JPH0917294A

JPH0917294A - 両方向直流遮断器

Info

Publication number: JPH0917294A
Application number: JP16267895A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Matsumura; 寧松村; Masakazu Aoyama; 正和青山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1995-06-28
Publication date: 1997-01-17
Anticipated expiration: 2017-12-09
Also published as: JP3355066B2

Abstract

(57)【要約】【目的】順逆両方向に流れる直流電流を遮断する。【構成】遮断指令により主サイリスタ４と逆方向サイ
リスタ７のゲートオフ信号を与えると共に、転流スイッ
チ８を閉じると転流リアクトル１と転流コンデンサ３か
らなる転流回路から共振電流が流れ、主サイリスタ４に
順方向の電流が流れている場合は、共振電流の一発目の
パルスで、逆方向サイリスタ７に逆方向の電流が流れて
いる場合は、共振電流の反転した次のパルスで遮断され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は両方向の電流を遮断す
る直流遮断器に関するもので、特に電力用半導体等を用
いて大電流を高速度で遮断する両方向直流遮断器に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０に第１６回鉄道におけるサイバネ
ティクス利用国内シンポジウム論文集（１９７９年１１
月）に示された従来のサイリスタ直流遮断器の回路図を
示す。図において、１は転流リアクトル、２はこの転流
リアクトルに直列に接続された転流サイリスタ、３はさ
らに転流サイリスタ２に直列に接続された転流コンデン
サである。これら転流リアクトル１、転流サイリスタ
２、転流コンデンサ３により転流回路を構成している。

【０００３】４は主回路に設置された主サイリスタであ
り、上記転流サイリスタ２のアノード（或いはカソー
ド）の向きが同方向となるように転流回路が並列接続さ
れている。５は主サイリスタ４のカソード側（出力側）
と接地点Ｎとの間に設置されたフリーホイルダイオード
（電流還流用ダイオード）である。

【０００４】また、図１１は昭和５２年電気学会全国大
会論文集Ｐ１４２２に示された従来のサイリスタ直流遮
断器を示す回路図で、図において、１〜５は図１０と同
一であるので説明を省き、６は過電圧抑制装置である。

【０００５】次に動作について電鉄変電所に適用した場
合について説明する。このサイリスタ直流遮断器は、主
サイリスタ４のアノード側に、図示しない電鉄変電所の
整流器が置かれ、カソード側が図示しない電車線のき電
線に導かれ負荷である電車につながっている。サイリス
タ直流遮断器はき電線短絡等事故時にその電流を遮断す
る。

【０００６】き電線にサイリスタ直流遮断器を通して、
供給している直流電流を遮断する場合に付いて説明す
る。遮断動作に入る前、サイリスタ直流遮断器の転流コ
ンデンサ３には図示しない充電回路により主サイリスタ
４を通して流れる負荷電流を打ち消すに充分なエネルギ
ーが蓄積されている。

【０００７】遮断信号を受けると転流サイリスタ２が点
弧し、転流回路は導通状態となり、転流コンデンサ３、
主サイリスタ４、転流リアクトル１、転流サイリスタ２
を通した閉回路が構成される。転流コンデンサ３は図示
の極性、即ち主サイリスタ４のカソードからアノードへ
電流を流す向きに充電されているため、蓄積されたエネ
ルギーは転流リアクトル１との共振により決まる周波数
と振幅を持ったパルス状の電流として主サイリスタ４の
カソードからアノードへ向かって流れ込む。

【０００８】この転流電流が主サイリスタ４を流れる負
荷電流値より大きくなった時点で、主サイリスタ４の通
電電流は零となり主サイリスタ４がターンオフする。主
サイリスタ４が負荷電流を遮断した後は負荷において
は、負荷の持つインダクタンスに蓄積されたエネルギー
が負荷電流を流し続けようとするため、この電流はフリ
ーホイルダイオード５を通して負荷に帰り整流器側とは
分離される。

【０００９】また、図１１につい説明すると、フリーホ
イルダイオード５に替え、過電圧抑制装置６が用いられ
ている。過電圧抑制装置６は通常、非線形抵抗体が用い
られ、続流する負荷電流が転流コンデンサ３を逆充電
し、過電圧抑制装置６の制限電圧値以上になろうとする
と、それ以降の電流を過電圧抑制装置６側に流し、イン
ダクタンスのエネルギーを熱エネルギーに変えて消費す
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のサイリスタ直流
遮断器は以上のように構成されているので、主回路電流
は主サイリスタのアノードからカソード側へ流れる一方
向とする必要があり、電鉄変電所のようにき電線を通し
回生電流等があり両方向の電流が流れる場合は使用でき
なかった。

