(57)【要約】【課題】直流遮断装置において、スイッチング素子のゲート駆動用の独立した電源、および、外部からのゲート制御信号を不要とする。【解決手段】第１機械遮断器ＣＢに対して第１スイッチング素子Ｔ１とＬＣ回路（第１リアクトルＬ１，第２コンデンサＣ２）を並列接続する。第１直流系統１の正極と第１，第２直流系統１，２の負極との間に第１抵抗Ｒ１および第１コンデンサＣ１を直列接続する。第１抵抗Ｒ１と第１コンデンサＣ１の共通接続点と、第１直流系統１の正極との間に第２抵抗Ｒ２および第２ダイオードＤ２を直列接続する。第１変流器ＣＴ１は、１次側が第２抵抗Ｒ２の通過電流を検出した時、２次側が第１スイッチング素子Ｔ１のゲート端子に電流を出力する。第１スイッチング素子Ｔ１のゲート端子とエミッタ端子間には第３コンデンサＣ３と第４抵抗Ｒ４が並列接続される。【選択図】図１
2019079753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１直流系統の正極と第２直流系統の正極との間に接続された第１機械遮断器と、
前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器の共通接続点にアノード端子が接続された第３ダイオードと、
前記第３ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続された第１スイッチング素子と、
前記第１機械遮断器と前記第２直流系統の正極の共通接続点と前記第１スイッチング素子のエミッタ端子との間に接続されたＬＣ回路と、
前記第１スイッチング素子のエミッタ端子と前記第１，第２直流系統の負極との間に接続された第３抵抗と、
前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器との間に一端が接続された第１抵抗と、
前記第１抵抗の他端と前記第１，第２直流系統の負極との間に接続された第１コンデンサと、
前記第１抵抗と前記第１コンデンサの共通接続点と、前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第２抵抗および第２ダイオードと、
１次側が前記第２抵抗の通過電流を検出した時、２次側が前記第１スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第１変流器と、
前記第１スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子間に接続された第３コンデンサと、
前記第３コンデンサに対して並列接続された第４抵抗と、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。
【請求項２】
第１直流系統の正極と第２直流系統の正極との間に接続された第１機械遮断器と、
前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器の共通接続点にアノード端子が接続された第３ダイオードと、
前記第３ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続された第１スイッチング素子と、
前記第１機械遮断器と前記第２直流系統の正極の共通接続点と前記第１スイッチング素子のエミッタ端子との間に接続されたＬＣ回路と、
前記第１スイッチング素子のエミッタ端子と前記第１，第２直流系統の負極との間に接続された第３抵抗と、
前記第２直流系統の正極と前記第１機械遮断器との間に一端が接続された第１抵抗と、
前記第１抵抗の他端と前記第１，第２直流系統の負極との間に接続された第１コンデンサと、
前記第１抵抗と前記第１コンデンサの共通接続点と、前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第２抵抗および第２ダイオードと、
前記第１抵抗と前記第１コンデンサの共通接続点と前記第１，第２直流系統の負極との間に直列接続された第５，第６抵抗と、
前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器との共通接続点と前記第５，第６抵抗の共通接続点との間に直列接続された第８抵抗および第１スイッチと、
前記第５，第６抵抗の共通接続点と前記第１，第２直流系統の負極との間に接続された第４コンデンサと、
前記第４コンデンサに対して並列接続された第７抵抗および第２コイルと、
１次側が前記第２抵抗の通過電流を検出した時、２次側が前記第１スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第１変流器と、
前記第１スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子との間に接続された第３コンデンサと、
前記第３コンデンサに対して並列接続された第４抵抗と、
を備え、
