(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力系統の電源と負荷の間に設置され、当該直流電力系統で事故発生時に系統に流れる事故電流を遮断する真空直流遮断器において、
主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブに並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第１の半導体スイッチからなる並列回路と、３個のコンデンサと、第１のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記３個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他の２個のコンデンサの各々に並列に、第２の半導体スイッチを接続したものであって、前記各第２の半導体スイッチは、サイリスタとダイオードを互いに逆並列に接続したことを特徴とする真空直流遮断器。
【請求項２】
直流電力系統の電源と負荷の間に設置され、当該直流電力系統で事故発生時に系統に流れる事故電流を遮断する真空直流遮断器において、
主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブに並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第１の半導体スイッチからなる並列回路と、３個のコンデンサと、第１のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記３個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他の２個のコンデンサの各々に並列に、第２の半導体スイッチを接続したものであって、前記各第２の半導体スイッチは、自己消弧型素子とダイオードを互いに逆並列に接続したことを特徴とする真空直流遮断器。
【請求項３】
直流電力系統の電源と負荷の間に設置され、当該直流電力系統で事故発生時に系統に流れる事故電流を遮断する真空直流遮断器において、
主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第１の半導体スイッチからなる並列回路と、２個のコンデンサと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記２個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他のコンデンサと前記第１のリアクトルに並列に、第２の半導体スイッチを接続したものであって、前記第２の半導体スイッチは、サイリスタとダイオードを互いに逆並列に接続したことを特徴とする真空直流遮断器。
【請求項４】
直流電力系統の電源と負荷の間に設置され、当該直流電力系統で事故発生時に系統に流れる事故電流を遮断する真空直流遮断器において、
主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第１の半導体スイッチからなる並列回路と、２個のコンデンサと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記２個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他のコンデンサと前記第１のリアクトルに並列に、第２の半導体スイッチを接続したものであって、前記第２の半導体スイッチは、自己消弧型素子とダイオードを互いに逆並列に接続したことを特徴とする真空直流遮断器。
【請求項５】
直流電力系統の電源と負荷の間に設置され、当該直流電力系統で事故発生時に系統に流れる事故電流を遮断する真空直流遮断器において、
主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第１の半導体スイッチからなる並列回路と、１個のコンデンサと、第１のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記第１のリアクトルに並列に、第２の半導体スイッチと第２のリアクトルとの直列回路を接続したものであって、前記第２の半導体スイッチは、サイリスタとダイオードを互いに逆並列に接続したことを特徴とする真空直流遮断器。
【請求項６】
直流電力系統の電源と負荷の間に設置され、当該直流電力系統で事故発生時に系統に流れる事故電流を遮断する真空直流遮断器において、
主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第１の半導体スイッチからなる並列回路と、１個のコンデンサと、第１のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記第１のリアクトルに並列に、第２の半導体スイッチと第２のリアクトルとの直列回路を接続したものであって、前記第２の半導体スイッチは、自己消弧型素子とダイオードを互いに逆並列に接続したことを特徴とする真空直流遮断器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電力系統に設置され、当該直流電力系統で短絡事故発生時に系統に流れる事故電流を遮断する真空式の直流遮断器（以下、真空直流遮断器と称する）に係り、特に小電流遮断時に真空バルブの遮断時間が遅延するのを防止すると共に、小電流遮断時に真空バルブへ大きな高周波電流が注入されるのを抑制して真空バルブ接点の損傷を防止するようにした真空直流遮断器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば電鉄等の直流電力系統においては、短絡事故や地絡事故が発生すると、大きな直流の事故電流が流れ、その時の事故電流による電磁力や事故点に発生したアークによって、直流電力系統に設置された機器や器具が大きな損傷を受け、その復旧に多大な費用と時間が必要になる。
