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技術 直流遮断装置

出願人 株式会社明電舎
発明者 高所健太大井一伸
出願日 2017年10月27日 (2年0ヶ月経過) 出願番号 2017-207707
公開日 2019年5月23日 (6ヶ月経過) 公開番号 2019-079753
状態 未査定
技術分野 消弧付高圧スイッチの駆動機構及び操作回路 開閉回路装置
主要キーワード オンオフ指令信号 開閉指令信号 ONレベル 操作コイル ゲート駆動用電源 エミッタ端子間 直流系統 巻き数比
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

直流遮断装置において、スイッチング素子ゲート駆動用の独立した電源、および、外部からのゲート制御信号を不要とする。

解決手段

第1機械遮断器CBに対して第1スイッチング素子T1とLC回路(第1リアクトルL1,第2コンデンサC2)を並列接続する。第1直流系統1の正極と第1,第2直流系統1,2の負極との間に第1抵抗R1および第1コンデンサC1を直列接続する。第1抵抗R1と第1コンデンサC1の共通接続点と、第1直流系統1の正極との間に第2抵抗R2および第2ダイオードD2を直列接続する。第1変流器CT1は、1次側が第2抵抗R2の通過電流を検出した時、2次側が第1スイッチング素子T1のゲート端子電流を出力する。第1スイッチング素子T1のゲート端子とエミッタ端子間には第3コンデンサC3と第4抵抗R4が並列接続される。

概要

背景

図7,図8は、従来の直流遮断装置の例を示す回路構成図である。直流電流には交流電流とは異なり零点が生じないため、機械遮断器開極した際に発生するアーク消弧できないという課題がある。図7,図8に示す直流遮断装置は機械遮断器CB1,CB2,CBの開極時における電流補助回路迂回させることで、機械遮断器CB1,CB2,CBに流れる電流に零点を作り出し、アークを消弧する。

図7の直流遮断装置は2台の機械遮断器CB1,CB2と、1台の共振コンデンサCとスイッチング素子T1,T2を有し、図8の直流遮断装置は1台の機械遮断器CBと2台の共振コンデンサC1,C2とスイッチング素子T1,T2を有し、どちらも双方向の電流遮断機能を有する。なお、図7、図8の各々のスイッチング素子には、図示していないゲート駆動回路が各々接続されている。各ゲート駆動回路の電源電力は外部から給電される。

図9は、特許文献1における交流遮断装置の回路構成図である。特許文献1の交流遮断装置は、系統電流変流器18で検出し、変流器18の2次側電流をスイッチング素子のゲート端子に入力する。特許文献1はスイッチング素子のゲート駆動用電源を不要としている点に特徴がある。

概要

直流遮断装置において、スイッチング素子のゲート駆動用の独立した電源、および、外部からのゲート制御信号を不要とする。第1機械遮断器CBに対して第1スイッチング素子T1とLC回路(第1リアクトルL1,第2コンデンサC2)を並列接続する。第1直流系統1の正極と第1,第2直流系統1,2の負極との間に第1抵抗R1および第1コンデンサC1を直列接続する。第1抵抗R1と第1コンデンサC1の共通接続点と、第1直流系統1の正極との間に第2抵抗R2および第2ダイオードD2を直列接続する。第1変流器CT1は、1次側が第2抵抗R2の通過電流を検出した時、2次側が第1スイッチング素子T1のゲート端子に電流を出力する。第1スイッチング素子T1のゲート端子とエミッタ端子間には第3コンデンサC3と第4抵抗R4が並列接続される。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1直流系統の正極と第2直流系統の正極との間に接続された第1機械遮断器と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器の共通接続点アノード端子が接続された第3ダイオードと、前記第3ダイオードのカソード端子コレクタ端子が接続された第1スイッチング素子と、前記第1機械遮断器と前記第2直流系統の正極の共通接続点と前記第1スイッチング素子のエミッタ端子との間に接続されたLC回路と、前記第1スイッチング素子のエミッタ端子と前記第1,第2直流系統の負極との間に接続された第3抵抗と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器との間に一端が接続された第1抵抗と、前記第1抵抗の他端と前記第1,第2直流系統の負極との間に接続された第1コンデンサと、前記第1抵抗と前記第1コンデンサの共通接続点と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第2抵抗および第2ダイオードと、1次側が前記第2抵抗の通過電流を検出した時、2次側が前記第1スイッチング素子のゲート端子電流を出力する第1変流器と、前記第1スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子間に接続された第3コンデンサと、前記第3コンデンサに対して並列接続された第4抵抗と、を備えたことを特徴とする直流遮断装置