【００１１】そこで従来のサイリスタ直流遮断器を単に
２台逆並列に接続し、両方向電流に対し通電可能とする
と遮断時に転流サイリスタをゲートオンすることによ
り、両遮断器の転流コンデンサ間で電流が流れ主サイリ
スタへは流れ込まず負荷電流を遮断できない問題点があ
った。

【００１２】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、順逆両方向に流れる直流電流
を遮断できるサイリスタ直流遮断器を得ることを目的と
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

（１）この発明に係る両方向直流遮断器は、サイリスタ
を用いた直流遮断器にあって、逆並列接続されたサイリ
スタと、転流リアクトル、転流スイッチ、転流コンデン
サの直列回路で構成され上記サイリスタに並列に接続さ
れた転流回路とを備え、遮断時に上記転流スイッチをオ
ンして上記転流回路の転流作用により遮断するようにし
たものである。

【００１４】（２）また、逆並列接続されたサイリスタ
の内、一方のサイリスタに流れる通電電流値と他方のサ
イリスタに流れる通電電流値とが異なる場合、各々の通
電電流値に対応した通電容量のサイリスタを用いて主回
路を構成したものである。

【００１５】（３）また、通電電流値に応じた並列数の
サイリスタを用いて主回路を構成したものである。

【００１６】（４）また、転流スイッチは転流サイリス
タを逆並列接続して構成したものである。

【００１７】（５）また、転流コンデンサの充電は、遮
断時に短絡電流のｄｉ／ｄｔがより急峻となる電流を通
電するサイリスタ側の電流を打ち消す向きに充電するよ
うにしたものである。

【００１８】（６）また、転流コンデンサの充電は、別
に設けた充電回路の電位と、サイリスタ主回路の電位と
をつき合わせ、高電位側から充電するようにしたもので
ある。

【００１９】

【作用】

（１）この発明の両方向直流遮断器は、逆並列接続され
たサイリスタと、転流リアクトル、転流スイッチ、転流
コンデンサの直列回路で構成され上記サイリスタに並列
に接続された転流回路とを備え、逆並列接続されたサイ
リスタのいずれの方向に電流が流れていても、遮断する
ときに転流スイッチをオンして転流回路の転流作用によ
り遮断する。

【００２０】（２）また、逆並列接続されたサイリスタ
の内、一方のサイリスタに流れる通電電流値と他方のサ
イリスタに流れる通電電流値とが異なる場合、各々の通
電電流値に対応した通電容量のサイリスタを用いて主回
路を構成する。

【００２１】（３）また、通電電流値に応じた並列数の
サイリスタを用いて主回路を構成する。

【００２２】（４）また、転流スイッチは転流サイリス
タを逆並列接続して構成する。

【００２３】（５）また、転流コンデンサの充電は、遮
断時に短絡電流のｄｉ／ｄｔがより急峻となる電流を通
電するサイリスタ側の電流を打ち消す向きに充電する。

【００２４】（６）また、転流コンデンサの充電は、別
に設けた充電回路の電位と、サイリスタ主回路の電位と
をつき合わせ、高電位側から充電する。

【００２５】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１を図に基づいて説
明する。図１において、７は主サイリスタ４と逆並列に
接続された逆方向主サイリスタ、８は転流リアクトル１
と転流コンデンサ３に直列接続された転流スイッチで、
これら三つの回路要素により転流回路を構成する。９は
主サイリスタ４、逆方向主サイリスタ７に並列接続され
たスナバ用コンデンサ、１０はスナバ用コンデンサ９に
直列接続されたスナバ抵抗である。

【００２６】次に動作について説明する。主サイリスタ
４を通して負荷側に電流を流している場合の電流遮断動
作は、従来のサイリスタ直流遮断器と同様である。負荷
側から整流器側に電流を流す場合を考える。電鉄変電所
の場合負荷は電車であるため、回生制動を行う車両の回
生時エネルギーを変電所に送り返す必要がある。

【００２７】また、変電所内の一部の整流器が故障した
場合等には、き電線を通して隣接変電所から電力を供給
する時があり、その場合、逆方向主サイリスタ７を通し
て電流が流れる。このとき遮断器の整流器側で短絡等が
発生し、逆方向主サイリスタ７の通電電流を遮断するこ
とを考える。この波形図を図２に示し、図１と共に説明
する。

