, current may flow even when the semiconductor switch is off. This does not serve as a circuit breaker that ensures safety.
Therefore, even in the case of the DC power system, if the same protection level as that of the conventional AC power system can be obtained without the same procedure and leakage current, it is possible to realize the DC breaker having the same standard as that of the AC power system.
The object of the present invention is to apply the established technology in the conventional AC circuit breaker technology, such as frequent switching of metal contacts capable of AC arc current application, high-speed switching mechanism, and characteristics of maintaining high voltage insulation, to a DC circuit breaker. The purpose is to realize a DC breaker with no leakage current.
上述の課題を解決するため、本発明は、直流電流を遮断するための直流遮断装置であって、該直流遮断装置は、直列に接続され、連動して開極するアーク通電が可能な第１の金属接点と第２の金属接点とを備えた遮断器と、前記第１の金属接点に並列に接続された半導体スイッチとを備え、通常時は前記二つの金属接点を通じて電流を流すとともに、
前記直流電流の遮断時において、前記遮断器の前記二つの金属接点が同時に開極すると、前記第１の金属接点に生ずるアーク電圧によって前記半導体スイッチが導通して、前記第１の金属接点のアーク電流が前記半導体スイッチに転流し、前記第１の金属接点に流れる電流がすべて前記半導体スイッチに転流した後、前記第１の金属接点の絶縁回復に合わせて、前記半導体スイッチで電流を遮断することにより、前記第２の金属接点のアーク電流も遮断することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a direct-current interruption device for interrupting a direct current, the first direct-current interruption device being connected in series and capable of energizing an arc that is interlocked to open. A circuit breaker having a metal contact and a second metal contact, and a semiconductor switch connected in parallel to the first metal contact, and normally supplies a current through the two metal contacts,
When the two metal contacts of the circuit breaker are opened at the same time when the DC current is cut off, the arc voltage of the first metal contact causes the semiconductor switch to conduct, thereby arcing the first metal contact. After the current has commutated to the semiconductor switch and all the current flowing to the first metal contact has commutated to the semiconductor switch, the current is interrupted by the semiconductor switch in accordance with the insulation recovery of the first metal contact. As a result, the arc current of the second metal contact is also cut off.
本発明に係る直流遮断装置によれば、外部からの特別なゲート制御信号を必要とすることなく直流を遮断することができ、また、短時間で遮断が完了するため、金属接点が溶融することもない。また、金属接点を二つ直列に接続しているため、半導体スイッチのリーク電流の問題も解決できる。 ADVANTAGEOUS EFFECTS OF INVENTION According to the DC cutoff device of the present invention, DC can be cut off without requiring a special gate control signal from the outside, and since the cutoff is completed in a short time, the metal contact is melted. Nor. Further, since the two metal contacts are connected in series, the problem of leakage current of the semiconductor switch can be solved.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図２は、本発明に係る直流遮断装置の構成の例を示す回路ブロック図である。
この直流遮断装置は、第１の金属接点（以下「接点」という。）１と第２の接点２が直列に接続されて構成される遮断器３と、接点１に並列に接続される半導体スイッチ４を備えている。また、接点１と接点２は連動して開閉極するように連動機構５が設けられている。
通常時は、接点１及び接点２が閉じられており、接点１及び接点２を通じて直流電流（以下「電流」という。）が図の矢印方向に流れている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 2 is a circuit block diagram showing an example of the configuration of the DC blocking device according to the present invention.
This DC circuit breaker includes a circuit breaker 3 configured by connecting a first metal contact (hereinafter referred to as “contact”) 1 and a second contact 2 in series, and a semiconductor switch connected in parallel with the contact 1. 4 is equipped. Further, an interlocking mechanism 5 is provided so that the contact 1 and the contact 2 are interlocked to open and close.
Normally, the contacts 1 and 2 are closed, and a direct current (hereinafter referred to as “current”) flows through the contacts 1 and 2 in the direction of the arrow in the figure.
次に、この直流遮断装置の遮断時の動作について説明する。図３は、本発明の直流遮断装置の動作を説明するための図である。
状態１は通常時の状態を示し、電流は接点２と接点１を通じて図の矢印方向に流れている。
状態２は、遮断を必要とする時、遮断器が開極されると同時に、接点１及び接点２にはアークが発生し、アーク電流が図の矢印方向に流れる。
次に、状態３では、接点１に生じたアーク電圧によって半導体スイッチ４がオンになり、アーク電流が図の矢印で示した経路で半導体スイッチへと転流する。
Next, the operation of this DC interrupting device at the time of interruption will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the DC interrupting device of the present invention.
State 1 indicates a normal state, and current flows through the contacts 2 and 1 in the direction of the arrow in the figure.
In the state 2, when the circuit breaker is required, the circuit breaker is opened, and at the same time, an arc is generated at the contact 1 and the contact 2, and the arc current flows in the direction of the arrow in the figure.
Next, in the state 3, the semiconductor switch 4 is turned on by the arc voltage generated at the contact 1, and the arc current commutates to the semiconductor switch along the path indicated by the arrow in the figure.