請求項2

第1直流系統の正極と第2直流系統の正極との間に接続された第1機械遮断器と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器の共通接続点にアノード端子が接続された第3ダイオードと、前記第3ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続された第1スイッチング素子と、前記第1機械遮断器と前記第2直流系統の正極の共通接続点と前記第1スイッチング素子のエミッタ端子との間に接続されたLC回路と、前記第1スイッチング素子のエミッタ端子と前記第1,第2直流系統の負極との間に接続された第3抵抗と、前記第2直流系統の正極と前記第1機械遮断器との間に一端が接続された第1抵抗と、前記第1抵抗の他端と前記第1,第2直流系統の負極との間に接続された第1コンデンサと、前記第1抵抗と前記第1コンデンサの共通接続点と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第2抵抗および第2ダイオードと、前記第1抵抗と前記第1コンデンサの共通接続点と前記第1,第2直流系統の負極との間に直列接続された第5,第6抵抗と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器との共通接続点と前記第5,第6抵抗の共通接続点との間に直列接続された第8抵抗および第1スイッチと、前記第5,第6抵抗の共通接続点と前記第1,第2直流系統の負極との間に接続された第4コンデンサと、前記第4コンデンサに対して並列接続された第7抵抗および第2コイルと、1次側が前記第2抵抗の通過電流を検出した時、2次側が前記第1スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第1変流器と、前記第1スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子との間に接続された第3コンデンサと、前記第3コンデンサに対して並列接続された第4抵抗と、を備え、前記第2コイルは前記第1機械遮断器の操作コイルであり、前記第2コイルに所定の電流が流れた時に前記第1機械遮断器を閉極することを特徴とする直流遮断装置。

請求項3

第1直流系統の正極と第2直流系統の正極との間に接続された第1機械遮断器および第2機械遮断器と、前記第1機械遮断器と前記第2機械遮断器との間と前記第1,第2直流系統の負極の間に順次直列接続されたLC回路および第3抵抗と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器の共通接続点にアノード端子が接続された第3ダイオードと、前記第3ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続され、前記LC回路と前記第3抵抗の共通接続点にエミッタ端子が接続された第1スイッチング素子と、前記第2直流系統の正極と前記第2機械遮断器の共通接続点にアノード端子が接続された第6ダイオードと、前記第6ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続され、前記LC回路と前記第3抵抗の共通接続点にエミッタ端子が接続された第2スイッチング素子と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器との共通接続点に一端が接続された第1抵抗と、前記第1抵抗の他端と前記第1,第2直流系統の負極との間に接続された第1コンデンサと、前記第1抵抗と前記第1コンデンサの共通接続点と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第2スイッチおよび第2抵抗および第2ダイオードと、1次側が前記第2抵抗の通過電流を検出した時、2次側が前記第1スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第1変流器と、前記第1スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子との間に接続された第3コンデンサと、前記第3コンデンサに対して並列接続された第4抵抗と、前記第2直流系統の正極と前記第2機械遮断器との共通接続点に一端が接続された第9抵抗と、前記第9抵抗の他端と前記第1,第2直流系統の負極との間に接続された第5コンデンサと、前記第9抵抗と前記第5コンデンサの共通接続点と、前記第2直流系統の正極と前記第2機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第3スイッチおよび第10抵抗および第5ダイオードと、1次側が前記第10抵抗の通過電流を検出した時、2次側が前記第2スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第2変流器と、前記第2スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子との間に接続された第6コンデンサと、前記第6コンデンサに対して並列接続された第11抵抗と、を備え、電流が前記第1直流系統から前記第2直流系統へ流れている時は前記第2スイッチをON、前記第3スイッチをOFFし、電流が前記第2直流系統から前記第1直流系統へ流れている時は前記第2スイッチをOFF、前記第3スイッチをONとすることを特徴とする直流遮断装置。

技術分野

0001

本発明は、直流遮断装置に関する。

背景技術

0002

図7図8は、従来の直流遮断装置の例を示す回路構成図である。直流電流には交流電流とは異なり零点が生じないため、機械遮断器開極した際に発生するアーク消弧できないという課題がある。図7図8に示す直流遮断装置は機械遮断器CB1,CB2,CBの開極時における電流補助回路迂回させることで、機械遮断器CB1,CB2,CBに流れる電流に零点を作り出し、アークを消弧する。

