(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流線路を流れる直流電流に振動電流を重畳させることによって形成された電流零点において前記直流電流を遮断する直流遮断器であって、
前記直流線路に挿入されている遮断部と、
前記遮断部に並列に接続されており前記振動電流を発生する回路部と、を備え、
前記回路部は、
互いに直列に接続されており前記振動電流を生成するコンデンサおよびリアクトルと、
前記コンデンサに直列に接続されており前記電流零点の形成のための投入を行う高速投入器と、
前記コンデンサおよび前記高速投入器と並列に接続されており前記コンデンサの過電圧を抑制するための避雷器と、を有し、
前記遮断部と前記高速投入器とは、互いに異なる電位の部位同士を絶縁させる空間距離以上の距離が確保されて第１の方向に並べられており、
前記コンデンサと前記避雷器とは、互いに異なる電位の部位同士を絶縁させる空間距離以上の距離が確保されて、前記第１の方向に交わる方向である第２の方向に並べられており、
前記遮断部および前記高速投入器の組み合わせと前記コンデンサおよび前記避雷器の組み合わせとは、互いに異なる電位の部位同士を絶縁させる空間距離以上の距離が確保されて、前記第１の方向と前記第２の方向とに交わる方向である第３の方向に並べられていることを特徴とする直流遮断器。
【請求項２】
前記第１の方向と前記第２の方向と前記第３の方向とは、互いに垂直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】
各前記空間距離は、前記遮断部および前記回路部を含む回路においてそれぞれ異なる電位となる各ポイントに印加され得る電圧の最大値について、前記最大値の電圧が印加される部位間を絶縁可能な距離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４】
前記遮断部、前記コンデンサ、前記リアクトル、前記高速投入器および前記避雷器の各々は、前記直流遮断器が設置されている設置面と絶縁可能に前記設置面から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電流を遮断する直流遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流遮断器による遮断方式の１つに、直流電流に振動電流を重畳させることによって電流零点を形成して、電流零点において直流電流を遮断する方式が知られている。【０００３】
特許文献１には、直流線路に挿入されている遮断部と、振動電流を発生する共振回路とを有する直流遮断器が開示されている。特許文献１の直流遮断器は、遮断部と共振回路の構成要素とが共通の架台に搭載されることによって遮断部と共振回路とが一体とされて、配電盤内に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９２３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
直流遮断器は、異なる電位の部位同士の間に、絶縁のための空間距離が確保される必要がある。直流遮断器の定格電圧が高くなるほど、直流遮断器は、絶縁のために必要となる空間距離が長くなることから、物理的な構成における制約が大きくなる。上記特許文献１に開示される従来の技術では、配電盤内に配置される場合よりも定格電圧が高い場合、例えば定格電圧が７０ｋＶ以上である場合に、絶縁のための空間距離を各構成要素間に確保することが困難である。また、上記特許文献１に開示される従来の技術によると、構成要素間の空間距離が長くなるに伴って直流遮断器の構成が大型になることによって、直流遮断器の設置が困難となる場合がある。直流遮断器は、異なる電位の部位同士の絶縁を確保できることと、構成の大型化を抑制可能であることとが求められている。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異なる電位の部位同士の絶縁を確保でき、かつ構成の大型化を抑制可能とする直流遮断器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる直流遮断器は、直流線路を流れる直流電流に振動電流を重畳させることによって形成された電流零点において直流電流を遮断する。本発明にかかる直流遮断器は、直流線路に挿入されている遮断部と、遮断部に並列に接続されており振動電流を発生する回路部と、を備える。回路部は、互いに直列に接続されており振動電流を生成するコンデンサおよびリアクトルと、コンデンサに直列に接続されており電流零点の形成のための投入を行う高速投入器と、コンデンサおよび高速投入器と並列に接続されておりコンデンサの過電圧を抑制するための避雷器と、を有する。