(57)【要約】【課題】高電圧直流電流を遮断するときに生じるアーク放電を小規模の回路で抑制する。【解決手段】端子Ｔ１と端子Ｔ２の間に直流電圧が印加され、端子３と端子Ｔ４の間に負荷が接続される。初期化部１１Ａは、スイッチＳＷ２が開いているときに予めコンデンサＣ１を放電させ、その電荷を零にする。スイッチＳＷ１が開き始めたことが検知されると、スイッチＳＷ２が閉じる。このとき、コンデンサＣ１の電荷は零に初期化されているため、限流リアクトルＬ１を流れる電流はコンデンサＣ１に流れ込み、コンデンサＣ１を充電する。コンデンサＣ１に電流が流れ込むことにより、スイッチＳＷ１の電極Ａの電位が低下する。電極Ａの電位が低下して端子Ｔ２（端子Ｔ４）の電位（例えば、０Ｖ）に近くなったときにスイッチＳＷ１が開く。電極Ａの電位が低下した状態でスイッチＳＷ１が開くため、アーク放電は生じない。【選択図】図１Ａ
2018120857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子と第２の端子の間に直流電圧が印加され、第３の端子と第４の端子の間に負荷が接続される直流遮断器であって、
一端が前記第１の端子に接続される限流リアクトルと、
一方の電極が前記限流リアクトルの他端に接続され、他方の電極から電流が前記第３の端子に向けて流れる第１のスイッチと、
コンデンサと第２のスイッチとが直列に接続された第１の直列回路を含み、当該第１の直列回路の一端が前記限流リアクトルの他端と前記第１のスイッチの一方の電極との接続部分に接続され、当該第１の直列回路の他端が前記第２の端子と前記第４の端子とを接続する接続ラインに接続される電流吸込部と、
前記第２のスイッチが開いているときに、前記電流吸込部に含まれるコンデンサを放電させる初期化部と、
を備えることを特徴とする直流遮断器。
【請求項２】
前記初期化部が直列に接続された第３のスイッチと抵抗とを含む第２の直列回路を有し、当該第２の直列回路の両端がそれぞれ前記電流吸込部に含まれるコンデンサの両端に接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
【請求項３】
前記電流吸込部において、前記コンデンサの一端が前記限流リアクトルの他端と前記第１のスイッチの一方の電極との接続部分に接続され、前記コンデンサの他端が前記第２のスイッチの一方の電極に接続され、前記第２のスイッチの他方の電極が前記接続ラインに接続され、
前記初期化部が直列に接続された抵抗とダイオードとを含む第３の直列回路を有し、当該第３の直列回路の一端が前記第１のスイッチの他方の電極に接続され、当該第３の直列回路の他端が前記電流吸込部に含まれるコンデンサの他端に接続され、前記ダイオードが前記第１のスイッチの他方の電極から前記電流吸込部に含まれるコンデンサの他端に向けて順方向電流を流す、
ことを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
【請求項４】
前記第１のスイッチの他端と前記第３の端子の間に配置されており、前記第１のスイッチの他端から前記第３の端子に向けて順方向電流が流れる逆流阻止ダイオードと、
一端が前記第３の端子に接続され、他端が前記第４の端子に接続されており、平滑用コンデンサを含む平滑化回路と、
を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の直流遮断器。
【請求項５】
前記第１のスイッチの他端と前記第３の端子の間に配置されたコイルと、
一端が前記第３の端子に接続され、他端が前記第４の端子に接続されており、平滑用コンデンサを含む平滑化回路と、
を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の直流遮断器。
【請求項６】
前記第３の端子と前記第４の端子の間の電圧が低下したことを検知したときに前記第２のスイッチを閉じ、所定の時間が経過した後に前記第２のスイッチを開く電位低下検知部を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の直流遮断器。
【請求項７】
前記第２のスイッチが、サイリスタを含み、
前記電位低下検知部が、前記第３の端子と前記第４の端子の間の電圧が低下したことを検知したときに前記サイリスタのゲートに電流を流し、前記所定の時間が経過したときに前記サイリスタのゲートに流れる電流を止める、
ことを特徴とする請求項６に記載の直流遮断器。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の直流遮断器の動作方法であって、
第１の時点で、開いていた前記第２のスイッチが閉じるステップと、
前記１の時点の後の第２の時点で、閉じていた前記第１のスイッチが開くステップと、
前記２の時点の後の第３の時点で、前記第２のスイッチが開くステップと、
を備えることを特徴とする直流遮断器の動作方法。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の直流遮断器の動作方法であって、
第１の時点で、閉じていた前記第１のスイッチが開くステップと、
前記１の時点の後の第２の時点で、開いていた前記第２のスイッチが閉じるステップと、
前記２の時点の後の第３の時点で、前記第２のスイッチが開くステップと、
を備えることを特徴とする直流遮断器の動作方法。
【請求項１０】
請求項２に記載の直流遮断器の動作方法であって、
第１の時点で、開いていた前記第２のスイッチが閉じるステップと、
前記１の時点の後の第２の時点で、閉じていた前記第１のスイッチが開くステップと、
前記２の時点の後の第３の時点で、前記第２のスイッチが開くステップと、