0003

図7の直流遮断装置は2台の機械遮断器CB1,CB2と、1台の共振コンデンサCとスイッチング素子T1,T2を有し、図8の直流遮断装置は1台の機械遮断器CBと2台の共振コンデンサC1,C2とスイッチング素子T1,T2を有し、どちらも双方向の電流遮断機能を有する。なお、図7図8の各々のスイッチング素子には、図示していないゲート駆動回路が各々接続されている。各ゲート駆動回路の電源電力は外部から給電される。

0004

図9は、特許文献1における交流遮断装置の回路構成図である。特許文献1の交流遮断装置は、系統電流変流器18で検出し、変流器18の2次側電流をスイッチング素子のゲート端子に入力する。特許文献1はスイッチング素子のゲート駆動用電源を不要としている点に特徴がある。

先行技術

0005

特開平09−274833号公報

発明が解決しようとする課題

0006

図7図8に示すように、直流遮断装置は、別途スイッチング素子のゲート駆動用に独立した電源電力が必要である。また、スイッチング素子のオンオフ指令信号であるゲート制御信号を別途外部の制御装置から入力する必要がある。そのため、図7図8に示す直流遮断装置は、部品点数コストが増加する。

0007

特許文献1は交流遮断装置であるため、直流電流を遮断することはできない。また、スイッチング素子のゲート駆動用電源は変流器18により生成できるが、スイッチング素子のオンオフ指令信号であるゲート制御信号は、別途外部の制御装置23から入力する必要がある。このゲート制御信号にノイズ重畳するとスイッチング素子が誤動作するおそれがある。

0008

以上示したようなことから、直流遮断装置において、スイッチング素子のゲート駆動用の独立した電源、および、外部からのゲート制御信号を不要とすることが課題となる。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、第1直流系統の正極と第2直流系統の正極との間に接続された第1機械遮断器と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器の共通接続点アノード端子が接続された第3ダイオードと、前記第3ダイオードのカソード端子コレクタ端子が接続された第1スイッチング素子と、前記第1機械遮断器と前記第2直流系統の正極の共通接続点と前記第1スイッチング素子のエミッタ端子との間に接続されたLC回路と、前記第1スイッチング素子のエミッタ端子と前記第1,第2直流系統の負極との間に接続された第3抵抗と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器との間に一端が接続された第1抵抗と、前記第1抵抗の他端と前記第1,第2直流系統の負極との間に接続された第1コンデンサと、前記第1抵抗と前記第1コンデンサの共通接続点と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第2抵抗および第2ダイオードと、1次側が前記第2抵抗の通過電流を検出した時、2次側が前記第1スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第1変流器と、前記第1スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子間に接続された第3コンデンサと、前記第3コンデンサに対して並列接続された第4抵抗と、を備えたことを特徴とする。

0010

また、他の態様として、第1直流系統の正極と第2直流系統の正極との間に接続された第1機械遮断器と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器の共通接続点にアノード端子が接続された第3ダイオードと、前記第3ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続された第1スイッチング素子と、前記第1機械遮断器と前記第2直流系統の正極の共通接続点と前記第1スイッチング素子のエミッタ端子との間に接続されたLC回路と、前記第1スイッチング素子のエミッタ端子と前記第1,第2直流系統の負極との間に接続された第3抵抗と、前記第2直流系統の正極と前記第1機械遮断器との間に一端が接続された第1抵抗と、前記第1抵抗の他端と前記第1,第2直流系統の負極との間に接続された第1コンデンサと、前記第1抵抗と前記第1コンデンサの共通接続点と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第2抵抗および第2ダイオードと、前記第1抵抗と前記第1コンデンサの共通接続点と前記第1,第2直流系統の負極との間に直列接続された第5,第6抵抗と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器との共通接続点と前記第5,第6抵抗の共通接続点との間に直列接続された第8抵抗および第1スイッチと、前記第5,第6抵抗の共通接続点と前記第1,第2直流系統の負極との間に接続された第4コンデンサと、前記第4コンデンサに対して並列接続された第7抵抗および第2コイルと、1次側が前記第2抵抗の通過電流を検出した時、2次側が前記第1スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第1変流器と、前記第1スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子との間に接続された第3コンデンサと、前記第3コンデンサに対して並列接続された第4抵抗と、を備え、前記第2コイルは前記第1機械遮断器の操作コイルであり、前記第2コイルに所定の電流が流れた時に前記第1機械遮断器を閉極することを特徴とする。

