(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と負荷とを結ぶ主回路に挿入される真空バルブと、前記真空バルブに並列に接続された転流回路とを備え、この転流回路は転流コンデンサと転流リアクトルと転流スイッチとの直列接続からなり、前記真空バルブの開極時に前記転流スイッチを閉路することにより、予め充電された前記転流コンデンサから放電電流を前記転流リアクトルを介して前記真空バルブを流れる主回路電流に逆方向に重畳して流し、電流零値を形成させて前記真空バルブを流れる電流を遮断する直流遮断器において、
直列接続されたコンデンサとリアクトルとからなる第２の転流回路を前記真空バルブに並列に接続して設けるとともに、この第２の転流回路のインピーダンスの値を前記転流回路のインピーダンスの値より大きく、かつ前記第２の転流回路のコンデンサのキャパシタンスの値を前記転流回路の転流コンデンサのキャパシタンスの値より小さくしたことを特徴とする直流遮断器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、真空バルブの開極時に、この真空バルブに並列接続された転流回路から高周波の放電電流を前記真空バルブに流れる電流に重畳して直流電流を遮断する直流遮断器の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３〜図５は、従来の直流遮断器であり、図３は直流遮断器の回路構成例、図４は図３の直流遮断器の大電流遮断時の遮断器各部の電流，電圧波形図、図５は小電流の遮断時の波形図である。
電気鉄道給電線路における地絡，短絡事故の保護用に用いられている直流遮断器は、真空バルブと並列にコンデンサを設けて、このコンデンサから放電電流を供給することにより、遮断時の真空バルブを流れる事故電流に電流零点を生じさせ、遮断する構造からなっている。
【０００３】
従来、この種の直流遮断器は、図３に示すように、真空バルブ１と、この真空バルブ１に並列接続された、コンデンサ（転流コンデンサ）２とリアクトル（転流リアクトル）３とスイッチ（転流スイッチ）４との直列接続からなる転流回路５と、遮断後の真空バルブ１の接点間に発生する過電圧を抑制するための非線形抵抗７とからなり、前記転流コンデンサ２に接続された充電回路６と、線路の直流電源８から出て前記真空バルブ１を通り負荷９に流れる主回路の線路電流を検出する電流検出器１０と、この電流検出器１０が検出した線路電流が線路の短絡事故等により所定の大きさに到達したときに真空バルブ１を遮断動作させるための開極指令Ｓ1 と、真空バルブ１の通過電流に零点を作るために前記した転流回路５を真空バルブ１に並列化するための投入指令Ｓ2 とを出す制御回路１１とから構成されている。
【０００４】
前記した構成の直流遮断器による事故電流遮断時の動作を、図４に示す直流遮断器構成部における時系列にみた電流，電圧の波形特性に基づいて説明する。
（ａ）は、事故が発生した時点で、線路に事故電流が流れて、電流検出器１０により検出した値が設定値以上になると真空バルブ１に制御回路１１より開極指令Ｓ1 を与える。
（ｂ）真空バルブ１が開極した時点であり、真空バルブ１の電極間にはアークが発生する。
（ｃ）制御回路１１からの投入指令Ｓ2 により、転流スイッチ４が閉路して充電回路６により充電されている転流コンデンサ２からの電流が流れ始めた時点であり、真空バルブ１には事故電流と逆方向の前記した放電電流が転流コンデンサ２から転流リアクトル３を介して流れて重畳された電流が流れる。
（ｄ）真空バルブ１が消弧した時点であり、その後事故電流は直流電源８から転流回路５を通して流れ、この電流によって転流コンデンサ２が充電され、転流コンデンサ２の電圧，即ち開極した真空バルブ１の極間電圧が上昇する。
（ｅ）真空バルブ１の極間電圧が非線形抵抗７の動作電圧に達して、電流が非線形抵抗７の方に転流し流れ始めた時点である。
（ｆ）転流スイッチ４は、一般にサイリスタ又は放電ギャップ等にて構成されており、転流回路５の電流が零となった時点で開路する。