状態４では、電流が半導体スイッチ４にすべて転流して接点１のアークは消滅して、接点１はオフ状態（図の×印）になる。この時、接点１には再起電圧が発生する。
状態５は、半導体スイッチ４のゲート制御で再起電圧を制御しつつ、接点１の絶縁回復に合わせて電流を減流し、半導体スイッチ４をオフにする。
状態６では、接点１及び半導体スイッチ４がオフになり電流が無くなるので、接点２は無電流になって遮断され、さらに開極が進んで絶縁回復が完了する。
２つの接点は開極時にともにアークが発生するが、交流遮断時のアーク遮断よりアーク時間は短く、減流時の再起電圧は半導体スイッチにより制御されるので責務はより軽いと言える。
In the state 4, the current is all commutated to the semiconductor switch 4, the arc of the contact 1 is extinguished, and the contact 1 is turned off (marked by X in the figure). At this time, a restart voltage is generated at the contact 1.
In the state 5, while controlling the restart voltage by the gate control of the semiconductor switch 4, the current is reduced in accordance with the insulation recovery of the contact 1, and the semiconductor switch 4 is turned off.
In the state 6, since the contact 1 and the semiconductor switch 4 are turned off and the current disappears, the contact 2 becomes a non-current state and is cut off, and the contact opening is further advanced to complete the insulation recovery.
Both contacts generate an arc when the contact is opened, but the arc time is shorter than the arc interruption during AC interruption, and the restart voltage during current reduction is controlled by the semiconductor switch, so it can be said that the duty is lighter.
次に、本発明に係る直流遮断装置の実施例について説明する。
図４は、本発明に係る直流遮断装置の第１実施例を示す回路図である。図４（Ａ）は電流の流れる方向に対して接点２が先にある場合の実施例であり、図２に対応するものである。また、図２（Ｂ）は電流の流れる方向に対して接点１が先にある場合の実施例であり、電気的には図４（Ａ）と等価であるので、以下、図４（Ａ）についてのみ説明する。なお、電源、負荷と本直流遮断装置の位置関係は、直列に接続されていればすべて等価であるので、接地点や負荷の制約からどちらにするかを選ぶことができる。
図において、符号３で示すのは、遮断器の実施例である２極の開閉器である。接点１及び接点２が連動機構５により連動して開閉極可能なものである。開閉器３としては、例えば、交流１０Ａ程度、交流電圧２５０Ｖ程度の２極の単投又は双投の交流用接点スイッチが利用可能である。調査によると交流用の２極双投スイッチは、接点が連動してオフになる場合の同時性は０．１ｍｓ程度で、チャタリングも無い。
Next, an example of the direct-current interruption device according to the present invention will be described.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a first embodiment of the DC interruption device according to the present invention. FIG. 4A shows an embodiment in which the contact 2 is first in the direction of current flow and corresponds to FIG. Further, FIG. 2B shows an embodiment in which the contact 1 is first in the direction of current flow, and is electrically equivalent to FIG. 4A. Will be described only. Since the positional relationship between the power supply and the load and the present DC interruption device is all equivalent if they are connected in series, it is possible to select which one is to be selected from the constraints of the ground point and the load.
In the figure, reference numeral 3 is a two-pole switch which is an example of a circuit breaker. The contact 1 and the contact 2 are interlockable by an interlocking mechanism 5 so that the contact can be opened and closed. As the switch 3, for example, a two-pole single-throw or double-throw AC contact switch having an AC of about 10 A and an AC voltage of about 250 V can be used. According to the survey, the AC double-pole double-throw switch has a synchronicity of about 0.1 ms when the contacts are interlocked and turned off, and there is no chattering.
遮断器３の接点１に並列に半導体スイッチ４が接続されている。半導体スイッチ４は、ＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴ（以下、単に「ＦＥＴ」という。）と、コンデンサＣと抵抗Ｒとを備えており、ＦＥＴのドレインが接点１の正側に、ソースが接点１の負側にそれぞれ接続されている。また、ＦＥＴのドレイン−ゲート間にはコンデンサＣが、ゲート−ソース間には抵抗Ｒがそれぞれ接続されている。 A semiconductor switch 4 is connected in parallel to the contact 1 of the circuit breaker 3. The semiconductor switch 4 includes an N-channel MOSFET (hereinafter, simply referred to as “FET”), a capacitor C and a resistor R. The drain of the FET is on the positive side of the contact 1 and the source is on the negative side of the contact 1. Respectively connected to. A capacitor C is connected between the drain and the gate of the FET, and a resistor R is connected between the gate and the source of the FET.
接点１の開極によりアーク電圧（約１５Ｖ）がステップ的に瞬時に発生すると、ＦＥＴのゲートに接続されているＣとＲによるミラー積分効果によって、ゲート−ソース間電圧はスレッショルド電圧Ｖｔｈ（３から５Ｖ程度）になってＦＥＴがオンになり、接点１の電流はＦＥＴに短時間（数μｓ）で全電流が転流する。 When the arc voltage (about 15 V) is instantaneously generated stepwise by opening the contact 1, the gate-source voltage is the threshold voltage V th (3) due to the Miller integration effect of C and R connected to the gate of the FET. To about 5 V), the FET is turned on, and the current of the contact 1 commutates to the FET in a short time (several μs).