0011

また、他の態様として、第1直流系統の正極と第2直流系統の正極との間に接続された第1機械遮断器および第2機械遮断器と、前記第1機械遮断器と前記第2機械遮断器との間と前記第1,第2直流系統の負極の間に順次直列接続されたLC回路および第3抵抗と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器の共通接続点にアノード端子が接続された第3ダイオードと、前記第3ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続され、前記LC回路と前記第3抵抗の共通接続点にエミッタ端子が接続された第1スイッチング素子と、前記第2直流系統の正極と前記第2機械遮断器の共通接続点にアノード端子が接続された第6ダイオードと、前記第6ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続され、前記LC回路と前記第3抵抗の共通接続点にエミッタ端子が接続された第2スイッチング素子と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器との共通接続点に一端が接続された第1抵抗と、前記第1抵抗の他端と前記第1,第2直流系統の負極との間に接続された第1コンデンサと、前記第1抵抗と前記第1コンデンサの共通接続点と、前記第1直流系統の正極と前記第1機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第2スイッチおよび第2抵抗および第2ダイオードと、1次側が前記第2抵抗の通過電流を検出した時、2次側が前記第1スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第1変流器と、前記第1スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子との間に接続された第3コンデンサと、前記第3コンデンサに対して並列接続された第4抵抗と、前記第2直流系統の正極と前記第2機械遮断器との共通接続点に一端が接続された第9抵抗と、前記第9抵抗の他端と前記第1,第2直流系統の負極との間に接続された第5コンデンサと、前記第9抵抗と前記第5コンデンサの共通接続点と、前記第2直流系統の正極と前記第2機械遮断器の共通接続点と、の間に直列接続された第3スイッチおよび第10抵抗および第5ダイオードと、1次側が前記第10抵抗の通過電流を検出した時、2次側が前記第2スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する第2変流器と、前記第2スイッチング素子のゲート端子とエミッタ端子との間に接続された第6コンデンサと、前記第6コンデンサに対して並列接続された第11抵抗と、を備え、電流が前記第1直流系統から前記第2直流系統へ流れている時は前記第2スイッチをON、前記第3スイッチをOFFし、電流が前記第2直流系統から前記第1直流系統へ流れている時は前記第2スイッチをOFF、前記第3スイッチをONとすることを特徴とする。

発明の効果

0012

本発明によれば、直流遮断装置において、スイッチング素子のゲート駆動用の独立した電源、および、外部からのゲート制御信号を不要とすること可能となる。

図面の簡単な説明

0013

実施形態1における直流遮断装置を示す回路構成図。
実施形態1における直流遮断装置の定常状態を示す図。
実施形態1における直流遮断装置の遮断状態を示す図。
実施形態1における直流遮断装置の機械遮断器アーク消弧後の状態を示す図。
実施形態2における直流遮断装置の回路構成図。
実施形態3における直流遮断装置の回路構成図。
従来の直流遮断装置の一例を示す回路構成図。
従来の直流遮断装置の他例を示す回路構成図。
特許文献1の交流遮断装置を示す回路構成図。

実施例

0014

以下、本願発明における直流遮断装置の実施形態1〜3を図1図6に基づいて詳述する。

0015

[実施形態1]
図1に本実施形態1における直流遮断装置を示す。本実施形態1の直流遮断装置は、第1直流系統1の正極と第2直流系統2の正極との間に第1機械遮断器CB1が接続される。

0016

第1直流系統1の正極と第1機械遮断器CB1との間に第1抵抗R1の一端が接続される。第1抵抗R1の他端と第1,第2直流系統1,2の負極との間に第1コンデンサC1が接続される。

0017

第1抵抗R1と第1コンデンサC1の共通接続点と、第1直流系統1の正極と第1機械遮断器CB1の共通接続点と、の間に第2抵抗R2および第2ダイオードD2が直列接続される。第2ダイオードD2のアノード端子は第2抵抗R2に接続され、カソード端子は第1直流系統1の正極と第1機械遮断器CB1の共通接続点に接続される。

0018

第1機械遮断器CB1と第2直流系統2の正極との間に第1リアクトルL1の一端が接続される。第1リアクトルL1の他端に第2コンデンサC2の一端が接続される。第1リアクトルL1と第2コンデンサC2でLC回路を構成する。第2コンデンサC2の他端と第1,第2直流系統1,2の負極との間に第3抵抗R3が接続される。

