(57)【要約】【課題】通電時の内部抵抗を抑え、事故時に短時間で転流させることのできる直流遮断器を提供する。【解決手段】通電用主回路開閉器１、１０と、並列接続した遮断装置１１と、並列接続した非線形抵抗体４と、各装置の動作を制御する制御装置１５と、を備えた直流遮断器であって、通電用主回路開閉器１、１０を通電用開閉器１と、通電用真空スイッチ１０とで構成し、遮断装置１１を半導体遮断器３と、通電用主回路開閉器１、１０に逆向き電流を注入する転流回路１４とで構成し、通電用真空スイッチ１０を真空開閉器１２と、抵抗体１３とで構成したことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電用主回路開閉器と、
前記通電用主回路開閉器に並列接続した遮断装置と、
前記通電用主回路開閉器に並列接続した非線形抵抗体と、
前記通電用主回路開閉器、前記遮断装置の動作を制御する制御装置と、
を備えた直流遮断器であって、
前記通電用主回路開閉器を、通電用開閉器と、
前記通電用開閉器に直列接続した通電用真空スイッチとで構成し、
前記遮断装置を、半導体遮断器と、
前記半導体遮断器に直列接続するとともに、前記通電用主回路開閉器に逆向き電流を注入する転流回路とで構成し、
前記通電用真空スイッチを、真空バルブと、
前記真空バルブに並列接続した支持抵抗体とで構成したことを特徴とする直流遮断器。
【請求項２】
前記通電用開閉器は、接離自在の一対の接点を有する開閉器であ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】
前記支持抵抗体を複数本の抵抗体としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直流遮断器。
【請求項４】
前記支持抵抗体を筒状とし、前記真空バルブを収納したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直流遮断器。
【請求項５】
前記支持抵抗体を筒状として前記真空バルブを収納し、
前記支持抵抗体内部のガス圧力を外部よりも低くしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直流遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、通電特性を向上し得る直流遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高電圧の直流遮断器には、半導体スイッチを用いたものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
この種の直流遮断器を図５に示す。直流回路には、ガス絶縁開閉器を用いた通電用開閉器１と、複数のＩＧＢＴを接続した通電用半導体スイッチ２が直列接続されている。これらに並列に、複数のＩＧＢＴを接続した半導体遮断器３と、過電圧保護の非線形抵抗体４がそれぞれ接続されている。
【０００４】
通常運転時は、通電用開閉器１と通電用半導体スイッチ２により直流電流を通電する。短絡などの事故が発生すると、半導体遮断器３を通電状態とし、通電用開閉器１と通電用半導体スイッチ２を遮断する。通電用半導体スイッチ２を遮断すると、数ｍｓで電流が半導体遮断器３に転流する。転流が完了すると、半導体遮断器３を遮断する。半導体遮断器３の遮断により発生した過電圧は、非線形抵抗体４で減衰させ、一連の遮断動作を完了する。過電圧は、例えば、３００ｋV系統の場合、５００ｋV程度となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Proactive Hybrid HVDC Breakers-A key innovation for reliable HVDC grids. CIGRE 2011 p264
