(57)【要約】【課題】製造コストを低減したハイブリッド限流器を提供すること。【解決手段】電力系統に事故電流が流入すると、線路上に配置された駆動接点を開放させ、トリップ信号を伝送するスイッチング部と、スイッチング部と直列接続され、トリップ信号を受信するとターンオフして事故電流の流入を制限する半導体スイッチング部と、スイッチング部及び半導体スイッチング部に並列接続され、スイッチング部及び半導体スイッチング部から迂回した事故電流を遮断する遮断部と、を含むハイブリッド限流器を提供する。このハイブリッド限流器は、事故電流の発生を感知するアルゴリズムと事故電流を制限するアルゴリズムを同時に採用することによって、より迅速に故障を検出して事故電流を制限することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に事故電流が流入すると、線路上に配置された駆動接点を開放させ、トリップ信号を伝送するスイッチング部と、
前記スイッチング部と直列接続され、前記トリップ信号を受信するとターンオフして前記事故電流の流入を制限する半導体スイッチング部と、
前記スイッチング部及び前記半導体スイッチング部に並列接続され、前記スイッチング部及び前記半導体スイッチング部から迂回した前記事故電流を遮断する遮断部と、
を含むハイブリッド限流器。
【請求項２】
前記スイッチング部及び前記半導体スイッチング部と並列接続され、
前記事故電流の分流経路を提供する分担部をさらに含む、請求項１に記載のハイブリッド限流器。
【請求項３】
前記電力系統に事故が発生して事故電流が流入すると、開放トリップ信号を生成して伝送する事故感知部をさらに含み、
前記スイッチング部は、前記開放トリップ信号を受信すると前記駆動接点を開放させる、請求項１に記載のハイブリッド限流器。
【請求項４】
前記分担部は、前記事故電流を、既に設定された容量に応じて吸収する、請求項２に記載のハイブリッド限流器。
【請求項５】
前記スイッチング部は、
前記事故感知部から前記開放トリップ信号が伝達されると、ターンオン動作するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のターンオン動作によって磁場を発生させる駆動コイルと、
前記駆動コイルから発生した磁場によって前記駆動コイルから遠ざかる方向に移動する電磁気反発板と、
前記駆動接点が開放されると、トリップ信号を発生させて前記半導体スイッチング部に伝送する制御器と、
を含む、請求項３に記載のハイブリッド限流器。
【請求項６】
前記スイッチング部は、前記スイッチング素子がターンオン動作すると、電源電流を前記駆動コイルに伝達する電源供給手段をさらに含む、請求項５に記載のハイブリッド限流器。
【請求項７】
前記駆動接点は、前記事故感知部と前記半導体スイッチング部との間の線路上に直列接続され、前記電磁気反発板に連結されて、該電磁気反発板の移動によって前記線路が通電または通電遮断されるように閉鎖または開放動作する、請求項５に記載のハイブリッド限流器。
【請求項８】
前記スイッチング素子は、正常状態ではターンオフ動作する、請求項５に記載のハイブリッド限流器。
【請求項９】
前記半導体スイッチング部は、正常状態ではターンオン動作する、請求項１に記載のハイブリッド限流器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド限流器に係り、特に、電力系統で発生する事故電流を感知して制限するハイブリッド限流器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、限流器とは、事故電流が発生すると、それを感知して数秒以内に正常電流に制限する手段のことをいい、一定電流値までは通電電流に対する抵抗がほとんどなく、一定電流値以上では抵抗が急に上昇して通電電流を制限する超伝導体を限流素子としている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、超伝導体から生じた抵抗により限流器には多量のエネルギーが集中するため、超伝導体を運転する系統の電圧が大きいほど超伝導体に流入するエネルギーは大きくなる。
【０００４】
このため、超伝導体におけるエネルギー負担を減らすには、超伝導体の製作時に多量の超伝導体を使用しなければならないが、超伝導体は高価であり、多量の超伝導体を使用すると体積が嵩むため、設置費用や超伝導体の冷却費用が増加するという問題があった。
【０００５】