前記第２コイルは前記第１機械遮断器の操作コイルであり、前記第２コイルに所定の電流が流れた時に前記第１機械遮断器を閉極することを特徴とする直流遮断装置。
【請求項３】
第１直流系統の正極と第２直流系統の正極との間に接続された第１機械遮断器および第２機械遮断器と、
前記第１機械遮断器と前記第２機械遮断器との間と前記第１，第２直流系統の負極の間に順次直列接続されたＬＣ回路および第３抵抗と、
前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器の共通接続点にアノード端子が接続された第３ダイオードと、
前記第３ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続され、前記ＬＣ回路と前記第３抵抗の共通接続点にエミッタ端子が接続された第１スイッチング素子と、
前記第２直流系統の正極と前記第２機械遮断器の共通接続点にアノード端子が接続された第６ダイオードと、
前記第６ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続され、前記ＬＣ回路と前記第３抵抗の共通接続点にエミッタ端子が接続された第２スイッチング素子と、
前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器との共通接続点に一端が接続された第１抵抗と、
前記第１抵抗の他端と前記第１，第２直流系統の負極との間に接続された第１コンデンサと、
前記第１抵抗と前記第１コンデンサの共通接続点と、前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第２スイッチおよび第２抵抗および第２ダイオードと、
１次側が前記第２抵抗の通過電流を検出した時、２次側が前記第１スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第１変流器と、
前記第１スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子との間に接続された第３コンデンサと、
前記第３コンデンサに対して並列接続された第４抵抗と、
前記第２直流系統の正極と前記第２機械遮断器との共通接続点に一端が接続された第９抵抗と、
前記第９抵抗の他端と前記第１，第２直流系統の負極との間に接続された第５コンデンサと、
前記第９抵抗と前記第５コンデンサの共通接続点と、前記第２直流系統の正極と前記第２機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第３スイッチおよび第１０抵抗および第５ダイオードと、
１次側が前記第１０抵抗の通過電流を検出した時、２次側が前記第２スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第２変流器と、
前記第２スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子との間に接続された第６コンデンサと、
前記第６コンデンサに対して並列接続された第１１抵抗と、
を備え、
電流が前記第１直流系統から前記第２直流系統へ流れている時は前記第２スイッチをＯＮ、前記第３スイッチをＯＦＦし、
電流が前記第２直流系統から前記第１直流系統へ流れている時は前記第２スイッチをＯＦＦ、前記第３スイッチをＯＮとすることを特徴とする直流遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流遮断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７，図８は、従来の直流遮断装置の例を示す回路構成図である。直流電流には交流電流とは異なり零点が生じないため、機械遮断器を開極した際に発生するアークを消弧できないという課題がある。図７，図８に示す直流遮断装置は機械遮断器ＣＢ１，ＣＢ２，ＣＢの開極時における電流を補助回路に迂回させることで、機械遮断器ＣＢ１，ＣＢ２，ＣＢに流れる電流に零点を作り出し、アークを消弧する。
【０００３】
図７の直流遮断装置は２台の機械遮断器ＣＢ１，ＣＢ２と、１台の共振コンデンサＣとスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２を有し、図８の直流遮断装置は１台の機械遮断器ＣＢと２台の共振コンデンサＣ１，Ｃ２とスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２を有し、どちらも双方向の電流遮断機能を有する。なお、図７、図８の各々のスイッチング素子には、図示していないゲート駆動回路が各々接続されている。各ゲート駆動回路の電源電力は外部から給電される。
【０００４】