その後、接点１にはＦＥＴのソース−ドレイン間電圧、すなわち再起電圧が発生し、その電圧は上記の式２で上昇する。ここではＣ＝0.022μＦ、Ｒ＝100〜500Ωである。ＦＥＴのゲートの過電圧保護のためにダイオードや動作の安定のためにゲート抵抗Ｒｇ（不図示）として１ｋΩ以下を付加するとよい。Ｃ，Ｒが一定の場合、電流に無関係に再起電圧は直線的に上昇して、その結果、電流は減少し、電流が停止するとゲート−ソース間電圧がスレッショルド電圧よりも低くなって、ＦＥＴはオフとなる。それまでの間、直列の接点２はアーク通電状態であるが、ＦＥＴがオフになると直列の電流が遮断されるので、接点２のアークは消滅し、完全な遮断状態になる。このように、本実施例では、ＦＥＴのオン／オフのために必要なゲート電圧を外部から供給する必要がない。 After that, a source-drain voltage of the FET, that is, a re-elevated voltage is generated at the contact 1, and the voltage rises according to the above-mentioned formula 2. Here, C = 0.022 μF and R = 100 to 500Ω. It is advisable to add a diode of 1 kΩ or less as a gate resistance Rg (not shown) for the purpose of stabilizing the operation of the diode and the operation of the FET for overvoltage protection of the gate. When C and R are constant, the restart voltage increases linearly regardless of the current, and as a result, the current decreases, and when the current stops, the gate-source voltage becomes lower than the threshold voltage, and the FET is Turns off. Until then, the series contact 2 is in the arc energized state, but when the FET is turned off, the series current is cut off, so that the arc of the contact 2 is extinguished and the state is completely cut off. As described above, in this embodiment, it is not necessary to externally supply the gate voltage required for turning on / off the FET.
電流は接点１で遮断されるので、接点２では遮断能力は要求されないが、連動する遮断機構により、短時間、数１００μｓ、または大型遮断器では数ｍｓのアーク通電がある可能性あるが、遮断電圧は接点１と半導体スイッチ４との並列回路（ハイブリッドスイッチ）と分圧するので、交流遮断より責務は軽い。従来の交流用２連接点スイッチの同時動作を調べると、特に遮断時は１ｍｓ以内に収まっており、通常０．１ｍｓ程度である。もし、接点２が先に開極してアーク通電状態になっても、１ｍｓ以内に直列するハイブリッドスイッチで電流遮断されることになるので本来の交流遮断より責務は軽いと言える。 Since the current is cut off at the contact 1, the breaking ability is not required at the contact 2. However, due to the interlocking breaking mechanism, there is a possibility of arcing for a short time of several 100 μs or for a large breaker for several ms. Since the voltage is divided by the parallel circuit (hybrid switch) of the contact 1 and the semiconductor switch 4, the duty is lighter than the AC interruption. When the simultaneous operation of the conventional two-contact switch for alternating current is examined, it is within 1 ms particularly at the time of interruption, and is usually about 0.1 ms. Even if the contact 2 is first opened and the arc is energized, the current is interrupted by the hybrid switch connected in series within 1 ms, so it can be said that the duty is lighter than the original AC interruption.
図５は、本発明に係る直流遮断装置の第２実施例を示す回路図である。図５（Ａ）は電流の流れる方向に対して接点２が先にある場合の実施例であり、図２に対応するものである。また、図５（Ｂ）は電流の流れる方向に対して接点１が先にある場合の実施例であり、電気的には図５（Ａ）と等価であるので、以下、図５（Ａ）についてのみ説明する。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a second embodiment of the DC interruption device according to the present invention. FIG. 5A shows an embodiment in which the contact 2 is first in the direction of current flow, and corresponds to FIG. Further, FIG. 5B shows an embodiment in which the contact 1 is first in the direction of current flow, and is electrically equivalent to FIG. 5A. Will be described only.
図５（Ａ）は、遮断器３として２極双投スイッチを用いた場合である。２極双投スイッチとしては、交流用のトグルスイッチ、２極のａ接点ｂ接点を持つ制御リレー、ｂ接点が無くてもｂ接点の代わりをする補助接点を持つ電磁開閉器や、２連のマイクロスイッチ等が考えられる。
接点１のａ接点をＦＥＴのドレインに接続し、接点１のｂ接点をＦＥＴのゲートに接続し、かつ、接点１のコモン接点をＦＥＴのソースに接続する。また、接点１と接点２を直列に接続することは実施例１と同じである。
FIG. 5A shows a case where a double pole double throw switch is used as the circuit breaker 3. As a two-pole double-throw switch, a toggle switch for alternating current, a control relay with two-pole a contact and b contact, an electromagnetic switch with an auxiliary contact that substitutes for the b contact without the b contact, and two A micro switch or the like can be considered.
The a contact of the contact 1 is connected to the drain of the FET, the b contact of the contact 1 is connected to the gate of the FET, and the common contact of the contact 1 is connected to the source of the FET. Further, connecting the contacts 1 and 2 in series is the same as in the first embodiment.
