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JP3711334B2 - Switchgear - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主回路スイッチと強制転流回路とで構成される開閉装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図11は、電気学会研究会資料、SA-97-34、1997「高速スイッチを適用した限流装置」に開示された開閉装置を示す構成図である。
図11において、1は主回路スイッチ、2は交流電源、4はインダクタンス、8は電流センサ、80と81は強制転流回路を構成するコンデンサとインダクタンスを示し、また、50,52および53は、図12に示す如く、主回路スイッチ1に流れる電流、主回路スイッチ1と強制転流回路を流れる全電流、強制転流回路を流れる高周波電流をそれぞれ示す。
【0003】
図11に示す開閉装置において、主回路スイッチ1は機械スイッチでなり、電流零点でないと遮断できない。そこで、主回路スイッチ1に流れる電流に強制転流回路から高周波電流53を流すことで、強制電流零点をつくり、強制遮断をする。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、主回路スイッチ1の遮断に必要な接点ギャップ長が不足することにより、最初の強制電流零点で電流遮断不能となる場合がある。
【0005】
そこで、この発明は上述した従来例に係る問題点を解消するためになされたもので、電流遮断の信頼性を向上させることができる強制転流回路を有する開閉装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る開閉装置は、主回路スイッチと、スイッチと当該スイッチと逆並列接続され当該スイッチとは逆方向の電流のみを流す素子との組み合わせたユニットを複数組有するブリッジ接続体と、直流電源もしくはコンデンサとを有し、前記主回路スイッチに並列接続された強制転流回路と、前記主回路スイッチに流れる電流の状態を検出する検出手段と、前記検出手段からの出力に基づいて前記強制転流回路のスイッチを制御することで、前記強制転流回路から供給される出力電流の重畳により前記主回路スイッチに流れる電流を強制的に電流零点にして遮断し、遮断失敗のときは前記強制転流回路のスイッチの切替により再び強制的に電流零点をつくることを繰り返す制御回路とを備えたものである。
【0007】
また、前記制御回路は、前記主回路スイッチに流れる電流を強制的に電流零点にして前記主回路スイッチを遮断し、遮断失敗のときは前記強制転流回路のスイッチを切ることにより前記強制転流回路の出力電流を前記直流電源もしくはコンデンサに帰還することで主回路スイッチに流れる電流を再び電流零点にし、さらに遮断失敗のときは、再び前記強制転流回路のスイッチを入りにすることで、強制転流回路の出力電流を増加させ、前記主回路スイッチに流れる電流を再び電流零点にし、同様に前記スイッチを入り切りすることで、前記主回路スイッチに流れる電流を再び強制的に電流零点になることを繰り返すことが特徴とするものである。
【0008】
また、前記制御回路は、前記主回路スイッチに流れる電流を強制的にする電流零点で遮断失敗のときは前記強制転流回路から前記主回路スイッチに流れる出力電流を環流する回路に切り替えることで再び電流零点をつくることを特徴とするものである。
【0009】
また、前記検出手段は、前記主回路スイッチに流れる電流を測定するセンサであることを特徴とするものである。
【0010】
また、前記強制転流回路におけるスイッチの許容極間電圧を、主回路スイッチが電流遮断した後、主回路の回生エネルギー吸収により上昇する前記コンデンサまたは直流電源の電圧より高く設定することを特徴とするものである。
【0011】
また、前記ブリッジ接続体を有する前記強制転流回路に代えて、前記主回路スイッチに直流電流が流れる場合に、スイッチと当該スイッチと逆並列接続され当該スイッチとは逆方向の電流のみを流す素子からなるユニットと、直流電源もしくはコンデンサと、出力電流を環流させるための整流素子とで構成された他の強制転流回路に置き換えことを特徴とするものである。
【0012】
さらに、前記主回路スイッチと前記強制転流回路との間にトランスを配置することが特徴とするものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る強制的電流零点をつくる強制転流回路付き開閉装置を示す回路図である。強制転流回路付き開閉装置は、図1に示すように、主回路スイッチ1とこの主回路スイッチ1に並列接続され強制的に電流零点をつくる強制転流回路60とで構成される。強制転流回路60は、スイッチ(S1,S2,S3,S4)11,21,31,41とダイオード(D1,D2,D3,D4)12,22,32,42の逆並列接続したもの4組によりブリッジ接続した構成と、直流電源3とから構成される。
【0014】
ここで、スイッチ(S1,S2,S3,S4)11,21,31,41は、自己消弧形スイッチで、例えばIGBT、GTO等の半導体スイッチであるが、自己消弧形スイッチではないサイリスタなどのスイッチの場合、強制転流回路を付加すれば有効である。また、ダイオード(D1,D2,D3,D4)12,22,32,42は、いわゆる整流ダイオードであり、一方向の電流のみ流す素子である。
【0015】