遮断部と高速投入器とは、互いに異なる電位の部位同士を絶縁させる空間距離以上の距離が確保されて第１の方向に並べられている。コンデンサと避雷器とは、互いに異なる電位の部位同士を絶縁させる空間距離以上の距離が確保されて第１の方向に交わる方向である第２の方向に並べられている。遮断部および高速投入器の組み合わせとコンデンサおよび避雷器の組み合わせとは、互いに異なる電位の部位同士を絶縁させる空間距離以上の距離が確保されて第１の方向と第２の方向とに交わる方向である第３の方向に並べられている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、異なる電位の部位同士の絶縁を確保でき、かつ構成の大型化を抑制することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる直流遮断器の構成を示す模式図
【図２】実施の形態１にかかる直流遮断器の回路図
【図３】実施の形態１にかかる直流遮断器の設置例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかる直流遮断器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる直流遮断器１の構成を示す模式図である。図２は、実施の形態１にかかる直流遮断器１の回路図である。直流遮断器１は、強制消弧方式の機械式遮断器である。直流遮断器１は、電力系統の直流線路２に設けられている。直流遮断器１は、直流線路２を流れる直流電流に振動電流を重畳させることによって形成された電流零点において直流電流を遮断する。直流遮断器１は、事故発生時における短絡電流あるいは地絡電流を遮断することによって、負荷側の設備を保護する。
【００１２】
直流遮断器１の構成要素は、３次元空間において立体的に配置されている。図１では、構成要素の立体的な配置と構成要素間の接続とを模式的に表している。
【００１３】
ここで、図２を参照して、直流遮断器１の構成要素について説明する。直流遮断器１は、直流線路２に挿入されている遮断部１１と、遮断部１１に並列に接続されており振動電流を発生する回路部１０とを有する。回路部１０は、共振回路の機能を有する。電力系統が定常状態である定常時には、遮断部１１が閉状態とされて、直流線路２を直流電流が流れる。電力系統にて事故が発生した時に、遮断部１１が開極動作を行うことによって、直流遮断器１は直流電流を遮断する。開極動作は、閉状態から開状態への動作である。
【００１４】
回路部１０は、互いに直列に接続されており振動電流を生成するコンデンサ１５およびリアクトル１４と、コンデンサ１５に直列に接続されており電流零点の形成のための投入を行う高速投入器１２とを有する。また、回路部１０は、コンデンサ１５および高速投入器１２と並列に接続されておりコンデンサ１５の過電圧を抑制するための避雷器１３を有する。
【００１５】
高速投入器１２の一端は、遮断部１１よりも直流電流の上流側にあるポイントＰ１に接続されている。高速投入器１２の他端は、コンデンサ１５が有する一方の電極に接続されている。リアクトル１４の一端は、遮断部１１よりも直流電流の下流側のポイントＰ４に接続されている。リアクトル１４の他端は、コンデンサ１５が有する他方の電極に接続されている。避雷器１３の一端は、ポイントＰ１と高速投入器１２との間のポイントＰ１’に接続されている。避雷器１３の他端は、コンデンサ１５とリアクトル１４との間のポイントＰ２に接続されている。
【００１６】
また、回路部１０は、定常時においてコンデンサ１５を直流線路２の直流電圧によって充電するための充電抵抗１７と、コンデンサ１５および充電抵抗１７の間に設けられた断路器１６とを有する。断路器１６の一端は、高速投入器１２とコンデンサ１５との間のポイントＰ３に接続されている。充電抵抗１７は、断路器１６の他端と接地電極１９との間に接続されている。
【００１７】
定常時において、遮断部１１は閉状態とされ、かつ、高速投入器１２は開状態とされる。コンデンサ１５は、定常時において直流電圧によって充電される。事故発生時において遮断部１１が開極動作を行うとともに、高速投入器１２が閉極動作を行う。閉極動作は、開状態から閉状態への動作である。高速投入器１２が閉状態となることによって、高速投入器１２、コンデンサ１５、リアクトル１４および遮断部１１を含むループにコンデンサ５からの電荷が放出される。コンデンサ５から電荷が放出されることによって、コンデンサ１５からリアクトル１４と遮断部１１と高速投入器１２とを通過する振動電流が流れる。これにより、直流遮断器１は、遮断部１１において、事故電流である直流電流の向きとは逆向きの振動電流を事故電流に重畳させる。事故電流への振動電流の重畳によって電流零点が形成されたときに、開極動作中の遮断部１１におけるアークの消弧が完了する。避雷器１３は、遮断部１１による開極動作の際に発生する過電圧を抑制する。