図９は、特許文献１における交流遮断装置の回路構成図である。特許文献１の交流遮断装置は、系統電流を変流器１８で検出し、変流器１８の２次側電流をスイッチング素子のゲート端子に入力する。特許文献１はスイッチング素子のゲート駆動用電源を不要としている点に特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−２７４８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７，図８に示すように、直流遮断装置は、別途スイッチング素子のゲート駆動用に独立した電源電力が必要である。また、スイッチング素子のオンオフ指令信号であるゲート制御信号を別途外部の制御装置から入力する必要がある。そのため、図７，図８に示す直流遮断装置は、部品点数やコストが増加する。
【０００７】
特許文献１は交流遮断装置であるため、直流電流を遮断することはできない。また、スイッチング素子のゲート駆動用電源は変流器１８により生成できるが、スイッチング素子のオンオフ指令信号であるゲート制御信号は、別途外部の制御装置２３から入力する必要がある。このゲート制御信号にノイズが重畳するとスイッチング素子が誤動作するおそれがある。
【０００８】
以上示したようなことから、直流遮断装置において、スイッチング素子のゲート駆動用の独立した電源、および、外部からのゲート制御信号を不要とすることが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、第１直流系統の正極と第２直流系統の正極との間に接続された第１機械遮断器と、前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器の共通接続点にアノード端子が接続された第３ダイオードと、前記第３ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続された第１スイッチング素子と、前記第１機械遮断器と前記第２直流系統の正極の共通接続点と前記第１スイッチング素子のエミッタ端子との間に接続されたＬＣ回路と、前記第１スイッチング素子のエミッタ端子と前記第１，第２直流系統の負極との間に接続された第３抵抗と、前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器との間に一端が接続された第１抵抗と、前記第１抵抗の他端と前記第１，第２直流系統の負極との間に接続された第１コンデンサと、前記第１抵抗と前記第１コンデンサの共通接続点と、前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第２抵抗および第２ダイオードと、１次側が前記第２抵抗の通過電流を検出した時、２次側が前記第１スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第１変流器と、前記第１スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子間に接続された第３コンデンサと、前記第３コンデンサに対して並列接続された第４抵抗と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、他の態様として、第１直流系統の正極と第２直流系統の正極との間に接続された第１機械遮断器と、前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器の共通接続点にアノード端子が接続された第３ダイオードと、前記第３ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続された第１スイッチング素子と、前記第１機械遮断器と前記第２直流系統の正極の共通接続点と前記第１スイッチング素子のエミッタ端子との間に接続されたＬＣ回路と、前記第１スイッチング素子のエミッタ端子と前記第１，第２直流系統の負極との間に接続された第３抵抗と、前記第２直流系統の正極と前記第１機械遮断器との間に一端が接続された第１抵抗と、前記第１抵抗の他端と前記第１，第２直流系統の負極との間に接続された第１コンデンサと、前記第１抵抗と前記第１コンデンサの共通接続点と、前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第２抵抗および第２ダイオードと、前記第１抵抗と前記第１コンデンサの共通接続点と前記第１，第２直流系統の負極との間に直列接続された第５，第６抵抗と、前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器との共通接続点と前記第５，第６抵抗の共通接続点との間に直列接続された第８抵抗および第１スイッチと、前記第５，第６抵抗の共通接続点と前記第１，第２直流系統の負極との間に接続された第４コンデンサと、前記第４コンデンサに対して並列接続された第７抵抗および第２コイルと、１次側が前記第２抵抗の通過電流を検出した時、２次側が前記第１スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第１変流器と、前記第１スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子との間に接続された第３コンデンサと、前記第３コンデンサに対して並列接続された第４抵抗と、を備え、前記第２コイルは前記第１機械遮断器の操作コイルであり、前記第２コイルに所定の電流が流れた時に前記第１機械遮断器を閉極することを特徴とする。