遮断器３の二つの接点１，２のａ接点を同時に開極し、ｂ接点がオンになるまでの遷移時間、半導体スイッチ４は、ａ接点の開極によるアーク電圧発生でＦＥＴがオンし、接点１の電流はＦＥＴに転流する。その後、ｂ接点がオンになることにより、ＦＥＴのゲートとソースが短絡されてＦＥＴがオフになる。それまでの間、直列の接点２はアーク通電状態であるが、ＦＥＴがオフになると電流が遮断されるので、接点２のアークはアーク維持電流（大気中では数Ａであるが）以下になって消滅し、完全な遮断状態になる。
この第２実施例は、接点１のｂ接点を使って、再起電圧を急速に上昇させて、遮断する例である。これは半導体の通電発熱を軽減して、併せて、遮断後のゲート電圧を短絡して維持する効果もある。この場合、Ｃ，Ｒは第１実施例よりも大きくして、再起電圧の上昇を遅くして、接点間の電圧を低くしたまま開極して、ｂ接点がオンすることにより遮断が完了するのが好ましい。この場合、アークが持続する時間はｂ接点がオンするまでの遷移時間で、これは、トグルスイッチの場合、約３ｍｓ程度である。ｂ接点のオン時にチャタリングが発生するが、このｂ接点回路に直列に数１０Ωを追加すると、それも積分効果で緩やかな遮断をすることができる。
At the transition time until the contacts a of the two contacts 1 and 2 of the circuit breaker 3 are simultaneously opened and the contact b is turned on, the semiconductor switch 4 turns on the FET due to the arc voltage generated by opening the contact a, The current at contact 1 commutates to the FET. After that, when the b contact is turned on, the gate and source of the FET are short-circuited and the FET is turned off. Until then, the contact 2 in series is in the arc energization state, but when the FET is turned off, the current is cut off, so the arc of the contact 2 becomes less than the arc maintaining current (although it is several A in the atmosphere). Disappear and become completely cut off.
The second embodiment is an example in which the contact b of the contact 1 is used to rapidly increase the restart voltage and cut it off. This has the effect of reducing the energization and heat generation of the semiconductor, and at the same time having the effect of short-circuiting and maintaining the gate voltage after interruption. In this case, C and R are made larger than those in the first embodiment, the rise of the re-elevation voltage is delayed, the contacts are opened while the voltage between the contacts is kept low, and the contact b is turned on to complete the interruption. Is preferred. In this case, the duration of the arc is the transition time until the b contact turns on, which is about 3 ms in the case of the toggle switch. Chattering occurs when the b-contact is turned on, but if a few tens of Ω is added in series to this b-contact circuit, it can also be cut off gently by the integration effect.
図６は、本発明に係る直流遮断装置の第３実施例を示す回路図である。
これは、電流が双方向に流れる場合においても電流を遮断することができる直流遮断装置の実施例である。電流が双方向の場合に対応しているので、交流電流の場合にも適用できることは言うまでもない。
図４の第１実施例と異なる点は、半導体スイッチ４がさらにダイオードブリッジ６を備え、ダイオードブリッジ６の交流端子を接点１に並列に接続するとともに、ダイオードブリッジ６の直流端子の正側をＦＥＴのドレインに接続し、ダイオードブリッジ６の直流端子の負側をＦＥＴのソースに接続した点である。これにより電流が双方向に流れる場合においても電流を遮断することができる。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a third embodiment of the DC interruption device according to the present invention.
This is an embodiment of the DC interrupting device that can interrupt the current even when the current flows in both directions. Needless to say, the present invention can be applied to the case of alternating current, because it corresponds to the case of bidirectional current.
The semiconductor switch 4 further includes a diode bridge 6, the AC terminal of the diode bridge 6 is connected in parallel to the contact 1, and the positive side of the DC terminal of the diode bridge 6 is an FET. Is the point where the negative side of the DC terminal of the diode bridge 6 is connected to the source of the FET. As a result, the current can be interrupted even when the current flows in both directions.
半導体スイッチ４が、さらに、サイリスタ７を備え、サイリスタ７がＦＥＴのゲート−ソース間に接続され、転流した後の再起電圧が上昇すると自動的にサイリスタ７によってＦＥＴのゲート−ソース間がほぼ短絡状態になり、ゲート−ソース間電圧がスレッショルド電圧以下に降下して電流を遮断する。
すなわち、接点１の遮断後、再起電圧が所定の電圧になるとサイリスタ７が時間遅れ回路にてオンすることで、第２実施例のｂ接点の機能（すなわち、ゲート−ソース間の電圧がゼロになる）を果たすこととなる。
The semiconductor switch 4 further includes a thyristor 7, and the thyristor 7 is connected between the gate and the source of the FET. When the re-initiated voltage after commutation increases, the thyristor 7 automatically shorts the gate and the source of the FET. Then, the gate-source voltage drops below the threshold voltage and the current is cut off.
That is, after the contact 1 is cut off, the thyristor 7 is turned on by the time delay circuit when the restart voltage reaches a predetermined voltage, so that the function of the contact b of the second embodiment (that is, the voltage between the gate and the source becomes zero) Will be fulfilled.
ここではサイリスタを例にして説明したが、リードリレーなどの高速動作の補助スイッチや、電圧によって容量の変わるコンデンサなども可能である。
遅れてゲート抵抗Ｒを短絡すると急峻に遮断されるので、ＦＥＴの通電損失が低減する効果があるのは第２実施例と同じである。
交流電流の遮断装置に本発明の第３実施例を適用すれば、アークの通電時間が数ｍｓであるから、最大交流半波のアーク時間１０ｍｓに比べて短くなるので、接点の電気的寿命が長くなる効果がある。
Although a thyristor has been described here as an example, a high-speed operation auxiliary switch such as a reed relay or a capacitor whose capacity changes with voltage can be used.