【００１８】
電力系統が定常状態に戻ると、断路器１６が閉極動作を行う。断路器１６が閉状態となることによって、直流線路２からコンデンサ１５へ電流が流れて、コンデンサ１５の充電が行われる。コンデンサ１５の充電が完了すると、断路器１６は開極動作を行う。コンデンサ１５からの漏れ電流による電荷の減少を補うため、定常時において、コンデンサ１５の充電は随時行われる。
【００１９】
ポイントＰ１、ポイントＰ２、ポイントＰ３およびポイントＰ４は、遮断部１１および回路部１０を含む回路においてそれぞれ異なる電位となるポイントである。ポイントＰ１とポイントＰ１’とは、同じ電位となるポイントである。また、各ポイントＰ１，Ｐ１’，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、対地絶縁が必要とされるポイントである。
【００２０】
次に、図１を参照して、直流遮断器１が有する構成要素の立体的な配置と構成要素間の接続とについて説明する。図１において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに垂直な方向とする。構成要素は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向において立体配置されている。Ｚ方向は、鉛直方向とする。Ｘ方向とＹ方向とは、水平方向に平行な方向とする。設置面１８は、直流遮断器１が設置されている水平な地面である。接地電極１９は、設置面１８の下方へ埋め込まれている。
【００２１】
図１におけるポイントＰ１は、図２に示す回路におけるポイントＰ１に対応している。図２に示すポイントＰ１’は、図１では、Ｙ方向において間隔を置いて配置された２個のポイントＰ１１，Ｐ１２に分かれている。２個のポイントＰ１１，Ｐ１２のうち、ポイントＰ１１は、高速投入器１２の側にある。ポイントＰ１２は、避雷器１３の側にある。
【００２２】
図２に示すポイントＰ２は、図１では、Ｘ方向において間隔をおいて配置された２個のポイントＰ２１，Ｐ２２に分かれている。ポイントＰ２１，Ｐ２２のうち、ポイントＰ２１は、コンデンサ１５の側にある。ポイントＰ２２は、避雷器１３の側にある。図２に示すポイントＰ３は、図１では、Ｙ方向において間隔をおいて配置された２個のポイントＰ３１，Ｐ３２に分かれている。ポイントＰ３１，Ｐ３２のうち、ポイントＰ３１は、高速投入器１２の側にある。ポイントＰ３２は、コンデンサ１５の側にある。図１におけるポイントＰ４は、図２に示す回路におけるポイントＰ４に対応している。
【００２３】
配線２０は、図２に示す回路にしたがって各ポイント同士をつないでいる。ポイントＰ１１，Ｐ１２間は、配線２０によってつながれている。図２において、ポイントＰ１，Ｐ１１，Ｐ１２は、同じ電位のポイントである。ポイントＰ２１，Ｐ２２間は、配線２０によってつながれている。ポイントＰ２１，Ｐ２２は、同じ電位のポイントである。ポイントＰ３１，Ｐ３２間は、配線２０によってつながれている。ポイントＰ３１，Ｐ３２は、同じ電位のポイントである。
【００２４】
遮断部１１は、直列に接続された複数の遮断器１１ａを有する。複数の遮断器１１ａは、Ｘ方向へ並べられている。高速投入器１２は、直列に接続された複数のスイッチ１２ａを有する。複数のスイッチ１２ａは、Ｘ方向へ並べられている。
【００２５】
ここで、それぞれ異なる電位となる各ポイントに印加され得る電圧の最大値を１．０ＰＵと定義して、１．０ＰＵの電圧が印加される部位間の絶縁に必要とされる一定の空間距離を、絶縁距離とする。遮断部１１と高速投入器１２とは、絶縁距離以上の距離Ｄ１が確保されて、第１の方向に並べられている。実施の形態１では、第１の方向はＺ方向である。遮断部１１は、高速投入器１２の上に配置されている。
【００２６】
コンデンサ１５は、Ｚ方向へ積み上げられた複数のコンデンサに分割されている。避雷器１３は、Ｚ方向へ積み上げられた複数の避雷器に分割されている。図１では、コンデンサ１５を構成する複数のコンデンサと避雷器１３を構成する複数の避雷器との図示を省略している。避雷器１３とコンデンサ１５とは、絶縁距離以上の距離Ｄ２が確保されて、第２の方向に並べられている。第２の方向は、第１の方向に交わる方向である。実施の形態１では、第２の方向はＹ方向である。
【００２７】
遮断部１１および高速投入器１２の組み合わせと、避雷器１３およびコンデンサ１５の組み合わせとは、絶縁距離以上の距離Ｄ３が確保されて、第３の方向に並べられている。第３の方向は、第１の方向と第２の方向とに交わる方向である。実施の形態１では、第３の方向はＹ方向である。なお、Ｄ１、距離Ｄ２および距離Ｄ３は、絶縁距離以上の任意の距離とする。