【００１１】
また、他の態様として、第１直流系統の正極と第２直流系統の正極との間に接続された第１機械遮断器および第２機械遮断器と、前記第１機械遮断器と前記第２機械遮断器との間と前記第１，第２直流系統の負極の間に順次直列接続されたＬＣ回路および第３抵抗と、前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器の共通接続点にアノード端子が接続された第３ダイオードと、前記第３ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続され、前記ＬＣ回路と前記第３抵抗の共通接続点にエミッタ端子が接続された第１スイッチング素子と、前記第２直流系統の正極と前記第２機械遮断器の共通接続点にアノード端子が接続された第６ダイオードと、前記第６ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続され、前記ＬＣ回路と前記第３抵抗の共通接続点にエミッタ端子が接続された第２スイッチング素子と、前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器との共通接続点に一端が接続された第１抵抗と、前記第１抵抗の他端と前記第１，第２直流系統の負極との間に接続された第１コンデンサと、前記第１抵抗と前記第１コンデンサの共通接続点と、前記第１直流系統の正極と前記第１機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第２スイッチおよび第２抵抗および第２ダイオードと、１次側が前記第２抵抗の通過電流を検出した時、２次側が前記第１スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第１変流器と、前記第１スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子との間に接続された第３コンデンサと、前記第３コンデンサに対して並列接続された第４抵抗と、前記第２直流系統の正極と前記第２機械遮断器との共通接続点に一端が接続された第９抵抗と、前記第９抵抗の他端と前記第１，第２直流系統の負極との間に接続された第５コンデンサと、前記第９抵抗と前記第５コンデンサの共通接続点と、前記第２直流系統の正極と前記第２機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第３スイッチおよび第１０抵抗および第５ダイオードと、１次側が前記第１０抵抗の通過電流を検出した時、２次側が前記第２スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第２変流器と、前記第２スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子との間に接続された第６コンデンサと、前記第６コンデンサに対して並列接続された第１１抵抗と、を備え、電流が前記第１直流系統から前記第２直流系統へ流れている時は前記第２スイッチをＯＮ、前記第３スイッチをＯＦＦし、電流が前記第２直流系統から前記第１直流系統へ流れている時は前記第２スイッチをＯＦＦ、前記第３スイッチをＯＮとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、直流遮断装置において、スイッチング素子のゲート駆動用の独立した電源、および、外部からのゲート制御信号を不要とすること可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１における直流遮断装置を示す回路構成図。
【図２】実施形態１における直流遮断装置の定常状態を示す図。
【図３】実施形態１における直流遮断装置の遮断状態を示す図。
【図４】実施形態１における直流遮断装置の機械遮断器アーク消弧後の状態を示す図。
【図５】実施形態２における直流遮断装置の回路構成図。
【図６】実施形態３における直流遮断装置の回路構成図。
【図７】従来の直流遮断装置の一例を示す回路構成図。
【図８】従来の直流遮断装置の他例を示す回路構成図。
【図９】特許文献１の交流遮断装置を示す回路構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本願発明における直流遮断装置の実施形態１〜３を図１〜図６に基づいて詳述する。
【００１５】
［実施形態１］
