JP3943817B2 - Vacuum DC circuit breaker - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電力系統に設置され、当該直流電力系統で短絡事故発生時に系統に流れる事故電流を遮断する真空式の直流遮断器(以下、真空直流遮断器と称する)に係り、特に小電流遮断時に真空バルブの遮断時間が遅延するのを防止すると共に、小電流遮断時に真空バルブへ大きな高周波電流が注入されるのを抑制して真空バルブ接点の損傷を防止するようにした真空直流遮断器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、例えば電鉄等の直流電力系統においては、短絡事故や地絡事故が発生すると、大きな直流の事故電流が流れ、その時の事故電流による電磁力や事故点に発生したアークによって、直流電力系統に設置された機器や器具が大きな損傷を受け、その復旧に多大な費用と時間が必要になる。
【0003】
そこで、これを防止するために、直流電力系統には直流遮断器が設置され、直流の事故電流を短時間に遮断して、直流電力系統に設置された機器や器具の損傷を極力無くすことが期待されている。
【0004】
そして、この目的のために、直流遮断器では、事故電流が事故発生と共に増加する過程で事故電流を遮断することが求められ、最終的に達する事故電流値(推定短絡電流)よりも小さな値で遮断しなければならない。
【0005】
例えば、JEC−7152では、推定短絡電流が100KAの直流電力系統で、短絡発生時に実際に直流遮断器で遮断した電流のピーク値が25KA以下になることが求められる。
【0006】
従来の直流遮断器では、気中アークを電磁力でアークシュート内に導いてアーク電圧を上昇させ、その結果生じるアーク抵抗の上昇で事故電流を限流して遮断する方式が採られている。
【0007】
しかしながら、このような方式では、気中アークを消弧する時に大きな音が発生して騒音問題の要因となると共に、接点がアークにより損傷するため、細めな接点の補修が要求されている。
【0008】
このため、住宅地域に設置された変電所の騒音対策が求められ、事故電流遮断後に補修員による接点補修作業が求められてきている。
【0009】
一方、最近では、このような気中式の直流遮断器に代わって、サイリスタやGTOサイリスタ等のパワーエレクトロニクス素子を用いた半導体遮断器や、真空バルブを用いた直流真空遮断器等が開発されてきている。
【0010】
このうち、半導体遮断器は、事故電流遮断をパワーエレクトロニクス素子で行なうために、遮断による素子の損傷はなく、殆ど永久的に使用することができる。
【0011】
しかしながら、現状のパワーエレクトロニクス素子は非常に高価であり、素子の定格電圧や定格電流に対する過電圧、過電流の裕度が少なく、さらに常時の通電電流による素子の発熱が大きいため、実際の半導体遮断器では、高価なパワーエレクトロニクス素子を多数直並列構造にして使用することが求められ、全体の機器価格を大きくしている。
【0012】
また、パワーエレクトロニクス素子を駆動する電子回路が安定に動作することが求められるが、その電子回路には、電界コンデンサや抵抗等の長期間使用に問題を有する素子が使用されていることから、電子回路の保守点検が必須であり、その作業の煩わしさが問題視されている。
【0013】
さらに、電子回路は、基板上に構成されており、保守点検時に異常が認められると、その基板毎交換することになるため、保守費用のアップを招くことになる。
【0014】
一方、気中式の直流遮断器と半導体式の直流遮断器との中間に位置するものとして、真空直流遮断器が開発されてきている。
【0015】
この真空直流遮断器の消弧部は、真空バルブとなるため、電流遮断時の消弧音が殆ど発生しない点、電流遮断後の接点の補修が不要である点と、パワーエレクトロニクス素子と比較して真空バルブは安価である点が特徴である。
【0016】
図9は、この種の従来の真空直流遮断器の構成例を示す回路図である。
【0017】
図9において、主真空バルブ1と副真空バルブ2とが互いに直列に接続され、主真空バルブ1の図示左端側と副真空バルブ2の図示右端側が、図示しない直流電力系統に直列に挿入されている。
【0018】
また、主真空バルブ1と並列に、半導体スイッチ3とコンデンサ4とリアクトル5との直列回路が接続されている。
【0019】
さらに、主真空バルブ1と並列に、非直線抵抗体であるサージアブソーバ6が接続されている。
【0020】
さらにまた、半導体スイッチ3は、リアクトル5を図示左から右方向に流れる電流はサイリスタを流れ、その逆方向の電流はダイオードを流れるように、サイリスタとダイオードとが互いに逆並列に接続され、当該サイリスタとダイオードと並列に、コンデンサと抵抗の直列回路で構成したスナバー回路が並列に接続されている。
【0021】
かかる構成の真空直流遮断器において、コンデンサ4は、図示しない充電回路から所定の電圧(図中のリアクトル5側を正にする)にあらかじめ充電され、半導体スイッチ3のサイリスタはOFF状態としている。