このような問題点を解決するために、少ない量の超伝導体及び既存の遮断技術を用いたハイブリッド限流器が提案されたが、少ない量の超伝導体を使っても設置及び冷却費用が発生するため、製造コストを低減し難いという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施例に係るハイブリッド限流器は、電力系統に事故電流が流入すると、線路上に配置されている駆動接点を開放させ、トリップ信号を伝送するスイッチング部と、スイッチング部と直列接続され、トリップ信号を受信するとターンオフして事故電流の流入を制限する半導体スイッチング部と、スイッチング部及び半導体スイッチング部に並列接続され、スイッチング部及び半導体スイッチング部から迂回した事故電流を遮断する遮断部と、を含む。
【０００７】
また、本発明の一実施例に係るハイブリッド限流器は、スイッチング部及び半導体スイッチング部に並列接続され、事故電流の分流経路を提供する分担部をさらに含む。
【０００８】
本発明の一実施例に係るハイブリッド限流器によれば、分担部は、事故電流を、既に設定された容量に応じて吸収する。
【０００９】
本発明の一実施例に係るハイブリッド限流器によれば、電力系統に事故が発生して事故電流が流入すると、開放トリップ信号を生成して伝送する事故感知部をさらに含み、スイッチング部は、開放トリップ信号を受信すると、駆動接点を開放させる。
【００１０】
本発明の一実施例に係るハイブリッド限流器によれば、スイッチング部は、事故感知部から開放トリップ信号を受信するとターンオン動作するスイッチング素子と、スイッチング素子のターンオン動作によって磁場を発生させる駆動コイルと、駆動コイルから発生した磁場によって、駆動コイルから遠ざかる方向に移動する電磁気反発板と、駆動接点が開放されるとトリップ信号を生成して半導体スイッチング部に伝送する制御器と、を含む。
【００１１】
本発明の一実施例に係るハイブリッド限流器によれば、スイッチング部は、スイッチング素子がターンオン動作すると、電源電流を駆動コイルに伝達する電源供給手段を含む。
【００１２】
本発明の一実施例に係るハイブリッド限流器によれば、駆動接点は、事故感知部と半導体スイッチング部との間の線路上に直列接続され、電磁気反発板と連結されて、電磁気反発板の移動によって線路が通電または通電遮断されるように閉鎖または開放動作する。
【００１３】
本発明の一実施例に係るハイブリッド限流器によれば、スイッチング素子は、正常状態ではターンオフ動作する。
【００１４】
本発明の一実施例のハイブリッド限流器によれば、半導体スイッチング部は、正常状態ではターンオン動作する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例によるハイブリッド限流器の構成図である。
【図２】図１のハイブリッド限流器における実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施例を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。図面中、同一の構成要素には可能な限り同一の参照番号を付する。なお、下記の説明において、関連する公知機能や構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を曖昧にさせると判断される場合には、その詳細な説明を省略するものとする。
【００１７】
図１は、本発明の一実施例によるハイブリッド限流器の構成図である。
【００１８】
図１に示すように、ハイブリッド限流器１は、事故感知部１０、スイッチング部２０、半導体スイッチング部３０、分担部４０及び遮断部５０を含んで構成される。
【００１９】
なお、ハイブリッド限流器１は、事故感知部１０、スイッチング部２０及び半導体スイッチング部３０が直列に接続された主回路Ｌｍと、該主回路Ｌｍと並列にそれぞれ接続された分担部４０及び遮断部５０を含む第１及び第２補助回路Ｌｓ１、Ｌｓ２と、を含む。
【００２０】
事故感知部１０は、電力系統に事故が発生して事故電流が流入すると、開放トリップ信号を生成してスイッチング部２０に伝送する。
【００２１】
すなわち、事故感知部１０は、電力系統に流れる電流値（電流の大きさ）を感知し、感知された電流値とあらかじめ設定された基準値とを比較する。感知された電流値が基準値よりも大きいと、事故感知部１０は、電力系統に事故が発生したと判断し、開放トリップ信号を生成してそれをスイッチング部２０に伝送する。