【０００３】
そこで、これを防止するために、直流電力系統には直流遮断器が設置され、直流の事故電流を短時間に遮断して、直流電力系統に設置された機器や器具の損傷を極力無くすことが期待されている。
【０００４】
そして、この目的のために、直流遮断器では、事故電流が事故発生と共に増加する過程で事故電流を遮断することが求められ、最終的に達する事故電流値（推定短絡電流）よりも小さな値で遮断しなければならない。
【０００５】
例えば、ＪＥＣ−７１５２では、推定短絡電流が１００ＫＡの直流電力系統で、短絡発生時に実際に直流遮断器で遮断した電流のピーク値が２５ＫＡ以下になることが求められる。
【０００６】
従来の直流遮断器では、気中アークを電磁力でアークシュート内に導いてアーク電圧を上昇させ、その結果生じるアーク抵抗の上昇で事故電流を限流して遮断する方式が採られている。
【０００７】
しかしながら、このような方式では、気中アークを消弧する時に大きな音が発生して騒音問題の要因となると共に、接点がアークにより損傷するため、細めな接点の補修が要求されている。
【０００８】
このため、住宅地域に設置された変電所の騒音対策が求められ、事故電流遮断後に補修員による接点補修作業が求められてきている。
【０００９】
一方、最近では、このような気中式の直流遮断器に代わって、サイリスタやＧＴＯサイリスタ等のパワーエレクトロニクス素子を用いた半導体遮断器や、真空バルブを用いた直流真空遮断器等が開発されてきている。
【００１０】
このうち、半導体遮断器は、事故電流遮断をパワーエレクトロニクス素子で行なうために、遮断による素子の損傷はなく、殆ど永久的に使用することができる。
【００１１】
しかしながら、現状のパワーエレクトロニクス素子は非常に高価であり、素子の定格電圧や定格電流に対する過電圧、過電流の裕度が少なく、さらに常時の通電電流による素子の発熱が大きいため、実際の半導体遮断器では、高価なパワーエレクトロニクス素子を多数直並列構造にして使用することが求められ、全体の機器価格を大きくしている。
【００１２】
また、パワーエレクトロニクス素子を駆動する電子回路が安定に動作することが求められるが、その電子回路には、電界コンデンサや抵抗等の長期間使用に問題を有する素子が使用されていることから、電子回路の保守点検が必須であり、その作業の煩わしさが問題視されている。
【００１３】
さらに、電子回路は、基板上に構成されており、保守点検時に異常が認められると、その基板毎交換することになるため、保守費用のアップを招くことになる。
【００１４】
一方、気中式の直流遮断器と半導体式の直流遮断器との中間に位置するものとして、真空直流遮断器が開発されてきている。
【００１５】
この真空直流遮断器の消弧部は、真空バルブとなるため、電流遮断時の消弧音が殆ど発生しない点、電流遮断後の接点の補修が不要である点と、パワーエレクトロニクス素子と比較して真空バルブは安価である点が特徴である。
【００１６】
図９は、この種の従来の真空直流遮断器の構成例を示す回路図である。
【００１７】
図９において、主真空バルブ１と副真空バルブ２とが互いに直列に接続され、主真空バルブ１の図示左端側と副真空バルブ２の図示右端側が、図示しない直流電力系統に直列に挿入されている。
【００１８】
また、主真空バルブ１と並列に、半導体スイッチ３とコンデンサ４とリアクトル５との直列回路が接続されている。
【００１９】
さらに、主真空バルブ１と並列に、非直線抵抗体であるサージアブソーバ６が接続されている。
【００２０】
さらにまた、半導体スイッチ３は、リアクトル５を図示左から右方向に流れる電流はサイリスタを流れ、その逆方向の電流はダイオードを流れるように、サイリスタとダイオードとが互いに逆並列に接続され、当該サイリスタとダイオードと並列に、コンデンサと抵抗の直列回路で構成したスナバー回路が並列に接続されている。
【００２１】
かかる構成の真空直流遮断器において、コンデンサ４は、図示しない充電回路から所定の電圧（図中のリアクトル５側を正にする）にあらかじめ充電され、半導体スイッチ３のサイリスタはＯＦＦ状態としている。
【００２２】
通電時には、主真空バルブ１と副真空バルブ２が閉極して、図示左から右方向に電流が流れるとする（図９では、図示左側に電源があり、右側に負荷があるものと想定する）。
【００２３】
そして、この状態で、負荷側で短絡事故が起きたことを想定すると、主真空バルブ１と副真空バルブ２には、事故点に向かって電源から流れる電流（事故電流）が増加する。
【００２４】
この事故電流の増加が、所定の値を超えたことが検知されると、真空直流遮断器に引き外し信号が出され、真空直流遮断器は引き外し動作を開始する。
【００２５】
すなわち、まず、主真空バルブ１と副真空バルブ２が開極し、次いで半導体スイッチ３がＯＮする。
【００２６】
半導体スイッチ３がＯＮすると、コンデンサ４に蓄えられていた電荷が、リアクトル−主真空バルブ１を介して放電する。
【００２７】
この放電電流は、主真空バルブ１上で、事故電流と逆方向の向きとなり、それらの合成電流が電流零点を形成する（形成するように、コンデンサ４とその充電電圧とリアクトル５の値を設定しておく）。
【００２８】