前記第３の時点の後の第４の時点で、開いていた前記第３のスイッチが閉じ、所定の時間が経過した後に前記第３のスイッチが開くステップと、
を備えることを特徴とする直流遮断器の動作方法。
【請求項１１】
請求項２に記載の直流遮断器の動作方法であって、
第１の時点で、閉じていた前記第１のスイッチが開くステップと、
前記１の時点の後の第２の時点で、開いていた前記第２のスイッチが閉じるステップと、
前記２の時点の後の第３の時点で、前記第２のスイッチが開くステップと、
前記第３の時点の後の第４の時点で、開いていた前記第３のスイッチが閉じ、所定の時間が経過した後に前記第３のスイッチが開くステップと、
を備えることを特徴とする直流遮断器の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧直流給電において直流電流を遮断する直流遮断器および直流遮断器の動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
限流リアクトルとリレー等のスイッチとが直列に接続された直流遮断器が知られている（例えば、特許文献１と非特許文献１を参照）。
ただし、限流リアクトルとスイッチを直列接続するのみでは、スイッチの電極を引き外すとき、アーク放電が発生する。高電圧のアーク放電は、スイッチの損傷を引き起こすおそれがあるため、望ましくない。
【０００３】
そこで、非特許文献１に記載の逆電流注入式直流遮断器は、スイッチと並列に接続された逆電流注入回路を有する。逆電流注入回路は、コンデンサとリアクトルを含む。スイッチに電流が流れている間、コンデンサは充電されている。逆電流注入式直流遮断器は、電流遮断時にはスイッチを開いた後に逆電流注入回路からスイッチに流れている電流と逆向きの高周波大電流を挿入することにより電流の零点を作り、アーク放電を消滅させる。
また、特許文献１には、スイッチと並列にサージアブソーバが接続された直流遮断器が記載されている。電流遮断時には、サージアブソーバがその種別に応じてスイッチの電極間にかかる電圧を所定の電圧以下に制限したり、零にしたりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−３３１８７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】大内茂俊著、「高圧大電流の直流が切れるようになった真空遮断器」、電氣學會雑誌、Vol.111 (1991)、No.2、P147-150
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電流遮断時には限流リアクトルに蓄積された大きな誘電性エネルギーを処理し、アーク放電を抑制しなければならない。
逆電流注入式直流遮断器は、逆電流注入回路から大きな高周波電流を流すことにより、アーク放電を抑制する。しかし、逆電流注入回路は、コンデンサとリアクトルが必要であり、回路規模が大きい。
特許文献１に記載の直流遮断器は、大きな誘電性エネルギーを処理することができるサージアブソーバが必要である。
【０００７】
本発明の目的は、高電圧直流電流を遮断するときに生じるアーク放電を小規模の回路で抑制することができる直流遮断器および直流遮断器の動作方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の直流遮断器は、
第１の端子と第２の端子の間に直流電圧が印加され、第３の端子と第４の端子の間に負荷が接続される直流遮断器であって、
一端が前記第１の端子に接続される限流リアクトルと、
一方の電極が前記限流リアクトルの他端に接続され、他方の電極から電流が前記第３の端子に向けて流れる第１のスイッチと、
コンデンサと第２のスイッチとが直列に接続された第１の直列回路を含み、当該第１の直列回路の一端が前記限流リアクトルの他端と前記第１のスイッチの一方の電極との接続部分に接続され、当該第１の直列回路の他端が前記第２の端子と前記第４の端子とを接続する接続ラインに接続される電流吸込部と、
前記第２のスイッチが開いているときに、前記電流吸込部に含まれるコンデンサを放電させる初期化部と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、本発明の直流遮断器は、
前記初期化部が直列に接続された第３のスイッチと抵抗とを含む第２の直列回路を有し、当該第２の直列回路の両端がそれぞれ前記電流吸込部に含まれるコンデンサの両端に接続される、
ことを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、本発明の直流遮断器は、
前記電流吸込部において、前記コンデンサの一端が前記限流リアクトルの他端と前記第１のスイッチの一方の電極との接続部分に接続され、前記コンデンサの他端が前記第２のスイッチの一方の電極に接続され、前記第２のスイッチの他方の電極が前記接続ラインに接続され、
前記初期化部が直列に接続された抵抗とダイオードとを含む第３の直列回路を有し、当該第３の直列回路の一端が前記第１のスイッチの他方の電極に接続され、当該第３の直列回路の他端が前記電流吸込部に含まれるコンデンサの他端に接続され、前記ダイオードが前記第１のスイッチの他方の電極から前記電流吸込部に含まれるコンデンサの他端に向けて順方向電流を流す、
ことを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、本発明の直流遮断器は、
前記第１のスイッチの他端と前記第３の端子の間に配置されており、前記第１のスイッチの他端から前記第３の端子に向けて順方向電流が流れる逆流阻止ダイオードと、