If the gate resistance R is short-circuited with a delay, the gate resistance R is sharply cut off, so that the conduction loss of the FET is reduced, as in the second embodiment.
When the third embodiment of the present invention is applied to the AC current interrupting device, the arc energization time is several ms, which is shorter than the maximum AC half-wave arc time of 10 ms, so the electrical life of the contacts is reduced. Has the effect of lengthening.
図７は、本発明に係る直流遮断装置の第４実施例を示す回路図である。これは高電圧の直流を遮断する場合の直流遮断装置の実施例である。ここでは、高電圧とは数十ｋＶの電圧を想定している。
接点２は真空遮断器（ＶＣＢ）など交流電流用のＶＣＢを採用することができる。ＶＣＢはアーク電圧が低く、電極消耗が少なく、かつ、絶縁回復が早い特徴があるが、ガス遮断器、空気遮断器、オイル遮断器など、交流遮断器として開発されたものが利用できる。
また、接点１も複数の開閉器を直列に接続した多接点回路で構成している。その理由は以下のとおりである。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the DC interruption device according to the present invention. This is an embodiment of a DC interrupting device for interrupting high voltage DC. Here, the high voltage is assumed to be a voltage of several tens kV.
As the contact 2, a VCB for alternating current such as a vacuum circuit breaker (VCB) can be adopted. The VCB has a low arc voltage, low electrode consumption, and quick insulation recovery, but those developed as an AC circuit breaker such as a gas circuit breaker, an air circuit breaker, and an oil circuit breaker can be used.
The contact 1 is also composed of a multi-contact circuit in which a plurality of switches are connected in series. The reason is as follows.
すなわち、高電圧の直流を遮断するためには、半導体スイッチ８も高電圧に対応しなければならない。そのため、複数のＦＥＴを直列に繋いで構成しているが（図では、電流双方向に対応するため、交互に向きを変えて接続している。）、これにより、ＦＥＴのオン電圧及びインダクタンスの合計も大きくなり、例えば、接点１が一つしかないと、そこに発生したアーク電圧（約１０〜２０Ｖ）は低く、多数直列の半導体スイッチ８のＦＥＴをすべてオンさせ、かつ、すべてのＦＥＴのオン電圧合計を超えることができないので、半導体スイッチ８に転流することが出来ない。
数十ｋＶの規模の直流を遮断するためには、数百Ｖ程度のアーク電圧を発生させて半導体スイッチ８に印加する必要がある。そこで、接点１を複数の開閉器を直列に接続した多接点回路で構成し、アーク電圧の合計が十分高くなるようにする必要がある。そのために、接点１の開閉器としては、ガス遮断器などアーク電圧を大きくして消弧するタイプの遮断器を用いるとよい。この接点１のアーク時間は半導体スイッチ８に転流が完了するまでの時間であるので、数百μｓである。アーク時間が短く、交流電流遮断時の責務より軽いと言える。
That is, in order to cut off the high-voltage direct current, the semiconductor switch 8 must also support the high voltage. Therefore, although a plurality of FETs are connected in series (in the figure, the currents are bidirectional, the directions are alternately changed and connected). The total becomes large, for example, if there is only one contact 1, the arc voltage (about 10 to 20 V) generated there is low, all the FETs of the semiconductor switches 8 in series are turned on, and Since the total ON voltage cannot be exceeded, the commutation to the semiconductor switch 8 cannot be performed.
In order to cut off a direct current on the scale of several tens of kV, it is necessary to generate an arc voltage of several hundreds of V and apply it to the semiconductor switch 8. Therefore, it is necessary to configure the contact 1 with a multi-contact circuit in which a plurality of switches are connected in series so that the total arc voltage becomes sufficiently high. Therefore, as the switch of the contact 1, it is preferable to use a circuit breaker such as a gas circuit breaker that extinguishes the arc by increasing the arc voltage. The arc time of the contact 1 is several hundred μs since it is the time until the commutation to the semiconductor switch 8 is completed. It can be said that the arc time is short and it is lighter than the duty when the AC current is cut off.
第４実施例は半導体スイッチ８も電流双方向に対応する。また、半導体スイッチ８は、再起電圧制御回路（図４のＣとＲによるミラー積分回路）を付加したＦＥＴでは、オン電圧をスレッショルド電圧（３〜５Ｖ）にするのみなので、さらにオン電圧、１Ｖ以下に下げるために適切なゲート電圧を与えるゲート制御回路を用意するのもよい。ゲート制御回路は接点１のアーク電圧で動作する絶縁ゲート制御回路が必要で信頼性が落ちる欠点がある。 In the fourth embodiment, the semiconductor switch 8 also supports bidirectional current flow. Further, the semiconductor switch 8 is a FET to which a restart voltage control circuit (a Miller integrating circuit by C and R in FIG. 4) is added, and since the ON voltage is only the threshold voltage (3 to 5V), the ON voltage is 1V or less. It is also possible to prepare a gate control circuit that gives an appropriate gate voltage in order to lower the voltage. The gate control circuit requires an insulated gate control circuit that operates with the arc voltage of the contact 1, and has a drawback that reliability is reduced.