【0022】
通電時には、主真空バルブ1と副真空バルブ2が閉極して、図示左から右方向に電流が流れるとする(図9では、図示左側に電源があり、右側に負荷があるものと想定する)。
【0023】
そして、この状態で、負荷側で短絡事故が起きたことを想定すると、主真空バルブ1と副真空バルブ2には、事故点に向かって電源から流れる電流(事故電流)が増加する。
【0024】
この事故電流の増加が、所定の値を超えたことが検知されると、真空直流遮断器に引き外し信号が出され、真空直流遮断器は引き外し動作を開始する。
【0025】
すなわち、まず、主真空バルブ1と副真空バルブ2が開極し、次いで半導体スイッチ3がONする。
【0026】
半導体スイッチ3がONすると、コンデンサ4に蓄えられていた電荷が、リアクトル−主真空バルブ1を介して放電する。
【0027】
この放電電流は、主真空バルブ1上で、事故電流と逆方向の向きとなり、それらの合成電流が電流零点を形成する(形成するように、コンデンサ4とその充電電圧とリアクトル5の値を設定しておく)。
【0028】
この合成電流の電流零点で、主真空バルブ1に流れる電流は消弧されるが、電源側・負荷側のインダクタンスが有する電磁エネルギーによって過電圧が発生し、この過電圧によってサージアブソーバ6の抵抗が低下し、電源側・負荷側インダクタンスに蓄えられていた電磁エネルギーがサージアブソーバ6で処理され、流れる電流が減少して、副真空バルブ2で消弧されて遮断が完了する。
【0029】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の真空直流遮断器においては、抵抗負荷電流を遮断するケースでは、最終的に電流が遮断される副真空バルブ2の遮断時間が長くなる。
【0030】
図10は、真空直流遮断器を直流電力系統に適用した一例を示す回路図である。
【0031】
図10に示すような回路で、前述のように主真空バルブ1が消弧すると、コンデンサ4の電荷は、負荷である抵抗8と電源7を介して流れる。
【0032】
この時、抵抗8の値が大きくなると、コンデンサ4から抵抗8と電源7を介して流れる電流が非振動になり、電流の減衰はコンデンサ4と抵抗8とで決まる時定数で減少することになり、結果として副真空バルブ2の遮断点が遅延することになる。
【0033】
また、コンデンサ4から主真空バルブ1に流れる電流は、事故電流遮断時に合成電流が電流零点を形成できるような充分大きな値である。
【0034】
このコンデンサ4からの大きな電流は、遮断器の定格電流以下の小電流を遮断する際にも流れることになる。
【0035】
このように、大きく、高周波の電流によるアークが、主真空バルブ1の接点間に形成されることは、接点の損傷を大きくすることになる。そして、このことは、真空直流遮断器の寿命を低下させることに繋がっていくため、好ましくない。
【0036】
本発明の目的は、小電流遮断時に真空バルブの遮断時間が遅延するのを防止すると共に、小電流遮断時に真空バルブへ大きな高周波電流が注入されるのを抑制して真空バルブ接点の損傷を防止することが可能な真空直流遮断器を提供することにある。
【0037】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、直流電力系統の電源と負荷の間に設置され、当該直流電力系統で事故発生時に系統に流れる事故電流を遮断する真空直流遮断器において、主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブに並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第1の半導体スイッチからなる並列回路と、3個のコンデンサと、第1のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記3個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他の2個のコンデンサの各々に並列に、第2の半導体スイッチを接続したものであって、前記各第2の半導体スイッチは、サイリスタとダイオードを互いに逆並列に接続したものである。
請求項2に対応する発明では、主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブに並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第1の半導体スイッチからなる並列回路と、3個のコンデンサと、第1のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記3個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他の2個のコンデンサの各々に並列に、第2の半導体スイッチを接続したものであって、前記各第2の半導体スイッチは、自己消弧型素子とダイオードを互いに逆並列に接続したものである。