0019

第1直流系統1の正極と第1機械遮断器CB1との間に第3ダイオードD3のアノード端子が接続される。第3ダイオードD3のカソード端子に第1スイッチング素子T1のコレクタ端子が接続される。第1スイッチング素子T1のエミッタ端子は、第2コンデンサC2と第3抵抗R3の共通接続点に接続される。このように、第1スイッチング素子T1は第1機械遮断器CB1に対して並列に接続される。

0020

第1変流器CT1の1次側は第2抵抗R2の通過電流を検出する。よって、第1変流器CT1の1次側は、第1直流系統1の正極と第2ダイオードD2のカソードとの共通接続点と第1抵抗R1と第1コンデンサC1との共通接続点との間を接続する、第2ダイオードD2と第1抵抗R1との直列回路からなる経路内に挿入される。

0021

第1変流器CT1の2次側の一端と他端との間に第1ツェナーダイオードZD1が接続される。第1変流器CT1の2次側の一端に第1スイッチング素子T1のエミッタ端子が接続される。第1変流器CT1の2次側の他端に第4ダイオードD4のアノード端子が接続される。第4ダイオードD4のカソード端子は第1スイッチング素子T1のゲート端子に接続される。

0022

第1スイッチング素子T1のゲート端子とエミッタ端子との間に第3コンデンサC3が接続される。第3コンデンサC3に対して第4抵抗R4が並列接続される。

0023

図2に、本実施形態1における直流遮断装置の定常状態を示す。第1機械遮断器CB1は閉極状態であり、電流は単方向(第1直流系統1→第2直流系統2)にのみ流れることを想定する。本実施形態1では単方向の遮断しかできない。

0024

このとき、第1コンデンサC1には第1抵抗R1を介して充電電流が流れる。また、第2コンデンサC2には第3抵抗R3と第1リアクトルL1を介して充電電流が流れる。図2点線が充電電流の経路である。

0025

電流は、第1機械遮断器CB1および第1抵抗R1,第1リアクトルL1,第3抵抗R3を通過するが、第1,第2コンデンサC1,C2の充電が完了すると(すなわち、第1,第2コンデンサC1,C2の電圧が第1直流系統1の電圧と同値となると)、第1抵抗R1,第3抵抗R3に電流は流れない。よって、第1抵抗R1と第3抵抗R3には電力損失は発生しない。また、第1機械遮断器CB1の閉極時の両極間の抵抗は非常に小さい。よって、第1機械遮断器CB1の閉極時、第1機械遮断器CB1で発生する電力損失はほとんどない。

0026

図3に第2直流系統2側で短絡事故が発生した場合における本実施形態1の直流遮断装置を示す。短絡事故発生時には、第2直流系統2の電圧が降下するため、第1コンデンサC1の電荷が第2抵抗R2→第2ダイオードD2を通って第1,第2直流系統1,2側に放電される。この放電電流を第1変流器CT1の1次側によって検出する。

0027

第1変流器CT1の2次側から電流が出力され、第4ダイオードD4→第1スイッチング素子T1のゲート容量(第1スイッチング素子T1のゲート端子、エミッタ端子間の容量)および第3コンデンサC3を経由し、第3コンデンサC3と第1スイッチング素子T1のゲート容量(第1スイッチング素子T1のゲート端子、エミッタ端子間の容量)が充電され、第1スイッチング素子T1のゲート電圧(すなわち第3コンデンサC3印加電圧)がターンONレベルとなり、第1スイッチング素子T1がONする。

0028

第1スイッチング素子T1がONした後、ゲート電圧が第1ツェナーダイオードZD1の降伏電圧まで上昇すると、出力電流は第1スイッチング素子T1のゲート容量と第3コンデンサC3の代わりに第1ツェナーダイオードZD1を通過し、第1スイッチング素子T1のゲートの過充電を防ぐ。

0029

第1スイッチング素子T1がONした後は、第2コンデンサC2からの放電電流が第1リアクトルL1→第1機械遮断器CB1→第3ダイオードD3→第1スイッチング素子T1を経由して流れ、第1直流系統1から第1機械遮断器CB1に流れる短絡電流打ち消す。この短絡電流が小さくなったら、外部からの開閉指令信号によって、第1機械遮断器CB1を開極する。なお、短絡電流が小さくなったことは、第1機械遮断器CB1と直列接続された電流検出器(図示省略)の出力値より判定する。

