JPWO2015166600A1 - DC breaker - Google Patents
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Abstract
直流遮断装置は、直流電流を流す主線路(PL)に設けられた遮断器(4)と、直列接続されたコンデンサ(10)および可変リアクトル装置(11)を含む共振回路と、充電動作時に可変リアクトル装置(11)を介してコンデンサ(10)を充電させる充電器(20)と、遮断器(4)を遮断させる遮断動作時に共振回路を遮断器(4)に並列接続し、直流電流と逆方向の電流をコンデンサ(10)から可変リアクトル装置(11)を介して遮断器(4)に流すスイッチ(17)とを備える。したがって、充電動作時にコンデンサ(10)に過電流が流れることを防止できる。The DC circuit breaker includes a circuit breaker (4) provided on a main line (PL) through which a direct current flows, a resonance circuit including a capacitor (10) and a variable reactor device (11) connected in series, and variable during a charging operation. A charger (20) for charging the capacitor (10) through the reactor device (11) and a resonance circuit connected in parallel to the circuit breaker (4) at the time of the circuit break operation for circuit breaker (4) are interrupted and reverse to the direct current A switch (17) for flowing a current in the direction from the capacitor (10) to the circuit breaker (4) via the variable reactor device (11). Therefore, it is possible to prevent an overcurrent from flowing through the capacitor (10) during the charging operation.
Description
この発明は直流遮断装置に関し、特に、直流電力系統に設けられ、正常時に負荷電流を開閉し、事故時に事故電流を遮断する直流遮断装置に関する。 The present invention relates to a DC circuit breaker, and more particularly to a DC circuit breaker that is provided in a DC power system and that opens and closes a load current during normal operation and interrupts an accident current during an accident.
直流遮断装置の構成および動作は、交流電力系統で用いられる交流遮断装置と大きく異なる。すなわち、交流遮断器としては、ガス遮断器、真空遮断器、空気遮断器などの機械式交流遮断器が一般的に使用される。機械式交流遮断器では、事故電流が交流の半周期ごとに訪れる電流値が零となるタイミングで電流が遮断される。電流値が零とならないタイミングでは、接点間でアークが発生し、電流を遮断することができないからである。これに対して機械式の直流遮断装置では、直流電流が自然に零点を迎えることがないので、強制的に電流値を零にする工夫が必要になる。 The configuration and operation of the DC interrupter is greatly different from the AC interrupter used in the AC power system. That is, as the AC circuit breaker, a mechanical AC circuit breaker such as a gas circuit breaker, a vacuum circuit breaker, or an air circuit breaker is generally used. In the mechanical AC circuit breaker, the current is interrupted at the timing when the current value at which the accident current comes every half cycle of AC becomes zero. This is because at the timing when the current value does not become zero, an arc is generated between the contacts, and the current cannot be interrupted. On the other hand, in the mechanical DC interrupter, since the direct current does not naturally reach the zero point, a device for forcibly making the current value zero is necessary.
たとえば、特開平11−120871号公報(特許文献1)には、強制的に電流を零にするための工夫が施された機械式の直流遮断装置が開示されている。この直流遮断装置は、機械式遮断器と、機械式遮断器に並列接続された逆電流発生回路とを備える。逆電流発生回路は、直列接続されたコンデンサ、リアクトル、およびスイッチと、予めコンデンサを充電しておくための充電器とを含む。直流電流遮断時にスイッチを投入すると、直流電流と逆方向の電流が機械式遮断器に流れ、機械式遮断器における合成電流が零となり、直流電流が遮断される。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-120871 (Patent Document 1) discloses a mechanical DC circuit breaker that has been devised to force the current to zero. The DC circuit breaker includes a mechanical circuit breaker and a reverse current generation circuit connected in parallel to the mechanical circuit breaker. The reverse current generation circuit includes a capacitor, a reactor, and a switch connected in series, and a charger for charging the capacitor in advance. When the switch is turned on when the DC current is cut off, a current in the opposite direction to the DC current flows to the mechanical circuit breaker, the combined current in the mechanical breaker becomes zero, and the DC current is cut off.
また、特開2002−93294号公報(特許文献2)には、遮断する直流電流の大きさに応じた周波数の逆電流を発生させる直流遮断装置が開示されている。第1の方法では、コンデンサの容量値を変化させて逆電流の周波数を変えている。第2の方法では、リアクトルのインダクタンスを変化させて逆電流の周波数を変えている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-93294 (Patent Document 2) discloses a DC interrupting device that generates a reverse current having a frequency corresponding to the magnitude of the DC current to be interrupted. In the first method, the frequency of the reverse current is changed by changing the capacitance value of the capacitor. In the second method, the frequency of the reverse current is changed by changing the inductance of the reactor.
また、特開2006−32077号公報(特許文献3)には、コンデンサの端子間に充電器を接続して予めコンデンサを充電する直流遮断装置が開示されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2006-32077 (Patent Document 3) discloses a DC cutoff device that charges a capacitor in advance by connecting a charger between the terminals of the capacitor.
このような直流遮断装置では、コンデンサを放電させて機械式遮断器を遮断させた場合には、コンデンサの端子間電圧が略0Vまたは逆極性の電圧になっている場合がある。このような場合にコンデンサに充電器を並列接続して充電を開始すると充電器からコンデンサに過電流が流れ、コンデンサおよび充電器などが劣化する恐れがある。 In such a DC circuit breaker, when the capacitor is discharged to break the mechanical circuit breaker, the voltage across the terminals of the capacitor may be approximately 0 V or a reverse polarity voltage. In such a case, when charging is started by connecting a charger to the capacitor in parallel, an overcurrent flows from the charger to the capacitor, which may deteriorate the capacitor and the charger.
この対策として、充電器内の抵抗素子の抵抗値を大きな値に設定して小さな電流でコンデンサを充電することも考えられるが、コンデンサの容量値と抵抗素子の抵抗値によって決まる充電時定数が大きな値となり、充電時間が長くなるという問題がある。一般に直流遮断装置では、遮断器の開閉を急速に繰り返す性能が必要とされるので、コンデンサの充電時間の長さは問題となる。 As a countermeasure, it is possible to charge the capacitor with a small current by setting the resistance value of the resistance element in the charger to a large value, but the charging time constant determined by the capacitance value of the capacitor and the resistance value of the resistance element is large. There is a problem that the charging time becomes long. In general, a direct current circuit breaker requires the ability to rapidly open and close the circuit breaker, so the length of the capacitor charging time is a problem.
それゆえに、この発明の主たる目的は、コンデンサを劣化させることなく短時間で充電することが可能な直流遮断装置を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a DC circuit breaker that can be charged in a short time without degrading a capacitor.
この発明に係る直流遮断装置は、直流電流を流す線路に設けられた遮断器と、直列接続されたコンデンサおよびリアクトルを含む共振回路と、充電動作時にリアクトルを介してコンデンサを充電させる充電器と、遮断器を遮断させる遮断動作時に共振回路を遮断器に並列接続し、直流電流と逆方向の電流をコンデンサからリアクトルを介して遮断器に流すスイッチとを備えたものである。 A DC circuit breaker according to the present invention includes a circuit breaker provided in a line through which a direct current flows, a resonance circuit including a capacitor and a reactor connected in series, a charger that charges the capacitor via the reactor during a charging operation, The switch is provided with a switch for connecting a resonance circuit in parallel to the circuit breaker during a circuit breaking operation for breaking the circuit breaker and flowing a current in a direction opposite to the direct current from the capacitor to the circuit breaker through the reactor.