この合成電流の電流零点で、主真空バルブ１に流れる電流は消弧されるが、電源側・負荷側のインダクタンスが有する電磁エネルギーによって過電圧が発生し、この過電圧によってサージアブソーバ６の抵抗が低下し、電源側・負荷側インダクタンスに蓄えられていた電磁エネルギーがサージアブソーバ６で処理され、流れる電流が減少して、副真空バルブ２で消弧されて遮断が完了する。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の真空直流遮断器においては、抵抗負荷電流を遮断するケースでは、最終的に電流が遮断される副真空バルブ２の遮断時間が長くなる。
【００３０】
図１０は、真空直流遮断器を直流電力系統に適用した一例を示す回路図である。
【００３１】
図１０に示すような回路で、前述のように主真空バルブ１が消弧すると、コンデンサ４の電荷は、負荷である抵抗８と電源７を介して流れる。
【００３２】
この時、抵抗８の値が大きくなると、コンデンサ４から抵抗８と電源７を介して流れる電流が非振動になり、電流の減衰はコンデンサ４と抵抗８とで決まる時定数で減少することになり、結果として副真空バルブ２の遮断点が遅延することになる。
【００３３】
また、コンデンサ４から主真空バルブ１に流れる電流は、事故電流遮断時に合成電流が電流零点を形成できるような充分大きな値である。
【００３４】
このコンデンサ４からの大きな電流は、遮断器の定格電流以下の小電流を遮断する際にも流れることになる。
【００３５】
このように、大きく、高周波の電流によるアークが、主真空バルブ１の接点間に形成されることは、接点の損傷を大きくすることになる。そして、このことは、真空直流遮断器の寿命を低下させることに繋がっていくため、好ましくない。
【００３６】
本発明の目的は、小電流遮断時に真空バルブの遮断時間が遅延するのを防止すると共に、小電流遮断時に真空バルブへ大きな高周波電流が注入されるのを抑制して真空バルブ接点の損傷を防止することが可能な真空直流遮断器を提供することにある。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、直流電力系統の電源と負荷の間に設置され、当該直流電力系統で事故発生時に系統に流れる事故電流を遮断する真空直流遮断器において、主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブに並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第１の半導体スイッチからなる並列回路と、３個のコンデンサと、第１のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記３個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他の２個のコンデンサの各々に並列に、第２の半導体スイッチを接続したものであって、前記各第２の半導体スイッチは、サイリスタとダイオードを互いに逆並列に接続したものである。
請求項２に対応する発明では、主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブに並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第１の半導体スイッチからなる並列回路と、３個のコンデンサと、第１のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記３個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他の２個のコンデンサの各々に並列に、第２の半導体スイッチを接続したものであって、前記各第２の半導体スイッチは、自己消弧型素子とダイオードを互いに逆並列に接続したものである。
【００３８】
従って、請求項１、２に対応する発明の真空直流遮断器によれば、次のような作用効果が得られる。すなわち、最も静電容量の大きなコンデンサと第１のリアクトルとの間に、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他の２個のコンデンサと第２の半導体スイッチとの並列回路を直列に挿入することにより、一方の真空バルブに流れる電流に応じて第２の半導体スイッチを開極することにより、他方の真空バルブに流れる電流の時定数が短くなる。これにより、結果として部品点数の減少を図ることができ、他方の真空バルブで最終的に電流を遮断するまでの時間を短縮することができる。
また、２個のコンデンサと各々並列に接続されるスイッチを、半導体スイッチとすることにより、第２の半導体スイッチを高速操作することができる。
さらに、請求項２に対応する発明によれば、第２の半導体スイッチとして、自己消弧型素子とダイオードを互いに逆並列に接続した構成とすることにより、非振動電流が他方の真空バルブで遮断できない領域であっても、自己消弧型素子で強制的に遮断することができる。
【００４３】
一方、請求項３に対応する発明では、主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第１の半導体スイッチからなる並列回路と、２個のコンデンサと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記２個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他のコンデンサと前記第１のリアクトルに並列に、第２の半導体スイッチを接続したものであって、前記第２の半導体スイッチは、サイリスタとダイオードを互いに逆並列に接続したものである。