一端が前記第３の端子に接続され、他端が前記第４の端子に接続されており、平滑用コンデンサを含む平滑化回路と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、本発明の直流遮断器は、
前記第１のスイッチの他端と前記第３の端子の間に配置されたコイルと、
一端が前記第３の端子に接続され、他端が前記第４の端子に接続されており、平滑用コンデンサを含む平滑化回路と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、本発明の直流遮断器は、
前記第３の端子と前記第４の端子の間の電圧が低下したことを検知したときに前記第２のスイッチを閉じ、所定の時間が経過した後に前記第２のスイッチを開く電位低下検知部を備えることを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、本発明の直流遮断器は、
前記第２のスイッチが、サイリスタを含み、
前記電位低下検知部が、前記第３の端子と前記第４の端子の間の電圧が低下したことを検知したときに前記サイリスタのゲートに電流を流し、前記所定の時間が経過したときに前記サイリスタのゲートに流れる電流を止める、
ことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の直流遮断器の動作方法は、
上述した直流遮断器の動作方法であって、
第１の時点で、開いていた前記第２のスイッチが閉じるステップと、
前記１の時点の後の第２の時点で、閉じていた前記第１のスイッチが開くステップと、
前記２の時点の後の第３の時点で、前記第２のスイッチが開くステップと、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の直流遮断器の動作方法は、
上述した直流遮断器の動作方法であって、
第１の時点で、閉じていた前記第１のスイッチが開くステップと、
前記１の時点の後の第２の時点で、開いていた前記第２のスイッチが閉じるステップと、
前記２の時点の後の第３の時点で、前記第２のスイッチが開くステップと、
を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の直流遮断器の動作方法は、
上述した直流遮断器の動作方法であって、
第１の時点で、開いていた前記第２のスイッチが閉じるステップと、
前記１の時点の後の第２の時点で、閉じていた前記第１のスイッチが開くステップと、
前記２の時点の後の第３の時点で、前記第２のスイッチが開くステップと、
前記第３の時点の後の第４の時点で、開いていた前記第３のスイッチが閉じ、所定の時間が経過した後に前記第３のスイッチが開くステップと、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の直流遮断器の動作方法は、
上述した直流遮断器の動作方法であって、
第１の時点で、閉じていた前記第１のスイッチが開くステップと、
前記１の時点の後の第２の時点で、開いていた前記第２のスイッチが閉じるステップと、
前記２の時点の後の第３の時点で、前記第２のスイッチが開くステップと、
前記第３の時点の後の第４の時点で、開いていた前記第３のスイッチが閉じ、所定の時間が経過した後に前記第３のスイッチが開くステップと、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高電圧直流電流を遮断するときに生じるアーク放電を小規模の回路で抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係る直流遮断器の構成の一例を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る直流遮断器の第１の変形例である直流遮断器の構成を示す図である。
【図１Ｃ】本発明の第１の実施形態に係る直流遮断器の第２の変形例である直流遮断器の構成を示す図である。
【図１Ｄ】本発明の第１の実施形態に係る直流遮断器の第３の変形例である直流遮断器の構成を示す図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態に係る直流遮断器に含まれる２つのスイッチの開閉タイミングの一例を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る直流遮断器に含まれる２つのスイッチの開閉タイミングの別の例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る直流遮断器の構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る直流遮断器に含まれる３つのスイッチの開閉タイミングの一例を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る直流遮断器の構成の一例を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る直流遮断器の構成の一例を示す図である。
【図７】図６の直流遮断器の具体的な回路構成の一例を示す図である。
【図８】図１Ａの直流遮断器の変形例である直流遮断器の構成を示す図である。
【図９】図３の直流遮断器の変形例である直流遮断器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る直流遮断器について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
【００２２】