この発明に係る直流遮断装置では、リアクトルを介してコンデンサを充電させるので、コンデンサに過電流が流れることを防止することができ、コンデンサを劣化させることなく短時間で充電することができる。 In the DC circuit breaker according to the present invention, the capacitor is charged through the reactor, so that an overcurrent can be prevented from flowing through the capacitor, and the capacitor can be charged in a short time without deteriorating the capacitor.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による直流遮断装置3の構成を示す回路ブロック図である。図1において、直流電力系統は、直流電力を生成する直流電源1と、直流電源1で生成された直流電力を負荷2に供給する正側主線路PLおよび負側主線路NLとを備える。正側主線路PLには、事故発生時などに主線路PLに流れる直流電流を遮断する直流遮断装置3が設けられている。[Embodiment 1]
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a configuration of a
直流遮断装置3は、遮断器4、電流検出器5、逆電流発生回路6、および制御回路7を備える。遮断器4は、正側主線路PLに設けられている。すなわち、正側主線路PLは、遮断器4によって直流電源1側の部分(上流側線路PLAと称す)と負荷2側の部分(下流側線路PLBと称す)に分割されている。
The
遮断器4は、ガス遮断器、真空遮断器、空気遮断器などの機械式遮断器によって構成される。遮断器4は、それぞれ線路PLA,PLBに接続された第1および第2の接点(図示せず)と、制御回路7からの制御信号S1に従って第1および第2の接点を閉極または開極させる駆動部とを含む。たとえば、制御信号S1が「L」レベルである場合は、第1および第2の接点が閉極され、制御信号S1が「H」レベルである場合は、第1および第2の接点が開極される。
The
遮断器4に直流電流が流れているときに第1および第2の接点を開極させると、第1および第2の接点間にアークが発生し、直流電流が流れ続ける。このとき、第1および第2の接点間に直流電流と逆方向の電流を流して第1および第2の接点間の電流を零にすると、アークが消弧し、遮断器4を遮断状態にすることができる。ただし、電流値が零になる瞬時における電流の時間的変化率が所定値よりも大きい場合はアークが消弧しないので、電流の時間的変化率を所定値以下にする必要がある。
If the first and second contacts are opened while a direct current is flowing through the
電流検出器5は、下流側線路L2に流れる直流電流の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号を制御回路7に出力する。逆電流発生回路6は、制御回路7からの制御信号S2などによって制御され、遮断器4を遮断させる遮断動作時に、主線路PLに流れる直流電流と逆方向の電流を遮断器4に流す。
The
制御回路7は、電流検出器5によって事故電流が検出された場合は、制御信号S1,S2などを生成して遮断器4および逆電流発生回路6を制御し、遮断器4を遮断させる。また、制御回路7は、事故電流が検出されない場合であっても、負荷電流の供給の停止が指示された場合は、制御信号S1,S2などを生成して遮断器4および逆電流発生回路6を制御し、遮断器4を遮断させる。さらに、制御回路7は、事故電流を遮断させる場合と負荷電流を遮断させる場合では、逆電流発生回路6から遮断器4に供給される逆電流の大きさを変更する。
When an accident current is detected by the
図2は、逆電流発生回路6の構成を示す回路図である。図2において、逆電流発生回路6は、コンデンサ10、可変リアクトル装置11、スイッチ17〜19、および充電器20を備える。コンデンサ10および可変リアクトル装置11は、上流側線路PLAとスイッチ17の一方端子との間に直列接続され、共振回路を構成する。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the reverse
可変リアクトル装置11は、リアクトル12〜14およびスイッチ15,16を含む。リアクトル12〜14は、コンデンサ10の一方端子とスイッチ17の一方端子との間に直列接続される。スイッチ15,16は、それぞれリアクトル12,13に並列接続される。スイッチ15,16の各々は、制御回路7によって制御される。
可変リアクトル装置11のインダクタンスは、たとえば3段階で変更可能となっている。可変リアクトル装置11のインダクタンスをL11とし、リアクトル12〜14のインダクタンスをそれぞれL12〜L14とする。スイッチ15,16がともにオフされている場合は、L11=L12+L13+L14となる。スイッチ15,16がそれぞれオンおよびオフされている場合は、L11=L13+L14となる。スイッチ15,16がともにオンされている場合は、L11=L14となる。
The inductance of the
たとえば、事故電流を遮断する場合は、遮断器4に大きな逆電流を流す必要があるので、スイッチ15,16をオンさせて可変リアクトル装置11のインダクタンスL11を最小値L14に設定する。
For example, when interrupting the accident current, it is necessary to flow a large reverse current through the
通常の負荷電流を遮断する場合は、遮断器4に大きな逆電流を流すと電流が零になる時の電流変化率が大きくなり過ぎてアークが消弧しない恐れがあるので、スイッチ15,16をそれぞれオンおよびオフさせて可変リアクトル装置11のインダクタンスL11を最小値よりも大きな値(L13+L14)に設定する。
When interrupting the normal load current, if a large reverse current is passed through the
コンデンサ10を充電させる場合は、過電流が流れることを防止するため、スイッチ15,16をともにオフさせて可変リアクトル装置11のインダクタンスL11を最大値(L12+L13+L14)に設定する。
When charging the
スイッチ17の他方端子は、下流側線路PLBに接続される。たとえば、制御回路7からの制御信号S2が「L」レベルである場合はスイッチ17がオフし、制御信号S2が「H」レベルである場合は、スイッチ17がオンしてコンデンサ10および可変リアクトル装置11からなる共振回路が遮断器4に並列接続される。
The other terminal of the
スイッチ18は、コンデンサ10の他方端子(すなわち上流側線路PLA)と充電器20の負極との間に接続され、制御回路7によって制御されて充電動作時にオンされる。スイッチ19は、リアクトル14およびスイッチ17間のノードと充電器20の正極との間に接続され、制御回路7によって制御されて充電動作時にオンされる。充電器20は、制御回路7によって制御され、充電動作時に、スイッチ18,19および可変リアクトル装置11を介してコンデンサ10を所定の電極間電圧に充電させる。
The
次に、この直流遮断装置3の動作について説明する。初期状態では、遮断器4に直流電流が流れ、スイッチ17〜19がオフされ、コンデンサ10の端子間電圧が既定の充電電圧に達しておらず、たとえば略0Vであるものとする。まず、コンデンサ10の端子間電圧を既定の充電電圧にする充電動作が行われる。充電動作時は、スイッチ18,19がオンされ、充電器20から可変リアクトル装置11を介してコンデンサ10に直流電流が供給され、コンデンサ10が充電される。
Next, the operation of the
コンデンサ10の充電電圧が既定の充電電圧に達すると、スイッチ18,19がオフされてコンデンサ10の充電が完了する。なお、充電の極性は、スイッチ17をオンさせた直後にコンデンサ10から遮断器4に流れる電流の方向が、正側主線路PLに流れる直流電流の方向と逆向きになるように決められている。
When the charging voltage of the
正側主線路PLに流れる直流電流を遮断する場合は、まず、遮断器4の開極動作を行なう。遮断器4の第1および第2の接点を開極させると、第1および第2の接点間にアークが点弧する。このときにスイッチ17をオンさせると、コンデンサ10から可変リアクトル装置11およびスイッチ17を介して遮断器4に放電電流が流れる。この放電電流は、可変リアクトル装置11を通過するので、減衰する正弦波振動電流となる。また、コンデンサ10が上述したような極性に充電されているので、遮断器4を流れる電流I4は図3に示すような波形となる。