図１に本実施形態１における直流遮断装置を示す。本実施形態１の直流遮断装置は、第１直流系統１の正極と第２直流系統２の正極との間に第１機械遮断器ＣＢ１が接続される。
【００１６】
第１直流系統１の正極と第１機械遮断器ＣＢ１との間に第１抵抗Ｒ１の一端が接続される。第１抵抗Ｒ１の他端と第１，第２直流系統１，２の負極との間に第１コンデンサＣ１が接続される。
【００１７】
第１抵抗Ｒ１と第１コンデンサＣ１の共通接続点と、第１直流系統１の正極と第１機械遮断器ＣＢ１の共通接続点と、の間に第２抵抗Ｒ２および第２ダイオードＤ２が直列接続される。第２ダイオードＤ２のアノード端子は第２抵抗Ｒ２に接続され、カソード端子は第１直流系統１の正極と第１機械遮断器ＣＢ１の共通接続点に接続される。
【００１８】
第１機械遮断器ＣＢ１と第２直流系統２の正極との間に第１リアクトルＬ１の一端が接続される。第１リアクトルＬ１の他端に第２コンデンサＣ２の一端が接続される。第１リアクトルＬ１と第２コンデンサＣ２でＬＣ回路を構成する。第２コンデンサＣ２の他端と第１，第２直流系統１，２の負極との間に第３抵抗Ｒ３が接続される。
【００１９】
第１直流系統１の正極と第１機械遮断器ＣＢ１との間に第３ダイオードＤ３のアノード端子が接続される。第３ダイオードＤ３のカソード端子に第１スイッチング素子Ｔ１のコレクタ端子が接続される。第１スイッチング素子Ｔ１のエミッタ端子は、第２コンデンサＣ２と第３抵抗Ｒ３の共通接続点に接続される。このように、第１スイッチング素子Ｔ１は第１機械遮断器ＣＢ１に対して並列に接続される。
【００２０】
第１変流器ＣＴ１の１次側は第２抵抗Ｒ２の通過電流を検出する。よって、第１変流器ＣＴ１の１次側は、第１直流系統１の正極と第２ダイオードＤ２のカソードとの共通接続点と第１抵抗Ｒ１と第１コンデンサＣ１との共通接続点との間を接続する、第２ダイオードＤ２と第１抵抗Ｒ１との直列回路からなる経路内に挿入される。
【００２１】
第１変流器ＣＴ１の２次側の一端と他端との間に第１ツェナーダイオードＺＤ１が接続される。第１変流器ＣＴ１の２次側の一端に第１スイッチング素子Ｔ１のエミッタ端子が接続される。第１変流器ＣＴ１の２次側の他端に第４ダイオードＤ４のアノード端子が接続される。第４ダイオードＤ４のカソード端子は第１スイッチング素子Ｔ１のゲート端子に接続される。
【００２２】
第１スイッチング素子Ｔ１のゲート端子とエミッタ端子との間に第３コンデンサＣ３が接続される。第３コンデンサＣ３に対して第４抵抗Ｒ４が並列接続される。
【００２３】
図２に、本実施形態１における直流遮断装置の定常状態を示す。第１機械遮断器ＣＢ１は閉極状態であり、電流は単方向（第１直流系統１→第２直流系統２）にのみ流れることを想定する。本実施形態１では単方向の遮断しかできない。
【００２４】
このとき、第１コンデンサＣ１には第１抵抗Ｒ１を介して充電電流が流れる。また、第２コンデンサＣ２には第３抵抗Ｒ３と第１リアクトルＬ１を介して充電電流が流れる。図２の点線が充電電流の経路である。
【００２５】
電流は、第１機械遮断器ＣＢ１および第１抵抗Ｒ１，第１リアクトルＬ１，第３抵抗Ｒ３を通過するが、第１，第２コンデンサＣ１，Ｃ２の充電が完了すると（すなわち、第１，第２コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧が第１直流系統１の電圧と同値となると）、第１抵抗Ｒ１，第３抵抗Ｒ３に電流は流れない。よって、第１抵抗Ｒ１と第３抵抗Ｒ３には電力損失は発生しない。また、第１機械遮断器ＣＢ１の閉極時の両極間の抵抗は非常に小さい。よって、第１機械遮断器ＣＢ１の閉極時、第１機械遮断器ＣＢ１で発生する電力損失はほとんどない。
【００２６】
図３に第２直流系統２側で短絡事故が発生した場合における本実施形態１の直流遮断装置を示す。短絡事故発生時には、第２直流系統２の電圧が降下するため、第１コンデンサＣ１の電荷が第２抵抗Ｒ２→第２ダイオードＤ２を通って第１，第２直流系統１，２側に放電される。この放電電流を第１変流器ＣＴ１の１次側によって検出する。
【００２７】
第１変流器ＣＴ１の２次側から電流が出力され、第４ダイオードＤ４→第１スイッチング素子Ｔ１のゲート容量（第１スイッチング素子Ｔ１のゲート端子、エミッタ端子間の容量）および第３コンデンサＣ３を経由し、第３コンデンサＣ３と第１スイッチング素子Ｔ１のゲート容量（第１スイッチング素子Ｔ１のゲート端子、エミッタ端子間の容量）が充電され、第１スイッチング素子Ｔ１のゲート電圧（すなわち第３コンデンサＣ３印加電圧）がターンＯＮレベルとなり、第１スイッチング素子Ｔ１がＯＮする。
【００２８】
第１スイッチング素子Ｔ１がＯＮした後、ゲート電圧が第１ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧まで上昇すると、出力電流は第１スイッチング素子Ｔ１のゲート容量と第３コンデンサＣ３の代わりに第１ツェナーダイオードＺＤ１を通過し、第１スイッチング素子Ｔ１のゲートの過充電を防ぐ。
