JPH09231877A - 直流遮断器 - Google Patents

直流遮断器

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JPH09231877A
JPH09231877A JP5698396A JP5698396A JPH09231877A JP H09231877 A JPH09231877 A JP H09231877A JP 5698396 A JP5698396 A JP 5698396A JP 5698396 A JP5698396 A JP 5698396A JP H09231877 A JPH09231877 A JP H09231877A
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  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】線路短絡時の事故電流のような大電流の遮断動
作に影響の与えることのなく、負荷電流通電時の小電流
をも短時間に遮断できる転流回路を備えた直流遮断器を
提供する。 【解決手段】転流コンデンサ2と転流リアクトル3と転
流スイッチ4との直列接続からなる転流回路5を設けた
転流式の直流遮断器の真空バルブ1に、直列接続された
コンデンサ2aとリアクトル3aとからなる第2の回路
5aを並列接続するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、真空バルブの開
極時に、この真空バルブに並列接続された転流回路から
高周波の放電電流を前記真空バルブに流れる電流に重畳
して直流電流を遮断する直流遮断器の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】図3〜図5は、従来の直流遮断器であ
り、図3は直流遮断器の回路構成例、図4は図3の直流
遮断器の大電流遮断時の遮断器各部の電流,電圧波形
図、図5は小電流の遮断時の波形図である。電気鉄道給
電線路における地絡,短絡事故の保護用に用いられてい
る直流遮断器は、真空バルブと並列にコンデンサを設け
て、このコンデンサから放電電流を供給することによ
り、遮断時の真空バルブを流れる事故電流に電流零点を
生じさせ、遮断する構造からなっている。
【0003】従来、この種の直流遮断器は、図3に示す
ように、真空バルブ1と、この真空バルブ1に並列接続
された、コンデンサ(転流コンデンサ)2とリアクトル
(転流リアクトル)3とスイッチ(転流スイッチ)4と
の直列接続からなる転流回路5と、遮断後の真空バルブ
1の接点間に発生する過電圧を抑制するための非線形抵
抗7とからなり、前記転流コンデンサ2に接続された充
電回路6と、線路の直流電源8から出て前記真空バルブ
1を通り負荷9に流れる主回路の線路電流を検出する電
流検出器10と、この電流検出器10が検出した線路電
流が線路の短絡事故等により所定の大きさに到達したと
きに真空バルブ1を遮断動作させるための開極指令S1
と、真空バルブ1の通過電流に零点を作るために前記し
た転流回路5を真空バルブ1に並列化するための投入指
令S2 とを出す制御回路11とから構成されている。
【0004】前記した構成の直流遮断器による事故電流
遮断時の動作を、図4に示す直流遮断器構成部における
時系列にみた電流,電圧の波形特性に基づいて説明す
る。 (a)は、事故が発生した時点で、線路に事故電流が流
れて、電流検出器10により検出した値が設定値以上に
なると真空バルブ1に制御回路11より開極指令S1
与える。 (b)真空バルブ1が開極した時点であり、真空バルブ
1の電極間にはアークが発生する。 (c)制御回路11からの投入指令S2 により、転流ス
イッチ4が閉路して充電回路6により充電されている転
流コンデンサ2からの電流が流れ始めた時点であり、真
空バルブ1には事故電流と逆方向の前記した放電電流が
転流コンデンサ2から転流リアクトル3を介して流れて
重畳された電流が流れる。 (d)真空バルブ1が消弧した時点であり、その後事故
電流は直流電源8から転流回路5を通して流れ、この電
流によって転流コンデンサ2が充電され、転流コンデン
サ2の電圧,即ち開極した真空バルブ1の極間電圧が上
昇する。 (e)真空バルブ1の極間電圧が非線形抵抗7の動作電
圧に達して、電流が非線形抵抗7の方に転流し流れ始め
た時点である。 (f)転流スイッチ4は、一般にサイリスタ又は放電ギ
ャップ等にて構成されており、転流回路5の電流が零と
なった時点で開路する。 (g)非線形抵抗7によって、回路のインダクタンスに
蓄えられたエネルギーが消費されていくために、電流は