When interrupting the direct current flowing through the positive main line PL, first, the
図3では、初期状態では遮断器4に一定の事故電流IAが流れており、ある時刻にコンデンサ10から遮断器4に正弦波振動電流ISが流されてI4=IA−ISとなり、時刻t0においてI4=0Aとなった状態が示されている。このとき、可変リアクトル装置11のスイッチ15,16はともにオンされて、可変リアクトル装置11のインダクタンスL11は最小値L14にされていたものとする。
In FIG. 3, a constant fault current IA flows through the
I4=0Aになったとき(時刻t0)、第1および第2の接点間のアークが消弧して遮断器4が遮断するが、前述したように時刻t0における電流I4の時間的変化率が所定値以下の値である必要がある。なお、時刻t0における電流I4の時間的変化率とは、時刻t0における電流I4の微分値の絶対値をいう。
When I4 = 0A (time t0), the arc between the first and second contacts is extinguished and the
一般に、事故発生時に主線路PLに流れる事故電流IAの値は、通常時に主線路PLに流れる負荷電流ILの値よりも大きくなる。図4では、初期状態では遮断器4に一定の負荷電流ILが流れており、ある時刻にコンデンサ10から遮断器4に正弦波振動電流ISが流されてI4=IL−ISとなり、時刻t1においてI4=0Aとなった状態が示されている。図3と図4を比較すると分かるように、図4の時刻t1における電流I4の時間的変化率は図3の時刻t0における電流I4の時間的変化率よりも大きな値となる。したがって、図4の場合には遮断器4を遮断できない可能性がある。
Generally, the value of the fault current IA that flows through the main line PL when an accident occurs is larger than the value of the load current IL that flows through the main line PL during normal times. In FIG. 4, a constant load current IL flows through the
そこで、通常の負荷電流ILのように事故電流IAよりも小さい値の電流を遮断する場合には、可変リアクトル装置11のスイッチ15,16をそれぞれオンおよびオフさせることにより可変リアクトル装置9のインダクタンスL11を事故時よりも大きな値(L13+L14)にする。これにより、共振回路のインピーダンスが増大し、かつインダクタンスL11の増大に伴って正弦波振動電流ISの周波数が低下するので、遮断器4に流れる電流I4は図5に示すような波形となる。
Therefore, when interrupting a current having a value smaller than the accident current IA, such as the normal load current IL, the inductance L11 of the variable reactor device 9 is turned on by turning on and off the
図5では、初期状態では遮断器4に一定の負荷電流ILが流れており、ある時刻にコンデンサ10から遮断器4に正弦波振動電流IS1が流されてI4=IL−IS1となり、時刻t2においてI4=0Aとなった状態が示されている。図4と図5を比較すると分かるように、図5の時刻t2における電流の時間的変化率は図4の時刻t1における電流の時間的変化率よりも小さな値となる。したがって、可変リアクトル装置9のインダクタンスL11を事故時よりも大きな値(L13+L14)に設定したことにより、遮断器4を確実に遮断することが可能となる。このように遮断器4に流れる直流電流の大きさに応じて可変リアクトル装置11のインダクタンスL11を変更することにより、遮断器4を確実に遮断することができる。
In FIG. 5, a constant load current IL flows through the
また、負荷電流ILのように小さな値の直流電流I4を遮断する場合に、事故電流IAを遮断する場合のような大きな値の放電電流ISを流すと、遮断器4が遮断した後に、放電電流ISの残留振動電流が主線路PLを通って直流電力系統に流出し、直流電力系統に接続された他の電力機器が損傷を受ける可能性がある。したがって、可変リアクトル装置11のインダクタンスL11の値を適切な値に設定することにより放電電流ISの大きさを調整し、他の電力機器が放電電流ISによって損傷を受けることを防止することが可能となる。
In addition, when the DC current I4 having a small value, such as the load current IL, is interrupted, if the discharge current IS having a large value is applied as in the case of interrupting the accident current IA, the discharge current is interrupted after the
また、特開2006−32077号公報(特許文献3)では、充電器をコンデンサの端子間に接続してコンデンサを直接充電している。この場合、充電開始直後においてコンデンサに突入電流と呼ばれる極めて大きな過渡的な電流が流れる可能性がある。この突入電流を防ぐために一般には充電器内に大きな抵抗値の抵抗素子を設けて出力電流の値を小さく制限している。しかし、そのようは抵抗素子を使用すると、充電時定数が大きくなり、充電完了までに要する時間が長くなる。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2006-32077 (Patent Document 3), a capacitor is directly charged by connecting a charger between terminals of the capacitor. In this case, an extremely large transient current called an inrush current may flow through the capacitor immediately after the start of charging. In order to prevent this inrush current, a resistor element having a large resistance value is generally provided in the charger to limit the output current value to a small value. However, when such a resistance element is used, the charging time constant increases, and the time required to complete charging increases.
直流電力系統において事故が発生した場合は、その事故を迅速に除去する必要があるので、遮断器には高速な開閉動作が要求される。しかし、充電器内に大きな抵抗値の抵抗素子を設ける方法では、コンデンサの充電時間が長くなるので、遮断器を高速に開閉させることはできない。 When an accident occurs in the DC power system, it is necessary to quickly remove the accident, so that the circuit breaker is required to operate at high speed. However, in the method of providing a resistance element having a large resistance value in the charger, the charging time of the capacitor becomes long, so that the circuit breaker cannot be opened and closed at high speed.