主回路スイッチ1に流れる電流を主回路スイッチ電流50、強制転流回路60からの出力電流を強制転流回路60の出力電流51、主回路に流れる電流を全電流52とする。転流回路付き開閉装置の検出、制御系として、電流センサ8、制御回路7を備えており、電流センサ8は、主回路スイッチ電流50を検出し、制御回路7は、電流センサ8の出力に基づいて強制転流回路60を構成するスイッチ(S1,S2,S3,S4)11,21,31,41とダイオードのブリッジ(D1,D2,D3,D4)12,22,32,42を制御する。なお、電流センサ8は、主回路スイッチ1の両端間電圧を測定するセンサに代替して測定される電圧に基づいて主回路スイッチ1に流れる電流の状態を検出するようにしても良い。また、図1において、4は主回路のインダクタンス、5は強制転流回路60のインダクタンスを示す。
【0016】
また、強制転流回路60として、図2に示すように、図1における直流電源3をコンデンサ301に置き換えて、主回路電源により充電してもよい。コンデンサ301は、急充放電、多頻度向けに有用であるが、急充放電、多頻度用途でない仕様では大容量の電池等電力貯蔵装置であってもよい。
【0017】
次に、強制転流回路付き開閉装置の遮断動作を説明する。主回路上で地絡事故、他相間短絡事故で主回路に流れる電流が増大したときや電圧低下したときなどの緊急事態、または任意に主回路電流を遮断する場合、まず、主回路スイッチ1は、制御回路7から開極指令を受け、接点開極を行う。
【0018】
図3に、各部分に流れる電流として、主回路スイッチ電流50、強制転流回路の出力電流51及び全電流52の波形と、主回路スイッチ1における可動接点の移動距離550が示されている。また、図3において、551は遮断可能性90%の移動距離範囲、552は遮断可能性95%の移動距離範囲、553は遮断可能性100%の移動距離範囲である。
【0019】
主回路スイッチ電流50は、強制転流回路60の出力電流51の重畳後、最初に電流零点になったとき、主回路スイッチ電流50の可動接点の移動距離範囲551は電流遮断に十分な移動距離に達していないので、遮断失敗をする可能性がある。そこで、遮断失敗した場合、主回路スイッチ1が主回路スイッチ電流50を遮断するまで、主回路スイッチ電流50の電流零点をつくることを繰り返すようにする。そのため、制御回路7は、電流センサ8による強制転流回路の電流50の検出に基づいて強制転流回路60の出力電流51を、図3に示す増減を繰り返すように制御する。
【0020】
図4に、各部分に流れる電流として、主回路スイッチ電流50、強制転流回路の出力電流51及び全電流52の波形と、図2におけるコンデンサ301のコンデンサ電圧53の波形と、スイッチ(S1)11の極間電圧の波形が示されている。また、図4において、54はコンデンサ電圧53の初期充電電圧、55は遮断後のコンデンサの電圧、56は遮断後、回生エネルギーを吸収して、電圧が変化した分である。主回路スイッチ1により主回路スイッチ電流50を遮断した後、コンデンサ301は主回路の回生エネルギーを吸収して、遮断後のコンデンサの電圧Vcf55を得る。
【0021】
次に、強制転流回路60の出力電流51が増減を繰り返す制御について図5を参照して説明する。図5に、直流電源3またはコンデンサ301に電流を帰還させることを利用した方式における、強制転流回路60の出力電流51、強制転流回路60の出力電圧57、スイッチ状態が示されている。例えば、主回路スイッチ電流50が図1における矢印方向の電流である場合、制御回路7は、電流センサ8から電流方向を検出し、スイッチ(S1)11、スイッチ(S4)41に入り指令を出すことで、スイッチ(S1)11、スイッチ(S4)41は入りとなり、強制転流回路60の出力電流51が主回路スイッチ1に流れる。
【0022】
主回路スイッチ1が遮断失敗した場合、制御回路7は、電流センサ8から主回路スイッチ1が遮断失敗して、電流が流れていることを検出して、直ちにスイッチ(S1)11、スイッチ(S4)41に切り指令を出す。スイッチ(S1)11、スイッチ(S4)41が電流を切ると、強制転流回路60の出力電流51は、ダイオード(D2)22、(D3)32を通って直流電源3またはコンデンサ301に帰還することで減少しながら流れる。
【0023】
主回路スイッチ電流50が再び電流零点になり、このときも主回路スイッチ1は遮断出来なかった場合、制御回路7は、電流センサ8から主回路スイッチ1が遮断失敗して、電流が流れていることを検出して、スイッチ(S1)11、スイッチ(S4)41を入り指令を出す。強制転流回路出力電流51を供給することで、強制転流回路出力電流51は増加して、主回路スイッチ電流50が三度目の電流零点を迎える。
【0024】
このようなことを繰り返して、主回路スイッチ1が主回路スイッチ電流50を遮断するまでスイッチ(S1)11、スイッチ(S4)41を繰り返すことで、強制転流回路出力電流51は増減を繰り返すことが出来る。主回路スイッチ電流50が図1における矢印方向と反対の場合、スイッチ(S2)21、スイッチ(S4)31の入り切りで主回路スイッチ電流50は零点を繰り返すように強制転流回路出力電流51は図1にある方向と逆方向に流れて、増減を繰り返すようになる。
【0025】
図6に、電流を環流させることを利用した方式における、強制転流回路の出力電流51、強制転流回路60の出力電圧57、スイッチ状態が示されている。図5の方式と同様に、主回路スイッチ電流50が図1における矢印方向の電流である場合、制御回路7は、電流センサ8から電流方向を検出し、スイッチ(S1)11、スイッチ(S4)41に入り指令を出し、スイッチ(S1)11、スイッチ(S4)41は入りとなり強制転流回路の出力電流51が主回路スイッチ1に流れる。
【0026】
主回路スイッチ1が遮断失敗した場合、制御回路7は電流センサ8から主回路スイッチ1が遮断失敗して、電流が流れていることを検出して、直ちにスイッチ(S4)41に切り指令、スイッチ(S3)31に入り指令を出す。スイッチ(S4)11は電流を切り、スイッチ(S3)31が入りになると、強制転流回路出力電流51は環流しながら減少する。