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る直流遮断器１Ａの構成の一例を示す。
直流遮断器１Ａは、限流リアクトルＬ１と、スイッチＳＷ１と、電流吸込部１０Ａと、初期化部１１Ａと、逆流阻止ダイオードＤ１と、平滑用コンデンサＣ２とを有する。
端子Ｔ１と端子Ｔ２の間には、直流電圧（例えば３８０Ｖ）が印加される。端子Ｔ３と端子Ｔ４の間には負荷が接続される。
限流リアクトルＬ１は、一端が端子Ｔ１に接続され、他端がスイッチＳＷ１の電極Ａに接続される。限流リアクトルＬ１は、例えばコアに巻回されたコイルである。
スイッチＳＷ１は、電極Ａ（一方の電極）が限流リアクトルＬ１の他端に接続され、電極Ｂ（他方の電極）が逆流阻止ダイオードＤ１のアノードに接続される。
逆流阻止ダイオードＤ１のカソードは端子Ｔ３に接続される。すなわち、逆流阻止ダイオードＤ１はスイッチＳＷ１の他端と端子Ｔ３の間に配置されており、スイッチＳＷ１の他端から端子Ｔ３に向けて順方向電流が流れる。
スイッチＳＷ１は電極Ａと電極Ｂを接続したり、開放したりする開閉器である。スイッチＳＷ１の電極Ａと電極Ｂを引き外す（すなわち、スイッチＳＷ１を開く）ことにより、負荷に供給される直流電流が遮断される。スイッチＳＷ１は、例えばリレーであってもよい。
スイッチＳＷ１は、例えば人によって手動で開閉される。また、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に接続されている負荷に短絡事故等が生じたことにより、端子Ｔ１から端子Ｔ３に向けて突然大きな電流が流れたとき、または端子Ｔ３の電位が低下したときに、スイッチＳＷ１は自動的に開く。
【００２３】
平滑用コンデンサＣ２は、一端が端子Ｔ３に接続されており、他端が端子Ｔ４に接続されている。平滑用コンデンサＣ２は、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間の電圧の変動を抑える。
逆流阻止ダイオードＤ１は、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２が同時に閉じたときに、平滑用コンデンサＣ２の電圧によって電流が逆流することを防ぐ。
【００２４】
電流吸込部１０Ａは、コンデンサＣ１と、スイッチＳＷ２とを有する。
コンデンサＣ１は、一端が限流リアクトルＬ１の他端とスイッチＳＷ１の電極Ａとの接続部分に接続され、他端がスイッチＳＷ２の一方の電極に接続される。スイッチＳＷ２は、一方の電極がコンデンサＣ１の他端に接続され、他方の電極が接続ラインＧＬに接続される。接続ラインＧＬは、端子Ｔ２と端子Ｔ４とを接続する。
初期化部１１Ａは、スイッチＳＷ２が開いているときにコンデンサＣ１を放電させ、コンデンサＣ１に蓄積されている電荷を零にする。初期化部１１Ａは、抵抗Ｒ１を含む。抵抗Ｒ１の両端はそれぞれコンデンサＣ１の両端に接続される。
なお、端子Ｔ１と端子Ｔ２はそれぞれ本発明の第１の端子と第２の端子の例であり、端子Ｔ３と端子Ｔ４はそれぞれ本発明の第３の端子と第４の端子の例であり、スイッチＳＷ１は本発明における第１のスイッチの例であり、スイッチＳＷ２は本発明における第２のスイッチの例であり、コンデンサＣ１とスイッチＳＷ２が直列に接続された回路は本発明における第１の直列回路の例である。
【００２５】
図１Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る直流遮断器の第１の変形例である直流遮断器１Ｂの構成を示す。
直流遮断器１Ｂは、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に、平滑用コンデンサＣ２と直列に、抵抗Ｒ２とダイオードＤ２の並列回路が接続されている点が図１Ａの直流遮断器１Ａと異なる。その他の点は、直流遮断器１Ｂは、直流遮断器１Ａと同一の構成である。
ダイオードＤ２は、端子Ｔ４から端子Ｔ３に向けて順方向電流が流れる向きに接続される。
直流遮断器１Ｂでは、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に接続された負荷に電力を供給している定常状態において、抵抗Ｒ２を通じて穏やかに電流を流し、時間をかけて平滑用コンデンサＣ２を充電する。また、抵抗Ｒ２はスイッチＳＷ１を閉じたときに平滑用コンデンサＣ２に突入電流が流れることを抑止する。平滑用コンデンサＣ２を放電するときはダイオードＤ２を通して瞬時に平滑用コンデンサＣ２の電荷を放電させる。
なお、平滑用コンデンサＣ２と直列に抵抗Ｒ２とダイオードＤ２の並列回路が接続された回路は、本発明における平滑化回路の例である。
【００２６】
図１Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る直流遮断器の第２の変形例である直流遮断器１Ｃの構成を示す。
直流遮断器１Ｃは、逆流阻止ダイオードＤ１の代わりに、コイルＬ２が配置されている点が図１Ａの直流遮断器１Ａと異なる。その他の点は、直流遮断器１Ｃは、直流遮断器１Ａと同一の構成である。
コイルＬ２は、一端がスイッチＳＷ１の電極Ｂに接続され、他端が端子Ｔ３に接続される。すなわち、コイルＬ２は、スイッチＳＷ１の電極Ｂと端子Ｔ３の間に配置されている。コイルＬ２は、コアに巻回されていてもよい。コイルＬ２は、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２が同時に閉じたときに、平滑用コンデンサＣ２の電圧によって電流が逆流することを防ぐ。
【００２７】
図１Ｄは、本発明の第１の実施形態に係る直流遮断器の第３の変形例である直流遮断器１Ｄの構成を示す。