【００２２】
スイッチング部２０は、スイッチング素子２１、電源供給手段２２、駆動コイル２３、電磁気反発板２４、駆動接点２５及び制御器２６を含む。
【００２３】
スイッチング素子２１は、正常状態ではターンオフ（turn off）動作して、第３補助回路Ｌｓ３上で電流の流れを遮断し、事故感知部１０から開放トリップ信号が伝達されると、ターンオン（turn on）動作して、第３補助回路Ｌｓ３に電流を流させる。
【００２４】
電源供給手段２２は、スイッチング素子２１がターンオン動作すると、電源電流を駆動コイル２３に伝達する手段で、少なくとも一つのキャパシタ（capacitor）で構成することができる。
【００２５】
このキャパシタは、スイッチング素子２１のターンオン動作に応じて、充電されている電源電流を放電して駆動コイル２３に伝達する。
【００２６】
このように、スイッチング素子２１がターンオン動作すると、スイッチング素子２１、電源供給手段２２及び駆動コイル２３が閉回路を形成し、電流は第３補助回路Ｌｓ３に流れることとなる。
【００２７】
駆動コイル２３は、電源供給手段２２から電源電流が供給されると磁場を発生させ、この磁場により電磁気反発板２４には反撥力が発生する。
【００２８】
電磁気反発板２４は、駆動コイル２３と向かい合って配置され、駆動コイル２３から発生した磁場により渦電流が印加されると、駆動コイル２３から遠ざかる方向に移動する。
【００２９】
ここで、電磁気反発板２４は、反磁性成分の渦電流を誘導しやすいように、軽量で電気伝導性に優れた金属材で構成する。
【００３０】
駆動接点２５は、事故感知部１０及び半導体スイッチング部３０との間における主回路Ｌｍ上に直列接続され、電磁気反発板２４と機械的に連結されている。したがって、駆動接点２５は、電磁気反発板２４が駆動コイル２３から遠ざかる方向に移動すると、主回路Ｌｍ上に流れる電流が遮断されるように開放（open）動作する。
【００３１】
逆に、駆動コイル２３に磁場が発生しないと、電磁気反発板２４は、元の位置（駆動コイル２３と向き合う方向）に復帰し、この電磁気反発板２４の移動によって駆動接点２５は閉鎖（close）されて、主回路Ｌｍ上には電流が流れることとなる。
【００３２】
制御器２６は、スイッチング部２０を全般的に制御するマイクロコントローラであり、駆動接点２５の開閉を検出し、駆動接点２５が開放されたと判断されると、トリップ信号を発生させて半導体スイッチング部３０に伝送する。
【００３３】
半導体スイッチング部３０は、主回路Ｌｍ上でスイッチング部２０と直列接続され、正常状態ではターンオン動作を維持し、スイッチング部２０の制御器２６からトリップ信号が伝達されるとターンオフ動作して、主回路Ｌｍ上に流れる事故電流を遮断する。
【００３４】
すなわち、電力系統に事故が発生して事故電流が流入すると、スイッチング部２０の遮断動作によって駆動接点２５が開放され、これと同時にトリップ信号が半導体スイッチング部３０に伝送される。
【００３５】
そして、駆動接点２５が開放される瞬間に駆動接点２５の両端にはアーク電流が発生するが、この時、半導体スイッチング部３０をターンオフ動作させて、駆動接点２５の両端に流れるアーク電流を高速で遮断させる。
【００３６】
ここでいうアーク電流とは、駆動接点２５が閉鎖状態から開放状態とされながら２接点の間にはアーク抵抗が発生するが、このアーク抵抗により途絶えずに流れ続く電流のことをいう。
【００３７】
このようなアーク電流は、駆動接点２５が開放されても電流が０の値を通過しないと（つまり、０の値にならないと）主回路Ｌｍ上の線路が完全に開放されず、駆動接点２５に流れることになる。
【００３８】
そこで、ハイブリッド限流器１は、半導体スイッチング部３０をターンオフ動作させて電流を０の値にすることによって、駆動接点２５の両端に流れるアーク電流を早期に遮断し、事故電流を高速で遮断している。
【００３９】
分担部４０は、スイッチング部２０及び半導体スイッチング部３０で構成された直列回路と並列接続されて、事故電流の分流経路を提供する手段であり、コンデンサー、抵抗などからなる。
【００４０】
具体的に、分担部４０は、スイッチング部２０及び半導体スイッチング部３０の遮断動作により事故電流が分担部４０に迂回すると、既に設定された容量に限って事故電流を吸収することで事故電流の大きさを減らす。
【００４１】
すなわち、分担部４０は、半導体スイッチング部３０のターンオフ動作が完了するまで低インピーダンスを発生させて、半導体スイッチング部３０を高電圧から保護する。