【0038】
従って、請求項1、2に対応する発明の真空直流遮断器によれば、次のような作用効果が得られる。すなわち、最も静電容量の大きなコンデンサと第1のリアクトルとの間に、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他の2個のコンデンサと第2の半導体スイッチとの並列回路を直列に挿入することにより、一方の真空バルブに流れる電流に応じて第2の半導体スイッチを開極することにより、他方の真空バルブに流れる電流の時定数が短くなる。これにより、結果として部品点数の減少を図ることができ、他方の真空バルブで最終的に電流を遮断するまでの時間を短縮することができる。
また、2個のコンデンサと各々並列に接続されるスイッチを、半導体スイッチとすることにより、第2の半導体スイッチを高速操作することができる。
さらに、請求項2に対応する発明によれば、第2の半導体スイッチとして、自己消弧型素子とダイオードを互いに逆並列に接続した構成とすることにより、非振動電流が他方の真空バルブで遮断できない領域であっても、自己消弧型素子で強制的に遮断することができる。
【0043】
一方、請求項3に対応する発明では、主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第1の半導体スイッチからなる並列回路と、2個のコンデンサと、第1のリアクトルと、第2のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記2個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他のコンデンサと前記第1のリアクトルに並列に、第2の半導体スイッチを接続したものであって、前記第2の半導体スイッチは、サイリスタとダイオードを互いに逆並列に接続したものである。
請求項4に対応する発明では、主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第1の半導体スイッチからなる並列回路と、2個のコンデンサと、第1のリアクトルと、第2のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記2個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他のコンデンサと前記第1のリアクトルに並列に、第2の半導体スイッチを接続したものであって、前記第2の半導体スイッチは、自己消弧型素子とダイオードを互いに逆並列に接続したものである。
【0044】
従って、請求項3、4に対応する発明の真空直流遮断器においては、第2の半導体スイッチが並列に接続されたコンデンサと直列に、第2のリアクトルを挿入することにより、合成電流の電流零点のdI/dtを小さくして、一方の真空バルブで確実に合成電流が消弧できるようにすることができる。
【0047】
さらに、請求項5に対応する発明では、主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第1の半導体スイッチからなる並列回路と、1個のコンデンサと、第1のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記第1のリアクトルに並列に、第2の半導体スイッチと第2のリアクトルとの直列回路を接続したものであって、前記第2の半導体スイッチは、サイリスタとダイオードを互いに逆並列に接続したものである。
また、請求項6に対応する発明では、主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第1の半導体スイッチからなる並列回路と、1個のコンデンサと、第1のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記第1のリアクトルに並列に、第2の半導体スイッチと第2のリアクトルとの直列回路を接続したものであって、前記第2の半導体スイッチは、自己消弧型素子とダイオードを互いに逆並列に接続したものである。
【0048】
従って、請求項5、6に対応する発明では、前記1のリアクトルに並列に、第2の半導体スイッチと第2のリアクトルとの直列回路を接続することにより、小電流遮断時に、一方の真空バルブに流れる高周波電流と合成した電流のdI/dtを抑制することができる。
【0062】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0063】
(第1の実施の形態)
図1は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図9と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0064】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図1に示すように、前記図9におけるコンデンサ4とリアクトル5との間に、コンデンサ41とスイッチ42(第2のスイッチ)との並列回路、およびコンデンサ43とスイッチ44(第2のスイッチ)との並列回路とを、直列に挿入した構成としている。