【００２８】
遮断部１１、高速投入器１２、避雷器１３、リアクトル１４およびコンデンサ１５の各々は、設置面１８と絶縁可能に設置面１８から離れた位置に配置されている。遮断部１１、高速投入器１２、避雷器１３、リアクトル１４およびコンデンサ１５の各々は、Ｚ方向において設置面１８から距離Ｄ４以上離れた位置に配置されている。距離Ｄ４は、設置面１８との対地絶縁に必要な空間距離である。これにより、遮断部１１、高速投入器１２、避雷器１３、リアクトル１４およびコンデンサ１５は、設置面１８との絶縁が確保されている。
【００２９】
図１に示す例では、８個のポイントＰ１，Ｐ４，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ３１，Ｐ３２の各々は、１つの直方体が有する８個の角の各々に対応するように配置される。かかる直方体の各辺の長さは、絶縁距離以上の長さである。遮断部１１、高速投入器１２、避雷器１３、リアクトル１４およびコンデンサ１５の各々は、かかる直方体を構成する辺の各々に対応するように配置される。このように、遮断部１１、高速投入器１２、避雷器１３、リアクトル１４およびコンデンサ１５の各構成要素は、３次元空間において立体的に並べられて配置される。
【００３０】
このような各構成要素の位置関係によって、ポイントＰ１，Ｐ４，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ３１，Ｐ３２のうち互いに異なる電位のポイント同士が、絶縁距離以上の距離をおいて配置される。遮断部１１、高速投入器１２、避雷器１３、リアクトル１４およびコンデンサ１５は、いずれも絶縁距離以上の距離をおいて配置される。これにより、直流遮断器１は、異なる電位の部位同士の絶縁を確保することができる。
【００３１】
また、各構成要素の立体配置によって、各構成要素間に引かれた配線２０の各々がいずれも交差しないように、各構成要素を接続することができる。直流遮断器１は、引き回しが簡素な配線２０によって各構成要素を接続することができる。
【００３２】
直流遮断器１は、各構成要素が平面上に並べられる平面配置の場合に比べて、各構成要素の設置に要する面積であるＸＹ面の面積を小さくすることができる。また、各構成要素の配置を上記の直方体に対応する立体配置としたことによって、直流遮断器１は、Ｘ方向とＹ方向とＺ方向との３方向における空間距離を利用して部位ごとの絶縁を確保している。直流遮断器１のうち３方向の各々における寸法は、絶縁距離相当の寸法よりも大幅な拡張を要しないことから、直流遮断器１は、３方向の各々における寸法が絶縁距離相当の寸法よりも大幅に拡張されるような大型化を抑制することができる。これにより、直流遮断器１は、構成要素間の絶縁距離を確保しつつ、構成の大型化を抑制することができる。
【００３３】
なお、遮断部１１、高速投入器１２、避雷器１３、リアクトル１４およびコンデンサ１５は、直方体の各辺に沿うように配置されていなくても良い。遮断部１１、高速投入器１２、避雷器１３、リアクトル１４およびコンデンサ１５の配置の態様は、直方体に対応する位置関係を基準として、適宜変更されていても良い。第１の方向と第２の方向と第３の方向とは、互いに垂直な方向に限られず、互いに交わる方向であれば良い。
【００３４】
図３は、実施の形態１にかかる直流遮断器１の設置例を示す図である。図３では、複数の遮断器１１ａと複数のスイッチ１２ａとの図示を省略している。設置面１８上には、複数の支持台２２が立てられている。各支持台２２は、鉛直方向へ立てられた支柱２２ａと、支柱２２ａによって水平に支持されている平板２２ｂとを組み合わせて構成されている。支柱２２ａと平板２２ｂとの材料には、絶縁性材料が使用されている。
【００３５】
遮断部１１と高速投入器１２とは、共通の支持台２２に配置されている。遮断部１１は、高速投入器１２が配置されている平板２２ｂよりも高い位置にある平板２２ｂに配置されている。これにより、遮断部１１と高速投入器１２とは、距離Ｄ１が確保されてＺ方向に並べられている。距離Ｄ１が確保されているとは、遮断部１１のうち高速投入器１２の側の端と高速投入器１２のうち遮断部１１の側の端との間が距離Ｄ１であることを指すものとする。
【００３６】
避雷器１３が配置されている支持台２２とコンデンサ１５が配置されている支持台２２とは、Ｘ方向に並べられている。これにより、避雷器１３とコンデンサ１５とは、距離Ｄ２が確保されてＸ方向に並べられている。距離Ｄ２が確保されているとは、避雷器１３のうちコンデンサ１５の側の端とコンデンサ１５のうち避雷器１３の側の端との間が距離Ｄ２であることを指すものとする。