【0027】
主回路スイッチ電流50が再び電流零点になり、このときも主回路スイッチ1は遮断出来なかった場合、制御回路7は電流センサ8から主回路スイッチ1が遮断失敗して、電流が流れていることを検出して、スイッチ(S4)41に入り指令を、スイッチ(S3)31に切り指令を出す。強制転流回路出力電流51を供給することで、強制転流回路出力電流51は増加して、主回路スイッチ電流50が三度目の電流零点を迎える。
【0028】
このようなことを繰り返して、主回路スイッチ1が主回路スイッチ電流50を遮断するまでスイッチ(S1)11、スイッチ(S4)41、スイッチ(S3)31の入り切りを繰り返すことで、強制転流回路出力電流51は増減を繰り返すことが出来る。また、強制転流回路出力電流51を環流させるとき、スイッチ(S4)41、スイッチ(S2)21を入り、スイッチ(S1)11、スイッチ(S3)31を切っても、同様に強制転流回路出力電流51は増減を繰り返すことが出来る。
【0029】
また、主回路スイッチ電流50が図1における矢印方向と反対の場合、スイッチ(S2)21、スイッチ(S3)31、スイッチ(S1)11の入り切りまたはスイッチ(S2)21、スイッチ(S3)31、スイッチ(S4)41で主回路スイッチ電流50は零点を繰り返すように強制転流回路出力電流51は図1にある方向と逆方向に流れて、同様に増減を繰り返すようになる。
【0030】
次に、スイッチ(S1,S2,S3,S4)11,21,31,41の耐圧仕様に関して説明する。図7に、各部分に流れる電流として、主回路スイッチ電流50、強制転流回路の出力電流51、全電流52の波形と図2におけるコンデンサ301のコンデンサ電圧53の波形と、スイッチ(S1)11の極間電圧の波形、スイッチ(S1,S2,S3,S4)11,21,31,41の状態が示される。
【0031】
主回路スイッチ1が主回路スイッチ電流50を遮断した後、主回路の回生エネルギーはコンデンサ301に流れ込み遮断後のコンデンサの電圧55はVcfとなる。このとき、例えばスイッチ(S1)11の極間電圧はVcfとなる。よって、スイッチ(S1)11の極間の耐電圧はVcfより大きい仕様のスイッチを選ぶか、主回路のインダクタンスを少なくするか主回路スイッチ電流50の仕様を小さく設定するなどの処置が必要である。
【0032】
次に、主回路スイッチ1の構成について図8を参照して説明する。図8において、90は真空バルブ、91は固定接点、92は可動接点、93は開極用コイル、94は閉極用コイル、95は反発板、96は接圧発生・開極保持機構、97は上部端子、98は下部端子である。開極用コイルに開閉駆動用の電磁反発機構は、開極用コイル93、閉極用コイル94、低電気抵抗材の反発板95で構成され、図示していないが、充電コンデンサの電源からパルス電流をこれらコイルに放電することにより開閉駆動するようになっている。開極用コイル93及び閉極用コイル94と反発板95はお互いに対向している。
【0033】
次に開極動作について説明する。図8において、真空バルブ90の最大許容通電電流による電磁反発力でも可動接点92と固定接点91が離れないように、接圧発生・開極保持機構96は紙面上向きの閉極方向に荷重を発生させ、可動接点92を固定接点91に押し当てている。開極用コイル93にパルス電流を放電すると磁界が発生し、相互作用によって、反発板95に誘導電流が流れ、反発板95は開極用コイル93に対して紙面下向きの開極方向の電磁反発力を受ける。
【0034】
電磁反発力が接圧発生・開極保持機構96による紙面上向きの閉極方向の荷重を越えると、反発板95に連なる可動電極5は下向きに動作・加速する。接圧発生・開極保持機構96は開極距離を越えると開極保持する。通常の真空スイッチでは開極指令から接点が離れるまでの時間は20〜30msであるところ、この電磁反発開極機構を用いたスイッチでは3ms以内を実現している。主回路の短絡事故時に主回路スイッチ電流50が増加しないうちに主回路スイッチ1が開極することにより早く強制転流が出来るので、強制転流回路出力電流は大きくする必要が無くなり、強制転流回路の容量は小さくできるようになる。
【0035】
実施の形態2.
図9は、この発明の実施の形態2に係る開閉装置を示す構成図であり、主回路電流スイッチ電流50が直流の場合における強制転流遮断の実施の形態を示す。図9において、強制転流回路60は、直流電源3、スイッチ(S1)11、ダイオード12、ダイオード43、強制転流回路の出力インダクタンス5で構成される。また、実施の形態1と同様に、直流電源3をコンデンサ301に置き換えて、主回路により充電してもよい。
【0036】
次に、この実施の形態2に係る強制転流回路付き開閉装置の遮断動作を説明する。主回路スイッチ1は、実施の形態1と同様に、制御回路7から開極指令を受け、接点開極を行う。実施の形態1の図3と同様に、主回路スイッチ1における可動接点の移動距離550が強制転流回路の出力電流51の重畳後、最初に電流零点になったとき、主回路スイッチ電流50の可動接点の移動距離範囲551は電流遮断に十分な移動距離に達していないので、遮断失敗をする可能性がある。
【0037】
そこで、遮断失敗した場合、主回路スイッチ1が主回路スイッチ電流50を遮断するまで、主回路スイッチ電流50の電流零点をつくることを繰り返すようにする。そのため、強制転流回路の出力電流51を、図6と同様に電流を環流させることを利用して増減を繰り返すように制御する。主回路電流スイッチ電流50が直流の場合、強制転流回路は、実施の形態1と比べ、少ないスイッチ、ダイオードで構成しても十分機能は発揮できる。
【0038】
実施の形態3.