これに対して本実施の形態1では、可変リアクトル装置11を介してコンデンサ10を充電するので、充電開始時における突入電流を緩和することができ、比較的小さな抵抗値の抵抗素子を用いて短い充電時定数によってコンデンサ10を急速に充電することができる。さらに、可変リアクトル装置11のインダクタンスL11を変更することにより、コンデンサ10の放電電流を調整することができる。したがって、遮断器4の急速な開閉動作を行なうことができる。
On the other hand, in
なお、事故発生が予測できないので、通常時は事故電流IAを遮断するのに適切なインダクタンスL11となるようにスイッチ15,16の各々をオンまたはオフさせておき、通常の負荷電流ILを遮断する場合やコンデンサ10を充電するときに適切なインダクタンスL11となるようにスイッチ15,16を切換えるとよい。
Since the occurrence of an accident cannot be predicted, each of the
なお、本実施の形態1では、遮断器4として機械式遮断器を用いた場合について説明したが、遮断器4としてサイリスタのように電流が零値になったときに消弧する半導体素子を用いてもよい。この場合でも機械式遮断器を用いた場合と同様に、電流値が零になる瞬時における電流の時間的変化率が所定値よりも大きい場合は半導体素子を遮断させることができないので、半導体素子を遮断させるためには、電流値が零になるときの電流の時間的変化率を所定値以下にする必要がある。
In the first embodiment, the case where a mechanical circuit breaker is used as the
図6は、実施の形態1の変更例となる直流遮断装置の要部を示す回路ブロック図であって、図2と対比される図である。図6を参照して、この直流遮断装置が実施の形態1の直流遮断装置と異なる点は、可変リアクトル装置11が可変リアクトル装置11Aで置換され、スイッチ19が充電器20の正極とリアクトル13,14間のノードに接続されている点である。可変リアクトル装置11Aは、可変リアクトル装置11のスイッチ15をリアクトル14に並列接続したものである。
FIG. 6 is a circuit block diagram showing a main part of a DC interrupter that is a modification of the first embodiment, and is a diagram that is compared with FIG. Referring to FIG. 6, this DC breaker is different from the DC breaker of
たとえば、事故電流IAを遮断する場合はスイッチ15,16がオンされて可変リアクトル装置11AのインダクタンスL11Aは最小値L12に設定され、負荷電流ILを遮断する場合は負荷電流ILの値に応じてスイッチ15,16の各々がオンまたはオフされる。また、コンデンサ10を充電する場合は、スイッチ15,16がオフされ、リアクトル12,13を介してコンデンサ10が充電される。この変更例でも、実施の形態1と同じ効果が得られる。
For example, when the accident current IA is cut off, the
[実施の形態2]
図7は、この発明の実施の形態2による直流遮断装置の要部を示す回路ブロック図であって、図2と対比される図である。図7を参照して、この直流遮断装置が実施の形態1の直流遮断装置と異なる点は、可変リアクトル装置11が可変リアクトル装置30で置換されている点である。[Embodiment 2]
FIG. 7 is a circuit block diagram showing the main part of the DC interrupter according to
可変リアクトル装置30は、リアクトル31〜33およびスイッチ34,35を含む。リアクトル31は、コンデンサ10の一方端子とスイッチ17の一方端子との間に接続される。スイッチ34およびリアクトル32は、リアクトル31の端子間に直列接続される。スイッチ35およびリアクトル33は、リアクトル31の端子間に直列接続される。スイッチ34,35は、制御回路7によって制御される。
たとえば、事故電流IAを遮断する場合はスイッチ34,35がオンされて可変リアクトル装置30のインダクタンスL30は最小値に設定され、負荷電流ILを遮断する場合は負荷電流ILの値に応じてスイッチ34,35の各々がオンまたはオフされる。また、コンデンサ10を充電する場合は、スイッチ34,35がオフされ、リアクトル31を介してコンデンサ10が充電される。
For example, when the accident current IA is cut off, the
この実施の形態2では、電流を3つのリアクトル31〜33に分流させるので、リアクトル1つ当たりの電流負荷を軽減することが可能となる。
In the second embodiment, since the current is divided into the three
[実施の形態3]
図8は、この発明の実施の形態3による直流遮断装置の要部を示す回路ブロック図であって、図2と対比される図である。図8を参照して、この直流遮断装置が実施の形態1の直流遮断装置と異なる点は、可変リアクトル装置11が可変リアクトル装置40で置換されている点である。[Embodiment 3]
FIG. 8 is a circuit block diagram showing the main part of a DC circuit breaker according to
可変リアクトル装置40は、リアクトル41およびスイッチ42を含む。リアクトル41の一方端子と他方端子の間に2つのタップT1,T2が設けられており、リアクトル41は2つのタップT1,T2によって3つの部分に分割されている。スイッチ42は、3つの切換端子42a〜42cと、1つの共通端子42dとを含む。リアクトル41の一方端子、タップT1、タップT2、および他方端子は、それぞれスイッチ42の切換端子42a〜42cおよびスイッチ17の一方端子に接続され、スイッチ42の共通端子42dはコンデンサ10の一方端子に接続されている。スイッチ42は、制御回路7によって制御される。3つの切換端子42a〜42cのうちの選択された1つの切換端子と共通端子42dとの間が導通する。
たとえば、事故電流IAを遮断する場合は端子42c,42d間が導通して可変リアクトル装置40のインダクタンスL40は最小値に設定され、負荷電流ILを遮断する場合は負荷電流ILの値に応じて切換端子42aまたは42bと共通端子42dとの間が導通する。また、コンデンサ10を充電する場合は、端子42a,42d間が導通し、リアクトル41を介してコンデンサ10が充電される。
For example, when the accident current IA is cut off, the
この実施の形態3では、1つのリアクトル41を使用するので、装置寸法の小型化を図ることができる。
In this
[実施の形態4]
図9は、この発明の実施の形態4による直流遮断装置の要部を示す回路ブロック図であって、図8と対比される図である。図9を参照して、この直流遮断装置が図8の直流遮断装置と異なる点は、可変リアクトル装置40がリアクトル45で置換されている点である。[Embodiment 4]
FIG. 9 is a circuit block diagram showing a main part of a DC circuit breaker according to
実施の形態1〜3では、コンデンサ10と可変リアクトル装置11,11A,40で共振回路を構成したが、事故電流IAの値と負荷電流ILの値があまり変わらない場合であれば、コンデンサ10とインダクタンスが一定のリアクトル45とで共振回路を構成してもよい。
In the first to third embodiments, the resonance circuit is configured by the
この実施の形態4では、充電時におけるコンデンサ10への突入電流を緩和することができる他、可変リアクトル装置を使用しないので、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
In the fourth embodiment, inrush current to the
[実施の形態5]
図10は、この発明の実施の形態5による直流遮断装置の要部を示す回路ブロック図であって、図9と対比される図である。図10を参照して、この直流遮断装置が図9の直流遮断装置と異なる点は、コンデンサ10が可変容量コンデンサ50で置換されている点である。[Embodiment 5]
FIG. 10 is a circuit block diagram showing a main part of a DC circuit breaker according to
上記実施の形態1〜3では、コンデンサ10と可変リアクトル装置11,11A,40で共振回路を構成したが、可変容量コンデンサ50とリアクトル45で共振回路を構成し、可変容量コンデンサ50の容量値を変更することにより、振動電流ISの周波数や大きさを変えるようにしてもよい。
In the first to third embodiments, the resonance circuit is configured by the
可変容量コンデンサ50は、コンデンサ51〜53およびスイッチ54,55を含む。コンデンサ51の一方端子は上流側線路PLAに接続され、その他方端子はリアクトル45およびスイッチ17を介して下流側線路PLBに接続される。コンデンサ52およびスイッチ54は、コンデンサ51の端子間に直列接続される。コンデンサ53およびスイッチ55は、コンデンサ51の端子間に直列接続される。スイッチ54,55の各々は、制御回路7によって制御される。
たとえば、事故電流IAを遮断する場合はスイッチ54,55がオンされて可変容量コンデンサ50の容量値は最大値に設定され、負荷電流ILを遮断する場合は負荷電流ILの値に応じてスイッチ54,55の各々がオンまたはオフされる。また、コンデンサ51〜53を充電する場合は、スイッチ54,55がオンされ、リアクトル45を介してコンデンサ51〜53が充電される。この実施の形態5でも、実施の形態1〜3と同じ効果が得られる。
For example, when the accident current IA is cut off, the
[実施の形態6]
図11は、この発明の実施の形態6による直流遮断装置の要部を示す回路図であって、図8と対比される図である。図11を参照して、この直流遮断装置が図8の直流遮断装置と異なる点は、スイッチ18,19および充電器20が充電器60で置換されている点である。[Embodiment 6]
FIG. 11 is a circuit diagram showing a main part of a DC circuit breaker according to
充電器60は、可変リアクトル装置40およびスイッチ17間のノードと接地電圧GNDのラインとの間に直列接続されたスイッチ61および抵抗素子62を含む。スイッチ61がオフされている場合は、コンデンサ10の一方電極は直流電源1の出力電圧を受け、コンデンサ10の他方電極はフローティング状態にされている。
充電動作時にスイッチ61がオンされると、接地電圧GNDのラインから抵抗素子62、スイッチ61、および可変リアクトル装置40を介してコンデンサ10の他方電極に電流が流れ、コンデンサ10の他方電極が0Vにされる。したがって、コンデンサ10は、直流電源1の出力電圧に充電される。コンデンサ10の充電が完了すると、スイッチ61はオフされる。
When the
通常は、遮断器4の第1および第2の接点が閉極されており、図12(a)に示すように、正側主線路PLに一定の直流電流I1が流れる。直流電流I1を遮断する場合は、まず、遮断器4の開極動作を行なう。遮断器4の第1および第2の接点を開極させると、第1および第2の接点間にアークが点弧する。
Normally, the first and second contacts of the
このときにスイッチ17をオンさせると、コンデンサ10、遮断器4、スイッチ17、および可変リアクトル装置40の経路に放電電流I2が流れる。この放電電流I2は、図12(b)に示すように、時間の経過に従って減衰する正弦波振動電流となる。放電電流I2が負である期間では、放電電流I2は直流電流I1と逆方向の電流となる。遮断器4に流れる電流I14は、図12(c)に示すように、直流電流I1に放電電流I2を重畳させた電流となり、I1=I2となるタイミング(時刻t1)で0となる。これにより、遮断器4の第1および第2の接点間のアークが消弧し、遮断器4が遮断状態となる。
When the
この実施の形態6では、実施の形態1〜3と同じ効果が得られる他、装置構成の簡単化を図ることができる。 In the sixth embodiment, the same effects as in the first to third embodiments can be obtained, and the apparatus configuration can be simplified.