【００２８】転流コンデンサ３には予め転流エネルギー
が、主サイリスタ４を流れる電流を打ち消す向きに充電
されている。遮断指令を受けると（波形ａ）、転流スイ
ッチ８が投入され転流回路が導通状態となり、転流コン
デンサ３、逆方向主サイリスタ７、転流リアクトル１、
転流スイッチ８を通した閉回路が構成される。

【００２９】主サイリスタ４、逆方向主サイリスタ７の
ゲート信号は遮断信号と同時にＯＦＦされる（波形ｂ，
ｄ）。主サイリスタ４はＯＦＦ状態であるので、ゲート
信号がＯＦＦとなってもＯＦＦ状態であるが（波形
ｃ）、逆方向主サイリスタ７は通電中のため導通したま
まである（波形ｅ）。

【００３０】一方、遮断指令と同時に転流スイッチ８の
オン指令により（波形ｉ）、転流コンデンサ３からの電
流は逆方向主サイリスタ７の順方向電流となるため、上
記閉回路を通し、転流リアクトル１との振動電流となり
一旦転流コンデンサ３を逆充電する（波形ｆ，ｇ）。

【００３１】次に、逆充電された転流コンデンサ３から
は逆方向主サイリスタ７を逆向きに流れる共振電流が発
生し、逆方向主サイリスタ７の通電電流を打ち消す（波
形ｇ）。このとき、主サイリスタ４は既にＯＦＦ状態と
なっているため、共振電流は逆方向主サイリスタ７のみ
を流れることとなる（波形ｅ）。

【００３２】逆方向主サイリスタ７はゲート信号をＯＦ
Ｆしているため（波形ｄ）、通電電流が零となるとター
ンオフする。逆方向主サイリスタ７が遮断後負荷電流は
転流コンデンサ３を遮断開始前と同極性に充電する（波
形ｆ）。負荷側のインダクタンスにより逆方向主サイリ
スタ７が遮断後も負荷電流は流れようとするため、転流
コンデンサ３を充電するが、過電圧抑制装置６の制限電
圧に達すると、それ以降の電流が過電圧抑制装置６に流
れ込みこの抵抗分により負荷インダクタンスのエネルギ
ーが熱エネルギーとして消費される（波形ｊ，ｋ）。

【００３３】このように逆向きの電流（回生電流）を遮
断した場合、転流コンデンサ３は遮断開始前と同極性に
充電され（波形ｆ）、過電圧抑制装置６の制限電圧に達
した時点で電流の流入が停止するため、転流スイッチ８
を開放し（波形ｉ）、図示しない充電回路により補充電
を行う（波形ｈ，ｊ，ｆ）。

【００３４】上記は負荷側から整流器側へ電流が回生さ
れているときに遮断する場合について述べたが、整流器
側から負荷側へ電流が流れている通常の状態のときに遮
断する場合は、図３に波形図を示す。

【００３５】この場合の遮断動作は従来の技術で説明し
たので省略するが、遮断時に転流コンデンサ３は、回生
する場合とは逆向きの負荷電流により充電され（波形
ｆ，ｇ）、転流コンデンサ３の電流の流入が止まる。転
流コンデンサ３の流入電流が停止した時点で転流スイッ
チ８を解放し（波形ｉ）、図示しない充電回路により再
び図示の方向に補充電を行う（波形ｈ）。

【００３６】以上のように、サイリスタを主回路に用い
て両方向に通流する電流を遮断することができる。

【００３７】実施例２．上記実施例１では、主回路を主
サイリスタ４と逆方向主サイリスタ７を同一の構成とす
る場合について述べたが、図４に示すように主サイリス
タ４及び逆方向主サイリスタ７を各々通電電流に対応さ
せて並列サイリスタ４ａ、４ｂ、４ｃ、７ａ、７ｂ、を
設け、並列数は両方向を必ずしも同一とせず、必要最小
限で主回路を構成するようにすると装置を小形化するこ
とができる。

【００３８】主サイリスタ４と逆方向主サイリスタ７の
通電電流を打ち消す転流電流は、同一の転流回路より供
給されるため、転流コンデンサ３の充電方向によりどち
らかのサイリスタは転流電流の１パルス目と通電電流が
同方向となり上記電流が重畳されて流れる。

