(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電流を遮断する転流式の直流遮断器であって、直流電源と負荷との間に遮断部と非線形素子との並列回路が断路部を介して接続されてなり、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、事故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極間に高周波電流が注入されて遮断部が遮断され、その後２０ｍｓ程度で前記断路部が断路するようにさせてなるとともに、無負荷時に外部から開放指令があっても、断路部によって負荷側が既に絶縁され負荷側の端子間に過電圧が発生しないようにさせてなる直流遮断器であって、
前記遮断部に高周波電流を注入するタイミングを調整して信号を出力する制御装置を、事故電流を遮断する場合と、無負荷の状態で開放する場合との２種類備え、前記事故電流を遮断する場合の遮断指令信号と、前記無負荷の状態で開放する場合の外部からの開放指令信号とが論理和を取るための第１のオア回路に入力され、この第１のオア回路の出力信号が前記遮断部および前記断路部の双方の開極指令信号となるとともに、前記事故遮断指令信号は、さらに、前記事故電流を遮断する制御装置にも入力され、内蔵のタイマでもって２ないし３ｍｓ遅延された後に前記制御装置の出力信号が出力され、また、前記外部からの開放指令信号も、無負荷の状態で開放するもう一つの制御装置に入力され、内蔵のタイマでもって２２ｍｓ程度遅延された後に前記もう一つの制御装置の出力信号が出力され、さらに、前記制御装置及び前記もう一つの制御装置の出力信号を受ける第２のオア回路が前記事故電流を遮断する制御装置の出力信号と、無負荷の状態で開放する前記もう一つの制御装置の出力信号とを受け、前記第２のオア回路の出力信号が転流スイッチの投入指令信号となり、それによって、前記遮断部に高周波電流が注入されてなるようにした、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、電気鉄道などの地絡や短絡の保護に用いられている直流電流を遮断する転流式の直流遮断器に関し、特に、無負荷時に外部から開放指令があっても負荷側に過電圧を出さないような直流遮断器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、直流遮断器の構成を示す回路図である。直流遮断器５は、真空バルブからなる遮断部１と、互いに直列接続された転流リアクトル１０および転流コンデンサ１１および転流スイッチ１２と、非線形素子３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２が直列接続されている。この直流遮断器５が直流電源４と負荷６との間に介装されているが、直流遮断器５と負荷６との間には通常リアクトル７とコンデンサ８とが直列に接続されたＬＣフイルタ９が介装されている。直流遮断器５の主回路には事故電流検出用の直流変流器５１が設けられるとともに、この直流変流器５１の出力信号を受けて、検出された電流が遮断すべき事故電流である場合に事故遮断指令信号２３を出力する事故判別部５２が設けられている。また、この事故遮断指令信号２３および直流遮断器５の外部からの開放指令信号２４を受けて遮断部１およ断路部２への開極指令信号２９と転流スイッチ１２への投入指令信号３０とを出力する制御部５３が設けられている。
【０００３】
図３において、転流コンデンサ１１は図示されていない充電回路でもって常時充電されていて、直流遮断器５が遮断動作を行うときに転流スイッチ１２が投入され、転流コンデンサ１１から高周波電流が遮断部１に注入される。それによって遮断部１の極間を流れる電流に零点が形成され遮断部１が電流遮断するようになる。非線形素子３は遮断後の過電圧を抑制するためのものであるが、非線形素子３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負荷６側との絶縁を確実にするために、遮断部１が遮断された後に断路部２も断路される。なお、ＬＣフイルタ９は、負荷６側の電圧波形を平滑にするために介装される。
【０００４】
図４は、従来の直流遮断器の遮断の動作タイミングを示すタイムチャートである。図４において、時間ｔ0 で事故遮断指令が出されたとする。事故遮断指令の波形１３は立ち上がったときに事故遮断指令が出されたものとし、開極指令の波形１４は立ち上がったときに遮断部１および断路部２の双方に開極指令が出されたものとする。また、遮断部の波形１５および断路部２の波形１６の双方は立ち下がったときにそれぞれが開極したものとする。さらに、転流スイッチの波形１７は立ち上がったときに投入されたものとする。すなわち、波形１３のように時間ｔ0 で事故遮断指令が出されると同時に、波形１４のように遮断部１および断路部２の双方に開極指令が出される。遮断部１は、高速な動作が要求されるために通常電磁的な反発力などが加えられ、波形１５のように時間ｔ0 から１ｍｓ程度で開極するように構成されている。一方、断路部２は、ばね力だけで駆動され波形１６のように２０ｍｓ程度で開極する。転流スイッチ１２は、波形１７のように遮断部１の極間が遮断可能な距離まで開いた時点、すなわち、時間ｔ0 から２ないし３ｍｓ後に投入され遮断部１に高周波電流が注入される。それによって、直流電流と高周波電流との合成電流が零になったときに遮断部１が電流遮断する。一方、断路部２は、遮断部１の遮断にともなって極間電流が微小になるので高周波電流を注入しなくても絶縁回復するようになる。