直流遮断器１Ｄは、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に、平滑用コンデンサＣ２と直列に、抵抗Ｒ２とダイオードＤ２の並列回路が接続されている点が図１Ｃの直流遮断器１Ｃと異なる。その他の点は、直流遮断器１Ｄは、直流遮断器１Ｃと同一の構成である。
抵抗Ｒ２とダイオードＤ２の並列回路は、図１Ｂの直流遮断器１Ｂにおける抵抗Ｒ２とダイオードＤ２の並列回路と同様に働く。
【００２８】
図２Ａは、本発明の第１の実施形態に係る直流遮断器に含まれる２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２の開閉タイミングの一例を示す。なお、図２Ａ中のＯＮはスイッチが閉じていることを示し、ＯＦＦはスイッチが開いていることを示す。
図２Ａの例では、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２は連動して動作する。スイッチＳＷ１を開く場合、スイッチＳＷ２が閉じた（ＯＦＦからＯＮに変化した）後にスイッチＳＷ１が開く（ＯＮからＯＦＦに変化する）。
例えば、ｔ１の時点で手動によりスイッチＳＷ１が開き始めたことが検知されたとき、スイッチＳＷ２が閉じる。または、例えば、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に接続されている負荷に短絡事故等が生じると、端子Ｔ１から端子Ｔ３に向かって流れる電流が増加し、端子Ｔ３の電位が低下し始める。ｔ１の時点で、端子Ｔ１から端子Ｔ３に向かって流れる電流の増加、または端子Ｔ３の電位低下が検知されると、スイッチＳＷ２が閉じる。
スイッチＳＷ２が閉じたとき、コンデンサＣ１の電荷は零に初期化されているため、限流リアクトルＬ１を流れる電流はコンデンサＣ１に流れ込み、コンデンサＣ１を充電する。コンデンサＣ１に電流が流れ込むことにより、ｔ２の時点でスイッチＳＷ１の電極Ａと電極Ｂの電位は、端子Ｔ２（端子Ｔ４）の電位（例えば、０Ｖ）に近い電位まで低下している。この時点（ｔ２）で、スイッチＳＷ１が開く。
図２Ａの例では、電極Ａの電位が低下した状態でスイッチＳＷ１が開くため、アーク放電は生じない。
【００２９】
電極Ａの電位が低下した後、コンデンサＣ１は端子Ｔ１と端子Ｔ２の間に印加される直流電圧（例えば、３８０Ｖ）まで充電される。コンデンサＣ１がこの電圧まで充電されると、電極Ａの電位は端子Ｔ１と端子Ｔ２の間に印加される直流電圧に復帰する。このときからスイッチＳＷ２には電流が流れなくなる。
この後にｔ３の時点で、スイッチＳＷ２が開く（ＯＮからＯＦＦに変化する）。このとき、スイッチＳＷ２には電流が流れていないため、アーク放電は生じない。スイッチＳＷ２が開くと、初期化部１１Ａは、コンデンサＣ１の放電を開始する（コンデンサＣ１の初期化を始める）。
その後、ｔ４の時点で、スイッチＳＷ１が閉じる（ＯＦＦからＯＮに変化する）と、直流電流が端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に接続された負荷に流れ始める。
【００３０】
図２Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る直流遮断器に含まれる２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２の開閉タイミングの別の例を示す。
図２Ｂの例では、スイッチＳＷ１が開いた後（ＯＮからＯＦＦに変化した後）に、スイッチＳＷ２が閉じる（ＯＦＦからＯＮに変化する）。
ｔ１’の時点でスイッチＳＷ１が開き始めると、アーク放電が生じる。ｔ２’の時点で、例えば端子Ｔ３の電位低下の検知等によりスイッチＳＷ１の開放が検知されると、スイッチＳＷ２が閉じる（ＯＦＦからＯＮに変化する）。
このとき、コンデンサＣ１の電荷は零に初期化されているため、限流リアクトルＬ１を流れる電流はコンデンサＣ１に流れ込み、コンデンサＣ１を充電する。コンデンサＣ１に電流が流れ込むことにより、スイッチＳＷ１の電極Ａの電位が端子Ｔ２（端子Ｔ４）の電位（例えば、０Ｖ）に近い電位まで低下する。電極Ａの電位が低下すると、アーク放電が消滅する。
なお、図２Ｂの例でも、ｔ３の時点でスイッチＳＷ２が開き、ｔ４の時点でスイッチＳＷ１が閉じるが、ｔ３の時点とｔ４の時点における直流遮断器の動作は図２Ａの例と同一である。
【００３１】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る直流遮断器２Ａの構成の一例を示す。
直流遮断器２Ａは、限流リアクトルＬ１と、スイッチＳＷ１と、電流吸込部１０Ａと、初期化部１１Ｂと、抵抗Ｒ１００と、逆流阻止ダイオードＤ１と、平滑用コンデンサＣ２とを有する。
直流遮断器２Ａは、初期化部１１Ｂの構成が直流遮断器１Ａの初期化部１１Ａと異なる。また、直流遮断器２Ａは、抵抗Ｒ１００を有する点が直流遮断器Ａ１と異なる。その他の点は、直流遮断器２Ａは、直流遮断器１Ａと同一の構成である。
抵抗Ｒ１００は、コンデンサＣ１の両端に接続される。抵抗Ｒ１００の抵抗値は非常に大きい。抵抗Ｒ１００は、コンデンサＣ１に蓄積された電荷を少しづつ自然放電させる。
【００３２】
初期化部１１Ｂは、スイッチＳＷ１Ａと抵抗Ｒ３とが直列に接続された回路を有する。
スイッチＳＷ１Ａは、一方の電極がコンデンサＣ１の一端に接続され、他方の電極が抵抗Ｒ３の一端に接続される。抵抗Ｒ３の他端はコンデンサＣ１の他端に接続される。
抵抗Ｒ３の抵抗値は、初期化部１１Ａに含まれる抵抗Ｒ１と比べて非常に小さい。スイッチＳＷ２が開いているときにスイッチＳＷ１Ａが閉じると、初期化部１１ＢはコンデンサＣ１を急速に放電させ、コンデンサＣ１の電荷を零にする。