【００２９】
第１スイッチング素子Ｔ１がＯＮした後は、第２コンデンサＣ２からの放電電流が第１リアクトルＬ１→第１機械遮断器ＣＢ１→第３ダイオードＤ３→第１スイッチング素子Ｔ１を経由して流れ、第１直流系統１から第１機械遮断器ＣＢ１に流れる短絡電流を打ち消す。この短絡電流が小さくなったら、外部からの開閉指令信号によって、第１機械遮断器ＣＢ１を開極する。なお、短絡電流が小さくなったことは、第１機械遮断器ＣＢ１と直列接続された電流検出器（図示省略）の出力値より判定する。
【００３０】
図４に第１機械遮断器ＣＢ１開極後の直流遮断装置を示す。第１機械遮断器ＣＢ１開極後は、第３ダイオードＤ３→第１スイッチング素子Ｔ１→第２コンデンサＣ２→第１リアクトルＬ１を介して短絡電流が流れ、第２コンデンサＣ２が逆極性に充電される。
【００３１】
第２コンデンサＣ２の充電が完了すると（第２コンデンサＣ２の電圧が第１直流系統１の電圧と同値になると）、第２直流系統２へ流れる電流が零となり、電流遮断が完了する。
【００３２】
電流遮断が完了し、第１コンデンサＣ１の放電が終わると、第１変流器ＣＴ１の検出電流は零になり、第１変流器ＣＴ１の２次側の出力電流も零になる。そのため、第１スイッチング素子Ｔ１のゲート容量、および、第３コンデンサＣ３に充電された電荷は第４抵抗Ｒ４を通して放電される。
【００３３】
放電が進むと、第１スイッチング素子Ｔ１のゲート電圧（すなわち、第１コンデンサＣ１の印加電圧）がターンＯＦＦレベルまで下がり、第１スイッチング素子Ｔ１はターンＯＦＦする。その後、第１抵抗Ｒ１→第１コンデンサＣ１を介して第１コンデンサＣ１が第１直流系統１の電圧に再充電される。
【００３４】
第１機械遮断器ＣＢ１開極後の復旧作業によって第２直流系統２側の短絡要因を排除した後の系統再投入時は、まず、外部からの開閉指令信号によって第１機械遮断器ＣＢ１を閉極する。これによって、第１直流系統１側から第１機械遮断器ＣＢ１を介し第２直流系統２側へ電流が流れる。
【００３５】
また、第１機械遮断器ＣＢ１→第１リアクトルＬ１→第２コンデンサＣ２→第３抵抗Ｒ３を介して充電電流が流れ、逆極性に充電されていた第２コンデンサＣ２を元の極性に充電し直す。充電が完了すると、図２の状態になり再投入が完了する。後述する実施形態３も同様の動作となる。
【００３６】
本実施形態１の直流遮断器装置の設計上の注意点について説明する。
【００３７】
第１コンデンサＣ１の容量は、短絡発生時に第１スイッチング素子Ｔ１のゲートをＯＮさせるのに十分な容量のものとする。第３コンデンサＣ３は、第１スイッチング素子Ｔ１のゲートの誤点弧を防止するためのものである。正常な範囲内での系統電圧変動に対して、第１スイッチング素子Ｔ１がＯＮしないようにする。
【００３８】
第１ツェナーダイオードＺＤ１はゲート過充電を防ぐためのものである。例えば、第１スイッチング素子Ｔ１が定格ゲート電圧ＯＮ電圧＝１５ＶのＩＧＢＴならば、降伏電圧１５Ｖのツェナーダイオードを使用する。
【００３９】
第１抵抗Ｒ１は、第１コンデンサＣ１の充電時の電流を制限する。第２抵抗Ｒ２は、短絡事故発生時における第１コンデンサＣ１の放電電流の大きさと放電時間を決定する。この放電電流を第１変流器ＣＴ１で検出するため、第１変流器ＣＴ１の２次側に第１スイッチング素子Ｔ１をＯＮするのに十分な電流が流れるよう第２抵抗Ｒ２を設計しなければならない。
【００４０】
第１変流器ＣＴ１の２次側に、第１スイッチング素子Ｔ１のゲートを駆動させるのに十分な電流を流す必要がある。第２抵抗Ｒ２の通過電流の値から、第１変流器ＣＴ１の巻き数比（すなわち、第１変流器ＣＴ１の変流比）を決める必要がある。
【００４１】
第２直流系統２に短絡が発生して第１機械遮断器ＣＢ１を開極した後、第１スイッチング素子Ｔ１のターンＯＦＦ速度はゲートの放電速度、すなわち、第３コンデンサＣ３と第４抵抗Ｒ４の時定数に依存する。第１機械遮断器ＣＢ１の遮断動作中は第１スイッチング素子Ｔ１がＯＮを維持でき、第１機械遮断器ＣＢ１の遮断が完了した後で第１スイッチング素子Ｔ１がＯＦＦするように第３コンデンサＣ３と第４抵抗Ｒ４の時定数を設計する。
【００４２】
以上示したように、本実施形態１は、図７，図８に示す直流遮断装置とは異なり、第１スイッチング素子Ｔ１のゲート駆動用電源が不要なため、直流遮断装置を小型化、低コスト化できる。
【００４３】
また、特許文献１と異なり、第１スイッチング素子Ｔ１用のゲート信号を外部から入力する必要がなく、図９に示す制御装置２３が不要である。制御装置が不要なため、直流遮断装置を小型化、低コスト化することが可能となる。
【００４４】
また、第１スイッチング素子Ｔ１用のゲート信号を外部から入力する必要がないため、外部から入力する信号にノイズが重畳して第１スイッチング素子Ｔ１が誤動作する恐れがなくなる。これにより、直流遮断装置の信頼性が向上する。
【００４５】
