(57)【要約】【課題】直流大電流を安定に遮断でき、かつ遮断後に回路を完全に切離すことを可能にするとともに、真空バルブの接点寿命を延ばすことにある。【解決手段】転流コンデンサ１、サイリスタ２及び転流リアクトル３を直列接続してなる第１の直列回路と、真空バルブ４及び可飽和リアクトル６を直列接続してなる第２の直列回路とを並列接続し、且つ可飽和リアクトル６に並列にコンデンサ７を接続する構成とする。【選択図】      図１
2006260925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコンデンサ、スイッチ及びインダクタンスを直列接続してなる第１の直列回路と、真空バルブ及び可飽和リアクトルを直列接続してなる第２の直列回路とを並列接続し、且つ前記可飽和リアクトルに並列に第２のコンデンサを接続する構成としたことを特徴とする直流高速真空遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として電鉄用の直流変電所に設置され、架線短絡事故時に主回路を遮断して電源回路を保護する真空バルブを用いた直流高速真空遮断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば電鉄用の直流変電所においては、架線短絡事故時に電源回路を保護するため、真空バルブを用いた直流高速真空遮断装置が設置されている。
【０００３】
図４は、かかる従来の直流高速真空遮断装置の回路構成を示すものである。
【０００４】
この直流高速真空遮断装置は、転流コンデンサ１、転流スイッチ２（サイリスタを用いることが多いので以後サイリスタと呼ぶ）、転流リアクトル又は配線の浮遊インダクタンス３が直列に接続された第１の直列回路と、直流を遮断する真空バルブ４、該真空バルブ４と配線のインダクタンスに蓄えられたエネルギーを吸収する非線形抵抗５及びスナバコンデンサ８の並列接続回路に可飽和リアクトル６を直列接続してなる第２の直列回路とを並列接続して構成され、図示しない電源回路と架線とを結ぶ主回路に設けられている。
【０００５】
図５は上記のサイリスタに代えて機械式のスイッチを使用した直流高速真空遮断装置の回路構成を示すもので、それ以外は図４と全く同じある（例えば、特許文献１）。
【０００６】
次に図４に示す直流高速真空遮断装置の動作について説明する。
【０００７】
いま、真空バルブ４を通して主回路電流Ｉが流れているものとし、また転流コンデンサ１には予め図示しない充電回路によって図示極性に充電されているものとする。
【０００８】
このような状態にあるとき、真空バルブ４に外部から遮断信号が与えられるか、または図示しない電流検出手段により主回路に異常電流が流れていることが検出されると、まず真空バルブ４を開極させ、その直後サイリスタ２を点弧する。
【０００９】
すると、転流コンデンサ１、真空バルブ４、可飽和リアクトル６、サイリスタ２、転流リアクトル３及び転流コンデンサ１のループで直列共振回路が構成され、転流コンデンサ１に蓄えられた電荷により共振電流が流れる。
【００１０】
この電流の最大値は、予測される主回路電流の最大値より大きくなるように転流コンデンサ１と転流リアクトル３の値及び転流コンデンサ１の初期充電電圧が決められている。
【００１１】
真空バルブの開極後、主回路電流はアークとなって流れ続けるが、このとき前記共振電流は主回路電流より大きいため、真空バルブ内の電流はゼロ点を通過し極性反転しようとする。この際、可飽和リアクトル６が飽和から開放されて高インダクタンスとなり、電流の変化速度を弱める。
【００１２】
電流がゼロ点付近を通過する時点ｔ２付近では、真空バルブ４内のアークは消滅し、ギャップには絶縁が回復して電圧が発生する。この真空バルブ４に発生する電圧は転流コンデンサ１の電圧とほぼ等しくなる。転流コンデンサ１の電圧は、転流回路のリアクトル３及び主回路の電源や負荷に存在する浮遊インダクタンスに蓄えられたエネルギーにより、逆方向に上昇を続ける。
【００１３】
この電圧がある程度大きくなると、非線形抵抗５に電流が流れる。非線形抵抗５の通電閾値電圧は電源電圧より高く設定されているので、主回路電流は減衰してやがて電流ゼロとなり、遮断が完了する。
【００１４】
図５に示す直流高速真空遮断装置においても、共振電流を流すためのスイッチとしてサイリスタに代えて機械式のスイッチ２１に置き換えたものであり、遮断動作は上述と全く同様である。
【００１５】
図６は短絡事故電流を遮断したときの各部の電流・電圧波形を示している。
【００１６】
図６において、時刻ｔ０で短絡事故が発生すると、時刻ｔ１で真空バルブ４が開極を開始し、時刻ｔ２で共振電流により真空バルブ４に流れる電流がゼロとなる。そして、時刻ｔ３で非線形抵抗５に電流が流れ始めると、次第に主回路電流が減少し、時刻ｔ４で主回路電流がゼロとなって遮断が完了する。
【００１７】