0030

図4に第1機械遮断器CB1開極後の直流遮断装置を示す。第1機械遮断器CB1開極後は、第3ダイオードD3→第1スイッチング素子T1→第2コンデンサC2→第1リアクトルL1を介して短絡電流が流れ、第2コンデンサC2が逆極性に充電される。

0031

第2コンデンサC2の充電が完了すると(第2コンデンサC2の電圧が第1直流系統1の電圧と同値になると)、第2直流系統2へ流れる電流がとなり、電流遮断が完了する。

0032

電流遮断が完了し、第1コンデンサC1の放電が終わると、第1変流器CT1の検出電流は零になり、第1変流器CT1の2次側の出力電流も零になる。そのため、第1スイッチング素子T1のゲート容量、および、第3コンデンサC3に充電された電荷は第4抵抗R4を通して放電される。

0033

放電が進むと、第1スイッチング素子T1のゲート電圧(すなわち、第1コンデンサC1の印加電圧)がターンOFFレベルまで下がり、第1スイッチング素子T1はターンOFFする。その後、第1抵抗R1→第1コンデンサC1を介して第1コンデンサC1が第1直流系統1の電圧に再充電される。

0034

第1機械遮断器CB1開極後の復旧作業によって第2直流系統2側の短絡要因を排除した後の系統再投入時は、まず、外部からの開閉指令信号によって第1機械遮断器CB1を閉極する。これによって、第1直流系統1側から第1機械遮断器CB1を介し第2直流系統2側へ電流が流れる。

0035

また、第1機械遮断器CB1→第1リアクトルL1→第2コンデンサC2→第3抵抗R3を介して充電電流が流れ、逆極性に充電されていた第2コンデンサC2を元の極性に充電し直す。充電が完了すると、図2の状態になり再投入が完了する。後述する実施形態3も同様の動作となる。

0036

本実施形態1の直流遮断器装置の設計上の注意点について説明する。

0037

第1コンデンサC1の容量は、短絡発生時に第1スイッチング素子T1のゲートをONさせるのに十分な容量のものとする。第3コンデンサC3は、第1スイッチング素子T1のゲートの誤点弧を防止するためのものである。正常な範囲内での系統電圧変動に対して、第1スイッチング素子T1がONしないようにする。

0038

第1ツェナーダイオードZD1はゲート過充電を防ぐためのものである。例えば、第1スイッチング素子T1が定格ゲート電圧ON電圧=15VのIGBTならば、降伏電圧15Vのツェナーダイオードを使用する。

0039

第1抵抗R1は、第1コンデンサC1の充電時の電流を制限する。第2抵抗R2は、短絡事故発生時における第1コンデンサC1の放電電流の大きさと放電時間を決定する。この放電電流を第1変流器CT1で検出するため、第1変流器CT1の2次側に第1スイッチング素子T1をONするのに十分な電流が流れるよう第2抵抗R2を設計しなければならない。

0040

第1変流器CT1の2次側に、第1スイッチング素子T1のゲートを駆動させるのに十分な電流を流す必要がある。第2抵抗R2の通過電流の値から、第1変流器CT1の巻き数比(すなわち、第1変流器CT1の変流比)を決める必要がある。

0041

第2直流系統2に短絡が発生して第1機械遮断器CB1を開極した後、第1スイッチング素子T1のターンOFF速度はゲートの放電速度、すなわち、第3コンデンサC3と第4抵抗R4の時定数に依存する。第1機械遮断器CB1の遮断動作中は第1スイッチング素子T1がONを維持でき、第1機械遮断器CB1の遮断が完了した後で第1スイッチング素子T1がOFFするように第3コンデンサC3と第4抵抗R4の時定数を設計する。

0042

以上示したように、本実施形態1は、図7図8に示す直流遮断装置とは異なり、第1スイッチング素子T1のゲート駆動用電源が不要なため、直流遮断装置を小型化、低コスト化できる。

0043

また、特許文献1と異なり、第1スイッチング素子T1用のゲート信号を外部から入力する必要がなく、図9に示す制御装置23が不要である。制御装置が不要なため、直流遮断装置を小型化、低コスト化することが可能となる。

0044

また、第1スイッチング素子T1用のゲート信号を外部から入力する必要がないため、外部から入力する信号にノイズが重畳して第1スイッチング素子T1が誤動作する恐れがなくなる。これにより、直流遮断装置の信頼性が向上する。

0045

また、本実施形態1の直流遮断装置は、定常時、第1,第2コンデンサC1,C2の充電完了後、電流は抵抗の非常に小さい第1機械遮断器CB1を通過するため、電力損失を低減することが可能となる。