図10は、この発明の実施の形態3に係る開閉装置を示す構成図であり、強制転流回路60から出力される強制転流回路電流が主回路電流スイッチ電流50と比べ小さく、トランス変換で強制転流回路電流51を増やす場合の実施の形態を示す。図10において、70はトランスで、強制転流回路60は実施の形態1ないし実施の形態2と同様な構成となっていて、nは巻線比で1より小さい。強制転流回路60で構成されるスイッチ、ダイオードにおいて、通電可能な電流が限られ、強制転流回路電流を主回路電流スイッチ電流50より大きくする効果がある。
【0039】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、強制転流回路のスイッチの切替を制御して速やかに再び電流零点をつくることを繰り返すことにより、主回路スイッチの可動接点をより確実に遮断する開極距離に移動させて、電流遮断の信頼性を向上させることができる。
【0040】
また、強制転流回路におけるスイッチが強制転流回路の出力電流を切ることにより、強制転流回路の出力電流は直流電源もしくはコンデンサに帰還することで主回路スイッチに流れる電流は速やかに再び電流零点がつくられることにより、主回路スイッチの可動接点をより確実に遮断する開極距離に移動させて、電流遮断の信頼性を向上させることができる。
【0041】
また、強制転流回路におけるスイッチが強制転流回路の出力電流を入り切りにより、出力電流は環流することで主回路スイッチに流れる電流は速やかに再び電流零点がつくられることにより、主回路スイッチの可動接点をより確実に遮断する開極距離に移動させて、電流遮断の信頼性を向上させることができる。
【0042】
また、強制零点で主回路スイッチが遮断不能の場合、制御回路は主回路スイッチの電流を測定するセンサで電流を検出し、強制転流回路を制御することで、強制転流回路の出力電流を増減させることが出来、主回路スイッチに流れる電流は速やかに再び電流零点がつくられることにより、主回路スイッチの可動接点をより確実に遮断する開極距離に移動させて、電流遮断の信頼性を向上させることができる。
【0043】
また、強制転流回路におけるスイッチの許容極間電圧を主回路回生エネルギー吸収により電圧上昇した前記コンデンサまたは直流電源の電圧より高く設定することにより、強制転流回路におけるスイッチの過電圧破損を防ぐことができる。
【0044】
また、主回路スイッチに直流電流が流れる場合に、強制転流回路の構成を少ない構成要素で達成でき、強制転流回路におけるスイッチにより強制転流回路の出力電流を入り切りすることにより、出力電流は環流させることで主回路スイッチに流れる電流は速やかに再び電流零点がつくられることにより、主回路スイッチの可動接点をより確実に遮断する開極距離に移動させて、電流遮断の信頼性を向上させることができる。
【0045】
さらに、強制転流回路からの電流が主回路電流スイッチに流れる電流と比べ小さい場合、主回路スイッチと強制転流回路の間にトランスを配置することで、トランス変換で強制転流回路からの電流を主回路電流スイッチに流れる電流より大きくする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に係る強制的電流零点をつくる強制転流回路付き開閉装置を示す回路図である。
【図2】 図1に示す直流電源3をコンデンサ301に置き換えた開閉装置を示す回路図である。
【図3】 図1及び図2における主回路スイッチ電流50、強制転流回路の出力電流51及び全電流52の波形と、主回路スイッチ1における可動接点の移動距離550を示す説明図である。
【図4】 図2における主回路スイッチ電流50、強制転流回路の出力電流51及び全電流52の波形と、コンデンサ301のコンデンサ電圧53の波形と、スイッチ11の極間電圧の波形を示す説明図である。
【図5】 直流電源3またはコンデンサ301に電流を帰還させることを利用した方式における、強制転流回路60の出力電流51、強制転流回路60の出力電圧57、スイッチ状態を示す説明図である。
【図6】 電流を環流させることを利用した方式における、強制転流回路の出力電流51、強制転流回路60の出力電圧57、スイッチ状態を示す説明図である。
【図7】 主回路スイッチ電流50、強制転流回路の出力電流51、全電流52の波形と、図2におけるコンデンサ301のコンデンサ電圧53の波形と、スイッチ11の極間電圧の波形、スイッチ11,21,31,41の状態を示す説明図である。
【図8】 主回路スイッチ1の構成図である。
【図9】 この発明の実施の形態2に係る開閉装置を示す構成図である。
【図10】 この発明の実施の形態3に係る開閉装置を示す構成図である。
【図11】 電気学会研究会資料、SA-97-34、1997「高速スイッチを適用した限流装置」に開示された開閉装置を示す構成図である。
【図12】 図11の主回路スイッチ1に流れる電流、主回路スイッチ1と強制転流回路を流れる全電流、強制転流回路を流れる高周波電流をそれぞれ示す説明図である。
【符号の説明】
1 主回路スイッチ、3 強制転流回路の直流電源、4 主回路のインダクタンス、5 強制転流回路の出力インダクタンス、7 制御回路、8 電流センサ、11,21,31,41 スイッチ、12,22,32,42 ダイオード、43 ダイオード、60 強制転流回路、301 コンデンサ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a switchgear composed of a main circuit switch and a forced commutation circuit.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 is a block diagram showing the switchgear disclosed in the IEEJ Technical Committee Materials, SA-97-34, 1997 “Current Limiting Device Applying High-Speed Switch”.
In FIG. 11, 1 is a main circuit switch, 2 is an AC power supply, 4 is an inductance, 8 is a current sensor, 80 and 81 are capacitors and inductances constituting a forced commutation circuit, and 50, 52 and 53 are As shown in FIG. 12, the current flowing through the main circuit switch 1, the total current flowing through the main circuit switch 1 and the forced commutation circuit, and the high-frequency current flowing through the forced commutation circuit are shown.
[0003]
In the switchgear shown in FIG. 11, the main circuit switch 1 is a mechanical switch, and cannot be shut off unless it is at the current zero point. Therefore, by applying a high-frequency current 53 from the forced commutation circuit to the current flowing through the main circuit switch 1, a forced current zero point is created and the forced cutoff is performed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, due to the shortage of the contact gap length necessary for shutting off the main circuit switch 1, there may be a case where the current cannot be interrupted at the first forced current zero point.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems associated with the conventional example, and an object thereof is to obtain a switchgear having a forced commutation circuit capable of improving the reliability of current interruption.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The switchgear according to the present invention includes a bridge connection body including a plurality of units each including a main circuit switch, a switch and an element connected in reverse parallel to the switch, and a current flowing in a direction opposite to the switch, and a DC power source. Or a forced commutation circuit having a capacitor and connected in parallel to the main circuit switch; a detection means for detecting a state of a current flowing through the main circuit switch; and the forced commutation based on an output from the detection means. By controlling the switch of the current circuit, the current flowing through the main circuit switch is forcibly cut off at the current zero point by superimposing the output current supplied from the forced commutation circuit. And a control circuit that repeats forcibly creating a current zero point again by switching the switch of the current circuit.
[0007]
Further, the control circuit forcibly turns off the main circuit switch by setting a current flowing through the main circuit switch to a current zero point, and switches off the forced commutation circuit when the interruption fails. Returning the output current of the circuit to the DC power supply or the capacitor makes the current flowing through the main circuit switch to the current zero point again, and when the interruption fails, the forced commutation circuit is switched on again to force By increasing the output current of the commutation circuit, the current flowing through the main circuit switch is set to the current zero point again, and similarly, the current flowing through the main circuit switch is again forced to the current zero point by turning the switch on and off. It is characterized by repeating.
[0008]
In addition, the control circuit switches again from the forced commutation circuit to a circuit that circulates the output current flowing to the main circuit switch when the interruption at the current zero point forcing the current flowing to the main circuit switch fails. It is characterized by creating a current zero point.