図７は、図６に示す動作波形のうち真空バルブの電流ゼロ点を通過する付近の動作説明図であり、（ａ）は時刻ｔ２付近の等価回路、（ｂ）は時間軸の拡大波形である。
【００１８】
真空バルブの電流ＩＶＳＣが減少し、ゼロ点付近まで来ると可飽和リアクトル６が飽和から開放されるため、大きなインダクタンスを示す。
【００１９】
その結果、回路のインダクタンスは可飽和リアクトルのインダクタンスが支配的となり、転流リアクトル３のインダクタンスは無視して考えても良い。そのため、等価回路は図７（ａ）のようになる。このとき、転流コンデンサの電圧ＶＣは殆ど可飽和リアクトルにかかり、ＶＣ＝ＶＳＬとなる。
【００２０】
その後、真空バルブのアークが消滅し、極間の絶縁が回復すると、ＩＶＳＣは急激に減少してゼロになる。その結果、可飽和リアクトルにかかっていた電圧ＶＳＬもゼロとなるが、このときの電流変化で可飽和リアクトルの端子間に大きな電圧が瞬時に誘起され、この電圧が真空バルブの極間にかかる。
【００２１】
同時に転流コンデンサの電圧も真空バルブの極間にかかるため、真空バルブの極間電圧ＶＶＳＣは急上昇する。この電圧が印加される時点で真空バルブはアークが消滅したばかりで、絶縁が不完全な状態にあるとともに、極間の距離も小さいため、再発弧して遮断失敗に至ることがある。特に大きな事故電流を遮断した場合には事故電流によるアークエネルギーが大きいため、再発弧が起き易い。また、高速遮断を実現するためには極間の距離が十分確保しない状態で遮断する必要があるため、より再発弧し易い。これを防止するためにスナバコンデンサ８が設けられており、スナバコンデンサにより真空バルブの極間電圧ＶＶＳＣの上昇は抑制され、図示点線のように変化する。
【特許文献１】特開平４−２５９７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
このように従来の直流高速真空遮断装置においては、遮断完了後もスナバコンデンサ８を介して電流が流れ、負荷と電源とを完全に絶縁することができないという問題があった。
【００２３】
図８は、従来の直流高速真空遮断装置を電鉄用等の直流電源の高速遮断器として適用した場合の電源及び負荷を含めた回路構成を示すものである。図８において、９はダイオード整流器、１０は列車負荷である。
【００２４】
通常ダイオード整流器の直流出力電圧は、完全な直流ではなく、かなり大きなリップル電圧を含んでいる。このリップル電圧は交流成分であり、コンデンサは交流分に対するインピーダンスが低いため、開放状態においてもスナバコンデンサ８を通って実線矢印１１のルートで交流電流が流れる。これにより、回路が完全な開放状態とならず、負荷に不要な電圧が印加されるという問題があった。
【００２５】
さらに、スナバコンデンサ８は、整流器９により図示極性に充電されるので、次に真空バルブ４が投入される際にコンデンサ８に充電された電荷が点線矢印１２のルートで放電する。そして、投入時しばらくは真空バルブ４の接点に機械的な振動を発生して接触状態と非接触状態を繰返すが、この際にコンデンサの電荷が放電することによって接点が荒れ、寿命が短くなるという問題もあった。
【００２６】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、真空バルブのアーク消滅と同時に発生する極間電圧の急激な上昇を防止でき、且つ遮断後の電源と負荷との完全な遮断状態を実現するとともに、投入時の真空バルブの接点荒れをも防止できる安価な直流高速真空遮断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は、上記の目的を達成するため、第１のコンデンサ、スイッチ及びインダクタンスを直列接続してなる第１の直列回路と、真空バルブ及び可飽和リアクトルを直列接続してなる第２の直列回路とを並列接続し、且つ前記可飽和リアクトルに並列に第２のコンデンサを接続する構成とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、電流遮断直後に可飽和リアクトルに流れていた電流を並列コンデンサに流し、コンデンサを徐々に放電させることにより真空バルブの極間電圧が急上昇することを防止できるので、真空バルブが再発弧することがなく、大電流を安定に遮断し、遮断後は真空バルブで回路を完全に切離すことができる。さらに、コンデンサの電荷は遮断後可飽和リアクトルを通って放電するので、真空バルブ再投入時点でコンデンサ放電電流が流れることがなくなり、接点荒れを防止でき、長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は本発明による直流高速真空遮断装置の第１の実施形態を示す回路構成図であり、図４と同一部品には同一符号を付して説明する。
【００３１】
図１に示すように転流コンデンサ１、サイリスタ２及び転流リアクトル３を直列接続してなる第１の直列回路と、真空バルブ４及び可飽和リアクトル６を直列接続してなる第２の直列回路とを並列接続し、且つ真空バルブ４に並列に非直線抵抗５を接続すると共に、可飽和リアクトル６に並列にコンデンサ７を接続する構成とする。
