(57)【要約】【課題】接点部のアーク電流を早期に消滅させ、遮断器や周辺機器の過電流耐量を低減させることによって電力変換システム等の小型化、軽量化、低価格化を可能にした過電流保護装置を提供する。【解決手段】電流の通流経路に、可動接点及び固定接点からなる遮断器の接点部と、直流リアクトルとが直列に接続され、接点部を流れる過電流とこの過電流による磁束とによって発生する力を利用して可動接点を固定接点から開離させることにより過電流を遮断する過電流保護装置において、空芯直流リアクトル８を流れる過電流によって発生する磁束１２が、接点部４を流れる過電流によって発生する磁束６に同方向で加わり合うように、空芯直流リアクトル８を接点部４に近接して配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流の通流経路に、可動接点及び固定接点からなる遮断器の接点部と、直流リアクトルとが直列に接続され、前記接点部を流れる過電流とこの過電流による磁束とによって発生する力を利用して前記可動接点を前記固定接点から開離させることにより前記過電流を遮断する過電流保護装置において、
前記直流リアクトルを流れる過電流によって発生する磁束が、前記接点部を流れる過電流によって発生する磁束に同方向で加わり合うように、前記直流リアクトルを前記接点部に近接して配置したことを特徴とする過電流保護装置。
【請求項２】
請求項１に記載した過電流保護装置において、
前記接点部及び直流リアクトルが、電力変換システムの直流入力部に接続されていることを特徴とする過電流保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばインバータ等を有する電力変換システムにおいて、その入力電流が過電流となったときに遮断器の動作により入力電流を迅速に遮断可能とした過電流保護装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、直流電気車用電力変換システムの概略的な構成図であり、２０は給電線を介して接続された直流電源、１は高速度遮断器、８は空芯直流リアクトル、９は充電回路、１０はインバータである。このインバータ１０には、交流電動機等の負荷（図示せず）が接続されている。
なお、前記充電回路９は、例えば限流抵抗とサイリスタスイッチとの並列回路によって構成されていると共に、インバータ１０の直流入力側にはフィルタコンデンサ（図示せず）が設けられており、フィルタコンデンサの充電時には、前記サイリスタスイッチをオフすることにより、充電電流を前記限流抵抗により制限して過大な突入電流が流れるのを防止している。
【０００３】
図４は、前記高速度遮断器１の接点構造を示している。
図４（ａ）において、２は固定接点、３は一端が固定接点２に軸支された可動接点、４は接点部であり、インバータ１０の直流入力電流が許容値以下である場合には、図示するように、接点部４内の固定接点２と可動接点３とが接触していて図の矢印方向に直流電流が流れているとする。
【０００４】
しかし、例えばインバータ１０のアーム短絡等により、上記接点部４に１０００Ａを超える過電流が流れると、図４（ｂ）に示す如く過電流による磁束６（その向きは紙面の裏から表に向かう方向）が発生し、この磁束６と電流とによる力７が接点部４に作用するため、可動接点３が固定接点２から開離するように回動する。
これにより、両接点２，３の接触が断たれると共に、両接点２，３間を流れるアーク電流５も力７の方向に引き延ばされて遮断されるため、両接点２，３間を流れる過電流はその後、完全に遮断されることとなる。
【０００５】
なお、上述したような接点式の高速度遮断器を備えた電力変換システムは、特許文献１等に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１１４５０１号公報（第２頁右上欄第１２行〜第１７行、第２頁左下欄第１３行〜右上欄第９行、第４図，第５図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図３，図４に示した従来技術において、通常、高速度遮断器１と空芯直流リアクトル８とは離れて配置されている。また、前述した如く、接点部４の開放には高速度遮断器１内で発生する磁束のみを電流と共に利用する原理を採っている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の第２頁右上欄第９行〜第３頁左上欄第１行、第６図等にも記載されているように、高速度遮断器１が過電流を遮断する際には、過電流が流れ始めてからアーク電流５が完全に消滅するまでにかなりの遅れ時間があり、この遅れ時間内に、過電流設定値（例えば１０００Ａ）を遙かに超える大きな電流（３０００Ａ〜数千Ａ）が流れてしまう。
従って、インバータ１０の入力回路に使用する機器としては、通常の定格電流以上に大きな過電流耐量を考慮しなくてはならず、限定されたスペースに設置することが要求される電力変換システムとしては、小型化や軽量化を妨げる原因となっていた。
【０００９】