[0009]
The detecting means is a sensor for measuring a current flowing through the main circuit switch.
[0010]
The allowable inter-electrode voltage of the switch in the forced commutation circuit is set to be higher than the voltage of the capacitor or the DC power source that rises due to regenerative energy absorption of the main circuit after the main circuit switch cuts off the current. Is.
[0011]
Further, instead of the forced commutation circuit having a bridge connection member, when the direct current flows in the main circuit switches, flow only reverse current switch and the person said switch and antiparallel connected the switch a unit consisting of elements, a DC power supply or a capacitor, is characterized in that the output current is replaced with other forced commutation circuit composed of a rectifying element for refluxing.
[0012]
Furthermore, a transformer is arranged between the main circuit switch and the forced commutation circuit.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
1 is a circuit diagram showing a switchgear with a forced commutation circuit that creates a forced current zero point according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the switchgear with a forced commutation circuit includes a main circuit switch 1 and a forced commutation circuit 60 that is connected in parallel to the main circuit switch 1 and forcibly creates a current zero point. The forced commutation circuit 60 includes four sets of switches (S1, S2, S3, S4) 11, 21, 31, 41 and diodes (D1, D2, D3, D4) 12, 22, 32, 42 connected in reverse parallel. And a DC power supply 3.
[0014]
Here, the switches (S1, S2, S3, S4) 11, 21, 31, and 41 are self-extinguishing switches, for example, semiconductor switches such as IGBT and GTO, but thyristors that are not self-extinguishing switches. In the case of this switch, it is effective to add a forced commutation circuit. The diodes (D1, D2, D3, D4) 12, 22, 32, and 42 are so-called rectifier diodes, and are elements that allow only current in one direction to flow.
[0015]
The current flowing through the main circuit switch 1 is defined as a main circuit switch current 50, the output current from the forced commutation circuit 60 is defined as the output current 51 of the forced commutation circuit 60, and the current flowing through the main circuit is defined as the total current 52. A current sensor 8 and a control circuit 7 are provided as a detection and control system of the switching device with a commutation circuit. The current sensor 8 detects a main circuit switch current 50, and the control circuit 7 outputs the current sensor 8 to the output. Based on the switches (S1, S2, S3, S4) 11, 21, 31, 41 and the diode bridges (D1, D2, D3, D4) 12, 22, 32, 42 constituting the forced commutation circuit 60 . The current sensor 8 may detect the state of the current flowing through the main circuit switch 1 based on a voltage measured instead of the sensor that measures the voltage across the main circuit switch 1. In FIG. 1, 4 indicates the inductance of the main circuit, and 5 indicates the inductance of the forced commutation circuit 60.
[0016]
Further, as the forced commutation circuit 60, as shown in FIG. 2, the DC power supply 3 in FIG. The capacitor 301 is useful for rapid charging / discharging and frequent use, but may be a power storage device such as a large-capacity battery for specifications other than rapid charge / discharge and frequent use.
[0017]
Next, the interruption | blocking operation | movement of the switchgear with a forced commutation circuit is demonstrated. In the event of an emergency such as a ground fault on the main circuit, a short circuit between other phases, or when the current flowing through the main circuit increases or when the voltage drops, or when the main circuit current is interrupted arbitrarily, the main circuit switch 1 is In response to the opening command from the control circuit 7, the contact is opened.
[0018]
FIG. 3 shows waveforms of the main circuit switch current 50, the output current 51 of the forced commutation circuit and the total current 52, and the moving distance 550 of the movable contact in the main circuit switch 1 as the current flowing through each part. In FIG. 3, 551 is a moving distance range with a blocking probability of 90%, 552 is a moving distance range with a blocking probability of 95%, and 553 is a moving distance range with a blocking probability of 100%.
[0019]
When the main circuit switch current 50 first reaches the current zero point after the output current 51 of the forced commutation circuit 60 is superimposed, the moving distance range 551 of the movable contact of the main circuit switch current 50 is a moving distance sufficient for current interruption. Because it has not reached, there is a possibility of failure to shut off. Therefore, when the interruption fails, the generation of the current zero point of the main circuit switch current 50 is repeated until the main circuit switch 1 cuts off the main circuit switch current 50. Therefore, the control circuit 7 controls the output current 51 of the forced commutation circuit 60 to repeat the increase and decrease shown in FIG. 3 based on the detection of the current 50 of the forced commutation circuit by the current sensor 8.
[0020]
FIG. 4 shows the waveforms of main circuit switch current 50, forced commutation circuit output current 51 and total current 52, the waveform of capacitor voltage 53 of capacitor 301 in FIG. 2, and the switch (S1). Eleven interelectrode voltage waveforms are shown. In FIG. 4, 54 is the initial charge voltage of the capacitor voltage 53, 55 is the voltage of the capacitor after being shut off, 56 is the amount of change in voltage after absorbing regenerative energy after being shut off. After the main circuit switch current 50 is cut off by the main circuit switch 1, the capacitor 301 absorbs the regenerative energy of the main circuit and obtains a voltage Vcf55 of the cut-off capacitor.
[0021]
Next, control for repeatedly increasing and decreasing the output current 51 of the forced commutation circuit 60 will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the output current 51 of the forced commutation circuit 60, the output voltage 57 of the forced commutation circuit 60, and the switch state in a system using feedback of current to the DC power supply 3 or the capacitor 301. For example, when the main circuit switch current 50 is the current in the direction of the arrow in FIG. 1, the control circuit 7 detects the current direction from the current sensor 8 and enters the switch (S1) 11 and switch (S4) 41 to issue a command. Thus, the switch (S1) 11 and the switch (S4) 41 are turned on, and the output current 51 of the forced commutation circuit 60 flows to the main circuit switch 1.
[0022]
When the main circuit switch 1 fails to shut off, the control circuit 7 detects from the current sensor 8 that the main circuit switch 1 fails to shut down and a current is flowing, and immediately detects the switch (S1) 11 and the switch (S4). ) Issue a cut command to 41. When the switch (S1) 11 and the switch (S4) 41 cut off the current, the output current 51 of the forced commutation circuit 60 is fed back to the DC power supply 3 or the capacitor 301 through the diodes (D2) 22 and (D3) 32. It flows while decreasing.