【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、無負荷の状態で外部から開放指令が出されると負荷側の端子間に過電圧が発生するというという問題があった。
すなわち、従来の直流遮断器５の制御部５３における信号処理は、図５の指令信号系統図に示されるような処理が行われるものであり、事故遮断指令信号２３と、外部からの開放指令信号２４との論理和を取るためのオア回路２５に入力され、このオア回路２５の出力信号２９が遮断部１および断路部２の双方の開極指令信号となる。また、オア回路２５の出力信号２９は、制御装置５４に入力され、制御装置５４の内蔵のタイマでもって２〜３ｍｓ遅延された後に出力信号３０が出力され、この出力信号３０が転流スイッチ１２の投入指令信号となる。このため、直流遮断器５の外部からの開放指令信号２４を受けて無負荷状態の直流遮断器５を開放する場合でも、図４のタイムチャートにおいて事故遮断指令を外部から開放指令に置き換えただけの，事故電流遮断の場合と同じタイミングでもって遮断動作することになるが、無負荷の状態での開放の場合は、極間電流が微小なので遮断部１が開極すると同時に絶縁回復するようになる。その後に転流スイッチ１２が投入されるので、断路部２が断路される時間まで電源電圧と転流コンデンサ１１の充電電圧とが重畳した電圧が負荷６側の端子間に発生する。そのために、負荷６側にフイルタが接続されていると、このフイルタに過電圧がかかる。従来は、フイルタとしてその回路における定格電圧以上の責務に耐えるものが用いられ経済的な無駄が生じていた。
【０００６】
この発明の目的は、負荷側に過電圧が発生し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、直流電流を遮断する転流式の直流遮断器であって、直流電源と負荷との間に遮断部と非線形素子との並列回路が断路部を介して接続されてなり、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、事故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極間に高周波電流が注入されて遮断部が遮断され、その後２０ｍｓ程度で前記断路部が断路するようにさせてなるとともに、無負荷時に外部から開放指令があっても、断路部によって負荷側が既に絶縁され負荷側の端子間に過電圧が発生しないようにさせてなる直流遮断器であって、前記遮断部に高周波電流を注入するタイミングを調整して信号を出力する制御装置を、事故電流を遮断する場合と、無負荷の状態で開放する場合との２種類備え、前記事故電流を遮断する場合の遮断指令信号と、前記無負荷の状態で開放する場合の外部からの開放指令信号とが論理和を取るための第１のオア回路に入力され、この第１のオア回路の出力信号が前記遮断部および前記断路部の双方の開極指令信号となるとともに、前記事故遮断指令信号は、さらに、前記事故電流を遮断する制御装置にも入力され、内蔵のタイマでもって２ないし３ｍｓ遅延された後に前記制御装置の出力信号が出力され、また、前記外部からの開放指令信号も、無負荷の状態で開放するもう一つの制御装置に入力され、内蔵のタイマでもって２２ｍｓ程度遅延された後に前記もう一つの制御装置の出力信号が出力され、さらに、前記制御装置及び前記もう一つの制御装置の出力信号を受ける第２のオア回路が前記事故電流を遮断する制御装置の出力信号と、無負荷の状態で開放する前記もう一つの制御装置の出力信号とを受け、前記第２のオア回路の出力信号が転流スイッチの投入指令信号となり、それによって、前記遮断部に高周波電流が注入されてなるようにするとよい。それによって、転流スイッチを投入し遮断部に高周波電流が注入されても、断路部によって負荷側とが既に絶縁されているために負荷側の端子間に過電圧が発生することはない。
【０００８】
また、かかる構成において、前記遮断部に高周波電流を注入するタイミングを調整して信号を出力する制御装置を、事故電流を遮断する場合と、無負荷の状態で開放する場合との２種類備え、前記制御装置からの出力信号同士の論理和がとられ、前記論理和の出力信号でもって前記遮断部に高周波電流が注入されてなるようにしてもよい。それによって、事故電流を遮断する場合の直流遮断器の動作に何の影響も与えずに無負荷の状態で開放する場合に発生する過電圧を抑えることができる。
【０００９】