減少して行き、主回路の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】前記は真空バルブによ
り線路の短絡事故等のような大電流の事故電流を遮断す
る場合の直流遮断器の動作について説明したが、負荷電
流、特に数A〜数10A程度の線路電流を遮断しようと
すると、前記の事故電流の遮断時のような転流回路5か
ら非線形抵抗7への転流が起こらず、負荷9の条件によ
っては転流コンデンサ2へ転流した電流が数秒〜数10
秒以上流れ続ける場合がある。この様子を、前記と同様
に、図5に示す遮断器構成部における電流及び電圧波形
特性に基づいて説明する。(b′) は、真空バルブ1が
開極した時点であり、(C′) の時点で、転流回路5の
転流スイッチ4を閉路して転流コンデンサ2から真空バ
ルブ1に電流を転流する。そして、(d′) の時点で真
空バルブ1の電流が零となり真空バルブ1は消弧して遮
断する。図5には非線形抵抗7の電流波形図を省略して
あるが、小電流遮断時は真空バルブ1の極間電圧が非線
形抵抗7の動作電圧まで上昇しないので、前記の
(d′) の以降は、転流コンデンサ2の電流は非線形抵
抗7の方に転流せず直流電源8から転流コンデンサ2を
充電する電流が重畳して流れる。この電流は転流コンデ
ンサ2の電圧が直流電源8の電圧に達するまで流れ続け
る。
【0006】通常、転流コンデンサ2は、事故電流以上
の電流を真空バルブ1に供給する必要があることから数
千μF程度の非常に容量の大きなものが使用される。従
って、前記した図5の(d′) 時点以降、転流コンデン
サ2の電圧が主回路の直流電源8の電圧に達するまで長
時間小さな充電電流が流れ続けることになり、負荷9が
非常に軽負荷の場合には数秒〜数十秒にも達する。前記
したように、転流スイッチ4は、一般にサイリスタ又は
放電ギャップ等にて構成されているために、消弧手段を
持っていないことから、前記した転流コンデンサ2の電
流が零となる点がなければ閉路しない。このような電流
が継続して流れている状態で、負荷9側で点検作業のた
めに保安上から設けられている断路器12を開路したり
すると、断路器12からアークが発生するために、作業
者が危険な状態となり、またこのアークによって地絡事
故を起こす恐れがあるという問題がある。
【0007】また、上記した真空バルブ1の遮断後に負
荷9側での点検作業時での安全を確保するために、特開
平5−234471号公報に記載の図6に示すような、
転流回路5から負荷9側への転流電流の流れを阻止する
阻止手段13を設けて、この阻止手段13を、制御回路
11の開極指令S1 により主接点である真空バルブ1の
開路とほぼ同時か、または投入指令S2 による転流スイ
ッチ4が閉路するまでに開路するようにすることによ
り、負荷9側への転流電流の流入を阻止するようにした
構成が提案されている。しかしながら、このような構成
の直流遮断器においては、真空バルブのような阻止手段
13を用いたとしても、転流コンデンサ2からの電流を
前記した阻止手段13にて裁断するので、過電圧が発生
して他の機器に影響を与える可能性があるという問題が
ある。
【0008】この発明の課題は、前記の問題を解決し線
路の短絡事故時の事故電流のような大電流の遮断動作に
影響を与えることなく、かつ小電流をも短時間で遮断で
きる直流遮断器を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、この発明は、転流コンデンサと転流リアクトル
と転流スイッチとの直列接続からなる転流回路を設けた
直流遮断器の真空バルブに、直列接続されたコンデンサ
とリアクトルとからなる第2の回路を並列接続するよう
にした。これにより、負荷電流,特に数A〜数10A程
度の小電流の線路電流の遮断時においても、転流回路か
らの放電電流により真空バルブが消弧し開極した後に、
直流電源から流れる転流回路の転流コンデンサを充電す
る電流を、前記の真空バルブに並列接続された第2の回
路へ転流させることにより、転流回路に流れる電流に零
点を形成させ転流スイッチを開路することが可能となる
ので負荷側へ流れる電流を前記した第2の回路で減衰さ
せることができる。そして、上記したように負荷側への
転流電流の流れを阻止する阻止手段を設ける構成ではな
いので、電流裁断による過電圧が発生するようなことの
ない直流遮断器を得ることができる。
【0010】また、前記した真空バルブに並列接続され
たコンデンサとリアクトルとからなる第2の回路のイン
ピーダンスの値が、転流コンデンサと転流リアクタンス
とからなる転流回路のインピーダンスの値の数十倍以上
として、更に第2の回路のコンデンサのキャパシタンス
の値を、転流回路の転流コンデンサのキャパシタンスの