[0023]
When the main circuit switch current 50 becomes the current zero point again and the main circuit switch 1 cannot be cut off at this time, the control circuit 7 fails to cut off the main circuit switch 1 from the current sensor 8 and the current flows. When this is detected, the switch (S1) 11 and the switch (S4) 41 are entered to issue a command. By supplying the forced commutation circuit output current 51, the forced commutation circuit output current 51 increases, and the main circuit switch current 50 reaches the third current zero point.
[0024]
The forced commutation circuit output current 51 is repeatedly increased and decreased by repeating the above steps and repeating the switch (S1) 11 and the switch (S4) 41 until the main circuit switch 1 cuts off the main circuit switch current 50. I can do it. When the main circuit switch current 50 is opposite to the direction of the arrow in FIG. 1, the forced commutation circuit output current 51 is such that the main circuit switch current 50 repeats zero when the switch (S2) 21 and the switch (S4) 31 are turned on and off. It flows in the direction opposite to the direction in 1 and repeats increasing and decreasing.
[0025]
FIG. 6 shows the output current 51 of the forced commutation circuit, the output voltage 57 of the forced commutation circuit 60, and the switch state in a system using current recirculation. Similar to the method of FIG. 5, when the main circuit switch current 50 is the current in the direction of the arrow in FIG. 1, the control circuit 7 detects the current direction from the current sensor 8, and switches (S1) 11 and (S4) 41, the command is issued, the switch (S1) 11 and the switch (S4) 41 are turned on, and the output current 51 of the forced commutation circuit flows to the main circuit switch 1.
[0026]
When the main circuit switch 1 fails to shut down, the control circuit 7 detects from the current sensor 8 that the main circuit switch 1 fails to shut down and the current is flowing, and immediately switches to the switch (S4) 41, (S3) Enter 31 and issue a command. When the switch (S4) 11 cuts off the current and the switch (S3) 31 is turned on, the forced commutation circuit output current 51 decreases while circulating.
[0027]
If the main circuit switch current 50 becomes the current zero point again and the main circuit switch 1 cannot be cut off at this time, the control circuit 7 has failed to cut off the main circuit switch 1 from the current sensor 8 and the current is flowing. Is detected, enters the switch (S4) 41 and issues a command to the switch (S3) 31. By supplying the forced commutation circuit output current 51, the forced commutation circuit output current 51 increases, and the main circuit switch current 50 reaches the third current zero point.
[0028]
By repeating this, the switch (S1) 11, the switch (S4) 41, and the switch (S3) 31 are repeatedly turned on and off until the main circuit switch 1 cuts off the main circuit switch current 50. The output current 51 can be repeatedly increased and decreased. Further, when the forced commutation circuit output current 51 is circulated, even if the switch (S4) 41 and the switch (S2) 21 are turned on and the switch (S1) 11 and the switch (S3) 31 are turned off, the forced commutation circuit is similarly provided. The output current 51 can be repeatedly increased and decreased.
[0029]
When the main circuit switch current 50 is opposite to the arrow direction in FIG. 1, the switch (S2) 21, the switch (S3) 31, the switch (S1) 11 is turned on or off, or the switch (S2) 21, the switch (S3) 31, In the switch (S4) 41, the forced commutation circuit output current 51 flows in a direction opposite to the direction shown in FIG. 1 so that the main circuit switch current 50 repeats the zero point, and similarly increases and decreases repeatedly.
[0030]
Next, the breakdown voltage specifications of the switches (S1, S2, S3, S4) 11, 21, 31, 41 will be described. FIG. 7 shows waveforms of main circuit switch current 50, forced commutation circuit output current 51, total current 52, capacitor voltage 53 of capacitor 301 in FIG. The waveform of the inter-electrode voltage and the states of the switches (S1, S2, S3, S4) 11, 21, 31, 41 are shown.
[0031]
After the main circuit switch 1 cuts off the main circuit switch current 50, the regenerative energy of the main circuit flows into the capacitor 301, and the capacitor voltage 55 after the cut-off becomes Vcf. At this time, for example, the voltage between the electrodes of the switch (S1) 11 is Vcf. Therefore, it is necessary to take a measure such as selecting a switch with a withstand voltage between the poles of the switch (S1) 11 larger than Vcf, reducing the inductance of the main circuit, or setting the specification of the main circuit switch current 50 smaller. .
[0032]
Next, the configuration of the main circuit switch 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 8, 90 is a vacuum valve, 91 is a fixed contact, 92 is a movable contact, 93 is an opening coil, 94 is a closing coil, 95 is a repulsion plate, 96 is a contact pressure generating / opening holding mechanism, 97. Is an upper terminal, and 98 is a lower terminal. An electromagnetic repulsion mechanism for opening and closing the opening coil is composed of an opening coil 93, a closing coil 94, and a low electric resistance material repulsion plate 95. Although not shown, a pulse is applied from the power source of the charging capacitor. Opening and closing is driven by discharging current to these coils. The opening coil 93, the closing coil 94, and the repulsion plate 95 face each other.
[0033]
Next, the opening operation will be described. In FIG. 8, the contact pressure generating / opening holding mechanism 96 generates a load in the closing direction upward on the paper surface so that the movable contact 92 and the fixed contact 91 are not separated even by the electromagnetic repulsive force due to the maximum allowable energization current of the vacuum valve 90. The movable contact 92 is pressed against the fixed contact 91. When a pulse current is discharged to the opening coil 93, a magnetic field is generated, and an induced current flows through the repulsion plate 95 due to the interaction. The repulsion plate 95 is electromagnetically repelled in the opening direction downward with respect to the opening coil 93. Receive power.