なお、スイッチＳＷ１Ａは本発明における第３のスイッチの例であり、スイッチＳＷ１Ａと抵抗Ｒ３とが直列に接続された回路は本発明における第２の直列回路の例である。
【００３３】
図４は、直流遮断器２Ａに含まれる３つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ１Ａの開閉タイミングの一例を示す。
図４の例において、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２の開閉タイミングｔ１、ｔ２、ｔ３は、第１の実施形態に係る直流遮断器の開閉タイミングを示す図２Ａの例と同一である。ｔ１の時点でスイッチＳＷ２が閉じ、ｔ２の時点でスイッチＳＷ１が開き、ｔ３の時点でスイッチＳＷ２が開く。なお、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２の開閉タイミングは、図２Ｂの例と同一のｔ１’、ｔ２’、ｔ３であってもよい。
スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ１Ａとが同時に閉じると、抵抗Ｒ３を通ってスイッチＳＷ２に非常に大きな電流が流れる。このため、スイッチＳＷ１Ａが閉じている状態でスイッチＳＷ２を開くと、スイッチＳＷ２にアーク放電が生じるおそれがある。このため、図４の例では、ｔ３の時点でスイッチＳＷ２が開いた後に、ｔ５の時点でスイッチＳＷ１Ａが閉じる。このとき、コンデンサＣ１は急速に放電し、コンデンサＣ１の電荷は零になる。その後、ｔ６の時点でスイッチＳＷ１Ａが開く。
【００３４】
また、直流遮断器２Ａでも、図１Ｂの直流遮断器１Ｂと同様に、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に、平滑用コンデンサＣ２と直列に、抵抗Ｒ２とダイオードＤ２の並列回路を接続することもできる。また、直流遮断器２Ａでも、図１Ｃの直流遮断器１Ｃと同様に、逆流阻止ダイオードＤ１の代わりに、コイルＬ２を配置することもできる。更に、直流遮断器２Ａでも、図１Ｄの直流遮断器１Ｄと同様に、逆流阻止ダイオードＤ１の代わりにコイルＬ２を配置し、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に平滑用コンデンサＣ２と直列に抵抗Ｒ２とダイオードＤ２の並列回路を接続することもできる。
【００３５】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る直流遮断器３の構成の一例を示す。
直流遮断器３は、限流リアクトルＬ１と、スイッチＳＷ１と、電流吸込部１０Ａと、初期化部１１Ｃと、抵抗Ｒ１００と、逆流阻止ダイオードＤ１と、平滑用コンデンサＣ２とを有する。
直流遮断器３は、初期化部１１Ｃの構成が直流遮断器２Ａの初期化部１１Ｂと異なる。その他の点は、直流遮断器３は、直流遮断器２Ａと同一の構成である。
初期化部１１Ｃは、抵抗Ｒ３と、ダイオードＤ３とを有する。抵抗Ｒ３とダイオードＤ３とは直列に接続されている。直列に接続された抵抗Ｒ３とダイオードＤ３の一端は、スイッチＳＷ１の電極Ｂと逆流阻止ダイオードＤ１のアノードとの接続部分に接続される。直列に接続された抵抗Ｒ３とダイオードＤ３の他端は、コンデンサＣ１の他端とスイッチＳＷ２の一方の電極との接続部分に接続される。ダイオードＤ３はスイッチＳＷ１の電極ＢからコンデンサＣ１の他端に向けて順方向電流を流す。ダイオードＤ３は、スイッチＳＷ１が開いているときに、抵抗Ｒ１００と抵抗Ｒ３を通り、スイッチＳＷ１をバイパスして逆流阻止ダイオードＤ１に電流が流れることを防止する。
スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２の開閉タイミングは、図２Ａの例と図２Ｂの例のいずれでもよい。
なお、直列に接続された抵抗Ｒ３とダイオードＤ３は、本発明における第３の直列回路の例である。
【００３６】
なお、直流遮断器３でも、図１Ｂの直流遮断器１Ｂと同様に、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に、平滑用コンデンサＣ２と直列に、抵抗Ｒ２とダイオードＤ２の並列回路を接続することもできる。また、直流遮断器３でも、図１Ｃの直流遮断器１Ｃと同様に、逆流阻止ダイオードＤ１の代わりに、コイルＬ２を配置することもできる。更に、直流遮断器３でも、図１Ｄの直流遮断器１Ｄと同様に、逆流阻止ダイオードＤ１の代わりにコイルＬ２を配置し、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に平滑用コンデンサＣ２と直列に抵抗Ｒ２とダイオードＤ２の並列回路を接続することもできる。
【００３７】
図６は、本発明の第４の実施形態に係る直流遮断器４の構成の一例を示す。
直流遮断器４は、限流リアクトルＬ１と、スイッチＳＷ１と、電流吸込部１０Ａと、初期化部１１Ｃと、抵抗Ｒ１００と、電位低下検知部１２と、コイルＬ２と、平滑用コンデンサＣ２とを有する。
直流遮断器４は、電位低下検知部１２を有する点、および逆流阻止ダイオードＤ１の代わりにコイルＬ２が配置されている点が第３の実施形態に係る直流遮断器３と異なる。その他の点は、直流遮断器４は、直流遮断器３と同一の構成である。
電位低下検知部１２は、コイルＬ２の他端と端子Ｔ３の接続部分に接続され、また、端子Ｔ２と端子Ｔ４との接続ラインＧＬに接続される。電位低下検知部１２は、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間の電圧が低下したことを検知したときにスイッチＳＷ２を閉じ、所定の時間が経過した後にスイッチＳＷ２を開く。
