(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と負荷との間に遮断部と非線形素子と転流回路との並列回路が断路部と直列に接続されてなり、前記転流回路は転流スイッチと転流コンデンサと転流リアクトルとの直列回路からなり、前記転流コンデンサは充電回路でもって直流充電され、前記遮断部は前記断路部より高速で開極するように構成され、直流電源からの主回路電流を遮断する場合、前記遮断部の極間が遮断可能な距離だけ開いた後に前記転流スイッチが投入されて前記極間に高周波電流を重畳させ、前記極間を流れる電流が零点になった時に遮断され、その後前記断路部が断路するようにさせてなる直流遮断器において、前記転流コンデンサが開放スイッチを介して充電回路と直列接続され、前記開放スイッチは前記遮断部の遮断動作時に開成され、前記転流スイッチが自己消弧した後に閉成されてなることを特徴とする直流遮断器
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気鉄道などの直流系統の地絡や短絡を保護するための転流式直流遮断器に関し、特に、断路部に電流断路の責務を負わせないような直流遮断器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の直流遮断器の構成を示す回路図である。直流遮断器３が、直流電源１と負荷２との間に介装されている。直流遮断器３は、真空バルブからなる遮断部６と、非線形素子５と、転流回路１０とが並列接続され、この並列回路にもう一つの真空バルブからなる断路部４が直列接続されている。転流回路１０は、転流リアクトル７と転流コンデンサ８と転流スイッチ９との直列回路からなる。転流コンデンサ８は、充電回路１８でもって常時充電されている。この充電回路１８は、商用周波数電源１４の出力端に整流器１３が接続され、この整流器１３の出力端が抵抗１２を介して転流コンデンサ８の両端に接続されたものからなる。
【０００３】
図３において、直流遮断器３に遮断指令が出されると転流スイッチ９が投入され、転流コンデンサ８に充電されていた電荷が高周波電流となって遮断部６の極間に注入される。それによって遮断部６の極間を流れる電流に零点が形成され遮断部６が電流遮断するようになる。非線形素子５は、遮断部６の遮断にともなって発生する過電圧を抑制するためのものであるが、非線形素子５自体の絶縁抵抗が真空バルブのそれと比較すると低いので遮断部６の極間が絶縁されても非線形素子５からの漏れ電流が僅かに負荷２側へ流れる。直流遮断器３と負荷２側との絶縁を確実にするために、遮断部６の極間が遮断された後に断路部４の極間も断路される。
【０００４】
図４は、従来の直流遮断器の動作原理を説明するためのタイムチャートである。波形１９は直流電流である主回路電流、波形２０は遮断部６の極間を流れる電流、波形２１は転流コンデンサ８を流れる電流、波形２２は非線形素子５を流れる電流、波形２３は遮断部６の極間電圧にそれぞれ対応する波形である。
図４において、時間ｔ1 で事故が発生し波形１９，２０のように主回路電流と遮断部６の極間電流が増え始めたとする。主回路電流は電流検出器によって常時計測され、その電流検出器によって計測された主回路電流が予め設定された値を超えた時点で遮断部６に開極指令が出される。それによって、時間ｔ2 で遮断部６が開極し始め遮断部６の極間にア−ク電流が流れる。したがって、時間ｔ2 から遮断部６の極間には波形２３のようにア−ク電圧が発生する。時間ｔ3 で転流スイッチ９が投入され、波形２１のように転流コンデンサ８から高周波電流が流れる始める。それによって、波形２０のように遮断部６の事故電流とは逆の方向の電流が加わり、遮断部６の極間電流が減って来る。時間ｔ4 で波形２０のように遮断部６の極間電流が零になり、遮断部６は消弧し、その後、事故電流は直流電源１から転流回路１０を通して流れ、この電流によって転流コンデンサ８が充電されて転流コンデンサ８の電圧が上昇し、波形２３のように遮断部６の極間電圧が上昇する。時間ｔ5 において波形２３のように遮断部６の極間電圧が非線形素子５の動作電圧に達するので、波形２２のように非線形素子５に電流が流れ始める。