0046

[実施形態2]
図5は、本実施形態2における直流遮断装置を示す回路構成図である。実施形態1と同様の箇所は同一の符号を付してその説明を省略する。

0047

第1直流系統1側に接続されていた第1抵抗R1の一端を第1機械遮断器CB1と第2直流系統2の正極との共通接続点に接続する。第1抵抗R1の他端と第1,第2直流系統1,2の負極との間に第1コンデンサC1を接続する。

0048

第1抵抗R1と第1コンデンサC1の共通接続点に第1ダイオードD1のアノード端子が接続される。第1ダイオードD1のカソード端子と第1,第2直流系統1,2の負極との間に第5,第6抵抗R5,R6が直列接続される。

0049

第1直流系統1の正極と第1機械遮断器CB1との間に第8抵抗R8の一端が接続される。第8抵抗R8の他端と第5,第6抵抗R5,R6の共通接続点との間に第1スイッチSW1が接続される。第1スイッチSW1は機械式スイッチとし、手動オンオフ切り換えを行う。

0050

第5,第6抵抗R5,R6の共通接続点と第1,第2直流系統1,2の負極との間に第4コンデンサC4が接続される。第4コンデンサC4に対して第7抵抗R7と第2コイルL2との直列回路が並列接続される。第2コイルL2に電流が流れると、第1機械遮断器CB1の接点が閉極される
本実施形態2では、実施形態1に対して第1機械遮断器CB1開極用の回路を追加したものである。以下、第1機械遮断器CB1の開閉動作について説明する。

0051

第1機械遮断器CB1が開極している状態から第1直流系統1側から第2直流系統2側へ電流が流れる正常状態にするには、系統投入後、第1スイッチSW1を手動にてオンする。この動作により、第8抵抗R8を介して第4コンデンサC4が充電されるとともに、第1機械遮断器CB1の第2コイルL2に電流が流れ、第1機械遮断器CB1が閉極する。

0052

次に、第1機械遮断器CB1の閉極を確認した後に、手動で第1スイッチSW1をオフする。第1機械遮断器CB1が閉極すると第2直流系統2側から第1抵抗R1→第1ダイオードD1→第5抵抗R5を介して第4コンデンサC4が充電される。よって、第1スイッチSW1をオフしても、第1機械遮断器CB1の第2コイルL2に電流が流れるため、第1機械遮断器CB1の閉極状態は保持される。

0053

第2直流系統2側で短絡事故が発生した場合、実施形態1で説明した動作と並行して、以下のように動作する。

0054

第2直流系統2の電圧が降下して第1コンデンサC1の電荷が放電し、第1ダイオードD1のアノード低電位となって第1ダイオードD1が遮断状態となるため、第4コンデンサC4の電荷が第6抵抗R6を介して放電される。第4コンデンサC4の放電が完了し、第4コンデンサC4の電圧が零となると、第2コイルL2に流れる電流が零となり第1機械遮断器CB1が開極する。

0055

第2直流系統2側で事故が発生してから第1機械遮断器CB1が開極するまでの時間は第6抵抗R6と第4コンデンサC4の時定数により決まる。第1機械遮断器CB1開極のタイミングは短絡電流が十分小さくなったときに開極できるよう第6抵抗R6と第4コンデンサC4の時定数を設計する必要がある。

0056

本実施形態2では、第1スイッチSW1を手動スイッチとして説明した。この手動スイッチを、直流系統の正常/異常状態や第1機械遮断器CB1の開閉状態に応じて第1スイッチSW1の開閉指令信号を生成し、この開閉指令信号に応じて第1スイッチSW1を開閉させる自動スイッチに置き換えてもよい。

0057

以上示したように、本実施形態2によれば、実施形態1と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態2は、実施形態1および後述する実施形態3と比較して、第1機械遮断器CB1の開閉指令信号を外部から入力する必要がなく、システム構成が簡素になる。

0058

[実施形態3]
図6は、本実施形態3における直流遮断装置を示す回路図である。実施形態1と同様の箇所は同一の符号を付してその説明を省略する。

0059

第1,第2抵抗R1,R2間に第2スイッチSW2を接続する。第2スイッチSW2は、機械式スイッチとする。

0060

図1の回路から第1リアクトルL1,第2コンデンサC2、第3抵抗R3を除いた回路を、第1リアクトルL1,第2コンデンサC2,第3抵抗R3を軸に線対称になるように配置する。