【００３２】
次に動作について述べる。
【００３３】
いま、真空バルブ４を通して主回路電流が流れているものとし、また転流コンデンサ１には予め図示しない充電回路によって図示極性に充電されているものとする。
【００３４】
このような状態にあるとき、真空バルブ４に外部から遮断信号が与えられるか、または図示しない電流検出手段により主回路に異常電流が流れていることが検出されると、まず真空バルブ４を開極させ、その直後サイリスタ２を点弧する。
【００３５】
すると、転流コンデンサ１、真空バルブ４、可飽和リアクトル６、サイリスタ２、転流リアクトル３及び転流コンデンサ１のループで直列共振回路が構成され、転流コンデンサ１に蓄えられた電荷により共振電流が流れる。
【００３６】
この電流の最大値は、予測される主回路電流の最大値より大きくなるように転流コンデンサ１と転流リアクトル３の値及び転流コンデンサ１の初期充電電圧が決められている。
【００３７】
真空バルブ４の開極後、主回路電流Ｉはアークとなって流れ続けるが、このとき前記共振電流が主回路電流に重畳して流れ、共振電流の最大値が主回路電流より大きいため、真空バルブ４内の電流がゼロに近付き、可飽和リアクトル６が飽和から開放され、電流は変化速度を弱めてゼロ点を過通する。
【００３８】
図２は、真空バルブの電流ゼロ点を通過する付近の動作説明図であり、（ａ）は時刻ｔ２付近の等価回路、（ｂ）は時間軸の拡大波形である。
【００３９】
電流ＩＶＳＣがゼロになる瞬間真空バルブ１内のアークは消滅し、バルブ極間は絶縁が回復して電圧ＶＶＳＣが発生する。このとき真空バルブの電流ＩＶＳＣが急激にゼロに変化する。その結果、可飽和リアクトルの電流は並列接続されたコンデンサに流れ、この電流によるコンデンサの放電と共に減少するので、その端子電圧ＶＳＬの変化速度は抑制されたものとなる。
【００４０】
さらに、真空バルブの極間電圧ＶＶＳＣは転流コンデンサ電圧ＶＣと可飽和リアクトル電圧ＶＳＬとの差電圧にほぼ等しくなるため、極間電圧ＶＶＳＣの電圧上昇率が抑制され、大電流を遮断した後も再発弧することがなくなる。
【００４１】
このように本実施形態では、真空バルブ４に並列に接続されていたスナバコンデンサ８を取除き、可飽和リフクトル６に並列にコンデンサ７を接続することにより、次のような作用効果を得ることができる。
【００４２】
すなわち、直流高速真空遮断装置を電鉄用等の直流電源の高速遮断器として適用した場合、従来の回路構成では、図８に実線矢印で示すように真空バルブ４の絶縁が完了した後もスナバコンデンサ８を通して電源側と負荷側に微小電流が流れるため、回路が完全に切離すことができなかったが、本実施形態ではこのような実線矢印で示すような回路が構成されないので、真空バルブ４で遮断が完了した後は完全に回路の切離しができる。
【００４３】
さらに、前述の動作説明のように遮断完了した後にコンデンサ７の電荷は図３に示すように可飽和リアクトル６を通して放電するので、次回に真空バルブ４を投入する際にコンデンサ７の電荷が真空バルブ４を通して放電することがない。したがって、放電電流による真空バルブ接点の荒れを防止することができので、真空バルブの長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による高速真空遮断装置の第１の実施形態を示す回路構成図。
【図２】同実施形態において、真空バルブの電流ゼロ点を通過する付近の動作を説明するための図で、（ａ）は電流ゼロ点通過時点付近の等価回路図、（ｂ）は時間軸の拡大波形図。
【図３】同実施形態において、遮断完了後の電流経路を示す図。
【図４】従来の高速真空遮断装置の一例を示す回路構成図。
【図５】従来の高速真空遮断装置の他の例を示す回路構成図。
【図６】従来装置の遮断時の動作を説明するための各部の波形図。
【図７】図６において、真空バルブの電流ゼロ点を通過する付近の動作を説明するための図で、（ａ）は時刻ｔ２付近の等価回路図、（ｂ）は時間軸の拡大波形図。
【図８】従来装置において、遮断完了後の電流経路を示す図。
【符号の説明】
【００４５】
１…転流コンデンサ、２…サイリスタ、３…転流リアクトル、４…真空バルブ、５…非線形抵抗、６…可飽和リアクトル、７…コンデンサ、８…スナバコンデンサ、９…ダイオード整流器、１０…負荷
【図１】
2006260925.tif 000003
【図２】
2006260925.tif 000004
【図３】
2006260925.tif 000005
【図４】
2006260925.tif 000006
【図５】
2006260925.tif 000007
【図６】
2006260925.tif 000008
【図７】
2006260925.tif 000009
【図８】
2006260925.tif 000010