（ｇ）非線形抵抗７によって、回路のインダクタンスに蓄えられたエネルギーが消費されていくために、電流は減少して行き、主回路の電流が零となって遮断が完了する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記は真空バルブにより線路の短絡事故等のような大電流の事故電流を遮断する場合の直流遮断器の動作について説明したが、負荷電流、特に数Ａ〜数１０Ａ程度の線路電流を遮断しようとすると、前記の事故電流の遮断時のような転流回路５から非線形抵抗７への転流が起こらず、負荷９の条件によっては転流コンデンサ２へ転流した電流が数秒〜数１０秒以上流れ続ける場合がある。この様子を、前記と同様に、図５に示す遮断器構成部における電流及び電圧波形特性に基づいて説明する。
（ｂ′) は、真空バルブ１が開極した時点であり、（Ｃ′) の時点で、転流回路５の転流スイッチ４を閉路して転流コンデンサ２から真空バルブ１に電流を転流する。そして、（ｄ′) の時点で真空バルブ１の電流が零となり真空バルブ１は消弧して遮断する。図５には非線形抵抗７の電流波形図を省略してあるが、小電流遮断時は真空バルブ１の極間電圧が非線形抵抗７の動作電圧まで上昇しないので、前記の（ｄ′) の以降は、転流コンデンサ２の電流は非線形抵抗７の方に転流せず直流電源８から転流コンデンサ２を充電する電流が重畳して流れる。この電流は転流コンデンサ２の電圧が直流電源８の電圧に達するまで流れ続ける。
【０００６】
通常、転流コンデンサ２は、事故電流以上の電流を真空バルブ１に供給する必要があることから数千μＦ程度の非常に容量の大きなものが使用される。従って、前記した図５の（ｄ′) 時点以降、転流コンデンサ２の電圧が主回路の直流電源８の電圧に達するまで長時間小さな充電電流が流れ続けることになり、負荷９が非常に軽負荷の場合には数秒〜数十秒にも達する。
前記したように、転流スイッチ４は、一般にサイリスタ又は放電ギャップ等にて構成されているために、消弧手段を持っていないことから、前記した転流コンデンサ２の電流が零となる点がなければ開路しない。このような電流が継続して流れている状態で、負荷９側で点検作業のために保安上から設けられている断路器１２を開路したりすると、断路器１２からアークが発生するために、作業者が危険な状態となり、またこのアークによって地絡事故を起こす恐れがあるという問題がある。
【０００７】
また、上記した真空バルブ１の遮断後に負荷９側での点検作業時での安全を確保するために、特開平５−２３４４７１号公報に記載の図６に示すような、転流回路５から負荷９側への転流電流の流れを阻止する阻止手段１３を設けて、この阻止手段１３を、制御回路１１の開極指令Ｓ1 により主接点である真空バルブ１の開路とほぼ同時か、または投入指令Ｓ2 による転流スイッチ４が閉路するまでに開路するようにすることにより、負荷９側への転流電流の流入を阻止するようにした構成が提案されている。
しかしながら、このような構成の直流遮断器においては、真空バルブのような阻止手段１３を用いたとしても、転流コンデンサ２からの電流を前記した阻止手段１３にて裁断するので、過電圧が発生して他の機器に影響を与える可能性があるという問題がある。
【０００８】
この発明の課題は、前記の問題を解決し線路の短絡事故時の事故電流のような大電流の遮断動作に影響を与えることなく、かつ小電流をも短時間で遮断できる直流遮断器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、この発明は、直流電源と負荷とを結ぶ主回路に挿入される真空バルブと、前記真空バルブに並列に接続された転流回路とを備え、この転流回路は転流コンデンサと転流リアクトルと転流スイッチとの直列接続からなり、前記真空バルブの開極時に前記転流スイッチを閉路することにより、予め充電された前記転流コンデンサから放電電流を前記転流リアクトルを介して前記真空バルブを流れる主回路電流に逆方向に重畳して流し、電流零値を形成させて前記真空バルブを流れる電流を遮断する直流遮断器において、直列接続されたコンデンサとリアクトルとからなる第２の転流回路を前記真空バルブに並列に接続して設けるとともに、この第２の転流回路のインピーダンスの値を前記転流回路のインピーダンスの値より大きく、かつ前記第２の転流回路のコンデンサのキャパシタンスの値を前記転流回路の転流コンデンサのキャパシタンスの値より小さくするものである。