また、本実施形態１の直流遮断装置は、定常時、第１，第２コンデンサＣ１，Ｃ２の充電完了後、電流は抵抗の非常に小さい第１機械遮断器ＣＢ１を通過するため、電力損失を低減することが可能となる。
【００４６】
［実施形態２］
図５は、本実施形態２における直流遮断装置を示す回路構成図である。実施形態１と同様の箇所は同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４７】
第１直流系統１側に接続されていた第１抵抗Ｒ１の一端を第１機械遮断器ＣＢ１と第２直流系統２の正極との共通接続点に接続する。第１抵抗Ｒ１の他端と第１，第２直流系統１，２の負極との間に第１コンデンサＣ１を接続する。
【００４８】
第１抵抗Ｒ１と第１コンデンサＣ１の共通接続点に第１ダイオードＤ１のアノード端子が接続される。第１ダイオードＤ１のカソード端子と第１，第２直流系統１，２の負極との間に第５，第６抵抗Ｒ５，Ｒ６が直列接続される。
【００４９】
第１直流系統１の正極と第１機械遮断器ＣＢ１との間に第８抵抗Ｒ８の一端が接続される。第８抵抗Ｒ８の他端と第５，第６抵抗Ｒ５，Ｒ６の共通接続点との間に第１スイッチＳＷ１が接続される。第１スイッチＳＷ１は機械式スイッチとし、手動でオンオフの切り換えを行う。
【００５０】
第５，第６抵抗Ｒ５，Ｒ６の共通接続点と第１，第２直流系統１，２の負極との間に第４コンデンサＣ４が接続される。第４コンデンサＣ４に対して第７抵抗Ｒ７と第２コイルＬ２との直列回路が並列接続される。第２コイルＬ２に電流が流れると、第１機械遮断器ＣＢ１の接点が閉極される
本実施形態２では、実施形態１に対して第１機械遮断器ＣＢ１開極用の回路を追加したものである。以下、第１機械遮断器ＣＢ１の開閉動作について説明する。
【００５１】
第１機械遮断器ＣＢ１が開極している状態から第１直流系統１側から第２直流系統２側へ電流が流れる正常状態にするには、系統投入後、第１スイッチＳＷ１を手動にてオンする。この動作により、第８抵抗Ｒ８を介して第４コンデンサＣ４が充電されるとともに、第１機械遮断器ＣＢ１の第２コイルＬ２に電流が流れ、第１機械遮断器ＣＢ１が閉極する。
【００５２】
次に、第１機械遮断器ＣＢ１の閉極を確認した後に、手動で第１スイッチＳＷ１をオフする。第１機械遮断器ＣＢ１が閉極すると第２直流系統２側から第１抵抗Ｒ１→第１ダイオードＤ１→第５抵抗Ｒ５を介して第４コンデンサＣ４が充電される。よって、第１スイッチＳＷ１をオフしても、第１機械遮断器ＣＢ１の第２コイルＬ２に電流が流れるため、第１機械遮断器ＣＢ１の閉極状態は保持される。
【００５３】
第２直流系統２側で短絡事故が発生した場合、実施形態１で説明した動作と並行して、以下のように動作する。
【００５４】
第２直流系統２の電圧が降下して第１コンデンサＣ１の電荷が放電し、第１ダイオードＤ１のアノードが低電位となって第１ダイオードＤ１が遮断状態となるため、第４コンデンサＣ４の電荷が第６抵抗Ｒ６を介して放電される。第４コンデンサＣ４の放電が完了し、第４コンデンサＣ４の電圧が零となると、第２コイルＬ２に流れる電流が零となり第１機械遮断器ＣＢ１が開極する。
【００５５】
第２直流系統２側で事故が発生してから第１機械遮断器ＣＢ１が開極するまでの時間は第６抵抗Ｒ６と第４コンデンサＣ４の時定数により決まる。第１機械遮断器ＣＢ１開極のタイミングは短絡電流が十分小さくなったときに開極できるよう第６抵抗Ｒ６と第４コンデンサＣ４の時定数を設計する必要がある。
【００５６】
本実施形態２では、第１スイッチＳＷ１を手動スイッチとして説明した。この手動スイッチを、直流系統の正常／異常状態や第１機械遮断器ＣＢ１の開閉状態に応じて第１スイッチＳＷ１の開閉指令信号を生成し、この開閉指令信号に応じて第１スイッチＳＷ１を開閉させる自動スイッチに置き換えてもよい。
【００５７】
以上示したように、本実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態２は、実施形態１および後述する実施形態３と比較して、第１機械遮断器ＣＢ１の開閉指令信号を外部から入力する必要がなく、システム構成が簡素になる。
【００５８】
［実施形態３］
図６は、本実施形態３における直流遮断装置を示す回路図である。実施形態１と同様の箇所は同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
第１，第２抵抗Ｒ１，Ｒ２間に第２スイッチＳＷ２を接続する。第２スイッチＳＷ２は、機械式スイッチとする。
【００６０】
図１の回路から第１リアクトルＬ１，第２コンデンサＣ２、第３抵抗Ｒ３を除いた回路を、第１リアクトルＬ１，第２コンデンサＣ２，第３抵抗Ｒ３を軸に線対称になるように配置する。
【００６１】
具体的には、第１機械遮断器ＣＢ１と第１リアクトルＬ１の共通接続点と第２直流系統２の正極との間に第２機械遮断器ＣＢ２を接続する。第２直流系統２の正極と第２機械遮断器ＣＢ２との間に第９抵抗９の一端が接続される。第９抵抗Ｒ９の他端と第１，第２直流系統１，２の負極との間に第５コンデンサＣ５が接続される。