図８は、本発明に係る直流遮断装置の第５実施例を示す回路図である。第４実施例の多接点回路を、接点１と半導体スイッチ４とを並列接続して構成したハイブリッドスイッチ１０と高電圧用遮断器（ＶＣＢ１）とを直列に接続した回路で置き換えたものである。なお、遮断による再起電圧が過大にならないように、接点１にはバリスタ９を並列に接続している。 FIG. 8 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of the direct current interruption device according to the present invention. The multi-contact circuit of the fourth embodiment is replaced with a circuit in which a hybrid switch 10 constituted by connecting a contact 1 and a semiconductor switch 4 in parallel and a high voltage circuit breaker (VCB1) are connected in series. A varistor 9 is connected in parallel to the contact 1 so that the re-initiated voltage due to interruption does not become excessive.
図８において、通電から全遮断保護までの手順は、次のとおりである
１．全スイッチをオン状態： 通電は接点である、ＶＣＢ２，ＶＣＢ１及び接点１で行う。
２．遮断時は、全ての接点（ＶＣＢ１，ＶＣＢ２、接点１）を同時に開極すると、まず、接点１のアーク電圧で（低電圧の）半導体スイッチ４へ転流する。
３．半導体スイッチ４が、ＣとＲの積分効果で直線的に上昇する再起電圧で電流が減流してオフになると、ＶＣＢ１が遮断されるとともに、その発生電圧により高電圧の半導体スイッチ８がオンとなり、半導体スイッチ８に転流する。
４．高電圧半導体スイッチ８にすべての電流が転流後、高電圧半導体スイッチ８がＣとＲの積分効果でオフとなり、ＶＣＢ２は、これまでアーク放電で通電していたが、電流が停止したので遮断される。
ＶＣＢ１，２ともに十分な交流電流でのアーク通電能力を持っているので、上記のシーケンスが可能である。すなわち、接点の同時開極で、その場合でもアーク時間は数ｍｓで直流電流が遮断可能である。
In FIG. 8, the procedure from energization to full cutoff protection is as follows: 1. All switches are in the ON state: Energization is performed with the contacts VCB2, VCB1 and contact 1.
2. At the time of interruption, if all contacts (VCB1, VCB2, contact 1) are opened at the same time, first, the arc voltage of the contact 1 causes commutation to the (low voltage) semiconductor switch 4.
3. When the semiconductor switch 4 is turned off due to the current being reduced by the recurrence voltage that linearly rises due to the integration effect of C and R, the VCB1 is cut off, and the generated voltage turns on the high-voltage semiconductor switch 8, Commutates to the semiconductor switch 8.
4. After all the current is commutated to the high-voltage semiconductor switch 8, the high-voltage semiconductor switch 8 is turned off due to the integration effect of C and R, and the VCB2 has been energized by arc discharge until now, but the current is stopped, so it is cut off. To be done.
Since both the VCB1 and the VCB2 have the ability to conduct an arc with a sufficient alternating current, the above sequence is possible. That is, when the contacts are simultaneously opened, the DC current can be interrupted with the arc time of several ms even in that case.
直流電力系で保護遮断が必要な場合、単に複数の遮断器を連動して開極するのみで、半導体スイッチにはアーク電圧によって全自動的に電流が流れ、遮断する。従来の交流遮断器と同じ動作で直流の遮断が可能になる。ここでは、高圧遮断器としてＶＣＢを例にしたが、ＳＦ６ガス遮断器、空気遮断器、オイル遮断器も使用可能である。 When protection breaking is required in a DC power system, a plurality of circuit breakers are simply interlocked to open the contacts, and a current is automatically flowed to the semiconductor switch due to the arc voltage, so that the circuit breaks. The DC operation can be interrupted by the same operation as the conventional AC circuit breaker. Here, the VCB is used as an example of the high-voltage circuit breaker, but an SF6 gas circuit breaker, an air circuit breaker, or an oil circuit breaker can also be used.
上記は、すべての接点を同時に開極する場合であるが、図９に示す第６実施例では、通電から遮断完了まで、アークを極力発生しないで開極する実施例である。これは、事故遮断ではない通常の負荷開閉時は、開始から遮断までの時間遅れは問題にならないので有効である。 The above is the case where all the contacts are opened at the same time, but the sixth embodiment shown in FIG. 9 is an embodiment in which the arc is opened as little as possible from the energization to the completion of the interruption. This is effective because the time delay from the start to the disconnection does not matter during normal load switching that is not accidental disconnection.
図９は、本発明に係る直流遮断装置の第６実施例を示す回路図である。この実施例では、接点１の電流を検出する電流検出器ＣＴ１、半導体スイッチ４の電流を検出する電流検出器ＣＴ２、高電圧半導体スイッチ８の電流を検出する電流検出器ＣＴ３を備えるとともに、ＣＴ１で過電流の検出や外部からの指令を受けて接点１を開極するとともに、ＣＴ２〜ＣＴ３の電流値がゼロになった時に半導体スイッチ４、高電圧半導体スイッチ８をオフし、各接点（ＶＣＢ１、ＶＣＢ２）に対して開極指令を発信する制御部１１を備えることを特徴とする。
また、高電圧半導体スイッチ８は、電流が双方向であって、半導体スイッチ（ＦＥＴ）を多数直列接続して高圧化することで実現できる。その例として、図９のように、４つのＦＥＴを単相全波整流の構成にして、その直流部にコンデンサを付加したものを多段にする図を示している。この場合、遮断後の高電圧の分圧がコンデンサの値で決まるので分圧が確実である利点がある。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a sixth embodiment of the DC interrupting device according to the present invention. In this embodiment, a current detector CT1 for detecting the current of the contact 1, a current detector CT2 for detecting the current of the semiconductor switch 4, and a current detector CT3 for detecting the current of the high-voltage semiconductor switch 8 are provided. The contact 1 is opened in response to the detection of overcurrent or a command from the outside, and when the current value of CT2 to CT3 becomes zero, the semiconductor switch 4 and the high voltage semiconductor switch 8 are turned off, and each contact (VCB1, The controller 11 is characterized by including a contact opening command to the VCB 2).