【００３８】
図７は、図６の直流遮断器４の具体的な回路構成の一例を示す。
スイッチＳＷ２は、サイリスタＴｈｙと、抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ５とを含む。
サイリスタＴｈｙは、アノードＡとカソードＣとがそれぞれコンデンサＣ１の他端と接続ラインＧＬとに接続され、ゲートＧが抵抗Ｒ４の一端と抵抗Ｒ５の一端に接続される。抵抗Ｒ４の他端は電位低下検知部１２に含まれるＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタに接続される。抵抗Ｒ５の他端は、接続ラインＧＬに接続される。
なお、抵抗Ｒ４は、電流制限用抵抗であり、サイリスタＴｈｙのゲートＧに流れる電流の大きさを制限する。抵抗Ｒ５は、サイリスタＴｈｙが誤ってターンオンすることを防止するために挿入される。
【００３９】
電位低下検知部１２は、コンデンサＣ３と、ＰＮＰトランジスタＱ１と、ダイオードＤ４と、ダイオードＤ５と、抵抗Ｒ６と、抵抗Ｒ７と、抵抗Ｒ８とを有する。
ダイオードＤ４は、アノードがコイルＬ２の他端と端子Ｔ３との接続部分に接続され、カソードが抵抗Ｒ６の一端に接続される。抵抗Ｒ６の他端は抵抗Ｒ７の一端とＰＮＰトランジスタＱ１のエミッタとコンデンサＣ３の一端とに接続される。コンデンサＣ３の他端は接続ラインＧＬに接続される。抵抗Ｒ７の他端はダイオードＤ５のアノードとＰＮＰトランジスタＱ１のベースに接続される。ＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタはスイッチＳＷ２に含まれる抵抗Ｒ４の他端に接続される。ダイオードＤ５のカソードは抵抗Ｒ８の一端に接続される。抵抗Ｒ８の他端はコイルＬ２の他端と端子Ｔ３との接続部分に接続される。
なお、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ８は電流制限用の抵抗である。
【００４０】
以下では、図２Ａの例に示す開閉タイミングで直流遮断器４の動作を説明する。まず、サイリスタＴｈｙの動作について説明する。
例えば短絡事故が負荷に発生したこと等によりｔ１の時点で端子Ｔ３と端子Ｔ４の間のの電圧が低下すると、電位低下検知部１２はそれを検知し、サイリスタＴｈｙのゲートＧに電流を流す。サイリスタＴｈｙは、ゲートＧに電流が流れるとターンオンし、アノードＡからカソードＣに電流を流す。すなわち、スイッチＳＷ２が閉じる。
ｔ２の時点で、スイッチＳＷ２が閉じたことに連動して、スイッチＳＷ１が開く。
ｔ２の時点からｔ３の時点に至る前の時点であって、ｔ２の時点から所定の時間が経過した時点で電位低下検知部１２は、サイリスタＴｈｙのゲートＧに流れる電流を止める。
ｔ３の時点では、サイリスタＴｈｙのゲートＧには電流が流れていない。このとき、コンデンサＣ１が完全に充電されたことによりアノードＡに電流が流れ込まなくなると、サイリスタＴｈｙはターンオフする。すなわち、スイッチＳＷ２が開く。
なお、ｔ３の時点に至る前にコンデンサＣ１が完全に充電されたことによりアノードＡに電流が流れ込まなくなっており、ｔ３の時点で、電位低下検知部１２がサイリスタＴｈｙのゲートＧに流れる電流を止めた場合でも、サイリスタＴｈｙはターンオフする。この場合には、ｔ２の時点からｔ３の時点に至る時間が本発明の所定の時間である。
【００４１】
次に、電位低下検知部１２の動作について説明する。
スイッチＳＷ１が閉じており（ＯＮであり）、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に接続された負荷に直流電流が流れているとき、ダイオードＤ４を通って流れる電流により、コンデンサＣ３は所定の電圧まで充電される。このとき、ダイオードＤ５と抵抗Ｒ８を通る電流は流れないため、ＰＮＰトランジスタＱ１のベース電流は流れず、ＰＮＰトランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ間は非導通となり、スイッチＳＷ２に含まれるサイリスタＴｈｙのゲートに電流は流れない。
ｔ１の時点で端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に接続されている負荷に短絡事故等が発生すると、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間の電圧が下がり始める。このとき、コンデンサＣ３の両端に生じている電圧により、抵抗Ｒ７とダイオードＤ５と抵抗Ｒ８を通って電流が流れ始める。
【００４２】
端子Ｔ３の電圧が十分に下がると、抵抗Ｒ７とダイオードＤ５と抵抗Ｒ８を通って流れる電流が大きくなる。このとき、抵抗Ｒ７で生じる電圧降下によってＰＮＰトランジスタＱ１のベースがエミッタよりも低い電位になり、ＰＮＰトランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ間が導通し、スイッチＳＷ２に含まれるサイリスタＴｈｙのゲートＧに電流が流れる。このため、サイリスタＴｈｙがターンオンし、アノードＡからカソードＣに電流が流れる。すなわち、スイッチＳＷ２が閉じる（ＯＦＦからＯＮに変化する）。
【００４３】
ｔ２の時点でスイッチＳＷ２が閉じたことに連動してスイッチＳＷ１が開く。
ｔ２の時点からｔ３の時点に至る前の時点であって、ｔ２の時点から所定の時間が経過した時点で、コンデンサＣ３が放電してその両端の電圧が低下し、抵抗Ｒ７を通る電流が減少する。このため、ＰＮＰトランジスタＱ１のベース−エミッタ間の電位差が減少し、ＰＮＰトランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ間は非導通となる。このとき、スイッチＳＷ２に含まれるサイリスタＴｈｙのゲートＧに流れる電流が止まる。