【００４２】
遮断部５０は、スイッチング部２０及び半導体スイッチング部３０と並列接続され、スイッチング部２０及び半導体スイッチング部３０の遮断動作によって迂回した事故電流を限流するために、電力用ヒューズ、抵抗、リアクター、半導体素子などのように事故電流の流入を制限できるようなインピーダンスを有する素子で構成される。
【００４３】
換言すると、分担部４０で既に設定された容量まで事故電流を吸収し、それ以上事故電流を吸収できなくなると、事故電流は遮断部５０に迂回し、遮断部５０の遮断動作により事故電流の流入が制限される。
【００４４】
次に、本発明の一実施例によるハイブリッド限流器の動作過程について説明する。
【００４５】
図２は、図１のハイブリッド限流器における実験結果を示すグラフである。
【００４６】
図２を参照すると、ハイブリッド限流器１が正常状態で動作する時、半導体スイッチング部３０はターンオン動作し、電流は、スイッチング部２０の閉鎖された駆動接点２５及び半導体スイッチング部３０が接続されている主回路Ｌｍを通過して安定した状態を維持する。
【００４７】
しかし、事故電流が流入すると、事故感知部１０では事故の発生を感知して開放トリップ信号をスイッチング部２０に伝達し、スイッチング部２０のスイッチング素子２１はターンオン動作する。
【００４８】
スイッチング素子２１のターンオン動作によって駆動コイル２３では電磁気力を発生させて、電磁気反発板２４を駆動コイル２３から遠ざかる方向に移動させ、これにより、電磁気反発板２４と機械的に連結された駆動接点２５も開放動作する。
【００４９】
このように駆動接点２５が開放（図２の２ａは、駆動接点が開放された時の電圧である。）されると、主回路Ｌｍで通電されていた事故電流は遮断され、主回路Ｌｍに流れる事故電流は分担部４０及び遮断部５０に迂回して一次的に遮断される。
【００５０】
一方、駆動接点２５が開放（図２の２ａ）される瞬間に駆動接点２５の両端にはアーク電流が発生するが、この時、半導体スイッチング部３０をターンオフ動作（図２の２ｂは、半導体スイッチング部３０が高速スイッチング動作する時の電流であり、この電流は高速スイッチング動作により０の値に急に下がる。）させて、駆動接点２５の両端に流れるアーク電流を高速で除去することによって最終的に事故電流の大きさを制限する。
【００５１】
そして、半導体スイッチング部３０で高速でターンオフ動作する時、半導体スイッチング部３０は高いスイッチング周波数を発生するから、分担部４０のインピーダンスは急に低減して事故電流を分担部４０に迂回させ（この時、分担部４０では事故電流を吸収する）、その結果、半導体スイッチング部３０は、高速スイッチング時（図２の２ｂ）に高電圧が印加されずにすむ（図２の２ｃは、半導体スイッチング部３０の両端にかかる電圧であり、半導体スイッチング部３０の高速スイッチング動作後、高電圧が印加されることがなくなる。）。
【００５２】
また、半導体スイッチング部３０のターンオフ動作が完了した後（図２の２ｄ）、すなわち、主回路Ｌｍ上に流れていた事故電流を完全に遮断した後に発生する全電圧は駆動接点２５にかかるので（図２の２ｅは、駆動接点にかかる電圧であり、時間の経過につれて増加する。）半導体スイッチング部３０のターンオフ動作が完了した後にも半導体スイッチング部３０は高電圧が印加されることがない。
【００５３】
ここで、全電圧が駆動接点２５にのみかかる理由は、駆動接点２５及び半導体スイッチング部３０の両方が開放されたとしても、駆動接点２５の抵抗成分が半導体スイッチング部３０の抵抗成分よりも相対的に大きいためである。
【００５４】
その後、分担部４０で事故電流をある程度吸収すると、分担部４０のインピーダンスが増加し、このインピーダンスの増加によって事故電流は遮断部５０に通電され、遮断部５０では事故電流を制限する。
【００５５】
以上の詳細な説明では具体的な実施例に挙げて本発明を説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限度内で様々な変形が可能であることはもちろんである。したがって、本発明の範囲は、説明された実施例に限定されてはならず、後述する特許請求の範囲及びその均等範囲で定められるべきである。
【図１】
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【図２】
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