時間ｔ6 において波形２１のように転流コンデンサ８の電流が零になるので、一般にサイリスタまたは放電ギャップ等で構成される転流スイッチ９が開成する。時間ｔ6 からは回路のインダクタンスに蓄えられたエネルギーが非線形素子５によって消費されて行くために波形１９のように主回路電流が減少し、時間ｔ7 で主回路電流が零となって遮断が完了する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の直流遮断器は、小電流を遮断するとき直流電源から充電回路と断路部とを介して負荷側へ流れる電流が続き、断路部に電流断路の責務を負わせる必要があるという問題があった。
図５は、従来の直流遮断器が小電流を遮断した場合の動作原理を説明するためのタイムチャートである。波形２４は直流電流である主回路電流、波形２５は遮断部６の極間を流れる電流、波形２６は転流コンデンサ８を流れる電流、波形２７は非線形素子５を流れる電流、波形２８は遮断部６の極間電圧にそれぞれ対応する波形である。なお、この場合は、非線形素子５には動作電圧以上の電圧がかからないので、非線形素子５を流れる電流は波形２７のように零である。
【０００６】
図５において、波形２４，２５のように主回路および遮断部６に直流の小電流が流れているときに時間Ｔ1 で遮断指令が出されたとする。時間Ｔ2 で遮断部６が開極し始めるので、時間Ｔ2 から遮断部６の極間電圧が波形２８のようにア−ク電圧になる。時間Ｔ3 で転流スイッチ９が投入され、波形２６のように転流コンデンサ８から高周波電流が流れ始める。それによって、波形２５のように遮断部６に直流の小電流とは逆の方向の電流が加わり、遮断部６の極間電流が減って来る。時間Ｔ4 で波形２５のように遮断部６の極間電流が零になり、遮断部６は消弧する。また、この時間Ｔ4 からは直流電源１から転流コンデンサ８を充電する電流が流れ始め、これより転流コンデンサ８の電圧が上昇し、波形２８のように遮断部６の極間電圧が上昇する。さらに、図３のように直流電源１から充電回路１５と断路部４とを介して負荷２側へＩ0 のような電流も流れる。転流スイッチ９自体は上述のように一般にサイリスタまたは放電ギャップ等で構成されているため、積極的な消弧手段を備えていないので、断路部４には充電抵抗１２で決まるような電流が流れ続ける。この電流は、最終的には断路部４を断路することによって遮断される。したがって、断路部４自体に電流を断路する責務が負わされ、断路部４がコストアップするとともに接点消耗などに対する保守も必要であった。この発明の目的は、断路部に電流断路の責務を負わせないようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明によれば、直流電源と負荷との間に遮断部と非線形素子と転流回路との並列回路が断路部と直列に接続されてなり、前記転流回路は転流スイッチと転流コンデンサと転流リアクトルとの直列回路からなり、前記転流コンデンサは充電回路でもって直流充電され、前記遮断部は前記断路部より高速で開極するように構成され、直流電源からの主回路電流を遮断する場合、前記遮断部の極間が遮断可能な距離だけ開いた後に前記転流スイッチが投入されて前記極間に高周波電流を重畳させ、前記極間を流れる電流が零点になった時に遮断され、その後前記断路部が断路するようにさせてなる直流遮断器において、前記転流コンデンサが開放スイッチを介して充電回路と直列接続され、前記開放スイッチは前記遮断部の遮断動作時に開成され、前記転流スイッチが自己消弧した後に閉成されてなるようにするとよい。それによって、遮断部の極間が遮断された後、直流電源から転流コンデンサを充電する電流が充分に減衰することによって転流スイッチが自己消弧した後に開放スイッチを閉成させるようにすれば、直流電源から充電回路を介して断路部へ流れる電流をなくすことができる。それによって、断路部自体には非線形素子の漏れ電流以外の電流を断路する責務を負わせる必要がなくなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を実施例に基づいて説明する。図１は、この発明の実施例にかかる直流遮断器の構成を示す回路図である。充電回路１５が、商用周波数電源１４の出力端に整流器１３が接続され、この整流器１３の出力端に抵抗１２が接続されたものからなり、転流コンデンサ８が開放スイッチ１１を介して充電回路１５と並列接続されている。図１のその他は、図３の従来の構成と同一であり、同じ部分には同一符号を付することによって詳細な説明は省略する。