請求項４に対応する発明では、主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第１の半導体スイッチからなる並列回路と、２個のコンデンサと、第１のリアクトルと、第２のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記２個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他のコンデンサと前記第１のリアクトルに並列に、第２の半導体スイッチを接続したものであって、前記第２の半導体スイッチは、自己消弧型素子とダイオードを互いに逆並列に接続したものである。
【００４４】
従って、請求項３、４に対応する発明の真空直流遮断器においては、第２の半導体スイッチが並列に接続されたコンデンサと直列に、第２のリアクトルを挿入することにより、合成電流の電流零点のｄＩ／ｄｔを小さくして、一方の真空バルブで確実に合成電流が消弧できるようにすることができる。
【００４７】
さらに、請求項５に対応する発明では、主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第１の半導体スイッチからなる並列回路と、１個のコンデンサと、第１のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記第１のリアクトルに並列に、第２の半導体スイッチと第２のリアクトルとの直列回路を接続したものであって、前記第２の半導体スイッチは、サイリスタとダイオードを互いに逆並列に接続したものである。
また、請求項６に対応する発明では、主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第１の半導体スイッチからなる並列回路と、１個のコンデンサと、第１のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記第１のリアクトルに並列に、第２の半導体スイッチと第２のリアクトルとの直列回路を接続したものであって、前記第２の半導体スイッチは、自己消弧型素子とダイオードを互いに逆並列に接続したものである。
【００４８】
従って、請求項５、６に対応する発明では、前記１のリアクトルに並列に、第２の半導体スイッチと第２のリアクトルとの直列回路を接続することにより、小電流遮断時に、一方の真空バルブに流れる高周波電流と合成した電流のｄＩ／ｄｔを抑制することができる。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００６３】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図９と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００６４】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図１に示すように、前記図９におけるコンデンサ４とリアクトル５との間に、コンデンサ４１とスイッチ４２（第２のスイッチ）との並列回路、およびコンデンサ４３とスイッチ４４（第２のスイッチ）との並列回路とを、直列に挿入した構成としている。
【００６５】
ここで、三つのコンデンサ４、コンデンサ４１、コンデンサ４３のうち、コンデンサ４は、最も静電容量の大きなコンデンサとしている。
【００６６】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器の作用について説明する。
【００６７】
図１において、事故電流遮断時には、スイッチ４２およびスイッチ４４が閉極状態として、半導体スイッチ３をＯＮする。
【００６８】
この時の遮断過程は、前述した従来の図９で説明した動作と同様となる。
【００６９】
次に、小電流遮断時には、主真空バルブ１、副真空バルブ２に流れている電流の大きさを検知し、その大きさに応じて、スイッチ４２あるいはスイッチ４４を開極する（このような小電流を遮断するケースは、遮断器で高速に電流を遮断する必要はないため、スイッチ４２，４４は高速に開極する必要はない）。
【００７０】
この状態で半導体スイッチ３がＯＮすると、コンデンサ４に蓄えられた電荷は、コンデンサ４１（あるいはコンデンサ４３、あるいはコンデンサ４１，４３）から、リアクトル５、半導体スイッチ３、主真空バルブ１を介して放電する。
【００７１】
そして、この放電電流と主真空バルブ１に流れている小電流が重畳した合成電流の電流零点で、主真空バルブ１が消弧する。
【００７２】
次いで、コンデンサ４の電荷は、コンデンサ４１（あるいはコンデンサ４３、あるいはコンデンサ４１，４３）から、リアクトル５、半導体スイッチ３、副真空バルブ２を介し、負荷から電源を介して、コンデンサ４に戻る閉回路を流れる。
【００７３】
図１において、コンデンサ４の静電容量をＣ4、コンデンサ４１の静電容量をＣ41、コンデンサ４３の静電容量をＣ43とし、リアクトル５のインダクタンスをＬ5とする。
【００７４】
大電流を遮断する時には、スイッチ４２，４４がＯＮ状態であるから、コンデンサ４に蓄えられた電荷が放電する回路のインピーダンスＺ1は、下記の（１）式で表わすことができる。
【００７５】
【数１】
0003943817.tif 000002
【００７６】
また、小電流遮断時でスイッチ４２が開極したケースでは、放電回路のインピーダンスＺ2は、下記の（２）式、スイッチ４２，４４共に開極したケースでは、放電回路のインピーダンスＺ3は、下記の（３）式のようになる。
【００７７】