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通電用半導体スイッチ２においては、内部抵抗が大きく、通電時の損失が大きかった。通電用開閉器１のような接離する接点を用いると、接触抵抗を小さくすることができるが、数ｍｓの短時間で動作させることが困難である。なお、短時間で動作させないと、事故電流が増加し、遮断が困難となる。このため、本発明が解決しようとする課題は、通電時の内部抵抗を抑え、短時間で転流させることのできる直流遮断器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、実施形態の直流遮断器は、通電用主回路開閉器と、前記通電用主回路開閉器に並列接続した遮断装置と、前記通電用主回路開閉器に並列接続した非線形抵抗体と、前記通電用主回路開閉器、前記遮断装置の動作を制御する制御装置と、を備えた直流遮断器であって、前記通電用主回路開閉器を、通電用開閉器と、前記通電用開閉器に直列接続した通電用真空スイッチとで構成し、前記遮断装置を、半導体遮断器と、前記半導体遮断器に直列接続するとともに、前記通電用主回路開閉器に逆向き電流を注入する転流回路とで構成し、前記通電用真空スイッチを、真空バルブと、前記真空バルブに並列接続した支持抵抗体とで構成したことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１に係る直流遮断器の構成を示す回路図。
【図２】本発明の実施例１に係る通電用真空スイッチの構成を示す断面図。
【図３】本発明の実施例１に係る直流遮断器の電圧、電流特性を説明する図。
【図４】本発明の実施例２に係る通電用真空スイッチの構成を示す断面図。
【図５】従来の直流遮断器の構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
先ず、本発明の実施例１に係る直流遮断器を図１〜図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る直流遮断器の構成を示す回路図、図２は、本発明の実施例１に係る通電用真空スイッチの構成を示す断面図、図３は、本発明の実施例１に係る直流遮断器の電圧、電流特性を説明する図である。なお、従来と同様の構成部分は、同一符号を付した。
【００１１】
図１に示すように、直流回路には、ガス絶縁開閉器を用いた通電用開閉器１と、真空バルブを用いた通電用真空スイッチ１０が直列接続されている。これらに並列に電流遮断を助成する遮断装置１１と、過電圧保護の非線形抵抗体４がそれぞれ接続されている。
【００１２】
通電用真空スイッチ１０には、真空開閉器１２に並列に遮断装置１１の内部抵抗よりも１０００倍以上の高抵抗を持った抵抗体１３が接続されている。遮断装置１１には、複数のＩＧＢＴを接続した半導体遮断器３と転流回路１４が直列接続されている。通電用開閉器１、通電用真空スイッチ１０、半導体遮断器３、転流回路１４などの主回路機器は、制御装置１５でそれぞれ動作が制御される。なお、主回路機器は、所定圧力の絶縁ガスを封入したガス絶縁容器に収納されている。
【００１３】
通電用真空スイッチ１０には、図２に示すように、接離自在の一対の接点１６を有する真空バルブ１７が設けられている。真空バルブ１７の固定側には、固定側電極１８、可動側には、可動側電極１９が設けられている。可動側電極１９には、接触子２０を介して可動軸２１が移動自在に貫通している。固定側電極１８と可動側電極１９間は、例えばカーボンのような高抵抗からなる複数本の支持抵抗体２２で支持固定されている。真空バルブ１７が真空開閉器１２、支持抵抗体２２が抵抗体１３に相当する。なお、支持抵抗体２２にＦＲＰ板を併設し、機械的強度を持たせてもよい。
【００１４】
次に、遮断動作を図３を参照して説明する。
【００１５】
通電用開閉器１と通電用真空スイッチ１０が閉路において、時間ｔ１に事故が発生すると、事故電流が急激に増加する。事故電流は数〜数１０ｋＡに達し、図示しない事故検出装置で検出すると（時間ｔ２）、制御装置１５により遮断動作を開始する。先ず、時間ｔ３に転流回路１４を動作させ、通電用開閉器１と通電用真空スイッチ１０に逆向きの電流を注入する。転流回路１４のコンデンサは予め充電されており、また、スイッチは短時間で動作する例えば半導体スイッチを用いる。電流の注入により、通電用開閉器１と通電用真空スイッチ１０の電流は、上昇から反転して急激に減衰する。減衰している時間ｔ４において、通電用開閉器１と通電用真空スイッチ１０を同時に開極する。
【００１６】
