(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と負荷との間を結ぶ直流回路に直列に挿入された第１の主スイッチ及び第２の主スイッチと、該第１の主スイッチに並列に接続された該第１の副スイッチ、第１のコンデンサ及びリアクトルを備えた直列回路と、前記第１のコンデンサに並列に接続された第２の副スイッチ及び第２のコンデンサを備えた直列回路と、前記第１の主スイッチ及び第２の主スイッチの開閉動作を制御する制御装置とを備え、前記第２の主スイッチと第２の副スイッチは互いに開閉状態を同じにし、前記第２の主スイッチが開極する前に、前記第２の副スイッチが開極することを特徴とする転流式直流遮断器。
【請求項２】
直流電源と負荷との間を結ぶ直流回路に直列に挿入された第１の主スイッチ及び第２の主スイッチと、該第１の主スイッチに並列に接続された第１の副スイッチ、第１のコンデンサ及びリアクトルを備えた直列回路と、前記第１のコンデンサに並列に接続された第２の副スイッチ及び第２のコンデンサを備えた直列回路と、前記第１の主スイッチ及び第２の主スイッチの開閉動作を制御する制御装置と、過電流引外し装置とを備え、前記第２の主スイッチと第２の副スイッチは互いに開閉状態を同じにし、前記第２の主スイッチが開極する前に、前記第２の副スイッチが開極することを特徴とする転流式直流遮断器。
【請求項３】
前記第１の主スイッチと前記第１の副スイッチは互いに開閉状態を異にし、前記第１の主スイッチが開極した後に、前記第１の副スイッチが閉極することを特徴とする請求項１又は２記載の転流式直流遮断器。
【請求項４】
前記第１の主スイッチ，前記第２の主スイッチ，前記第１の副スイッチ及び前記第２の副スイッチに真空バルブを使用することを特徴とする請求項１又は２記載の転流式直流遮断器。
【請求項５】
前記第１のコンデンサの静電容量と前記第２のコンデンサの静電容量との比は１：0.25ないし１：１８であることを特徴とする請求項１又は２記載の転流式直流遮断器。
【請求項６】
前記第２のコンデンサとして前記第１のコンデンサと同じ静電容量のコンデンサをｎ個（ただし、ｎは１≦ｎ≦１８の整数）並列接続して使用する請求項１又は２記載の転流式直流遮断器。
【請求項７】
直流電源と負荷との間を結ぶ直流回路に直列に挿入された第１の主スイッチ及び第２の主スイッチと、該第１の主スイッチと連動する第１の副スイッチと、第１のコンデンサ及びリアクトルを備えた直列回路と、前記第１のコンデンサに並列に接続された第２の副スイッチ及び第２のコンデンサを備えた直列回路と、前記第１の主スイッチ及び第２の主スイッチの開閉動作を制御する制御方法であって、前記第１の主スイッチが開極した後に第１の副スイッチが閉極し、前記第２の主スイッチが開極する前に、前記第２の副スイッチが開極する制御方法と、前記第１の主スイッチと前記第２の主スイッチを同時に開極する制御方法の２つの制御方法を有することを特徴とする転流式直流遮断器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は転流式直流遮断器に関し、特に２組の主・副スイッチと２種類の静電容量のコンデンサを有する構成とし、２組の主・副スイッチの開閉条件を選択することで、遮断しようとする電流の種類に対応する転流回路を２系統から選択できる転流式直流遮断器の回路構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転流式直流遮断器の転流回路に２種類の静電容量のコンデンサを並列接続して転流電流の大きさを選択できる転流回路構成をもつ転流式直流遮断器が、特開平8−148066 号に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では負荷側回路と２種類の静電容量のコンデンサが接続状態となる回路構成であり、遮断器開極時でもコンデンサの充電電圧が負荷側回路に印加されたままなので事故を起こす恐れがある。また、主接点，第１のスイッチ，第２のスイッチはそれぞれ独立制御されており、３系統の制御を与えねばならない。
【０００４】
本発明の目的は、遮断器開極時に事故を防止するとともに、開閉指令を２系統に低減した回路構成をもつ転流式直流遮断器を供給することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、直流電流と負荷との間を結ぶ直流回路に直列に挿入された第１の主スイッチ及び第２の主スイッチと、該第１の主スイッチに並列に接続された該第１の副スイッチ，第１のコンデンサ及びリアクトルを備えた直列回路と、該第１のコンデンサに並列に接続された第２の副スイッチ及び第２のコンデンサを備えた直列回路と、前記第１の主スイッチ及び第２の主スイッチの開閉動作を制御する制御装置を設けた。
【０００６】