そこで、本発明の解決課題は、接点部のアーク電流を早期に消滅させ、遮断器や周辺機器の過電流耐量を低減させることによって電力変換システム等の小型化、軽量化、低価格化を可能にした過電流保護装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、電流の通流経路に、可動接点及び固定接点からなる遮断器の接点部と、直流リアクトルとが直列に接続され、前記接点部を流れる過電流とこの過電流による磁束とによって発生する力を利用して前記可動接点を前記固定接点から開離させることにより前記過電流を遮断する過電流保護装置において、前記直流リアクトルを流れる過電流によって発生する磁束が、前記接点部を流れる過電流によって発生する磁束に同方向で加わり合うように、前記直流リアクトルを前記接点部に近接して配置したものである。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した過電流保護装置において、
前記接点部及び直流リアクトルが、電力変換システムの直流入力部に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、遮断器の接点部に発生する磁束に直流リアクトルによる磁束を合成し、これらの合成磁束によってアーク電流に作用する力を増大させることにより、アーク電流が消滅するまでの時間を短縮することができる。
これにより、接点部における遮断電流が従来よりも減少するので、遮断器や周辺機器の過電流耐量を低減させて電力変換システム等の小型化、軽量化、低価格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】
【００１３】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の実施形態を示す主要部の構成図であり、図３，図４と同一の構成要素には同一の番号を付してある。
【００１４】
図１において、前記同様に１は高速度遮断器、８は空芯直流リアクトルであり、この実施形態では、空芯直流リアクトル８を流れる電流によって発生する磁束１２が、高速度遮断器１内の接点部４自体によって発生する磁束６と同方向に加わり合うように、空芯直流リアクトル８と高速度遮断器１の接点部４とが近接して配置されている。
また、１１はケーシングであり、高速度遮断器１及び空芯直流リアクトル８の他に、図示されていない充電回路９、インバータ１０等の電力変換システムの構成要素の全てを内蔵している。なお、磁束６，１２が同方向に加わり合う位置関係が保てれば、高速度遮断器１及び空芯直流リアクトル８をそれぞれ別個のケーシング内に収容しても良い。
【００１５】
ここで、磁束６，１２の方向は図１の例に限られるものではなく、図１の左側に向かう方向であっても良い。何れにしても、磁束６，１２の方向が同一であって磁束６を増加させるように磁束１２が作用すれば良い。
【００１６】
上記のように構成することにより、固定接点２と可動接点３との間を流れる電流に対して、接点部４による磁束６に空芯直流リアクトル８による磁束１２が合成されて作用することになり、過電流発生時に電流と合成磁束によって発生する力１３は、図４に示した力７よりも大きくなる。このため、可動接点３が開離したときには、アーク電流５に従来よりも大きな力１３が作用し、その結果として、従来よりも早期にアーク電流５が遮断されることになる。
【００１７】
図２は、本実施形態と従来技術において、アーク電流５が完全に遮断される際の電流値（遮断電流）を比較した特性図であり、Δｔ１は接点部４に過電流が流れ始めてから高速度遮断器１が過電流を検知するまでの時間、Δｔ２は本実施形態において高速度遮断器１が過電流を検知してからアーク電流５が完全に遮断されるまでの時間、Δｔ３は図４の従来技術において高速度遮断器１が過電流を検知してからアーク電流５が完全に遮断されるまでの時間である。
【００１８】
図２によれば、従来ではアーク電流５が完全に遮断される時点（Δｔ１＋Δｔ３）で約３０００Ａの電流が流れていたのに対し、本実施形態では、アーク電流５が完全に遮断される時点（Δｔ１＋Δｔ２）の電流を約２０００Ａに低減することが可能になっている。
従って、インバータ１０の入力回路を構成する高速度遮断器１や空芯直流リアクトル８、充電回路９等の回路部品、回路素子の電流耐量を大幅に低減することができ、電力変換システム全体の小型化、軽量化、低価格化が可能になる。
【００１９】
なお、本実施形態において、充電回路９に使用するスイッチは特に限定されないが、サイリスタ以外にＩＧＢＴやコンタクタを用いることができる。
また、本発明は、電力変換システムの入力部に限らず、遮断器により過電流を遮断して機器や回路を保護するための用途全般に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態の主要部を示す図である。
【図２】本発明の実施形態及び従来技術の作用を比較するための遮断電流の特性図である。
【図３】電力変換システムの概略的な構成図である。
【図４】図３における高速度遮断器の接点構造を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１：高速度遮断器
２：固定接点
３：可動接点
４：接点部
５：アーク電流
６，１２：磁束
７，１３：力
８：空芯直流リアクトル
９：充電回路
１０：インバータ
１１：ケーシング
２０：直流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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