【0065】
ここで、三つのコンデンサ4、コンデンサ41、コンデンサ43のうち、コンデンサ4は、最も静電容量の大きなコンデンサとしている。
【0066】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器の作用について説明する。
【0067】
図1において、事故電流遮断時には、スイッチ42およびスイッチ44が閉極状態として、半導体スイッチ3をONする。
【0068】
この時の遮断過程は、前述した従来の図9で説明した動作と同様となる。
【0069】
次に、小電流遮断時には、主真空バルブ1、副真空バルブ2に流れている電流の大きさを検知し、その大きさに応じて、スイッチ42あるいはスイッチ44を開極する(このような小電流を遮断するケースは、遮断器で高速に電流を遮断する必要はないため、スイッチ42,44は高速に開極する必要はない)。
【0070】
この状態で半導体スイッチ3がONすると、コンデンサ4に蓄えられた電荷は、コンデンサ41(あるいはコンデンサ43、あるいはコンデンサ41,43)から、リアクトル5、半導体スイッチ3、主真空バルブ1を介して放電する。
【0071】
そして、この放電電流と主真空バルブ1に流れている小電流が重畳した合成電流の電流零点で、主真空バルブ1が消弧する。
【0072】
次いで、コンデンサ4の電荷は、コンデンサ41(あるいはコンデンサ43、あるいはコンデンサ41,43)から、リアクトル5、半導体スイッチ3、副真空バルブ2を介し、負荷から電源を介して、コンデンサ4に戻る閉回路を流れる。
【0073】
図1において、コンデンサ4の静電容量をC4、コンデンサ41の静電容量をC41、コンデンサ43の静電容量をC43とし、リアクトル5のインダクタンスをL5とする。
【0074】
大電流を遮断する時には、スイッチ42,44がON状態であるから、コンデンサ4に蓄えられた電荷が放電する回路のインピーダンスZ1は、下記の(1)式で表わすことができる。
【0075】
【数1】
【0076】
また、小電流遮断時でスイッチ42が開極したケースでは、放電回路のインピーダンスZ2は、下記の(2)式、スイッチ42,44共に開極したケースでは、放電回路のインピーダンスZ3は、下記の(3)式のようになる。
【0077】
【数2】
となる。
【0078】
コンデンサ4の充電電圧をEとすると、放電電流の波高値Ipは、下記の(4)式で表わすことができる。
【0079】
Ip=E/ZN ……(4)
ここで、N=1,2,3である。
【0080】
この(4)式からわかるように、主真空バルブ1に流れている電流に応じて、スイッチ42,44を開極することにより、放電電流の波高値Ipが小さくなる。
【0081】
次に、前記図10に示した抵抗負荷の小電流遮断で、主真空バルブ1で電流遮断後に、副真空バルブ2に流れる電流を考える。
【0082】
この時、副真空バルブ2に流れる電流は、抵抗負荷の抵抗値Rが大きく、非振動波形になるとする。
【0083】
図10に示す回路で、その電流の減衰時定数τ1は、下記の(5)式のようになる。
【0084】
τ1=R・C4 ……(5)
本実施の形態による図1に示す真空直流遮断器を用いて、スイッチ42,44が閉極した状態の時定数は、上記と同じτ1となる。
【0085】
一方、スイッチ42が開極した時の時定数τ2、およびスイッチ42,44が共に開極した時の時定数τ3は、それぞれ(6)式、(7)式のようになる。
【0086】
【数3】
【0087】
このことから、主真空バルブ1に流れる電流に応じて、スイッチ42,44を開極することにより、副真空バルブ2に流れる電流の時定数が短くなり、結果として副真空バルブ2で最終的に電流を遮断するまでの時間を短縮することができる。
【0088】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、小電流遮断時に副真空バルブ2の遮断点の遅延を抑制する、すなわち小電流遮断時に真空直流遮断器の遮断時間が遅延するのを防止することが可能となる。
【0089】
(第2の実施の形態)
本実施の形態による真空直流遮断器は、前述した図1に示す第1の実施の形態の真空直流遮断器において、前記コンデンサ43、およびスイッチ44を省略して、2個のコンデンサ4,41を直列に接続し、コンデンサ41と並列にスイッチ42を接続した構成としている。
【0090】
すなわち、前記第1の実施の形態の真空直流遮断器において、複数のコンデンサとして、2個のコンデンサ4,41を直列に接続した構成としている。
【0091】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、2個のコンデンサ4,41を直列に接続していることにより、前記第1の実施の形態の真空直流遮断器の場合に比べて、前記コンデンサ43、およびスイッチ44を省略した分だけ、部品点数の減少を図ることができる。