【０００９】
図１において、開放スイッチ１１は遮断部６の遮断動作時に開成され、転流スイッチ９が自己消弧した後に閉成されるようにする。すなわち、遮断部６の極間が遮断された後、直流電源１から転流コンデンサ８を充電する電流が流れる。この電流が充分に減衰すると、サイリスタまたは放電ギャップ等で構成される転流スイッチ９が自己消弧するのでその後に開放スイッチ１１を閉成するようにすれば、断路部４が充電回路１５から絶縁され、直流電源１から充電回路１５を介して断路部４へ電流が流れ込むことはない。それによって、断路部４自体には非線型素子５の漏れ電流以外の電流断路の責務を負わせる必要がなくなり、断路部４の低コスト化が可能となる。さらに、接点消耗に対する断路部４の保守も行う必要がなくなり、保守作業の簡素化も可能となる。
【００１０】
図２は、この発明の異なる実施例にかかる直流遮断器の構成を示す回路図である。遮断部６と並列にリアクトル１６とコンデンサ１７との直列回路３０が遮断部６に並列接続されている。図２のその他は、図１の構成と同一である。この直列回路３０の介装によって小電流における負荷電流の遮断時間が短縮されることが、特開平９−２３１８７７号公報に公開されている。すなわち、遮断部６の極間が遮断された後、転流コンデンサ８に充電された残りの電圧を電源として直列回路３０と転流回路１０との閉ループに振動電流が流れる。それによって、振動電流に零点が形成され、転流スイッチ９が図１の場合より早めに自己消弧するようになる。その後は、直列回路３０を介して直流電源１からの電流が断路部４に流れるが、コンデンサ１７のキャパシタンスを転流コンデンサ８のそれより充分に小さくしておけば、断路部４に流れる電流の減衰時定数が小さくなり、数百アンペア以下の小電流における負荷電流の遮断時間が短縮される。このような構成の場合においても開放スイッチ１１が介装されてあれば、転流スイッチ９が閉成しているときに直流電源１から充電回路１５を介して断路部４へ流れ込む電流がなくなるので、断路部４自体に非線型素子５の漏れ電流以外の電流断路の責務を負わせる必要がなくなり、断路部４の低コスト化が可能となる。さらに、接点消耗に対する断路部４の保守も行う必要がなくなり、保守作業の簡素化も可能となる。
なお、図１および図２の各実施例における開放スイッチ１１は、例えば、サイリスタあるいはゲートターンオフサイリスタなどの半導体素子で簡単に構成できる。
【００１１】
【発明の効果】
この発明は前述のように、転流コンデンサが開放スイッチを介して充電回路と並列接続され、開放スイッチは遮断部の遮断動作時に開成され、転流スイッチが自己消弧した後に閉成されてなるようにすることによって、断路部が低コスト化されるとともに断路部の保守作業も簡素化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例にかかる直流遮断器の構成を示す回路図
【図２】この発明の異なる実施例にかかる直流遮断器の構成を示す回路図
【図３】従来の直流遮断器の構成を示す回路図
【図４】従来の直流遮断器の動作原理を説明するためのタイムチャート
【図５】従来の直流遮断器が小電流を遮断した場合の動作原理を説明するためのタイムチャート
【符号の説明】
１：直流電源、２：負荷、３：直流遮断器、４：断路部、５：非線形素子、６：遮断部、７：転流リアクトル、８：転流コンデンサ、９：転流スイッチ、１０：転流回路、１１：開放スイッチ、１５：充電回路、１６：リアクトル、１７：コンデンサ
【図１】
0003777926.tif 000002
【図２】
0003777926.tif 000003
【図３】
0003777926.tif 000004
【図４】
0003777926.tif 000005
【図５】
0003777926.tif 000006