図13は、実施の形態6の変更例を示す回路図であって、図11と対比される図である。図13を参照して、この直流遮断装置が図11の直流遮断装置と異なる点は、コンデンサ10と可変リアクトル装置40の接続の順序が変更されている点である。すなわち、上流側線路PLAと下流側線路PLBの間に可変リアクトル装置40、コンデンサ10、およびスイッチ17が直列接続され、コンデンサ10とスイッチ17の間のノードと接地電圧GNDのラインとの間に充電器60が接続されている。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a modification of the sixth embodiment, which is compared with FIG. Referring to FIG. 13, this DC breaker is different from the DC breaker in FIG. 11 in that the order of connection between
スイッチ61がオフされている場合は、コンデンサ10の一方電極は直流電源1の出力電圧を受け、コンデンサ10の他方電極はフローティング状態にされている。充電動作時にスイッチ61がオンされると、接地電圧GNDのラインから抵抗素子62およびスイッチ61を介してコンデンサ10の他方電極に電流が流れ、コンデンサ10の他方電極が0Vにされる。したがって、コンデンサ10は、直流電源1の出力電圧に充電される。コンデンサ10の充電が完了すると、スイッチ61はオフされる。
When the
直流電流I1を遮断する場合は、遮断器4の第1および第2の接点を開極させた後にスイッチ17をオンさせる。スイッチ17をオンさせると、コンデンサ10、可変リアクトル装置40、遮断器4、スイッチ17の経路に放電電流が流れる。この放電電流は、時間の経過に従って減衰する正弦波振動電流となる。放電電流が負である期間では、放電電流は直流電流と逆方向の電流となる。放電電流と直流電流の和が0になった時に遮断器4の第1および第2の接点間のアークが消弧し、遮断器4が遮断状態となる。この変更例でも、実施の形態6と同じ効果が得られる。
When interrupting the direct current I1, the
図14は、実施の形態6の他の変更例を示す回路図であって、図11と対比される図である。図14を参照して、この直流遮断装置が図11の直流遮断装置と異なる点は、充電器60が充電器63で置換されている点である。充電器63は、充電器60からスイッチ61を除去したものである。抵抗素子62は、可変リアクトル装置40とスイッチ17の間のノードと接地電圧GNDのラインとの間に接続される。スイッチ17がオフされている期間は、コンデンサ10の一方電極は直流電源1の出力電圧を受け、コンデンサ10の他方電極は可変リアクトル装置40および抵抗素子62を介して接地電圧GNDのラインに電気的に接続され、コンデンサ10は直流電源1の出力電圧に充電されている。
FIG. 14 is a circuit diagram showing another modification of the sixth embodiment, which is compared with FIG. Referring to FIG. 14, this DC breaker is different from the DC breaker in FIG. 11 in that
正側主線路PLに流れている直流電流I1を遮断する場合は、遮断器4の第1および第2の接点を開極させた後に、スイッチ17をオンさせてコンデンサ10、遮断器4、スイッチ17、および可変リアクトル装置40の経路に放電電流I2を流し、遮断器4の第1および第2の接点間のアークを消弧させて遮断器4を遮断状態にする。この変更例でも、実施の形態6と同じ効果が得られる他、装置構成の簡単化を図ることができる。
When cutting off the direct current I1 flowing through the positive main line PL, after opening the first and second contacts of the
[実施の形態7]
図15は、この発明の実施の形態7による直流電力系統の構成を示す回路ブロック図であって、図1と対比される図である。図15を参照して、この直流電力系統が図1の直流電力系統と異なる点は、直流遮断装置3が直流遮断装置70で置換され、負側主線路NLが接地電圧GNDのラインに接続されている点である。[Embodiment 7]
FIG. 15 is a circuit block diagram showing a configuration of a DC power system according to
直流遮断装置70は、直流遮断装置3の逆電流発生回路6を逆電流発生回路71で置換したものである。逆電流発生回路71は、図11のコンデンサ10、可変リアクトル装置40、スイッチ17、および充電器60を含む。充電動作時にスイッチ17がオンされると、直流電源1の正極から正側主線路PL、コンデンサ10、可変リアクトル装置40、スイッチ61、抵抗素子62、接地電圧GNDのライン、負側主線路NLを介して直流電源1の負極に至る経路で電流が流れ、コンデンサ10が直流電源1の出力電圧に充電される。他の構成および動作は、実施の形態1と同じであるので、その説明は繰り返さない。
The
この実施の形態7では、実施の形態1と同じ効果が得られる他、装置構成の簡単化を図ることができる。 In the seventh embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the apparatus configuration can be simplified.