The high-voltage semiconductor switch 8 has a bidirectional current and can be realized by connecting a large number of semiconductor switches (FETs) in series to increase the voltage. As an example thereof, as shown in FIG. 9, there is shown a diagram in which four FETs are configured for single-phase full-wave rectification and a capacitor is added to the DC portion thereof in multiple stages. In this case, the voltage division of the high voltage after interruption is determined by the value of the capacitor, so there is an advantage that the voltage division is reliable.
その動作手順は次の通りである。
（１）制御部１１が接点１を開極する指令を発信する。
（２）それと同時に半導体スイッチ４をオンにして、電流が半導体スイッチ４に転流する。
（３）ＣＴ１の電流値がゼロになると、制御部１１が半導体スイッチ４をオフするとともに、ＣＴ２の電流値がゼロになるとＶＣＢ１を開極する指令を発信する。半導体スイッチ４がオフすると同時に半導体スイッチ８をオンにして、電流は短時間で半導体スイッチ８に転流し、ＶＣＢ１は電流が無くなってから開極する。この時、低電圧の接点１と半導体スイッチ４に大きな電圧が発生しないようにバリスタ９がある。
（４）ＶＣＢ１が無電流、無アークで開極して、十分な耐電圧を持つ開極距離になるまで待って後、高電圧半導体スイッチ８を制御部１１の指令によるゲート制御でオフにする。
半導体スイッチ８オフの高電圧の再起電圧は主としてＶＣＢ１の耐電圧で持って、低電圧の接点１にはバリスタの電圧のみである。
（５）制御部１１が半導体スイッチ８のオフでＣＴ３の電流値がゼロになるのを待って、最後にＶＣＢ２を開極する指令を発信する。
（６）リーク電流の無い、完全な遮断が完了する。
（７）逆の投入動作では、この時間シーケンスを逆に行うと接点のチャタリング対策になる。
The operation procedure is as follows.
(1) The control unit 11 issues a command to open the contact 1.
(2) At the same time, the semiconductor switch 4 is turned on, and the current commutates to the semiconductor switch 4.
(3) When the current value of CT1 becomes zero, the control unit 11 turns off the semiconductor switch 4, and when the current value of CT2 becomes zero, it issues a command to open VCB1. When the semiconductor switch 4 is turned off, the semiconductor switch 8 is turned on at the same time, the current commutates to the semiconductor switch 8 in a short time, and the VCB 1 is opened after the current disappears. At this time, there is a varistor 9 so that a large voltage is not generated in the low-voltage contact 1 and the semiconductor switch 4.
(4) After the VCB1 is opened with no current and no arc and waits until the opening distance has a sufficient withstand voltage, the high voltage semiconductor switch 8 is turned off by gate control according to a command from the control unit 11. ..
The high-voltage restart voltage when the semiconductor switch 8 is turned off is mainly due to the withstand voltage of VCB1, and the low-voltage contact 1 is only the voltage of the varistor.
(5) The control unit 11 waits until the current value of CT3 becomes zero when the semiconductor switch 8 is turned off, and finally issues a command to open the VCB2.
(6) Complete shutoff without leakage current is completed.
(7) In the reverse closing operation, if this time sequence is reversed, the contact chattering can be prevented.
この第６実施例で遮断する場合は、接点１のみ開極時にアーク電圧を発生して低電圧の半導体スイッチ４に転流するが、他の接点は、電流が無くなってから無アークで開極する。その時、接点の開極指令から実際に開極するまでの時間が必要なので、遮断のシーケンスは待ち時間があって、遮断には遅れ時間がある。大型の高電圧、大電流の開閉器は、指令から開極まで駆動機構にもよるが、一般に１０ｍｓ以上必要である。
また、遅れ時間は変動もするので、制御回路１１はその分を勘案して、先に開極指令を出すなどの制御が必要がある。
事故時の緊急遮断は、遮断までの時間が早いことが重要であるので、事故電流が大きくならないうちに遮断したい。高速動作のＶＣＢ開極機構などが必要である。第６実施例は交流電流にも応用でき、交流、直流の高電圧、または大電流送電路の負荷開閉器として使用できる。
In the case of disconnection in the sixth embodiment, when only the contact 1 is opened, an arc voltage is generated and commutated to the low-voltage semiconductor switch 4, but the other contacts are opened without arc after the current disappears. To do. At that time, since the time from the contact opening command to the actual opening is required, there is a waiting time in the interruption sequence, and there is a delay time in interruption. A large high-voltage, large-current switch requires 10 ms or more from the command to the opening, depending on the drive mechanism.