また、本発明では、第１の主スイッチと第１の副スイッチは互いに開閉状態を異にし、第１の主スイッチが開極した後に、第１の副スイッチが閉極する。また、第２の主スイッチと第２の副スイッチは互いに開閉状態を同じにし、第２の主スイッチが開極する前に、第２の副スイッチが開極する。
【０００７】
さらに、本発明では、第１のコンデンサの静電容量と第２のコンデンサの静電容量との比は１：０.２５ ないし１：１８であることとした。また、本発明では、第２のコンデンサとして第１のコンデンサと同じ静電容量のコンデンサをｎ個（ただし、ｎは１≦ｎ≦１８の整数）並列接続して使用した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施例を図１を用いて説明する。
【０００９】
１は直流電源であり、一般的な直流き電回路では正極１５００Ｖの電圧を供給する。２は直流電車などの負荷である。３は負荷に電気を供給するき電線である。４は負荷２と直流電源１とを結ぶ帰線である。５は転流式直流遮断器であり、き電線３の途中に挿入されて直流電源１から負荷２へ供給される電流をスイッチングする。転流式直流遮断器５は、制御装置５０，第１の主スイッチ５１，第２の主スイッチ５２，第１の副スイッチ５３，第２の副スイッチ５４，第１のコンデンサ５５，第２のコンデンサ５６，リアクトル５７，変流器５８と過電流引外し装置５９から成る。第１の主スイッチ５１と第２の主スイッチ５２はき電線３に直列に挿入され、第１の主スイッチ５１が直流電源１側、第２の主スイッチ５２が負荷２側に配置される。第１の副スイッチ５３と第１のコンデンサ５５とリアクトル５７の直列回路は第１の主スイッチ５１に並列接続され、第２の副スイッチ５４と第２のコンデンサ５６の直列回路は第１のコンデンサ５５に並列接続される。変流器５８はき電線３上に設置され、き電線３の通電電流を検出し、電流値を過電流引外し装置５９に入力する。過電流引外し装置５９は自動遮断設定値を有し、き電線３を流れる電流値がその設定値以上に達した時点で開極指令１１を出力する。制御装置５０は外部指令１０または過電流引外し装置５９からの開極指令１１を受け、第１の主スイッチ５１と第２の主スイッチ５２にのみ開閉指令を与える。
【００１０】
第１の副スイッチ５３は第１の主スイッチ５１と連動し、第１の主スイッチ５１が開極した後、時間ｔ１（例えば２ｍｓ）遅れて閉極する。第２の副スイッチ５４は第２の主スイッチ５２と連動し、第２の主スイッチ５２が開極する前、時間ｔ２(例えば２.５ｍｓ）前に開極する。従って、制御装置５０からは第１の主スイッチ５１と第２の主スイッチ５２のみに開閉指令を与えれば良い。
【００１１】
負荷２を運転するときは、第１の主スイッチ５１，第２の主スイッチ５２は閉極している。この状態で負荷２には直流１５００Ｖが印加されるので運転可能となる。このとき、第１の主スイッチ５１と開閉状態を異にする第１の副スイッチ５３は開極し、第２の主スイッチ５２と開閉状態を同じにする第２の副スイッチ５４は閉極している。第１のコンデンサ５５と第２のコンデンサ５６はあらかじめ直流電源１側を基準として＋２０００Ｖで充電しておく。
【００１２】
負荷２の故障、あるいはき電線３の地絡事故などが発生すると、き電線３には回路定数で決まる、非常に大きく、立ちあがりの早い事故電流が流れる。回路定数が、例えば回路抵抗が１５ｍΩ，回路インダクタンスが１５０μＨのとき、最大到達値が１００ｋＡ，最大突進率が１０ｋＡ／ｍｓとなる。このような事故電流が発生した場合、設備への過電流の悪影響を最小限度に抑制するため、極めて高速に事故電流を遮断する必要がある。転流式直流遮断器５では、まず変流器５８で事故電流値を検出して過電流引外し装置５９に入力する。過電流引外し装置５９の自動遮断設定値が、例えば１２０００Ａに設定してあれば事故電流値が１２０００Ａに達した時点で開極指令１１を制御装置５０に発信する。制御装置５０はまず、第１の主スイッチ５１を開極させる。第１の主スイッチ５１の開極により第１の副スイッチ５３が時間ｔ１（例えば２ｍｓ）遅れて閉極する。これにより、第１のコンデンサ５５，第２のコンデンサ５６，リアクトル５７，第１の主スイッチ５１，第１の副スイッチ５３，第２の副スイッチ５４からなるＬＣ共振回路が成立し、充電されていた第１のコンデンサ５５と第２のコンデンサ５６が放電し、事故電流の方向と逆向きの転流電流が第１の主スイッチ５１に注入される。第１のコンデンサ５５の静電容量を６００μＦ、第２のコンデンサ５６の静電容量を１２００μＦとしたとき逆向きの転流電流値は最大４０ｋＡとなるので、事故電流値が４０ｋＡに達する以前に第１の副スイッチ５３が閉極するようなｔ１を設定すれば、事故電流と転流電流が相殺し、第１の主スイッチ５１の電流がゼロになった時点で第１の主スイッチ５１の遮断が終了する。第１の主スイッチ５１が開極したあと、制御装置５０が時間ｔ３（例えば１２ｍｓ）遅れて第２の主スイッチ５２を開極する。第２の主スイッチ５２の開極により、その時間ｔ２(例えば２.５ｍｓ）前に第２の副スイッチ５４が開極するが、ｔ３を、ｔ３＞ｔ１＋ｔ２を満足する値（例えば１２ｍｓ(ｔ３)＞２ｍｓ(ｔ１)＋２.５ｍｓ（ｔ２）＝４.５ｍｓ）に設定すれば、第１の副スイッチ５３が閉極する前に第２の副スイッチ５４が開極することが無いので、第２のコンデンサ５６は第１のコンデンサ５５とともに放電でき、上記のような大きな事故電流を遮断できる。第２の主スイッチ５２は、第１のコンデンサ５５、第２のコンデンサ５６が直流電源１によって充電され、回路電流がゼロになったときに遮断が完了する。