値の数十分の一以下とするものとする。これにより、線
路の短絡事故等の大電流の事故電流の遮断動作に影響を
与えることなく、小電流を短時間で遮断することができ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図1及び図2は、この発明の実施の
形態からなる直流遮断器であり、図1は直流遮断器の回
路構成図、図2は遮断時の遮断器各部の電流,電圧波形
図である。図1に示すように、この発明は、真空バルブ
1及び転流回路5にコンデンサ2aとリアクトル3aと
を直列接続した第2の回路5aを並列に接続して構成し
てある。以下、図1の回路構成からなる直流遮断器によ
る小電流の負荷電流の遮断時での動作を、図2に示す直
流遮断器構成部における電流,電圧の波形に基づいて説
明する。(b1)は、制御回路11の開極指令S1 によ
り、真空バルブ1を開極した時点である。 (c1)制御回路11からの投入指令S2 により、転流ス
イッチ4が閉路し、転流コンデンサ2から電流が流れ始
めた時点である。この場合、第2の回路5aのコンデン
サ2aとリアクトル3aとの合成インピーダンスは、あ
る程度の大きさを持っているので、前記した転流コンデ
ンサ2からの電流は真空バルブ1に流れ、真空バルブ1
には負荷電流と逆向の高周波の放電電流が重畳された電
流が流れる。 (d1)真空バルブ1の電流が零となった時点であり、こ
の時真空バルブ1は消弧する。従って、この時点まで
は、この発明の実施の形態の第2の回路5aを設けない
従来の前記した図3に示した構成によるものとその動作
は変わりない。真空バルブ1が消弧した後に転流回路5
と第2の回路5a間で振動電流が流れる。即ち、転流コ
ンデンサ2の残り電圧を電源として、前記の転流回路5
と第2の回路5aの閉ループを電流零点を形成する振動
電流が流れる。
【0012】なお、この発明の実施の形態で、第2の回
路5aのインピーダンスを、転流回路5のインピーダン
スより数十倍以上大きな値とするようにすると、即ち、
転流回路5の転流コンデンサ2と転流リアクタンス3
と、第2の回路5aのコンデンサ2aとリアクタンス3
aとのそれぞれのキャパシタンスとインダクタンスと
を、C1 及びL1 と、C2 及びL2 とした場合に、(L
2 /C2 1/2 ≫(L1 /C1 1/2 とすることによ
り、直流電源8から負荷9に流れる電流は、殆ど転流コ
ンデンサ2と転流リアクトル3の転流回路5を通して流
れるので、コンデンサ2と転流リアクトル3の転流回路
5を流れる電流は、直流電源8から負荷9に流れる電流
と図2に示すような振動電流との合成した波形となる。 (f1)上記したように、転流回路5に流れる振動電流に
より零点を形成するので、転流スイッチ4にサイリスタ
を使用していた場合には、適当なタイミングでゲートパ
ルスの供給を停止すると、この停止した以降の電流零点
でサイリスタは消弧する。これは、ギャップレススイッ
チでも同様である。
【0013】そして、上記した図2の(f1)の時点で転
流スイッチ4が消弧したことにより、直流電源8から負
荷9を通して第2の回路5aのコンデンサ2aを充電す
る電流が流れるが、この充電電流は、コンデンサ2aの
キャパシタンス(C2 )を転流コンデンサ2のキャパシ
タンス(C1 )に比べて数十分の一以下(C1 ≫C2
とすることにより振動電流となりやすくなり、また、減
衰時定数も小さくすることができ、上記したコンデンサ
2aは短時間に電源電圧に達して、充電電流を零とする
ことができる。例えば、この第2の回路5aのコンデン
サ2aの転流コンデンサ2に対する比(C2 /C1
を、1/100と非常に小さい値となるように設定する
と、従来の図3に示す第2の回路5aを設けていない回
路構成の直流遮断器で数秒程度転流電流が継続して流れ
ている場合でも、上記した第2の回路5aを設けること
により数十ミリ秒程度と大幅に短縮することができる。
【0014】そして、この実施の形態の第2の回路5a
を備えた直流遮断器においても、線路の短絡事故等のよ
うな大電流の事故電流を遮断する場合には、前記したよ
うに転流回路5からの放電電流により真空バルブ1が消
弧し遮断した後に、直流電源8から転流回路5の転流コ
ンデンサ2に流れる電流は零点はできず、非線形抵抗7
の方に転流し流れる。従って、従来の図3の直流遮断器
での図4の動作と同様となり、第2の回路5aを設けた
ことによる大電流遮断動作に与える影響はない。
【0015】
【発明の効果】以上のように、この発明においては、転
流回路を設けた直流遮断器の真空バルブに、直列接続さ
れたコンデンサとリアクトルとからなる第2の回路を並
列接続する構成とすることにより、数A〜数10A程度
の小電流の線路電流の遮断時に、転流回路に流れる電流