これにより、負荷電流，特に数Ａ〜数１０Ａ程度の小電流の線路電流の遮断時においても、転流回路からの放電電流により真空バルブが消弧し開極した後に、直流電源から流れる転流回路の転流コンデンサを充電する電流を前記の真空バルブに並列接続された第２の転流回路へ転流させることにより、転流回路に流れる電流に零点を形成させて転流スイッチを開路することが可能となるので負荷側へ流れる電流を前記した第２の転流回路で減衰させることができる。
そして、上記したように負荷側への転流電流の流れを阻止する阻止手段を設ける構成ではないので、電流裁断による過電圧が発生するようなことのない直流遮断器を得ることができる。
【００１０】
この発明において、第２の転流回路のインピーダンスの値は、転流回路のインピーダンスの値より充分大きく、例えば数十倍以上とするのがよく、また第２の転流回路のコンデンサのキャパシタンスの値は転流回路の転流コンデンサのキャパシタンスの値よりも充分小さく、例えば数十分の一以下とするのがよい。これにより、線路の短絡事故等の大電流の事故電流の遮断動作に影響を与えることなく、小電流を短時間で遮断することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１及び図２は、この発明の実施の形態からなる直流遮断器であり、図１は直流遮断器の回路構成図、図２は遮断時の遮断器各部の電流，電圧波形図である。
図１に示すように、この発明は、真空バルブ１及び転流回路５にコンデンサ２ａとリアクトル３ａとを直列接続した第２の回路５ａを並列に接続して構成してある。
以下、図１の回路構成からなる直流遮断器による小電流の負荷電流の遮断時での動作を、図２に示す直流遮断器構成部における電流，電圧の波形に基づいて説明する。
（ｂ1)は、制御回路１１の開極指令Ｓ1 により、真空バルブ１を開極した時点である。
（ｃ1)制御回路１１からの投入指令Ｓ2 により、転流スイッチ４が閉路し、転流コンデンサ２から電流が流れ始めた時点である。
この場合、第２の回路５ａのコンデンサ２ａとリアクトル３ａとの合成インピーダンスは、ある程度の大きさを持っているので、前記した転流コンデンサ２からの電流は真空バルブ１に流れ、真空バルブ１には負荷電流と逆向の高周波の放電電流が重畳された電流が流れる。
（ｄ1)真空バルブ１の電流が零となった時点であり、この時真空バルブ１は消弧する。従って、この時点までは、この発明の実施の形態の第２の回路５ａを設けない従来の前記した図３に示した構成によるものとその動作は変わりない。
真空バルブ１が消弧した後に転流回路５と第２の回路５ａ間で振動電流が流れる。即ち、転流コンデンサ２の残り電圧を電源として、前記の転流回路５と第２の回路５ａの閉ループを電流零点を形成する振動電流が流れる。
【００１２】
なお、この発明の実施の形態で、第２の回路５ａのインピーダンスを、転流回路５のインピーダンスより数十倍以上大きな値とするようにすると、即ち、転流回路５の転流コンデンサ２と転流リアクタンス３と、第２の回路５ａのコンデンサ２ａとリアクタンス３ａとのそれぞれのキャパシタンスとインダクタンスとを、Ｃ1 及びＬ1 と、Ｃ2 及びＬ2 とした場合に、（Ｌ2 ／Ｃ2 ）1/2 ≫（Ｌ1 ／Ｃ1 ）1/2 とすることにより、直流電源８から負荷９に流れる電流は、殆ど転流コンデンサ２と転流リアクトル３の転流回路５を通して流れるので、コンデンサ２と転流リアクトル３の転流回路５を流れる電流は、直流電源８から負荷９に流れる電流と図２に示すような振動電流との合成した波形となる。
（ｆ1)上記したように、転流回路５に流れる振動電流により零点を形成するので、転流スイッチ４にサイリスタを使用していた場合には、適当なタイミングでゲートパルスの供給を停止すると、この停止した以降の電流零点でサイリスタは消弧する。これは、ギャップレススイッチでも同様である。
【００１３】