【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無負荷における開放動作タイミングを示すタイムチャートである。図１において、時間ｔ0 で直流遮断器５が外部からの開放指令信号２４を受けたとする。開放指令の波形１８は立ち上がったときに直流遮断器５が外部からの開放指令を受けたものとし、開極指令の波形１９は立ち上がったときに遮断部１および断路部２の双方に開極指令が出されたものとする。また、遮断部１の波形２０および断路部２の波形２１の双方は立ち下がったときにそれぞれが開極したものとする。さらに、転流スイッチの波形２２は立ち上がったときに投入されたものとする。すなわち、波形１８のように直流遮断器５が時間ｔ0 で外部からの開放指令を受けると同時に、波形１９のように遮断部１および断路部２の双方に開極指令が出される。遮断部１は、高速な動作が要求されるために通常電磁的な反発力などが加えられ、波形２０のように時間ｔ0 から１ｍｓ程度で開極するように構成されている。一方、断路部２は、ばね力だけで駆動され波形２１のように２０ｍｓ程度で開極する。転流スイッチ１２は、波形２２のように断路部２が開極した後、すなわち、時間ｔ0 から２２ｍｓ程度で投入され、遮断部１に高周波電流が注入される。それによって、断路部２によって負荷６側とが既に絶縁されているために負荷６側の端子間に過電圧が発生することはない。そのために、負荷６側の端子間にＬＣフイルタ９のようなフイルタが接続されていても、このフイルタに過電圧がかかることがないのでフイルタとしてその回路電圧に合った定格のものを使用することができ経済的が向上する。なお、直流遮断器５に事故電流が流れている場合の遮断動作のタイミングは従来通りであり、図４のタイムチャートと同じとする。
【００１０】
また、図２は、図１の実施例における指令信号系統図である。事故電流の遮断指令信号２３と、外部からの開放指令信号２４とが論理和を取るためのオア回路２５に入力され、このオア回路２５の出力信号２９が遮断部１および断路部２の双方の開極指令信号となる。事故遮断指令信号２３は、さらに制御装置２６にも入力され、内蔵のタイマでもって２ないし３ｍｓ遅延された後に出力信号２６Ａが出力される。また、外部からの開放指令信号２４も、もう一つの制御装置２７に入力され、内蔵のタイマでもって２２ｍｓ程度遅延された後に出力信号２７Ａが出力される。オア回路２８が信号２６Ａと２７Ａとを受け、このオア回路２８の出力信号３０が転流スイッチ１２の投入指令信号となる。それによって、事故電流を遮断する場合の直流遮断器５の動作に何の影響も与えずに無負荷の状態で直流遮断器５を開放する場合に発生する過電圧を抑えることができ、直流遮断器５自体が支障を来すことは全くない。
【００１１】
なお、上述の実施例にかかる直流遮断器において、通常の負荷電流を遮断する場合は、無負荷の状態での開放の場合とは異なり、遮断部１の極間に負荷電流が流れているので、遮断部１が開極すると同時に絶縁回復することはないため、従来の図４のようなタイミングで遮断動作を行っても、無負荷の状態での開放の場合のような，負荷側で過電圧が発生することはないが、通常の負荷電流を遮断する場合には事故電流を遮断する場合のような高速の遮断は不要であるため、無負荷の状態での開放の場合と共通の，外部からの開放指令信号２４を受けて図１のタイムチャートで遮断動作を行うようにすればよい。
【００１２】
【発明の効果】
この発明は前述のように、無負荷の状態で開放する場合、前記断路部を断路させた後に前記遮断部に高周波電流が注入されてなるようにすることによって、負荷側に接続されるフイルタとしてその回路電圧にあった定格のものを使用することができ経済性が向上する。
【００１３】
また、かかる構成において、前記遮断部に高周波電流を注入するタイミングを調整して信号を出力する制御装置を、事故電流を遮断する場合と、無負荷の状態で開放する場合との２種類備え、前記制御装置からの出力信号同士の論理和がとられ、前記論理和の出力信号でもって前記遮断部に高周波電流が注入されてなるようにすることによって、事故電流を遮断する場合の直流遮断器の動作に何の影響も与えずに無負荷の状態で開放する場合に発生する過電圧を抑えることができ、直流遮断器自体が支障を来すことは全くない。
【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無負荷における開放動作タイミングを示すタイムチャート
【図２】図１の実施例における指令信号系統図
【図３】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遮断の動作タイミングを示すタイムチャート
【図５】図４の従来例における指令信号系統図
【符号の説明】
１：遮断部、２：断路部、３：非線形素子、４：直流電源、５：直流遮断器、６：負荷、７：リアクトル、８：コンデンサ、９：ＬＣフイルタ、１０：転流リアクトル、１１：転流コンデンサ、１２：転流スイッチ、２５，２８：オア回路、２６，２７：制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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