(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記リアクトルのインダクタンスは変更可能になっていて、
前記共振回路および前記第１のスイッチは前記遮断器の端子間に直列接続され、
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の抵抗素子を含み、
前記遮断器、前記共振回路、前記充電器、および前記第１のスイッチは２組設けられ、
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、
さらに、前記正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２の抵抗素子と、
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、直流遮断装置。
【請求項２】
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、
前記リアクトルのインダクタンスは変更可能になっていて、
前記共振回路および前記第１のスイッチは前記遮断器の端子間に直列接続され、
前記充電器は、
第１の抵抗素子と、
前記充電動作時に、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前記第１の抵抗素子を接続する第２のスイッチとを含み、
前記遮断器、前記共振回路、前記充電器、および前記第１のスイッチは２組設けられ、
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、
さらに、前記正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２の抵抗素子と、
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、直流遮断装置。
【請求項３】
前記リアクトルは、
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１または請求項２に記載の直流遮断装置。
【請求項４】
前記リアクトルのインダクタンスは、前記コンデンサを充電させる場合は第１の値に設定され、前記遮断器を遮断させる場合は前記第１の値と異なる第２の値に設定される、請求項１または請求項２に記載の直流遮断装置。
【請求項５】
前記リアクトルのインダクタンスは、前記線路に事故電流が流れた場合に前記遮断器を遮断させるときは第１の値に設定され、前記線路に負荷電流が流れている場合に前記遮断器を遮断させるときは前記第１の値と異なる第２の値に設定される、請求項１または請求項２に記載の直流遮断装置。
【請求項６】
前記リアクトルのインダクタンスは、通常は第１の値に設定され、前記線路に負荷電流が流れている場合に前記遮断器を遮断させるときは前記第１の値と異なる第２の値に設定される、請求項１または請求項２に記載の直流遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１２０８７１号公報
【特許文献２】特開２００２−９３２９４号公報
【特許文献３】特開２００６−３２０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１による直流電力系統の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１に示した逆電流発生回路の構成を示す回路ブロック図である。
【図３】図２に示した逆電流発生回路の動作を示すタイムチャートである。
【図４】図２に示した可変リアクトル装置の役割を説明するためのタイムチャートである。
【図５】図２に示した逆電流発生回路の他の動作を示すタイムチャートである。
【図６】実施の形態１の変更例を示す回路ブロック図である。
【図７】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る。
【図８】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る。
【図９】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る。
【図１０】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る。
【図１１】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る。
【図１２】図１１に示した直流遮断装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１３】実施の形態６の変更例を示す回路図である。
【図１４】実施の形態６の他の変更例を示す回路図である。
【図１５】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る。
【図１６】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る。
【図１７】図１６に示した直流遮断装置の要部を示す回路図である。
【図１８】実施の形態８の変更例を示す回路ブロック図である。
【図１９】図１８に示した直流遮断装置の充電動作を示す回路ブロック図である。
【図２０】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２１】図２０に示した直流遮断装置の動作を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
[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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
[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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
[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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
[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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
[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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
[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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
[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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
[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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
[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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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）。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【符号の説明】
【０１１０】
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。
【図１】
0006042035.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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