【００６２】
第９抵抗Ｒ９と第５コンデンサＣ５の共通接続点と、第２直流系統２の正極と第２機械遮断器ＣＢ２の共通接続点と、の間に第３スイッチＳ３および第１０抵抗Ｒ１０および第５ダイオードＤ５が直列接続される。
【００６３】
第２直流系統２の正極と第２機械遮断器ＣＢ２との共通接続点に第６ダイオードＤ６のアノード端子が接続される。第６ダイオードＤ６のカソード端子に第２スイッチング素子Ｔ２のコレクタ端子が接続される。第２スイッチング素子Ｔ２のエミッタ端子は、第２コンデンサＣ２と第３抵抗Ｒ３の共通接続点に接続される。
【００６４】
第２変流器ＣＴ２は、１次側が第１０抵抗Ｒ１０の通過電流を検出し、２次側が第２スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する。第２変流器ＣＴ２の一端と他端との間には第２ツェナーダイオードＺＤ２が接続される。第２変流器ＣＴ２の２次側の一端には第２スイッチング素子Ｔ２のエミッタ端子が接続される。第２変流器ＣＴ２の２次側の他端には第７ダイオードＤ７のアノード端子が接続される。第７ダイオードＤ７のカソード端子は第２スイッチング素子Ｔ２のゲート端子に接続される。
【００６５】
第２スイッチング素子Ｔ２のゲート端子とエミッタ端子との間に第６コンデンサＣ６が接続される。第６コンデンサＣ６に対して並列に第１１抵抗Ｒ１１が接続される。
【００６６】
本実施形態３は、双方向の電流遮断に対応するための回路である。電流が第１直流系統１から第２直流系統２へ流れている時は第２スイッチＳＷ２をＯＮ、第３スイッチＳＷ３をＯＦＦする。逆に、第２直流系統２から第１直流系統１へ電流が流れている時は、第２スイッチＳＷ２をＯＦＦ、第３スイッチＳＷ３をＯＮとする。
【００６７】
電流の向きは別途検出器により検出し、検出した電流の向きに応じて外部からの指令によって第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２をＯＮ，ＯＦＦさせる。また、正常時は、電流の向きに関わらず第１，第２機械遮断器ＣＢ１、ＣＢ２の両方を、外部からの閉極指令によって閉極する。
【００６８】
電流が第１直流系統１から第２直流系統２へ流れている時に第２直流系統２側で短絡事故が発生した場合（第２スイッチＳＷ２はＯＮ、第３スイッチＳＷ３はＯＦＦ）、第３スイッチＳＷ３はＯＦＦであるため、第５コンデンサＣ５は放電されず、第２スイッチング素子Ｔ２はＯＮしない。すなわち、第２機械遮断器ＣＢ２開極のための共振回路が機能しないので実施形態１と同じ動作となる。
【００６９】
電流が第２直流系統２から第１直流系統１へ流れている時に第１直流系統１側で短絡事故が発生した場合は、（第２スイッチＳＷ２はＯＦＦ、第３スイッチＳＷ３はＯＮ）回路は左右対称なので第２直流系統２側の短絡事故時と動作は変わらない。
【００７０】
また、短絡事故発生時、第１直流系統１から第２直流系統２へ流れている時は外部からの第１機械遮断器ＣＢ１開極指令によって第１機械遮断器ＣＢ１を開極する。第２直流系統２から第１直流系統１へ流れている時は、外部からの第２機械遮断器ＣＢ２開極指令によって第２機械遮断器ＣＢ２を開極する。なお、第１機械遮断器ＣＢ１（または、第２機械遮断器ＣＢ２）の開極は、実施形態１と同様に、第１機械遮断器ＣＢ１（または、第２機械遮断器ＣＢ２）に流れる短絡電流が小さくなった時に行う。
【００７１】
そして、第１直流系統１側もしくは第２直流系統２側の短絡要因を排除した後に、外部からの閉極指令によって第１，第２機械遮断器ＣＢ１、ＣＢ２の両方を閉じる。
【００７２】
以上示したように、本実施形態３によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態３は、双方向の電流遮断が可能となる。
【００７３】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【００７４】
ＣＢ１，ＣＢ２…第１，第２機械遮断器
Ｔ１，Ｔ２…第１，第２スイッチング素子
ＣＴ１，ＣＴ２…第１，第２変流器
Ｒ１〜Ｒ１１…第１〜第１１抵抗
Ｃ１〜Ｃ６…第１〜第６コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２…第１，第２リアクトル
Ｄ１〜Ｄ７…第１〜第７ダイオード
ＺＤ１，ＺＤ２…第１，第２ツェナーダイオード
ＳＷ１〜ＳＷ３…第１〜第３スイッチ
【図１】
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【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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