Further, since the delay time also fluctuates, the control circuit 11 needs to perform control such as first issuing an opening command in consideration of the change.
Since it is important for the emergency shutoff in the event of an accident to be cut off quickly, we want to shut it off before the accident current increases. A VCB opening mechanism that operates at high speed is required. The sixth embodiment can be applied to an alternating current, and can be used as a load switch of an alternating current, a high voltage of direct current, or a high current transmission line.
以上説明したように、本発明に係る直流遮断装置は、従来の交流遮断装置の技術における、交流アーク電流に耐える金属接点の多頻度開閉、高速な絶縁回復遮断、リーク電流の無い高電圧の絶縁維持の特性など確立した技術を直流遮断装置に応用し、直流遮断装置を実現するものであるので、産業上の利用価値の高いものである。 As described above, the DC circuit breaker according to the present invention, in the conventional AC circuit breaker technology, is frequently used to open and close the metal contacts that withstand an AC arc current, cut off the insulation at high speed, and insulate a high voltage without leakage current. The established technology, such as maintenance characteristics, is applied to a DC circuit breaker to realize a DC circuit breaker, which has a high industrial utility value.
１ 第１の金属接点
２ 第２の金属接点
３ 遮断器
４ 半導体スイッチ
５ 連動機構
６ ダイオードブリッジ
７ サイリスタ
８ 高電圧半導体スイッチ
９ バリスタ
１０ 低電圧接点と低電圧半導体スイッチ（ハイブリッドスイッチ）
１１ 制御部
ＶＣＢ１ 第１の真空遮断器
ＶＣＢ２ 第２の真空遮断器
ＣＴ１〜ＣＴ３ 電流検出器
1 1st metal contact 2 2nd metal contact 3 Circuit breaker 4 Semiconductor switch 5 Interlocking mechanism 6 Diode bridge 7 Thyristor 8 High voltage semiconductor switch 9 Varistor 10 Low voltage contact and low voltage semiconductor switch (hybrid switch)
11 Control part VCB1 1st vacuum circuit breaker VCB2 2nd vacuum circuit breaker CT1-CT3 Current detector
Claims (2)
金属接点（１）と半導体スイッチ（４）とが並列接続されたハイブリッドスイッチ（１０）と、前記半導体スイッチが複数個直列に接続されて構成された高電圧半導体スイッチ（８）と、第１の高電圧用遮断器（ＶＣＢ１）と、第２の高電圧用遮断器（ＶＣＢ２）とを備え、
前記ハイブリッドスイッチと前記第１の高電圧用遮断器とが直列に接続されたものに前記高電圧半導体スイッチが並列に接続された回路が構成されるとともに、該並列接続されて構成された前記回路に前記第２の高電圧用遮断器がさらに直列に接続されて構成されたものであることを特徴とする直流遮断装置。 A direct current interruption device for interrupting a direct current (hereinafter simply referred to as "current"), the direct current interruption device comprising:
A hybrid switch (10) in which a metal contact (1) and a semiconductor switch (4) are connected in parallel, a high-voltage semiconductor switch (8) configured by connecting a plurality of the semiconductor switches in series, and a first A high voltage circuit breaker (VCB1) and a second high voltage circuit breaker (VCB2),
The hybrid switch and the first high-voltage circuit breaker are connected in series to form a circuit in which the high-voltage semiconductor switch is connected in parallel, and the circuit is configured to be connected in parallel. A direct current circuit breaker characterized in that the second circuit breaker for high voltage is further connected in series.
前記制御部は、外部からの電流遮断指令により前記金属接点の開極指令を発信して前記金属接点を開極すると同時に前記半導体スイッチが前記金属接点に発生するアーク電圧によってオンになり転流した後、前記第１の電流検出器が電流ゼロを検出すると前記半導体スイッチをオフにすると同時に高電圧半導体スイッチをオンにして電流を前記高電圧半導体スイッチに転流させ、さらに、前記第２の電流検出器が電流ゼロを検出すると前記第１の高電圧用遮断器を開極する指令を発し、前記第１の高電圧用遮断器が絶縁耐力を回復した後、前記高電圧半導体スイッチをオフにするとともに、前記第３の電流検出器が電流ゼロを検出すると前記第２の高電圧用遮断器を開極して、無アークにて遮断することを特徴とする請求項１に記載の直流遮断装置。 A first current detector for detecting a current of the metal contact, a second current detector for detecting a current of the semiconductor switch, and a third current detector for detecting a current of the high-voltage semiconductor switch, In addition to further comprising a control unit,
The control unit transmits an opening command for the metal contact by an external current interruption command to open the metal contact, and at the same time, the semiconductor switch is turned on by an arc voltage generated at the metal contact and commutated. After that, when the first current detector detects zero current, the semiconductor switch is turned off and at the same time, the high voltage semiconductor switch is turned on to divert the current to the high voltage semiconductor switch, and further, the second current is turned on. When the detector detects zero current, it issues a command to open the first high-voltage circuit breaker, and after the first high-voltage circuit breaker recovers dielectric strength, turns off the high-voltage semiconductor switch. as well as, the third current detector and opening the second high-voltage circuit breaker to detect a zero current, direct current barrier according to claim 1, characterized in that blocking by arc- Apparatus.
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