なお、逆電流発生回路71の代わりに、図13のコンデンサ10、可変リアクトル装置40、スイッチ17、および充電器60を含む逆電流発生回路、あるいは図14のコンデンサ10、可変リアクトル装置40、スイッチ17、および充電器63を含む逆電流発生回路を設けても同じ効果が得られることは言うまでもない。
Instead of the reverse
[実施の形態8]
図16は、この発明の実施の形態8による直流電力系統の構成を示す回路ブロック図であって、図1と対比される図である。図16を参照して、この直流電力系統が図1の直流電力系統と異なる点は、直流遮断装置3が直流遮断装置70で置換され、負側主線路NLに直流遮断装置72が設けられ、直流電源1が直列接続された2つの直流電源1で置換され、負荷2が直列接続された2つの負荷2で置換されている点である。2つの直流電源1の間の中性点NPは接地されていない。[Embodiment 8]
FIG. 16 is a circuit block diagram showing the configuration of the DC power system according to the eighth embodiment of the present invention, which is compared with FIG. Referring to FIG. 16, this DC power system is different from the DC power system of FIG. 1 in that
直流遮断装置70は、図15で説明した通りである。直流遮断装置72は、直流遮断装置70と同じ構成であり、図17に示すように、コンデンサ10、可変リアクトル装置40、スイッチ17、および充電器60を含む。負側主線路NLは、遮断器4によって直流電源1側の線路NLAと負荷2側の線路NLBに分割されている。コンデンサ10、可変リアクトル装置40、およびスイッチ17は線路NLA,NLB間に直列接続されている。充電器60は、可変リアクトル装置40およびスイッチ17間のノードと接地電圧GNDのラインとの間に接続されている。
The
スイッチ61がオフされている場合は、コンデンサ10の一方電極は直流電源1の負極の電圧を受け、コンデンサ10の他方電極はフローティング状態にされている。充電動作時にスイッチ61がオンされると、接地電圧GNDのラインから抵抗素子62、スイッチ61、および可変リアクトル装置40を介してコンデンサ10の他方電極に電流が流れ、コンデンサ10の他方電極が0Vにされる。したがって、コンデンサ10は、直流電源1の負極の電圧に充電される。コンデンサ10の充電が完了すると、スイッチ61はオフされる。
When
負側主線路NLに流れている直流電流を遮断する場合は、遮断器4の第1および第2の接点を開極させた後に、スイッチ17をオンさせてコンデンサ10、遮断器4、スイッチ17、および可変リアクトル装置40の経路に放電電流を流し、遮断器4の第1および第2の接点間のアークを消弧させて遮断器4を遮断状態にする。直流遮断装置70,72は同じタイミングで制御される。たとえば直流遮断装置70,72のスイッチ61は同時にオン/オフされてコンデンサ10が充電される。他の構成および動作は、実施の形態1と同じであるので、その説明は繰り返さない。
When interrupting the direct current flowing through the negative main line NL, after opening the first and second contacts of the
この実施の形態8では、実施の形態1と同じ効果が得られる他、装置構成の簡単化を図ることができる。 In the eighth embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the apparatus configuration can be simplified.
図18は、実施の形態8の変更例を示す回路ブロック図であって、図16と対比される図である。図18を参照して、この直流電力系統が図16の直流電力系統と異なる点は、抵抗素子75,76が追加されている点である。抵抗素子75,76の各々は高い抵抗値を有する。抵抗素子75は線路PLAと接地電圧GNDのラインとの間に接続され、抵抗素子76は線路NLAと接地電圧GNDのラインとの間に接続される。
FIG. 18 is a circuit block diagram showing a modified example of the eighth embodiment, which is compared with FIG. Referring to FIG. 18, this DC power system is different from the DC power system of FIG. 16 in that
直流遮断装置70のコンデンサ10を充電する場合は、直流遮断装置70のスイッチ61をオンさせる。これにより図19に示すように、中性点NPから図19中の上側の直流電源1、コンデンサ10、可変リアクトル装置40、スイッチ61、抵抗素子62、接地電圧GNDのライン、抵抗素子76、および図19中の下側の直流電源1を介して中性点NPに至る経路で電流Icが流れ、コンデンサ10が充電される。
When charging the
直流遮断装置72のコンデンサ10を充電する場合は、直流遮断装置72のスイッチ61をオンさせる。これにより、中性点NPから図19中の上側の直流電源1、抵抗素子75、接地電圧GNDのライン、抵抗素子62、スイッチ61、可変リアクトル装置40、コンデンサ10、および図19中の下側の直流電源1を介して中性点NPに至る経路で電流Icが流れ、コンデンサ10が充電される。
When charging the
この変更例では、実施の形態8と同じ効果が得られる他、直流遮断装置70,72のコンデンサ10を異なるタイミングで充電することができる。
In this modified example, the same effect as in the eighth embodiment can be obtained, and the
[実施の形態9]
図20は、この発明の実施の形態9による直流遮断装置の構成を示す回路ブロック図である。図20において、この直流遮断装置は、直流送電系統の正側主線路PLに設けられ、機械式開閉器80、逆電流発生回路82、半導体スイッチ85、避雷器90、および制御装置91を備える。機械式開閉器80は、上流側線路PLAと下流側線路PLBの間に直列接続されたガス断路器81および真空遮断器4Aを含む。[Embodiment 9]
FIG. 20 is a circuit block diagram showing a configuration of a DC interrupter according to Embodiment 9 of the present invention. In FIG. 20, the DC interrupting device is provided on the positive main line PL of the DC power transmission system, and includes a
ガス断路器81は、制御装置91からの制御信号S3によって制御され、通常は閉極状態(導通状態)にされて直流電流を流し、直流電流を遮断する場合は、直流電流が半導体スイッチ85に転流された後に開極状態(非導通状態)にされる。
The
ガス断路器81は、SF6、乾燥空気、窒素、アルゴン、2酸化炭素などの絶縁ガスが充満されたタンクと、タンク内に設けられた2つの電極と、2つの電極を接触または離間させて電極間を導通または非導通にさせる駆動装置とを含む。ガス断路器81は、電極間の距離がある距離以上になると、直流遮断装置にかかる電圧に耐えることのできる絶縁能力(耐電圧性能)を有する。The
駆動装置は、高速バネ、油圧、電磁力などを利用して電極を駆動させる。電磁力を用いる駆動装置としては、大きな直流の事故電流による電磁力を電磁反発板、駆動コイルなどを用いて駆動力を補助するように構成されたものでもよい。 The driving device drives the electrode using a high-speed spring, hydraulic pressure, electromagnetic force, or the like. The driving device using electromagnetic force may be configured to assist the driving force by using an electromagnetic repulsion plate, a driving coil, or the like due to a large DC accident current.