時間ｔ５には、電流がほぼ零になり、逆向き電流の注入を完了する。すると、通電用開閉器１と通電用真空スイッチ１０の両端には、半導体遮断器３と転流回路１４の直列体の内部抵抗により生じる電圧が印加される。通電用開閉器１と通電用真空スイッチ１０は、この電圧に耐える構造とする。通電用開閉器１と通電用真空スイッチ１０の電流がほぼ零となり、半導体遮断器３への転流が完了すると、時間ｔ６に半導体遮断器３を遮断する。すると、通電用開閉器１と通電用真空スイッチ１０の両端には、過電圧が発生する。通電用開閉器１では、ガス絶縁で過電圧に耐える構造であり、通電用真空スイッチ１０では、抵抗体１３で過電圧を抑制し、接点間での絶縁破壊は生じない。過電圧は、非線形抵抗体４で吸収され、時間ｔ７に遮断を完了する。
【００１７】
ここで、通電用開閉器１と通電用真空スイッチ１０は、主回路電流を通電する開閉器であり、これらをまとめて、通電用主回路開閉器と定義する。
【００１８】
これにより、通電用開閉器１と通電用真空スイッチ１０は、機械的な接点を用いているので、接触抵抗を小さくすることができ、通電時の損失を抑えることができる。また、転流回路１４により、数ｍｓの短時間で逆電流を通電することができ、遮断特性を向上させることができる。なお、時間ｔ５に通電用開閉器１と通電用真空スイッチ１０に流れる電流をほぼ零として説明したが、図３の一点鎖線で示すように、時間ｔ４までに、電流がほぼ零になるように、転流回路１４の電流幅を調整しておくと、開極が容易となり、遮断特性を更に向上させることができる。
【００１９】
上記実施例１の直流遮断器によれば、直列接続した通電用開閉器１と通電用真空スイッチ１０からなる通電用主回路開閉器で通常時の主回路電流を流し、事故時には、転流回路１４により逆向きの電流を注入して減衰させ、通電用開閉器１と通電用真空スイッチ１０を開極しているので、通電時の損失を抑えることができ、更に、事故時に数ｍｓの短時間で逆向きの電流を注入し、遮断特性を向上させることができる。
【００２０】
上記実施例１では、通電用開閉器１にガス絶縁開閉器を用いて説明したが、当該電圧クラスの絶縁耐力を有する油絶縁開閉器、気中絶縁開閉器など接離自在の一対の接点を有し、接触抵抗を小さくすることのできる開閉器を用いることができる。
【００２１】
また、支持抵抗体２２を複数本のロッドで説明したが、複数枚の板状として真空バルブ１７の上下に設けたり、筒状として真空バルブ１７を収納したりすれば、構成を簡素とすることができる。
【実施例２】
【００２２】
次に、本発明の実施例２に係る直流遮断器を図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例２に係る通電用真空スイッチの構成を示す断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、真空バルブを低圧力で密封したことである。図４において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２３】
図４に示すように、支持抵抗体２２を筒状とし、両端を固定側電極１８、可動側電極１９と気密に固定している。可動軸２１が貫通する可動側電極１９には、Ｙパッキン２３を設け、気密に移動できるようにしている。支持抵抗体２２の内部には、実施例１よりも低いガス圧力で絶縁ガスを封入している。外部は、実施例１と同様の所定圧力で絶縁ガスが封入される。
【００２４】
上記実施例２の直流遮断器によれば、実施例１による効果のほかに、真空バルブ１７内部と外部（支持抵抗体２２の内部）の圧力差を小さくすることができ、真空バルブ１７の信頼性を向上させることができる。
【００２５】
以上述べたような実施形態によれば、主回路電流を接触抵抗の小さい機械的な接点を有する開閉器を用いて通電し、事故時には逆向き電流を注入する転流回路を設けているので、通電時の損失を抑制することができ、また、事故時には短時間で逆向き電流を注入することができる。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２７】
１  通電用開閉器
２  通電用半導体スイッチ
３  半導体遮断器
４  非線形抵抗体
１０  通電用真空スイッチ
１１  遮断装置
１２  真空開閉器
１３  抵抗体
１４  転流回路
１５  制御装置
１７  真空バルブ
２２  支持抵抗体
【図１】
2015079699.tif 000003
【図２】
2015079699.tif 000004
【図３】
2015079699.tif 000005
【図４】
2015079699.tif 000006
【図５】
2015079699.tif 000007