【数２】
0003943817.tif 000003
となる。
【００７８】
コンデンサ４の充電電圧をＥとすると、放電電流の波高値Ｉpは、下記の（４）式で表わすことができる。
【００７９】
Ｉp＝Ｅ／ＺN      ……（４）
ここで、Ｎ＝１，２，３である。
【００８０】
この（４）式からわかるように、主真空バルブ１に流れている電流に応じて、スイッチ４２，４４を開極することにより、放電電流の波高値Ｉpが小さくなる。
【００８１】
次に、前記図１０に示した抵抗負荷の小電流遮断で、主真空バルブ１で電流遮断後に、副真空バルブ２に流れる電流を考える。
【００８２】
この時、副真空バルブ２に流れる電流は、抵抗負荷の抵抗値Ｒが大きく、非振動波形になるとする。
【００８３】
図１０に示す回路で、その電流の減衰時定数τ1は、下記の（５）式のようになる。
【００８４】
τ1＝Ｒ・Ｃ4      ……（５）
本実施の形態による図１に示す真空直流遮断器を用いて、スイッチ４２，４４が閉極した状態の時定数は、上記と同じτ1となる。
【００８５】
一方、スイッチ４２が開極した時の時定数τ2、およびスイッチ４２，４４が共に開極した時の時定数τ3は、それぞれ（６）式、（７）式のようになる。
【００８６】
【数３】
0003943817.tif 000004
【００８７】
このことから、主真空バルブ１に流れる電流に応じて、スイッチ４２，４４を開極することにより、副真空バルブ２に流れる電流の時定数が短くなり、結果として副真空バルブ２で最終的に電流を遮断するまでの時間を短縮することができる。
【００８８】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、小電流遮断時に副真空バルブ２の遮断点の遅延を抑制する、すなわち小電流遮断時に真空直流遮断器の遮断時間が遅延するのを防止することが可能となる。
【００８９】
（第２の実施の形態）
本実施の形態による真空直流遮断器は、前述した図１に示す第１の実施の形態の真空直流遮断器において、前記コンデンサ４３、およびスイッチ４４を省略して、２個のコンデンサ４，４１を直列に接続し、コンデンサ４１と並列にスイッチ４２を接続した構成としている。
【００９０】
すなわち、前記第１の実施の形態の真空直流遮断器において、複数のコンデンサとして、２個のコンデンサ４，４１を直列に接続した構成としている。
【００９１】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、２個のコンデンサ４，４１を直列に接続していることにより、前記第１の実施の形態の真空直流遮断器の場合に比べて、前記コンデンサ４３、およびスイッチ４４を省略した分だけ、部品点数の減少を図ることができる。
【００９２】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、部品点数の減少を図ることが可能となる。
【００９３】
（第３の実施の形態）
本実施の形態による真空直流遮断器は、前述した図１に示す第１の実施の形態の真空直流遮断器において、前記コンデンサ４１，４３と並列に接続されたスイッチ４２，４４として、サイリスタ（あるいはＧＴＯ，ＩＧＢＴ，ＩＥＧＴ）とダイオードとが互いに逆並列に接続された半導体スイッチとした構成としている。
【００９４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、コンデンサ４１，４３と並列に接続されたスイッチ４２，４４を、サイリスタ  （あるいはGT0やIGBT,IEGT）とダイオードとが互いに逆並列に接続された半導体スイッチとしていることにより、スイッチ４２，４４を高速操作することができる。
【００９５】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、スイッチ４２，４４を高速操作することが可能となる。
【００９６】
（第４の実施の形態）
図２は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００９７】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図２に示すように、前記図１におけるコンデンサ４３、およびスイッチ４４を省略して、スイッチ４２が並列に接続されたコンデンサ４１と直列に、リアクトル５１（第２のリアクトル）を接続した構成としている。
【００９８】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、スイッチ４１が並列に接続されたコンデンサ４１と直列に、リアクトル５１を挿入していることにより、合成電流の電流零点のｄＩ／ｄｔを小さくして、主真空バルブ１で確実に合成電流が消弧できるようにすることができる。
【００９９】
すなわち、コンデンサ４１の静電容量が小さくなると、主真空バルブ１に流れる高周波電流の周波数が大きくなり、合成電流の電流零点のｄＩ／ｄｔが大きくなり、主真空バルブ１が消弧し難くなる。
【０１００】
この点、本実施の形態では、これを防止するために、スイッチ４１が並列に接続されたコンデンサ４１と直列にリアクトル５１を挿入していることにより、合成電流の電流零点のｄＩ／ｄｔを小さくして、主真空バルブ１で確実に合成電流が消弧できるようにすることができる。
【０１０１】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、主真空バルブ１で確実に合成電流が消弧できるようにすることが可能となる。
【０１０２】
（第５の実施の形態）