真空遮断器4Aは、制御装置91からの制御信号S1によって制御され、通常は閉極状態(導通状態)にされて直流電流を流し、直流電流を遮断する場合は、開極状態(非導通状態)にされて直流電流を半導体スイッチ85に転流させる。
The
真空遮断器4Aは、真空バルブとよばれる真空容器と、真空容器内に設けられた第1および第2の接点と、第1および第2の接点を接触または離間させて接点間を導通または非導通にさせる駆動装置とを含む。駆動装置は、高速バネ、油圧、電磁力などを利用して電極を駆動させる。
The
真空遮断器4Aでは、通電中に第1および第2の接点を離間させるとアークが点弧するが、第1および第2の接点間の距離がある距離以上になったとき、電流が零値になると電流を遮断することができる。真空遮断器4Aの絶縁性能はガス断路器81の絶縁性能より劣っていても構わない。第1および第2の接点間の絶縁性能は、半導体スイッチ85がオン状態で事故電流を流しているときに第1および第2の接点間に発生する電圧に耐える性能であればよい。接点の対地の絶縁性能は、直流送電系統の電圧に耐えるものであればよい。
In the
逆電流発生回路82は、直流電流を遮断するときに、真空遮断器4Aに流れる直流電流の向きと逆方向の電流を真空遮断器4Aに流し、真空遮断器4Aに電流零点を生成して真空遮断器4Aを非導通状態にする。逆電流発生回路82は、たとえば図8に示したように、コンデンサ10、可変リアクトル装置40、スイッチ17〜19、および充電器20を含む。コンデンサ10、可変リアクトル装置40、およびスイッチ17は、真空遮断器4Aの上流側の接点と下流側の接点との間に直列接続される。
When interrupting the direct current, the reverse
コンデンサ10および可変リアクトル装置40は、共振回路を構成する。スイッチ17としては、真空遮断器、ガス遮断器などの開閉器を用いてもよいし、ガスまたは真空のギャップスイッチを用いてもよいし、サイリスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などの半導体素子を用いてもよい。
スイッチ17は、制御装置91からの制御信号S2によって制御され、通常は非導通にされ、直流電流を遮断する場合は導通状態にされる。スイッチ17が導通状態にされると、コンデンサ10から可変リアクトル装置40およびスイッチ17を介して真空遮断器4Aに直流電流と逆方向の電流が流され、真空遮断器4Aに流れる電流が0にされて真空遮断器4Aが非導通にされる。
The
充電器20の負側端子はスイッチ18を介してコンデンサ10の負電極に接続され、充電器20の正側端子はスイッチ19および可変リアクトル装置40を介してコンデンサ10の正電極に接続される。スイッチ18,19および充電器20は、たとえば制御装置91によって制御される。充電時は、スイッチ18,19が導通状態にされ、充電器20はスイッチ18,19を介してコンデンサ10を予め定められた直流電圧に充電する。
The negative terminal of the
半導体スイッチ85は、上流側線路PLAと下流側線路PLBの間に機械式開閉器80と並列に接続される。半導体スイッチ85は、制御装置91からの制御信号S4によって制御され、直流電流を遮断する場合に、機械式開閉器80から転流された電流を流した後に非導通状態にされる。半導体スイッチ85は、IGBT86、コンデンサ87、抵抗素子88、およびダイオード89と、制御信号S4に応答してIGBT86を導通または非導通にするドライバ(図示せず)とを含み、モジュール化されている。
The
IGBT86のコレクタおよびエミッタは、それぞれ上流側線路PLAおよび下流側線路PLBに接続されている。コンデンサ87および抵抗素子88は、IGBT86のコレクタおよびエミッタ間に直列接続され、サージ電圧を吸収するためのスナバ回路を構成する。ダイオード89のアノードおよびカソードは、それぞれIGBT86のエミッタおよびコレクタに接続される。ダイオード89は、真空遮断器4Aに逆電流を流して非導通にした後におけるコンデンサ10の残留電流を流してIGBT86を保護する。
The collector and emitter of the
避雷器90は、半導体スイッチ85に並列接続され、半導体スイッチ85を非導通にして直流電流を遮断した後に、回路のエネルギーを吸収する。制御装置91は、制御信号S1〜S4を生成して直流遮断装置全体を制御する。
The
図21(a)(b)は直流遮断装置の動作を示すタイムチャートである。図21(a)は、真空遮断器4Aに流れる電流I4Aと、半導体スイッチ85に流れる電流I85と、真空遮断器4Aに含まれる駆動装置のストロークST4Aと、ガス断路器81に含まれる駆動装置のストロークST81との時間変化を示す。図21(b)は、真空遮断器4A、ガス断路器81、スイッチ17、および半導体スイッチ85の制御信号S1,S3,S2,S4の時間変化を示す。
FIGS. 21A and 21B are time charts showing the operation of the DC interrupter. FIG. 21A shows the current I4A flowing through the
図21(a)(b)において、定常の通電時(初期状態)では、制御信号S1,S3,S2,S4はともに「L」レベルされ、ガス断路器81、真空遮断器4A、および半導体スイッチ85が導通状態にされ、スイッチ17は非導通状態にされている。コンデンサ10の充電は終了しており、スイッチ18,19は非導通状態にされているものとする。
21A and 21B, during steady energization (initial state), the control signals S1, S3, S2, and S4 are all at "L" level, and the
この状態では、直流電流は機械式開閉器80(すなわちガス断路器81および真空遮断器4A)に流れており、機械式開閉器80の端子間電圧が半導体スイッチ85のオン電圧よりも低いため半導体スイッチ85に直流電流は流れない。ただし、機械式開閉器80の端子間電圧が半導体スイッチ85のオン電圧を超えた場合には、半導体スイッチ85に直流電流が流れる状態となっている。
In this state, a direct current flows through the mechanical switch 80 (that is, the
直流電力系統において事故が発生すると、外部の保護リレーから制御装置91に、直流遮断装置を非導通状態にして直流電流を遮断させる旨の開極指令が与えられる。制御装置91は、まず時刻t1において、制御信号S1を「L」レベルから「H」レベルに立ち上げて真空遮断器4Aの駆動装置に開極動作を開始させる。なお、通常は半導体スイッチ85を非導通状態にしておき、この時点(時刻t1)で半導体スイッチ85を導通状態にしてもよい。
When an accident occurs in the DC power system, an opening protection command is given to the
時刻t2において真空遮断器4Aの駆動装置のストロークST4Aが接点乖離位置P1に到達すると、第1および第2の接点が乖離して接点間に真空アークが点弧する。なお、真空アーク電圧は数ボルト程度以下であるので、単に接点間を乖離させただけでは真空アーク電圧が半導体スイッチ85のオン電圧を超えることができず、真空遮断器4Aから半導体スイッチ85に電流を転流できない場合がある。
When the stroke ST4A of the driving device of the
次に制御装置91は、時刻t3において制御信号S2を「L」レベルから「H」レベルに変化させ、スイッチ17を導通させる。これにより、コンデンサ10から可変リアクトル装置40およびスイッチ17を介して真空遮断器4Aに直流電流と逆方向の電流が流され、電流零点が形成されて真空アークが消弧し、真空遮断器4Aが非導通状態にされる。これにより、真空遮断器4Aの端子間電圧が半導体スイッチ85のオン電圧を超え、直流電流は真空遮断器4Aから半導体スイッチ85に転流される(時刻t4)。
Next, at time t3, the
すなわち、制御装置91は、真空遮断器4Aの接点間距離が電流遮断可能な距離になったとき(時刻t3)、制御信号S2を「H」レベルにして逆電流発生回路82のスイッチ17を導通させる。コンデンサ10は、予め充電器20によって真空遮断器4Aに流れる事故直流電流に対して逆方向の電流を流すような極性および電圧値で充電されている。したがって、スイッチ17が導通状態にされると、コンデンサ10の放電が開始されて逆電流が真空遮断器4Aに印加される。
That is, when the distance between the contacts of the
真空遮断器4Aにおいて、事故直流電流と逆電流が重畳することにより電流零点が生成される。電流零点になると真空遮断器4Aは自身を流れる電流を遮断する。これにより事故直流電流は、真空遮断器4Aから半導体スイッチ85に転流する。事故直流電流の遮断が成功するには、真空遮断器4Aの接点間耐圧が、半導体スイッチ85のオン電圧を超える程度の電圧以上であればよい。
In the
半導体スイッチ85に事故直流電流が転流し、ガス断路器81に流れる電流が無くなると、時刻t5において制御装置91は制御信号S3を「L」レベルから「H」レベルに立ち上げてガス断路器81の駆動装置に開極動作を開始させる。時刻t6においてガス断路器81の駆動装置のストロークST81が接点乖離位置P2に到達する。
When the fault DC current is commutated to the
ガス断路器81の接点間距離が、半導体スイッチ85が開極して事故電流を遮断したときに直流遮断装置が系統から受ける電圧に耐えるだけの距離になったとき(時刻t7)、制御装置91は制御信号S4を「L」レベルから「H」レベルに立ち上げて半導体スイッチ85を非導通状態にさせる。このときガス断路器81に直流遮断装置が受ける電圧のほぼ全ての電圧がかかるので、真空遮断器4Aの耐電圧性能はガス断路器81の耐電圧性能よりも低くて構わない。半導体スイッチ85が直流電力系統から受ける電圧に耐えられる性能を持つように構成してあれば直流電流の遮断が完了する。
When the distance between the contacts of the
この実施の形態9では、実施の形態1と同じ効果が得られる他、通常は直流電流を機械式開閉器80(すなわちガス断路器81および真空遮断器4A)に流すので電力損失を低減することができる。また、真空遮断器4Aは低い耐電圧性能のものを使用すればよいので、装置の低価格化を図ることができる。
In the ninth embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and since a direct current is normally passed through the mechanical switch 80 (that is, the