【００３９】重畳される電流の内、主回路の通電電流に
対して転流電流は約１ｍｓ程度の短時間であるため、こ
の重畳された電流値に対してはサイリスタの短時間定格
であるＩ²ｔ（電流２乗時間積）を考慮すればよい。従
って、並列数に対しては常時の通電電流に対して考え、
主サイリスタ４と逆方向主サイリスタ７の並列数を非対
称とすることができる。

【００４０】図４では通電電流に応じて並列数を可変す
るようにしたが、通電電流に応じた通電容量を有するサ
イリスタを用いるようにしてもよい。また、並列数とサ
イリスタの通電容量の両者を考慮して主回路を構成する
ようにしてもよい。

【００４１】実施例３．上記実施例１では、転流スイッ
チ８により転流回路を投入する場合について述べたが、
図５に示すように転流サイリスタ２と逆方向転流サイリ
スタ１１を設け両方向性のサイリスタスイッチとするこ
とで、投入指令に対し高速で操作ができ、しかも両方向
の転流電流を通電することができる。

【００４２】図５の回路図と共に図６の波形図を用いて
説明する。サイリスタ４及び７に対し遮断指令があり
（波形ａ，ｂ）、図示しないゲート回路より、転流サイ
リスタ２，１１のゲートオフ信号を遮断開始のゲートオ
ン信号から転流電流パルス幅の２倍程度遅れて出す（波
形ｃ，ｄ）。

【００４３】この信号で主サイリスタ４或いは逆方向主
サイリスタ７が遮断した後（波形図示せず）、残った負
荷インダクタンスのエネルギーは、転流リアクトル１、
転流コンデンサ３、整流器との間で続流し、電流が零と
なると転流サイリスタ２及び逆方向転流サイリスタ１１
はゲートオフし図示しない充分回路により速やかに転流
コンデンサ３の再充電を行う（波形ｅ，ｆ）。

【００４４】このように主回路の両方向性に向わせ転流
回路を両方向性とし、また主回路電流遮断後、転流回路
を遮断し転流コンデンサの再充電を容易にすることがで
きる。

【００４５】実施例４．上記実施例においては、転流コ
ンデンサ３の充電極性については、原理的にはどちら側
でも可能であるが、図７に示すように通電電流の特性を
考え、初期充電の方向は負荷側を充電するようにしたの
で、故障発生時における短絡電流を最小及び最短で遮断
することができる。

【００４６】通電中の短絡を考えると、整流器側から負
荷に主サイリスタ４を通して電流を流す場合、短絡時ｄ
ｉ／ｄｔの最大値は、サイリスタ直流遮断器の負荷側直
下で起こる場合であり、電流を制限するのはほぼ整流器
のインダクタンスのみである。

【００４７】一方負荷側から回生電流が逆方向主サイリ
スタ７を通して流れる場合、短絡時ｄｉ／ｄｔの最大は
サイリスタ直流遮断器の整流器側直下で短絡が起こる場
合であるが、この場合、負荷インダクタンスが電流を制
限するため、主サイリスタ４を通して流れる場合に比
べ、電流の立ち上がりは数分の１程度となる。

【００４８】両方向の場合、主サイリスタ４の電流を打
ち消す向きに転流コンデンサ３を充電することにより、
主サイリスタ４の電流は転流電流の１パルス目、逆方向
主サイリスタ７の電流は２パルス目に遮断することがで
きるため、短絡電流値の低い時点で遮断することができ
る。

【００４９】即ち、転流コンデンサの充電は、遮断時に
短絡電流のｄｉ／ｄｔがより急峻となる電流を通電する
サイリスタ側の電流を打ち消す向きに充電するのがよ
く、その反対向きに充電するのは短絡電流が大きくな
る。

【００５０】なお、この実施例は実施例１〜３，５に適
用することができる。

【００５１】実施例５．上記実施例においては、転流コ
ンデンサ４の充電を図示しない別回路により充電する方
法について述べたが、図８に示すように充電回路１２
と、ダイオード１３、ターンオフサイリスタ１４と、充
電抵抗１５を設け、主回路の電位と充電回路１２とをつ
き合わせて、高電位側から転流コンデンサ３を充電する
ようにしたので、充電回路１２が故障または投入不可の
場合でも、転流コンデンサ３の充電を可能とすることが
できる。

【００５２】図９は波形図で図８と共に動作を説明す
る。遮断器を投入する場合は、主サイリスタ４または逆
方向主サイリスタ７をＯＮした後（波形ａ，ｂ，ｃ）、
ターンオフサイリスタ１４を図示しないゲート回路によ
り投入することで（波形ｅ）、主回路−アース間の電位
により転流コンデンサ３は充電される（波形ｆ，ｇ）。