図３は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１０３】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図３に示すように、前記図１におけるコンデンサ４３、およびスイッチ４４を省略して、スイッチ４２が並列に接続されたコンデンサ４１を、リアクトル５１（第２のリアクトル）に置き換えた構成としている。
【０１０４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、スイッチ４２が並列に接続されたコンデンサ４１を、リアクトル５１に置き換えていることにより、主真空バルブ１の損傷を抑制できると共に、合成電流を確実に遮断できるようにすることができる。
【０１０５】
すなわち、小電流遮断時にスイッチ４２が開極した状態で、半導体スイッチ３がＯＮすると、コンデンサ４に蓄えられた電荷が放電して主真空バルブ１に流れる高周波電流の波高値ＩPは、リアクトル５１のインダクタンスをＬ51とすると、下記の（８）式のようになる。
【０１０６】
【数４】
0003943817.tif 000005
【０１０７】
このリアクトル５１のインダクタンスＬ51が大きくなると、主真空バルブ１に流れる高周波電流の波高値ＩPが小さくなり、主真空バルブ１の損傷を抑制できると共に、合成電流を確実に遮断できるようになる。
【０１０８】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、主真空バルブ１の損傷を抑制できると共に、合成電流を確実に遮断できるようにすることが可能となる。
【０１０９】
（第６の実施の形態）
図４は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１０】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図４に示すように、前記図１におけるリアクトル５と、コンデンサ４３、およびスイッチ４４を省略して、スイッチ４２が並列に接続されたコンデンサ４１を、リアクトル５３（第３のリアクトル）に置き換え、さらにこのリアクトル５３が並列に接続されたスイッチ４２と直列に、リアクトル５４（第４のリアクトル）を接続した構成としている。
【０１１１】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、リアクトル５４と直列にスイッチ４２を配し、この直列回路と並列にリアクトル５３を接続していることにより、小電流遮断時に、主真空バルブ１に流れる高周波電流と合成した電流のｄＩ／ｄｔを抑制することができる。
【０１１２】
すなわち、主真空バルブ１で大電流を遮断するケースでは、スイッチ４２を閉極し、リアクトル５３，５４が並列接続になり、小電流遮断時には、スイッチ４２を開極し、リアクトル５３にだけ電流が流れる。
【０１１３】
ここで、リアクトル５３のインダクタンスをＬ53、リアクトル５４のインダクタンスをＬ54とし、Ｌ53＞Ｌ54となるようにしておくことにより、小電流遮断時に主真空バルブ１に流れる高周波電流と合成した電流のｄＩ／ｄｔを抑制することができる。
【０１１４】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、小電流遮断時に、一方の真空バルブに流れる高周波電流と合成した電流のｄＩ／ｄｔを抑制することが可能となる。
【０１１５】
（第７の実施の形態）
図５は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１６】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図５に示すように、前記図１におけるスイッチ４２が並列に接続されたコンデンサ４１、およびスイッチ４４が並列に接続されたコンデンサ４３と並列に、抵抗６１および抵抗６２を接続した構成としている。
【０１１７】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、スイッチ４２，４４が並列に接続されたコンデンサ４１，４３と並列に、抵抗６１，６２を接続していることにより、二つの真空バルブ１，２遮断後にコンデンサ４１，４３に残る残留電荷を抵抗６１，６２で放電した後に、スイッチ４２，４４を投入して、スイッチ４２，４４あるいはコンデンサ４１，４３に損傷を与えるのを無くすることができる。
【０１１８】
すなわち、主真空バルブ１、副真空バルブ２遮断後に、コンデンサ４１、コンデンサ４３に残留電荷が残る。
【０１１９】
そして、この状態でスイッチ４２，４４を閉じると、残留電荷がスイッチ４２，４４を介して放電し、スイッチ４２，４４あるいはコンデンサ４１，４３に損傷を与える。
【０１２０】
この点、本実施の形態では、これを無くするために、抵抗６１，６２で残留電荷を放電した後に、スイッチ４２，４４を投入することにより、スイッチ４２，４４あるいはコンデンサ４１，４３に損傷を与えるのを無くすることができる。
【０１２１】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、スイッチ４２，４４あるいはコンデンサ４１，４３に損傷を与えるのを無くすることが可能となる。
【０１２２】
（第８の実施の形態）
図６は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図９と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１２３】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図６に示すように、前記図９における半導体スイッチ３の挿入位置を、電源側に配した構成としている。