また、真空遮断器4Aに流れる電流が無くなった後にガス断路器81の開極動作を開始するので、ガス断路器81の電極間にアークが点弧しない。アークは20000Kに至る極めて高温のプラズマであり、大電流のアークが長時間点弧すると接点が消耗し損傷する。また、絶縁媒体であるガスや空気が高温となるため、アークが無点弧で開極した場合に比べて消弧直後では絶縁性能が低下する。しかしながら、上記のような開極動作を行なうとガス断路器81にはアークが点弧しないため、電極の消耗、損傷や絶縁性能の低下が発生せず、短いギャップ長でも十分な絶縁距離を得ることができる。したがって、装置の小型化が可能となるだけでなく、開極にかかる時間を短くすることができ、開極動作の高速化が可能となる。
Further, since the opening operation of the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明でなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 直流電源、2 負荷、PL 正側主線路、NL 負側主線路、3,70,72 直流遮断装置、4 遮断器、4A 真空遮断器、5 電流検出器、6,71,82 逆電流発生回路、7,91 制御回路、PLA 上流側線路、PLB 下流側線路、10,51〜53,87 コンデンサ、11,11A,30,40 可変リアクトル装置、12〜14,31〜33,41,45 リアクトル、15〜19,34,35,40,54,55,61 スイッチ、20,60,63 充電器、50 可変容量コンデンサ、62,75,76, 抵抗素子、80 機械式開閉器、81 ガス断路器、85 半導体スイッチ、86 IGBT、89 ダイオード、90 避雷器。 1 DC power supply, 2 loads, PL positive main line, NL negative main line, 3, 70, 72 DC circuit breaker, 4 circuit breaker, 4A vacuum circuit breaker, 5 current detector, 6, 71, 82 Reverse current generation Circuit, 7,91 control circuit, PLA upstream line, PLB downstream line, 10, 51-53, 87 condenser, 11, 11A, 30, 40 variable reactor device, 12-14, 31-33, 41, 45 reactor 15-19, 34, 35, 40, 54, 55, 61 switch, 20, 60, 63 charger, 50 variable capacitor, 62, 75, 76, resistance element, 80 mechanical switch, 81 gas disconnector , 85 Semiconductor switch, 86 IGBT, 89 Diode, 90 Lightning arrester.
Claims (13)
直列接続されたコンデンサおよびリアクトルを含む共振回路と、
充電動作時に前記リアクトルを介して前記コンデンサを充電させる充電器と、
前記遮断器を遮断させる遮断動作時に前記共振回路を前記遮断器に並列接続し、前記直流電流と逆方向の電流を前記コンデンサから前記リアクトルを介して前記遮断器に流す第1のスイッチとを備える、直流遮断装置。A circuit breaker provided on a line for passing a direct current;
A resonant circuit including a capacitor and a reactor connected in series;
A charger for charging the capacitor through the reactor during a charging operation;
A first switch that connects the resonance circuit in parallel to the circuit breaker during a circuit break operation that interrupts the circuit breaker, and causes a current in a direction opposite to the direct current to flow from the capacitor to the circuit breaker through the reactor; , DC circuit breaker.
複数の副リアクトルと、
前記複数の副リアクトルのうちの選択された1または2以上の副リアクトルを前記コンデンサの一方端子と前記第1のスイッチの一方端子との間に接続する切換回路とを含む、請求項2に記載の直流遮断装置。The reactor is
Multiple secondary reactors,
3. A switching circuit that connects one or more selected sub-reactors of the plurality of sub-reactors between one terminal of the capacitor and one terminal of the first switch. DC breaker.
前記充電器は、前記共振回路および前記第1のスイッチ間のノードと基準電圧のラインとの間に接続された第1の抵抗素子を含む、請求項1に記載の直流遮断装置。The resonant circuit and the first switch are connected in series between terminals of the circuit breaker,
2. The DC interrupter according to claim 1, wherein the charger includes a first resistance element connected between a node between the resonant circuit and the first switch and a reference voltage line.
前記線路の他方端は負荷を介して前記基準電圧のラインに接続されている、請求項8または請求項9に記載の直流遮断装置。One end of the line is connected to the reference voltage line via a DC power source,
10. The DC interrupter according to claim 8, wherein the other end of the line is connected to the reference voltage line via a load.
2つの前記遮断器が設けられた2つの前記線路はそれぞれ正側線路および負側線路として使用され、
前記正側線路の一方端は第1および第2の直流電源を介して前記負側線路の一方端に接続され、
前記正側線路の他方端は第1および第2の負荷を介して前記負側線路の他方端に接続されている、請求項8または請求項9に記載の直流遮断装置。The breaker, the resonance circuit, the charger, and the first switch are provided in two sets,
The two lines provided with the two circuit breakers are used as a positive line and a negative line, respectively.
One end of the positive line is connected to one end of the negative line via first and second DC power supplies;
10. The DC interrupter according to claim 8, wherein the other end of the positive side line is connected to the other end of the negative side line via first and second loads.
前記負側線路の一方端と前記基準電圧のラインとの間に接続された第3の抵抗素子とを備える、請求項11に記載の直流遮断装置。A second resistance element connected between one end of the positive line and the reference voltage line;
The DC interrupter according to claim 11, further comprising a third resistance element connected between one end of the negative line and the reference voltage line.
前記半導体スイッチの端子間に前記遮断器と直列接続された断路器とを備え、
通常は前記断路器および前記遮断器に前記直流電流が流され、前記直流電流を遮断する場合は、前記遮断器が遮断されて前記直流電流が前記半導体スイッチに転流された後に前記断路器および前記半導体スイッチが非導通にされる、請求項1に記載の直流遮断装置。Furthermore, a semiconductor switch provided on the line,
A disconnector connected in series with the circuit breaker between the terminals of the semiconductor switch;
Usually, the DC current flows through the disconnector and the circuit breaker, and when the DC current is interrupted, the circuit breaker is interrupted and the DC current is commutated to the semiconductor switch. The DC interrupter according to claim 1, wherein the semiconductor switch is made non-conductive.
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