【0092】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、前記第1の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、部品点数の減少を図ることが可能となる。
【0093】
(第3の実施の形態)
本実施の形態による真空直流遮断器は、前述した図1に示す第1の実施の形態の真空直流遮断器において、前記コンデンサ41,43と並列に接続されたスイッチ42,44として、サイリスタ(あるいはGTO,IGBT,IEGT)とダイオードとが互いに逆並列に接続された半導体スイッチとした構成としている。
【0094】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、コンデンサ41,43と並列に接続されたスイッチ42,44を、サイリスタ (あるいはGT0やIGBT,IEGT)とダイオードとが互いに逆並列に接続された半導体スイッチとしていることにより、スイッチ42,44を高速操作することができる。
【0095】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、前記第1の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、スイッチ42,44を高速操作することが可能となる。
【0096】
(第4の実施の形態)
図2は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0097】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図2に示すように、前記図1におけるコンデンサ43、およびスイッチ44を省略して、スイッチ42が並列に接続されたコンデンサ41と直列に、リアクトル51(第2のリアクトル)を接続した構成としている。
【0098】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、スイッチ41が並列に接続されたコンデンサ41と直列に、リアクトル51を挿入していることにより、合成電流の電流零点のdI/dtを小さくして、主真空バルブ1で確実に合成電流が消弧できるようにすることができる。
【0099】
すなわち、コンデンサ41の静電容量が小さくなると、主真空バルブ1に流れる高周波電流の周波数が大きくなり、合成電流の電流零点のdI/dtが大きくなり、主真空バルブ1が消弧し難くなる。
【0100】
この点、本実施の形態では、これを防止するために、スイッチ41が並列に接続されたコンデンサ41と直列にリアクトル51を挿入していることにより、合成電流の電流零点のdI/dtを小さくして、主真空バルブ1で確実に合成電流が消弧できるようにすることができる。
【0101】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、前記第1の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、主真空バルブ1で確実に合成電流が消弧できるようにすることが可能となる。
【0102】
(第5の実施の形態)
図3は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0103】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図3に示すように、前記図1におけるコンデンサ43、およびスイッチ44を省略して、スイッチ42が並列に接続されたコンデンサ41を、リアクトル51(第2のリアクトル)に置き換えた構成としている。
【0104】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、スイッチ42が並列に接続されたコンデンサ41を、リアクトル51に置き換えていることにより、主真空バルブ1の損傷を抑制できると共に、合成電流を確実に遮断できるようにすることができる。
【0105】
すなわち、小電流遮断時にスイッチ42が開極した状態で、半導体スイッチ3がONすると、コンデンサ4に蓄えられた電荷が放電して主真空バルブ1に流れる高周波電流の波高値IPは、リアクトル51のインダクタンスをL51とすると、下記の(8)式のようになる。
【0106】
【数4】
【0107】
このリアクトル51のインダクタンスL51が大きくなると、主真空バルブ1に流れる高周波電流の波高値IPが小さくなり、主真空バルブ1の損傷を抑制できると共に、合成電流を確実に遮断できるようになる。
【0108】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、前記第1の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、主真空バルブ1の損傷を抑制できると共に、合成電流を確実に遮断できるようにすることが可能となる。