0061

具体的には、第1機械遮断器CB1と第1リアクトルL1の共通接続点と第2直流系統2の正極との間に第2機械遮断器CB2を接続する。第2直流系統2の正極と第2機械遮断器CB2との間に第9抵抗9の一端が接続される。第9抵抗R9の他端と第1,第2直流系統1,2の負極との間に第5コンデンサC5が接続される。

0062

第9抵抗R9と第5コンデンサC5の共通接続点と、第2直流系統2の正極と第2機械遮断器CB2の共通接続点と、の間に第3スイッチS3および第10抵抗R10および第5ダイオードD5が直列接続される。

0063

第2直流系統2の正極と第2機械遮断器CB2との共通接続点に第6ダイオードD6のアノード端子が接続される。第6ダイオードD6のカソード端子に第2スイッチング素子T2のコレクタ端子が接続される。第2スイッチング素子T2のエミッタ端子は、第2コンデンサC2と第3抵抗R3の共通接続点に接続される。

0064

第2変流器CT2は、1次側が第10抵抗R10の通過電流を検出し、2次側が第2スイッチング素子のゲート端子に電流を出力する。第2変流器CT2の一端と他端との間には第2ツェナーダイオードZD2が接続される。第2変流器CT2の2次側の一端には第2スイッチング素子T2のエミッタ端子が接続される。第2変流器CT2の2次側の他端には第7ダイオードD7のアノード端子が接続される。第7ダイオードD7のカソード端子は第2スイッチング素子T2のゲート端子に接続される。

0065

第2スイッチング素子T2のゲート端子とエミッタ端子との間に第6コンデンサC6が接続される。第6コンデンサC6に対して並列に第11抵抗R11が接続される。

0066

本実施形態3は、双方向の電流遮断に対応するための回路である。電流が第1直流系統1から第2直流系統2へ流れている時は第2スイッチSW2をON、第3スイッチSW3をOFFする。逆に、第2直流系統2から第1直流系統1へ電流が流れている時は、第2スイッチSW2をOFF、第3スイッチSW3をONとする。

0067

電流の向きは別途検出器により検出し、検出した電流の向きに応じて外部からの指令によって第1,第2スイッチSW1,SW2をON,OFFさせる。また、正常時は、電流の向きに関わらず第1,第2機械遮断器CB1、CB2の両方を、外部からの閉極指令によって閉極する。

0068

電流が第1直流系統1から第2直流系統2へ流れている時に第2直流系統2側で短絡事故が発生した場合(第2スイッチSW2はON、第3スイッチSW3はOFF)、第3スイッチSW3はOFFであるため、第5コンデンサC5は放電されず、第2スイッチング素子T2はONしない。すなわち、第2機械遮断器CB2開極のための共振回路が機能しないので実施形態1と同じ動作となる。

0069

電流が第2直流系統2から第1直流系統1へ流れている時に第1直流系統1側で短絡事故が発生した場合は、(第2スイッチSW2はOFF、第3スイッチSW3はON)回路は左右対称なので第2直流系統2側の短絡事故時と動作は変わらない。

0070

また、短絡事故発生時、第1直流系統1から第2直流系統2へ流れている時は外部からの第1機械遮断器CB1開極指令によって第1機械遮断器CB1を開極する。第2直流系統2から第1直流系統1へ流れている時は、外部からの第2機械遮断器CB2開極指令によって第2機械遮断器CB2を開極する。なお、第1機械遮断器CB1(または、第2機械遮断器CB2)の開極は、実施形態1と同様に、第1機械遮断器CB1(または、第2機械遮断器CB2)に流れる短絡電流が小さくなった時に行う。

0071

そして、第1直流系統1側もしくは第2直流系統2側の短絡要因を排除した後に、外部からの閉極指令によって第1,第2機械遮断器CB1、CB2の両方を閉じる。

0072

以上示したように、本実施形態3によれば、実施形態1と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態3は、双方向の電流遮断が可能となる。

0073

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

0074

CB1,CB2…第1,第2機械遮断器
T1,T2…第1,第2スイッチング素子
CT1,CT2…第1,第2変流器
R1〜R11…第1〜第11抵抗
C1〜C6…第1〜第6コンデンサ
L1,L2…第1,第2リアクトル
D1〜D7…第1〜第7ダイオード
ZD1,ZD2…第1,第2ツェナーダイオード
SW1〜SW3…第1〜第3スイッチ

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