【０１２４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、半導体スイッチ３の挿入位置を電源側としていることにより、半導体スイッチ３に加わる電圧を低減することができる。
【０１２５】
すなわち、前記図９に示す構成の回路で、電源電圧Ｖsとコンデンサ４の充電電圧Ｅとすると、半導体スイッチ３の対地電位Ｖswは、
Ｖsw＝Ｖs＋Ｅ
となる。
【０１２６】
これに対して、図６に示す本実施の形態のように、半導体スイッチ３を電源側に設置すると、
Ｖsw＝Ｖs
となり、半導体スイッチ３に加わる電圧を低減できる。
【０１２７】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、半導体スイッチ３に加わる電圧を低減することが可能となる。
【０１２８】
（第９の実施の形態）
本実施の形態による真空直流遮断器は、前述した図９に示す従来の真空直流遮断器において、前記半導体スイッチ３のサイリスタを、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ、ＩＥＧＴ等の自己消弧型素子とした、すなわち半導体スイッチ３として、自己消弧型素子を組込んだ半導体スイッチを用いた構成としている。
【０１２９】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、半導体スイッチ３として、自己消弧型素子を組込んだ半導体スイッチを用いていることにより、非振動電流が副真空バルブ２で遮断できない領域であっても、自己消弧型素子で強制的に遮断することができる。
【０１３０】
すなわち、前記図１０に示す回路で示した抵抗負荷回路の電流遮断時には、副真空バルブ２を流れる電流が非振動になるケースがあり、この場合には副真空バルブ２で電流遮断される時間が遅延する。
【０１３１】
この点、本実施の形態では、これを問題を解決するために、自己消弧型素子を組込んだ半導体スイッチ３を用いることにより、非振動電流が副真空バルブ２で遮断できない領域であっても、自己消弧型素子で強制的に遮断することができる。
【０１３２】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、非振動電流が副真空バルブ２で遮断できない領域であっても、自己消弧型素子で強制的に遮断することが可能となる。
【０１３３】
（第１０の実施の形態）
図７は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図９と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１３４】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図７に示すように、前記図９における主真空バルブ１と並列に、可飽和リアクトル７を接続した構成としている。
【０１３５】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、主真空バルブ１と並列に可飽和リアクトル７を接続していることにより、抵抗負荷の小電流遮断時に、副真空バルブ２を流れる電流が非振動になる場合であっても、可飽和リアクトル７で電流零点を作り、この電流零点で副真空バルブ２が消弧して、遮断時間を短縮することができる。
【０１３６】
すなわち、前記図１０に示す回路で示した抵抗負荷回路の小電流遮断時には、副真空バルブ２を流れる電流が非振動になるケースがあり、この場合には副真空バルブ２で電流遮断される時間が遅延する。
【０１３７】
この時、主真空バルブ１の極間電圧は、ほぼコンデンサ４と同じ電圧であり、直流の減衰波形になる。
【０１３８】
そして、この直流減衰波形が可飽和リアクトル７に加わると、可飽和リアクトル７が飽和し、コンデンサ４の電荷が可飽和リアクトル７を流れて、コンデンサ４の電圧の極性が反転する。
【０１３９】
このコンデンサ４の電圧が反転すると、副真空バルブ２に流れる電流の極性も反転し、その過程で電流零点ができる。
【０１４０】
そして、この電流零点で副真空バルブ２が消弧し、遮断時間を短縮することができる。
【０１４１】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、抵抗負荷の小電流遮断時に、副真空バルブ２を流れる電流が非振動になる場合であっても、可飽和リアクトル７で電流零点を作り、電流零点で副真空バルブ２が消弧して、遮断時間を短縮することが可能となる。
【０１４２】
（第１１の実施の形態）
図８は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図９と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１４３】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図８に示すように、前記図９におけるコンデンサ４と並列に、スイッチ８１（第２のスイッチ）とリアクトル８２（第５のリアクトル）との直列回路を接続した構成としている。
【０１４４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、コンデンサ４と並列に、スイッチ８１とリアクトル８２との直列回路を接続していることにより、抵抗負荷の小電流遮断時に、副真空バルブ２を流れる電流が非振動になる場合であっても、スイッチ８１とリアクトル８２で電流零点を作り、この電流零点で副真空バルブ２が消弧して、遮断時間を短縮することができる。