[0034]
When the electromagnetic repulsive force exceeds the load in the closing direction upward in the drawing by the contact pressure generation / opening holding mechanism 96, the movable electrode 5 connected to the repulsion plate 95 operates and accelerates downward. The contact pressure generation / opening holding mechanism 96 holds the opening when the opening distance is exceeded. In a normal vacuum switch, the time from the opening command until the contact is released is 20 to 30 ms, but in a switch using this electromagnetic repulsion opening mechanism, the time is within 3 ms. Because the main circuit switch 1 opens before the main circuit switch current 50 increases in the event of a short circuit in the main circuit, forced commutation can be performed quickly, so there is no need to increase the forced commutation circuit output current. The capacity of the circuit can be reduced.
[0035]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing a switchgear according to Embodiment 2 of the present invention, and shows an embodiment of forced commutation interruption when the main circuit current switch current 50 is a direct current. In FIG. 9, the forced commutation circuit 60 includes a DC power supply 3, a switch (S1) 11, a diode 12, a diode 43, and an output inductance 5 of the forced commutation circuit. Similarly to the first embodiment, the DC power supply 3 may be replaced with the capacitor 301 and charged by the main circuit.
[0036]
Next, the breaking operation of the switchgear with a forced commutation circuit according to the second embodiment will be described. As with the first embodiment, the main circuit switch 1 receives a contact opening command from the control circuit 7 and performs contact opening. As in FIG. 3 of the first embodiment, when the moving distance 550 of the movable contact in the main circuit switch 1 first becomes the current zero point after the output current 51 of the forced commutation circuit is superimposed, the main circuit switch current 50 Since the moving distance range 551 of the movable contact does not reach the moving distance sufficient for current interruption, there is a possibility of failure of interruption.
[0037]
Therefore, when the interruption fails, the generation of the current zero point of the main circuit switch current 50 is repeated until the main circuit switch 1 cuts off the main circuit switch current 50. For this reason, the output current 51 of the forced commutation circuit is controlled so as to repeatedly increase and decrease by using current circulation as in FIG. When the main circuit current switch current 50 is a direct current, the forced commutation circuit can sufficiently function even if it is configured with fewer switches and diodes than the first embodiment.
[0038]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 10 is a block diagram showing a switchgear according to Embodiment 3 of the present invention. The forced commutation circuit current output from the forced commutation circuit 60 is smaller than the main circuit current switch current 50, and the transformer conversion is performed. An embodiment in which the forced commutation circuit current 51 is increased will be described. In FIG. 10, reference numeral 70 denotes a transformer, and the forced commutation circuit 60 has the same configuration as that of the first or second embodiment, and n is a winding ratio smaller than 1. In the switch and the diode configured by the forced commutation circuit 60, the current that can be passed is limited, and the forced commutation circuit current is larger than the main circuit current switch current 50.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the opening of the movable contact of the main circuit switch can be more reliably interrupted by controlling the switching of the switch of the forced commutation circuit and repeatedly creating the current zero point again. The reliability of current interruption can be improved by moving the distance.
[0040]
In addition, when the switch in the forced commutation circuit cuts off the output current of the forced commutation circuit, the output current of the forced commutation circuit is fed back to the DC power supply or capacitor, so that the current flowing through the main circuit switch is quickly returned to the current zero point. As a result, the reliability of current interruption can be improved by moving the movable contact of the main circuit switch to the opening distance that more reliably cuts off.
[0041]
In addition, when the switch in the forced commutation circuit turns on and off the output current of the forced commutation circuit, the output current circulates, so that the current flowing through the main circuit switch is quickly re-established so that the main circuit switch is movable. The reliability of current interruption can be improved by moving the contact distance to an opening distance that more reliably interrupts the contact.
[0042]
If the main circuit switch cannot be shut off at the forced zero point, the control circuit detects the current with a sensor that measures the current of the main circuit switch, and controls the forced commutation circuit, thereby reducing the output current of the forced commutation circuit. The current flowing through the main circuit switch can be quickly re-established again, so that the movable contact of the main circuit switch can be moved to the opening distance that more reliably cuts off, and the reliability of current interruption is improved. Can be improved.
[0043]
In addition, by setting the allowable inter-electrode voltage of the switch in the forced commutation circuit higher than the voltage of the capacitor or the DC power source that has increased in voltage due to the absorption of main circuit regenerative energy, it is possible to prevent overvoltage damage of the switch in the forced commutation circuit. it can.
[0044]
In addition, when a direct current flows through the main circuit switch, the configuration of the forced commutation circuit can be achieved with a small number of components. By switching the output current of the forced commutation circuit with the switch in the forced commutation circuit, the output current is By recirculating the current flowing through the main circuit switch, the current zero point is quickly created again, so that the movable contact of the main circuit switch is moved to the opening distance that more reliably cuts off, improving the reliability of the current cut-off. be able to.
[0045]
Furthermore, when the current from the forced commutation circuit is smaller than the current flowing through the main circuit current switch, a transformer is placed between the main circuit switch and the forced commutation circuit, so that Is larger than the current flowing through the main circuit current switch.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a switchgear with a forced commutation circuit that creates a forced current zero point according to Embodiment 1 of the present invention;
2 is a circuit diagram showing a switchgear in which the DC power supply 3 shown in FIG.
3 is an explanatory diagram showing waveforms of a main circuit switch current 50, a forced commutation circuit output current 51 and a total current 52 in FIGS. 1 and 2 and a moving distance 550 of a movable contact in the main circuit switch 1. FIG.
4 is a diagram illustrating waveforms of the main circuit switch current 50, the output current 51 and the total current 52 of the forced commutation circuit, the waveform of the capacitor voltage 53 of the capacitor 301, and the waveform of the interelectrode voltage of the switch 11 in FIG. FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an output current 51 of the forced commutation circuit 60, an output voltage 57 of the forced commutation circuit 60, and a switch state in a method using feedback of current to the DC power supply 3 or the capacitor 301; .
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an output current 51 of a forced commutation circuit, an output voltage 57 of a forced commutation circuit 60, and a switch state in a system using current recirculation.
7 is a waveform of the main circuit switch current 50, the output current 51 of the forced commutation circuit, and the total current 52; the waveform of the capacitor voltage 53 of the capacitor 301 in FIG. 2; the waveform of the interelectrode voltage of the switch 11; , 21, 31, 41 are explanatory diagrams showing states.