【００３７】
避雷器１３が配置されている支持台２２は、遮断部１１および高速投入器１２が配置されている支持台２２とＹ方向において並べられている。コンデンサ１５が配置されている支持台２２は、遮断部１１および高速投入器１２が配置されている支持台２２とＹ方向において並べられている。これにより、遮断部１１および高速投入器１２の組み合わせと避雷器１３およびコンデンサ１５の組み合わせとは、距離Ｄ３が確保されてＹ方向に並べられている。距離Ｄ３が確保されているとは、遮断部１１および高速投入器１２のうち避雷器１３およびコンデンサ１５の側の端と、避雷器１３およびコンデンサ１５のうち遮断部１１および高速投入器１２の側の端との間が距離Ｄ３であることを指すものとする。
【００３８】
遮断部１１、高速投入器１２、避雷器１３、リアクトル１４およびコンデンサ１５は、設置面１８よりも高い位置にある平板２２ｂにそれぞれ配置されている。これにより、遮断部１１、高速投入器１２、避雷器１３、リアクトル１４およびコンデンサ１５は、Ｚ方向において設置面１８から距離Ｄ４以上離れた位置に配置されている。断路器１６および充電抵抗１７は、コンデンサ１５が配置されている支持台２２のうち、設置面１８上にある平板２２ｂに配置されている。
【００３９】
なお、支持台２２の配置の態様は、図３に示すものに限られない。支持台２２の配置の態様は、図１に示す立体配置を実現可能であれば良く、任意であるものとする。また、直流遮断器１の各構成要素の配置は、図１に示す場合とは上下が反転されたものであっても良い。直流遮断器１の各構成要素の配置は、図１に示す場合とはＸ軸回りまたはＹ軸回りに９０度回転されたものであっても良い。直流遮断器１の各構成要素の配置は、図１に示す場合とは左右が反転されたものであっても良い。各構成要素は、構成要素同士の相対的な位置関係が図１に示す位置関係を満たしていれば良く、配置の向きは任意であるものとする。設置面１８は地面以外に、建造物の屋根であっても良い。直流遮断器１の各構成要素は、建造物の屋内にて屋根から吊り下げられている構造物に設置されても良い。
【００４０】
実施の形態１によると、遮断部１１と高速投入器１２とは、絶縁距離以上の距離が確保されて第１の方向に並べられている。コンデンサ１５と避雷器１３とは、絶縁距離以上の距離が確保されて第２の方向に並べられている。遮断部１１および高速投入器１２の組み合わせとコンデンサ１５および避雷器１３の組み合わせとは、絶縁距離以上の距離が確保されて第３の方向に並べられている。直流遮断器１は、遮断部１１、高速投入器１２、避雷器１３、リアクトル１４およびコンデンサ１５の各構成要素の立体配置によって、異なる電位の部位同士の絶縁を確保することができる。また、直流遮断器１は、各構成要素の立体配置によって、構成の大型化を抑制することができる。以上により、直流遮断器１は、異なる電位の部位同士の絶縁を確保でき、かつ構成の大型化を抑制することができる、という効果を奏する。
【００４１】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  直流遮断器、２  直流線路、１０  回路部、１１  遮断部、１１ａ  遮断器、１２  高速投入器、１２ａ  スイッチ、１３  避雷器、１４  リアクトル、１５  コンデンサ、１６  断路器、１７  充電抵抗、１８  設置面、１９  接地電極、２０  配線、２２  支持台、２２ａ  支柱、２２ｂ  平板。
【要約】
直流遮断器（１）は、遮断部（１１）と、振動電流を発生する回路部と、を備える。回路部は、振動電流を生成するコンデンサ（１５）およびリアクトル（１４）と、電流零点の形成のための投入を行う高速投入器（１２）と、コンデンサ（１５）の過電圧を抑制するための避雷器（１３）と、を有する。遮断部（１１）と高速投入器（１２）とは、一定の空間距離以上の距離が確保されて第１の方向に並べられている。コンデンサ（１５）と避雷器（１３）とは、空間距離と同じ距離以上の距離が確保されて、第１の方向に交わる方向である第２の方向に並べられている。遮断部（１１）および高速投入器（１２）の組み合わせとコンデンサ（１５）および避雷器（１３）の組み合わせとは、空間距離と同じ距離以上の距離が確保されて、第１の方向と第２の方向とに交わる方向である第３の方向に並べられている。【図１】
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【図２】
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【図３】
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