【０１４５】
すなわち、前記図１０に示す回路で示した抵抗負荷回路の小電流遮断時には、副真空バルブ２を流れる電流が非振動になるケースがあり、この場合には副真空バルブ２で電流遮断される時間が遅延する。
【０１４６】
この時、コンデンサ４の電圧は、直流の減衰波形になる。
【０１４７】
そして、この直流減衰時にスイッチ８１がＯＮすると、コンデンサ４の電荷がリアクトル８２を流れて、コンデンサ４の電圧の極性が反転する。
【０１４８】
このコンデンサ４の電圧が反転すると、副真空バルブ２に流れる電流の極性も反転し、その過程で電流零点ができる。
【０１４９】
そして、この電流零点で副真空バルブ２が消弧し、遮断時間を短縮することができる。
【０１５０】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、抵抗負荷の小電流遮断時に、副真空バルブ２を流れる電流が非振動になる場合であっても、スイッチ８１とリアクトル８２で電流零点を作り、電流零点で副真空バルブ２が消弧して、遮断時間を短縮することが可能となる。
【０１５１】
（第１２の実施の形態）
本実施の形態による真空直流遮断器は、前述した図９に示す従来の真空直流遮断器において、前記副真空バルブ２における直流電流の裁断電流値でのサージアブソーバ６の制限電圧が、電源電圧の最大値よりも大きくなるように設定した構成としている。
【０１５２】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、副真空バルブ２における直流電流の裁断電流値でのサージアブソーバ６の制限電圧が、電源電圧の最大値よりも大きくなるように設定していることにより、サージアブソーバ６を流れる電流が副真空バルブ２で遮断可能な電流値になり、副真空バルブ２の遮断時間の遅延を抑制することができる。
【０１５３】
すなわち、前記図１０に示す回路で示した抵抗負荷回路の小電流遮断時には、副真空バルブ２を流れる電流が非振動になるケースがあり、この場合には副真空バルブ２で電流遮断される時間が遅延する。
【０１５４】
この時の電流は、コンデンサ４の放電による減衰電流成分と電源電圧によるサージアブソーバ６を流れる電流との合成波になる。
【０１５５】
このため、前述した第１乃至第４の実施の形態、第７乃至第９の実施の形態により、コンデンサ４の放電電流の減衰を早めても、電源からサージアブソーバ６を介して流れる電流が、副真空バルブ２で遮断できる裁断電流よりも大きい場合には、副真空バルブ２で電流が遮断できなくなる。
【０１５６】
この点、本実施の形態では、副真空バルブ２の直流電流に対する裁断できる電流値でのサージアブソーバ６の制限電圧が電源電圧よりも高くなるように設定していることにより、サージアブソーバ６を流れる電流が副真空バルブ２で遮断可能な電流値になり、前述した第１乃至第４の実施の形態、第７乃至第９の実施の形態の対策で、副真空バルブ２の遮断時間の遅延抑制を実現することができる。
【０１５７】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、副真空バルブ２の遮断時間の遅延抑制を実現することが可能となる。
【０１５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の真空直流遮断器によれば、小電流遮断時に真空バルブの遮断時間が遅延するのを防止することが可能となる。
【０１５９】
また、小電流遮断時に真空バルブへ大きな高周波電流が注入されるのを抑制して、真空バルブ接点の損傷を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による真空直流遮断器の第１乃至第３の実施の形態を示す回路図。
【図２】本発明による真空直流遮断器の第４の実施の形態を示す回路図。
【図３】本発明による真空直流遮断器の第５の実施の形態を示す回路図。
【図４】本発明による真空直流遮断器の第６の実施の形態を示す回路図。
【図５】本発明による真空直流遮断器の第７の実施の形態を示す回路図。
【図６】本発明による真空直流遮断器の第８の実施の形態を示す回路図。
【図７】本発明による真空直流遮断器の第１０の実施の形態を示す回路図。
【図８】本発明による真空直流遮断器の第１１の実施の形態を示す回路図。
【図９】従来の真空直流遮断器の構成例を示す回路図。
【図１０】真空直流遮断器を直流電力系統に適用した一例を示す回路図。
【符号の説明】
１…主真空バルブ
２…副真空バルブ
３…半導体スイッチ
４…コンデンサ
５…リアクトル
６…サージアブソーバ
７…可飽和リアクトル
８…抵抗
４１…コンデンサ
４２…スイッチ
４３…コンデンサ
４４…スイッチ
５１…リアクトル
５３…リアクトル
５４…リアクトル
６１…抵抗
６１…抵抗
８１…スイッチ
８２…リアクトル。
【図１】
0003943817.tif 000006
【図２】
0003943817.tif 000007
【図３】
0003943817.tif 000008
【図４】
0003943817.tif 000009
【図５】
0003943817.tif 000010
【図６】
0003943817.tif 000011
【図７】
0003943817.tif 000012
【図８】
0003943817.tif 000013
【図９】
0003943817.tif 000014
【図１０】
0003943817.tif 000015