8 is a configuration diagram of a main circuit switch 1. FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing a switchgear according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a switchgear according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing a switchgear disclosed in IEICE Technical Committee Materials, SA-97-34, 1997 “Current Limiting Device Applying High Speed Switch”.
12 is an explanatory diagram showing a current flowing through the main circuit switch 1 of FIG. 11, a total current flowing through the main circuit switch 1 and the forced commutation circuit, and a high-frequency current flowing through the forced commutation circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main circuit switch, 3 DC power supply of forced commutation circuit, 4 Main circuit inductance, 5 Forced commutation circuit output inductance, 7 Control circuit, 8 Current sensor 11, 21, 31, 41 Switch, 12, 22, 32, 42 diode, 43 diode, 60 forced commutation circuit, 301 capacitor.

Claims (7)

主回路スイッチと、
スイッチと当該スイッチと逆並列接続され当該スイッチとは逆方向の電流のみを流す素子との組み合わせたユニットを複数組有するブリッジ接続体と、直流電源もしくはコンデンサとを有し、前記主回路スイッチに並列接続された強制転流回路と、
前記主回路スイッチに流れる電流の状態を検出する検出手段と、
前記検出手段からの出力に基づいて前記強制転流回路のスイッチを制御することで、前記強制転流回路から供給される出力電流の重畳により前記主回路スイッチに流れる電流を強制的に電流零点にして遮断し、遮断失敗のときは前記強制転流回路のスイッチの切替により再び強制的に電流零点をつくることを繰り返す制御回路と
を備えた開閉装置。
A main circuit switch;
A bridge connection body having a plurality of units in combination of a switch and an element connected in reverse parallel with the switch and a device that allows only a current to flow in the opposite direction to the switch, and a DC power supply or a capacitor, and in parallel with the main circuit switch A connected forced commutation circuit;
Detecting means for detecting a state of a current flowing through the main circuit switch;
By controlling the switch of the forced commutation circuit based on the output from the detection means, the current flowing through the main circuit switch is forcibly set to the current zero point by superimposing the output current supplied from the forced commutation circuit. And a control circuit that repeats forcibly creating a current zero point again by switching the switch of the forced commutation circuit.
請求項1に記載の開閉装置おいて、
前記制御回路は、前記主回路スイッチに流れる電流を強制的に電流零点にして前記主回路スイッチを遮断し、遮断失敗のときは前記強制転流回路のスイッチを切ることにより前記強制転流回路の出力電流を前記直流電源もしくはコンデンサに帰還することで主回路スイッチに流れる電流を再び電流零点にし、さらに遮断失敗のときは、再び前記強制転流回路のスイッチを入りにすることで、強制転流回路の出力電流を増加させ、前記主回路スイッチに流れる電流を再び電流零点にし、同様に前記スイッチを入り切りすることで、前記主回路スイッチに流れる電流を再び強制的に電流零点になることを繰り返す
ことが特徴とする開閉装置。
The switchgear according to claim 1,
The control circuit forcibly sets the current flowing through the main circuit switch to a current zero point and shuts off the main circuit switch. When the shut-off fails, the control circuit switches off the forced commutation circuit. The output current is fed back to the DC power supply or the capacitor, so that the current flowing through the main circuit switch is set to the current zero point again. In addition, when the shutoff fails, the forced commutation circuit is switched on again to force the commutation. The circuit output current is increased, the current flowing through the main circuit switch is set to the current zero point again, and the current flowing through the main circuit switch is again forced to the current zero point by turning the switch on and off in the same manner. An opening / closing device characterized by that.
請求項1に記載の開閉装置おいて、
前記制御回路は、前記主回路スイッチに流れる電流を強制的にする電流零点で遮断失敗のときは前記強制転流回路から前記主回路スイッチに流れる出力電流を環流する回路に切り替えることで再び電流零点をつくる
ことを特徴とする開閉装置。
The switchgear according to claim 1,
The control circuit switches the current zero point again by switching from the forced commutation circuit to the circuit that circulates the output current flowing to the main circuit switch when the interruption fails at the current zero point forcing the current flowing through the main circuit switch. Opening and closing device characterized by making.
請求項1ないし3のいずれかに記載の開閉装置おいて、
前記検出手段は、前記主回路スイッチに流れる電流を測定するセンサである
ことを特徴とする開閉装置。
The switchgear according to any one of claims 1 to 3,
The switchgear characterized in that the detection means is a sensor for measuring a current flowing through the main circuit switch.
請求項1ないし4のいずれかに記載の開閉装置おいて、
前記強制転流回路におけるスイッチの許容極間電圧を、主回路スイッチが電流遮断した後、主回路の回生エネルギー吸収により上昇する前記コンデンサまたは直流電源の電圧より高く設定する
ことを特徴とする開閉装置。
The switchgear according to any one of claims 1 to 4,
A switching device characterized in that the allowable inter-electrode voltage of the switch in the forced commutation circuit is set higher than the voltage of the capacitor or the DC power source that rises due to regenerative energy absorption of the main circuit after the main circuit switch cuts off the current. .
請求項1ないし5のいずれかに記載の開閉装置おいて、
前記ブリッジ接続体を有する前記強制転流回路に代えて、前記主回路スイッチに直流電流が流れる場合に、スイッチと当該スイッチと逆並列接続され当該スイッチとは逆方向の電流のみを流す素子からなるユニットと、直流電源もしくはコンデンサと、出力電流を環流させるための整流素子とで構成された他の強制転流回路に置き換え
ことを特徴とする開閉装置。
The switchgear according to any one of claims 1 to 5,
Instead of the forced commutation circuit having a bridge connection member, when the direct current flows in the main circuit switches, the switches and the equivalent the switch opposite parallel connected the switching from element to flow only reverse current A switchgear characterized by being replaced by another forced commutation circuit comprising a unit , a DC power source or a capacitor, and a rectifier for circulating output current.
請求項1ないし5のいずれかに記載の開閉装置おいて、
前記主回路スイッチと前記強制転流回路との間にトランスを配置する
ことが特徴とする開閉装置。
The switchgear according to any one of claims 1 to 5,
A switchgear characterized by disposing a transformer between the main circuit switch and the forced commutation circuit.
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