そして、上記した図２の（ｆ1)の時点で転流スイッチ４が消弧したことにより、直流電源８から負荷９を通して第２の回路５ａのコンデンサ２ａを充電する電流が流れるが、この充電電流は、コンデンサ２ａのキャパシタンス（Ｃ2 ）を転流コンデンサ２のキャパシタンス（Ｃ1 ）に比べて数十分の一以下（Ｃ1 ≫Ｃ2 ）とすることにより振動電流となりやすくなり、また、減衰時定数も小さくすることができ、上記したコンデンサ２ａは短時間に電源電圧に達して、充電電流を零とすることができる。
例えば、この第２の回路５ａのコンデンサ２ａの転流コンデンサ２に対する比（Ｃ2 ／Ｃ1 ）を、１／１００と非常に小さい値となるように設定すると、従来の図３に示す第２の回路５ａを設けていない回路構成の直流遮断器で数秒程度転流電流が継続して流れている場合でも、上記した第２の回路５ａを設けることにより数十ミリ秒程度と大幅に短縮することができる。
【００１４】
そして、この実施の形態の第２の回路５ａを備えた直流遮断器においても、線路の短絡事故等のような大電流の事故電流を遮断する場合には、前記したように転流回路５からの放電電流により真空バルブ１が消弧し遮断した後に、直流電源８から転流回路５の転流コンデンサ２に流れる電流は零点はできず、非線形抵抗７の方に転流し流れる。従って、従来の図３の直流遮断器での図４の動作と同様となり、第２の回路５ａを設けたことによる大電流遮断動作に与える影響はない。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように、この発明においては、転流回路を設けた直流遮断器の真空バルブに、直列接続されたコンデンサとリアクトルとからなる第２の転流回路を並列接続する構成とすることにより、数Ａ〜数１０Ａ程度の小電流の線路電流の遮断時に、転流回路に流れる電流に零点を形成させて転流スイッチを開路することが可能になるので、点検時の断路器の開路時に過電圧が発生することなく、遮断後の作業者の安全を確保できるとともに、過電圧による地絡事故の発生を防止することができる。しかも、前記したようにコンデンサとリアクトルとの直列接続の回路からなる構造が簡単な直流遮断器とすることができる。
【００１６】
この発明において、第２の転流回路のインピーダンスの値は、転流回路のインピーダンスの値の数十倍以上とするのがよく、更に第２の転流回路のコンデンサのキャパシタンスの値は、転流回路の転流コンデンサのキャパシタンスの値の数十分の一以下とするのがよい。これにより、大電流の事故電流の遮断動作に影響を与えることなく、小電流を短時間で遮断することができる。
【００１７】
以上のように、転流回路を設けた直流遮断器の真空バルブに、直列接続されたコンデンサとリアクトルからなる第２の転流回路を並列接続するとともに、第２の転流回路のインピーダンスの値を転流回路のインピーダンスの値より大きく、かつ前記第2の転流回路のコンデンサのキャパシタンスの値を前記転流回路の転流コンデンサのキャパシタンスの値より小さくすることにより、線路の短絡事故の事故電流のような大電流の遮断動作に影響を与えることなく、小電流をも短時間で遮断できる直流遮断器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態からなる直流遮断器の回路構成図である。
【図２】図１の直流遮断器の遮断時の各構成部における電流，電圧の波形図である。
【図３】従来の直流遮断器の回路構成図である。
【図４】図３の直流遮断器で線路事故時の大電流遮断時の各構成部における電流，電圧の波形図である。
【図５】図３の直流遮断器で小電流遮断時の各構成部における電流，電圧の波形図である。
【図６】図３とは異なる従来の直流遮断器の回路構成図である。
【符号の説明】
１        真空バルブ
２        転流コンデンサ
２ａ      コンデンサ
３        転流リアクトル
３ａ      リアクトル
４        転流スイッチ
５        転流回路
５ａ      第２の回路
【図１】
0003719456.tif 000002
【図２】
0003719456.tif 000003
【図３】
0003719456.tif 000004
【図４】
0003719456.tif 000005
【図５】
0003719456.tif 000006
【図６】
0003719456.tif 000007