また、ｔ３の時点で、コンデンサＣ１は完全に充電され、サイリスタＴｈｙのアノードＡに電流が流れ込まなくなる。これにより、サイリスタＴｈｙはターンオフする。すなわち、スイッチＳＷ２が開く（ＯＮからＯＦＦに変化する）。
【００４４】
なお、直流遮断器４は、図２Ｂの例に示す開閉タイミングで動作させることもできる。
また、直流遮断器４でも、図１Ａの直流遮断器１Ａと同様に、コイルＬ２の代わりに逆流阻止ダイオードＤ１を配置することもできる。また、直流遮断器４でも、図１Ｂの直流遮断器１Ｂと同様に、コイルＬ２の代わりに逆流阻止ダイオードＤ１を配置し、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に平滑用コンデンサＣ２と直列に抵抗Ｒ２とダイオードＤ２の並列回路を接続することもできる。更に、直流遮断器４でも、図１Ｄの直流遮断器１Ｄと同様に、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に平滑用コンデンサＣ２と直列に抵抗Ｒ２とダイオードＤ２の並列回路を接続することもできる。
【００４５】
図８は、図１Ａの直流遮断器１Ａの変形例である直流遮断器１Ｅの構成を示す。
直流遮断器１Ｅは、限流リアクトルＬ１と、スイッチＳＷ１と、電流吸込部１０Ｂと、初期化部１１Ａと、逆流阻止ダイオードＤ１と、平滑用コンデンサＣ２とを有する。
直流遮断器１Ｅは、電流吸込部１０Ｂに含まれるスイッチＳＷ２とコンデンサＣ１の接続の順番が直流遮断器１Ａに含まれる電流吸込部１０Ａと異なる。その他の点は、直流遮断器１Ｅは直流遮断器１Ａと同一の構成である。
すなわち、スイッチＳＷ２は、一方の電極が限流リアクトルＬ１の他端とスイッチＳＷ１の電極Ａとの接続部分に接続され、他方の電極がコンデンサＣ１の一端に接続される。コンデンサＣ１は、一端がスイッチＳＷ２の他方の電極に接続され、他端が接続ラインＧＬに接続される。
直流遮断器１ＥにおけるスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２の開閉タイミングは、直流遮断器１Ａと同一である。
なお、スイッチＳＷ２とコンデンサＣ１が直列に接続された回路は、本発明における第１の直列回路の別の例である。
【００４６】
図９は、図３の直流遮断器２Ａの変形例である直流遮断器２Ｂの構成を示す。
直流遮断器２Ｂは、限流リアクトルＬ１と、スイッチＳＷ１と、電流吸込部１０Ｂと、初期化部１１Ｂと、抵抗Ｒ１００と、逆流阻止ダイオードＤ１と、平滑用コンデンサＣ２とを有する。
直流遮断器２Ｂは、電流吸込部１０Ａの代わりに、電流吸込部１０Ｂを有する点が直流遮断器２Ａと異なる。その他の点は、直流遮断器２Ｂは直流遮断器２Ａと同一の構成である。
なお、電流吸込部１０Ｂは、図８の直流遮断器１Ｅのものと同一の構成である。
【００４７】
なお、上述した実施形態では、電位低下検知部１２を有する直流遮断器として、直流遮断器４のみを示したが、上述したその他の直流遮断器にも電位低下検知部１２を付加することができる。
また、直流遮断器４に含まれるスイッチＳＷ２と同様に、上述したその他の直流遮断器に含まれるスイッチＳＷ２もサイリスタＴｈｙで構成することができる。
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、高電圧直流電流を遮断するときに生じるアーク放電を小規模の回路で抑制することができる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、設計や製造上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、請求項に記載されている発明や発明の実施形態に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，２Ａ，２Ｂ，３，４…直流遮断器、１０Ａ，１０Ｂ…電流吸込部、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…初期化部、１２…電位低下検知部、Ｌ１…限流リアクトル、ＳＷ１，ＳＷ１Ａ，ＳＷ２…スイッチ、Ｃ１，Ｃ３…コンデンサ、Ｃ２…平滑用コンデンサ、ＧＬ…接続ライン、Ｔｈｙ…サイリスタ、Ｑ１…ＰＮＰトランジスタ、Ｄ１…逆流阻止ダイオード、Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５…ダイオード、Ｒ１〜Ｒ８，Ｒ１００…抵抗
【図１Ａ】
2018120857.tif 000003
【図１Ｂ】
2018120857.tif 000004
【図１Ｃ】
2018120857.tif 000005
【図１Ｄ】
2018120857.tif 000006
【図２Ａ】
2018120857.tif 000007
【図２Ｂ】
2018120857.tif 000008
【図３】
2018120857.tif 000009
【図４】
2018120857.tif 000010
【図５】
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【図６】
2018120857.tif 000012
【図７】
2018120857.tif 000013
【図８】
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【図９】
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