【００５３】転流コンデンサ３は、充電回路１２により
予め充電されているため、充電回路１２より主回路電圧
が上回ると、その差電圧分のみ充電抵抗１３を通して充
電される。

【００５４】遮断を行う場合は、まず、ターンオフサイ
リスタ１４を図示しないゲート回路によりオフした後
（波形ｅ）、先の実施例と同様に行う。

【００５５】従って、転流コンデンサの充電を主回路の
電気エネルギーを用いても可能とすることができる。

【００５６】

【発明の効果】

（１）以上のようにこの発明によれば、順逆両方向に直
流電流が流れる場合でも転流回路が動作するようにした
ので、両方向の遮断を行うことができる。

【００５７】（２）また、主回路の順逆方向各々の通電
電流値に合わせサイリスタを構成するようにしたので、
小形化することができる。

【００５８】（３）また、主回路の両方向性に向わせ転
流回路を両方向性としたので、転流コンデンサの再充電
を容易にすることができる。

【００５９】（４）また、転流コンデンサの充電を、遮
断時に短絡電流のｄｉ／ｄｔがより急峻となる電流を通
電するサイリスタ側の電流を打ち消す向きに充電するよ
うにしたので、短絡電流値の低い時点で遮断することが
できる。

【００６０】（５）また、転流コンデンサの充電を、充
電回路の電位とサイリスタ主回路の電位とをつき合わ
せ、高電位側から充電するようにしたので、転流コンデ
ンサの充電を主回路の電気エネルギーを用いても可能と
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す両方向直流遮断器
の回路図である。

【図２】この発明の実施例１を示す両方向直流遮断器
の動作波形図である。

【図３】この発明の実施例１を示す両方向直流遮断器
の動作波形図である。

【図４】この発明の実施例２を示す両方向直流遮断器
の主回路の回路図である。

【図５】この発明の実施例３を示す両方向直流遮断器
の回路図である。

【図６】この発明の実施例３を示す両方向直流遮断器
の動作波形図である。

【図７】この発明の実施例４を示す両方向直流遮断器
の動作波形図である。

【図８】この発明の実施例５を示す両方向直流遮断器
の回路図である。

【図９】この発明の実施例５を示す両方向直流遮断器
の動作波形図である。

【図１０】従来のサイリスタ直流遮断器の回路図であ
る。

【図１１】従来のサイリスタ直流遮断器の回路図であ
る。

【符号の説明】

１転流リアクトル、２転流サイリスタ、３転流コ
ンデンサ、４主サイリスタ、４ａ，４ｂ，４ｃ並列
サイリスタ、５フリーホイルダイオード、６過電圧
抑制装置、７逆方向主サイリスタ、７ａ，７ｂ並列
サイリスタ、８転流スイッチ、９スナバ用コンデン
サ、１０スナバ抵抗、１１逆方向電流サイリスタ、
１２充電回路、１３ダイオード、１４ターンオフ
サイリスタ、１５充電抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サイリスタを用いた直流遮断器にあっ
て、逆並列接続されたサイリスタと、転流リアクトル、
転流スイッチ、転流コンデンサの直列回路で構成され上
記サイリスタに並列に接続された転流回路とを備え、遮
断時に上記転流スイッチをオンして上記転流回路の転流
作用により遮断するようにしたことを特徴とする両方向
直流遮断器。
【請求項２】逆並列接続されたサイリスタの内、一方
のサイリスタに流れる通電電流値と他方のサイリスタに
流れる通電電流値とが異なる場合、各々の通電電流値に
対応した通電容量のサイリスタを用いて主回路を構成し
たことを特徴とする両方向直流遮断器。
【請求項３】請求項２において、通電電流値に応じた
並列数のサイリスタを用いて主回路を構成したことを特
徴とする両方向直流遮断器。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項において、
転流スイッチは転流サイリスタを逆並列接続して構成し
たことを特徴とする両方向直流遮断器。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項において、
転流コンデンサの充電は、遮断時に短絡電流のｄｉ／ｄ
ｔがより急峻となる電流を通電するサイリスタ側の電流
を打ち消す向きに充電するようにしたことを特徴とする
両方向直流遮断器。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項において、
転流コンデンサの充電は、別に設けた充電回路の電位
と、サイリスタ主回路の電位とをつき合わせ、高電位側
から充電するようにしたことを特徴とする両方向直流遮
断器。