を遮断することがないので、点検時の断路器の開路時に
過電圧が発生することなく、遮断後の作業者の安全を確
保できるとともに、過電圧による地絡事故の発生を防止
することができる。しかも、前記したようにコンデンサ
とリアクトルとの直列接続の回路からなる構造が簡単な
直流遮断器とすることができる。
【0016】また、この発明において、前記した真空バ
ルブに並列接続されたコンデンサとリアクトルとからな
る第2の回路のインピーダンスの値を、転流コンデンサ
と転流リアクタンスとからなる転流回路のインピーダン
スの値の数十倍以上として、更に、第2の回路のコンデ
ンサのキャパシタンスの値を、転流回路の転流コンデン
サのキャパシタンスの値の数十分の一以下とすることに
より、大電流の事故電流の遮断動作に影響を与えること
なく、小電流を短時間で遮断することができる。
【0017】なお、以上のように、転流回路を設けた直
流遮断器の真空バルブに、直列接続されたコンデンサと
リアクトルからなる第2の回路を並列接続することとも
に、第2の回路のインピーダンスの値が転流回路のイン
ピーダンスの値の数十倍以上であり、かつ、第2の回路
のコンデンサのキャパシタンスの値が転流回路の転流コ
ンデンサのキャパシタンスの値の数十分の一以下である
という構成とすることにより、線路の短絡事故の事故電
流のような大電流の遮断動作に影響を与えることなく、
かつ小電流をも短時間で遮断できる直流遮断器を提供す
ることができるが、実際の製品への適用の際には、前記
直流遮断器の負荷側に断路器を設けることにより、保安
上の安全性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態からなる直流遮断器の回
路構成図である。
【図2】図1の直流遮断器の遮断時の各構成部における
電流,電圧の波形図である。
【図3】従来の直流遮断器の回路構成図である。
【図4】図3の直流遮断器で線路事故時の大電流遮断時
の各構成部における電流,電圧の波形図である。
【図5】図3の直流遮断器で小電流遮断時の各構成部に
おける電流,電圧の波形図である。
【符号の説明】
1 真空バルブ 2 転流コンデンサ 2a コンデンサ 3 転流リアクトル 3a リアクトル 4 転流スイッチ 5 転流回路 5a 第2の回路
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成8年6月25日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態からなる直流遮断器の回
路構成図である。
【図2】図1の直流遮断器の遮断時の各構成部における
電流,電圧の波形図である。
【図3】従来の直流遮断器の回路構成図である。
【図4】図3の直流遮断器で線路事故時の大電流遮断時
の各構成部における電流,電圧の波形図である。
【図5】図3の直流遮断器で小電流遮断時の各構成部に
おける電流,電圧の波形図である。
【図6】図3とは異なる従来の直流遮断器の回路構成図
である。
【符号の説明】 1 真空バルブ 2 転流コンデンサ 2a コンデンサ 3 転流リアクトル 3a リアクトル 4 転流スイッチ 5 転流回路 5a 第2の回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流電源および負荷を結ぶ主回路に直列に
    挿入された真空バルブと、この真空バルブと並列に接続
    された転流コンデンサと転流リアクトルと転流スイッチ
    との直列接続からなる転流回路とからなり、前記真空バ
    ルブの開極時に、前記転流回路の転流スイッチの閉路に
    より予め充電しておいた転流コンデンサから、転流リア
    クトルを介して放電電流を真空バルブを流れる電流に重
    畳して電流零値をもたらして遮断する直流遮断器におい
    て、直列接続されたコンデンサとリアクトルとからなる
    第2の回路を真空バルブに並列接続したことを特徴とす
    る直流遮断器。
  2. 【請求項2】請求項2に記載の直流遮断器において、真
    空バルブに並列接続された第2の回路のインピーダンス
    の値が、転流回路のインピーダンスの値の数十倍以上で
    あることを特徴とする直流遮断器。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の直流遮断器において、第
    2の回路のコンデンサのキャパシタンスの値は、転流回
    路の転流コンデンサのキャパシタンスの値の数十分の一
    以下であることを特徴とする直流遮断器。
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