【００１３】
一方、通常の運転状態での転流式直流遮断器５の遮断動作は、外部指令１０による。外部指令１０により開極指令を受けたとき、制御装置５０は第１の主スイッチ５１と第２の主スイッチ５２を同時に開極する。このとき、第２の副スイッチ５４は第２の主スイッチ５２が開極する前の時間ｔ２(例えば２.５ｍｓ）で先に開極しているので、第１の副スイッチ５３が閉極したときには、第１のコンデンサ５５，リアクトル５７，第１の主スイッチ５１，第１の副スイッチ５３からなるＬＣ共振回路が成立し、充電されていた第１のコンデンサ５５と第２のコンデンサ５６のうち第１のコンデンサ５５のみが放電し、通常運転状態での負荷電流の方向と逆向きの転流電流が第１の主スイッチ５１に注入される。負荷電流の最大値は過電流引外し装置５９の設定値１２０００Ａと成り得るが、第１のコンデンサ５５のみの放電時の転流電流最大値は１４ｋＡであり、負荷電流最大値１２０００Ａを相殺できるので、第１の主スイッチ５１の電流がゼロになった時点で第１の主スイッチ５１の遮断が終了し、負荷電流を遮断できる。
【００１４】
従って、第２の主スイッチ５２を設けることで、遮断器開極後に負荷２と第１のコンデンサ５５および第２のコンデンサ５６が断路されるので、負荷側回路におけるコンデンサ充電電圧による事故を防止でき、また、事故電流に対しては過電流引外し装置５９からの開極指令１１を、負荷電流に対しては外部指令１１を受けて、制御装置５０が第１の主スイッチ５１と第２の主スイッチ５２を開極すれば、事故電流・負荷電流の２つの電流に応じて転流回路を選択し、遮断できる。
【００１５】
図１において、第１の副スイッチ５３，第１のコンデンサ５５，リアクトル５７の直列回路の配置順は不同であり、例えばリアクトル５７が第１の副スイッチ５３と第１のコンデンサ５５の間に配置した場合の回路図を図２に示す。また、リアクトル５７を第１の主スイッチ５１と第２の主スイッチ５２の間に配置した場合の回路図を図３に示す。この場合は、回路定数のリアクトル分が増加するので、事故電流発生時の突進率を低減する効果が得られる。
【００１６】
一般に、過電流引外し装置５９の自動遮断設定値は３０００Ａ〜１２０００Ａであり、転流電流最大値は１５０００Ａ〜５５０００Ａが必要となるから、第１のコンデンサ５５と第２のコンデンサ５６の静電容量の比率は、最小で12000Ａ ：(１５０００Ａ−１２０００Ａ)＝１：０.２５、最大で３０００Ａ：(55000Ａ−３０００Ａ）＝１：１７.３・・≒１：１８の間のいずれかの値を取り得る。特に、第１のコンデンサ５５と第２のコンデンサ５６の静電容量の比率が１：ｎ（ｎは正の整数）のときは、第１のコンデンサ５５と同じ静電容量のコンデンサをｎ個並列接続したものを第２のコンデンサ５６として使用した場合の回路図を図４に示す。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、遮断器開極時に負荷側回路と２種類の静電容量のコンデンサとを断路してコンデンサ充電電圧による事故を防止するとともに、開閉指令を２系統に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である転流式直流遮断器の回路図である。
【図２】本発明の第２の実施例である転流式直流遮断器の回路図である。
【図３】本発明の第３の実施例である転流式直流遮断器の回路図である。
【図４】本発明の第４の実施例である転流式直流遮断器の回路図である。
【符号の説明】
１…直流電源、２…負荷、３…き電線、４…帰線、５…転流式直流遮断器、１０…外部指令、１１…過電流引外し装置からの指令、５０…制御装置、５１…第１の主スイッチ、５２…第２の主スイッチ、５３…第１の副スイッチ、５４…第２の副スイッチ、５５…第１のコンデンサ、５６…第２のコンデンサ、５７…リアクトル、５８…変流器、５９…過電流引外し装置。
【図１】
0003674419.tif 000002
【図２】
0003674419.tif 000003
【図３】
0003674419.tif 000004
【図４】
0003674419.tif 000005