【0109】
(第6の実施の形態)
図4は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0110】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図4に示すように、前記図1におけるリアクトル5と、コンデンサ43、およびスイッチ44を省略して、スイッチ42が並列に接続されたコンデンサ41を、リアクトル53(第3のリアクトル)に置き換え、さらにこのリアクトル53が並列に接続されたスイッチ42と直列に、リアクトル54(第4のリアクトル)を接続した構成としている。
【0111】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、リアクトル54と直列にスイッチ42を配し、この直列回路と並列にリアクトル53を接続していることにより、小電流遮断時に、主真空バルブ1に流れる高周波電流と合成した電流のdI/dtを抑制することができる。
【0112】
すなわち、主真空バルブ1で大電流を遮断するケースでは、スイッチ42を閉極し、リアクトル53,54が並列接続になり、小電流遮断時には、スイッチ42を開極し、リアクトル53にだけ電流が流れる。
【0113】
ここで、リアクトル53のインダクタンスをL53、リアクトル54のインダクタンスをL54とし、L53>L54となるようにしておくことにより、小電流遮断時に主真空バルブ1に流れる高周波電流と合成した電流のdI/dtを抑制することができる。
【0114】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、前記第1の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、小電流遮断時に、一方の真空バルブに流れる高周波電流と合成した電流のdI/dtを抑制することが可能となる。
【0115】
(第7の実施の形態)
図5は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0116】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図5に示すように、前記図1におけるスイッチ42が並列に接続されたコンデンサ41、およびスイッチ44が並列に接続されたコンデンサ43と並列に、抵抗61および抵抗62を接続した構成としている。
【0117】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、スイッチ42,44が並列に接続されたコンデンサ41,43と並列に、抵抗61,62を接続していることにより、二つの真空バルブ1,2遮断後にコンデンサ41,43に残る残留電荷を抵抗61,62で放電した後に、スイッチ42,44を投入して、スイッチ42,44あるいはコンデンサ41,43に損傷を与えるのを無くすることができる。
【0118】
すなわち、主真空バルブ1、副真空バルブ2遮断後に、コンデンサ41、コンデンサ43に残留電荷が残る。
【0119】
そして、この状態でスイッチ42,44を閉じると、残留電荷がスイッチ42,44を介して放電し、スイッチ42,44あるいはコンデンサ41,43に損傷を与える。
【0120】
この点、本実施の形態では、これを無くするために、抵抗61,62で残留電荷を放電した後に、スイッチ42,44を投入することにより、スイッチ42,44あるいはコンデンサ41,43に損傷を与えるのを無くすることができる。
【0121】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、前記第1の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、スイッチ42,44あるいはコンデンサ41,43に損傷を与えるのを無くすることが可能となる。
【0122】
(第8の実施の形態)
図6は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図9と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0123】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図6に示すように、前記図9における半導体スイッチ3の挿入位置を、電源側に配した構成としている。
【0124】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、半導体スイッチ3の挿入位置を電源側としていることにより、半導体スイッチ3に加わる電圧を低減することができる。
【0125】
すなわち、前記図9に示す構成の回路で、電源電圧Vsとコンデンサ4の充電電圧Eとすると、半導体スイッチ3の対地電位Vswは、
Vsw=Vs+E
となる。
【0126】
これに対して、図6に示す本実施の形態のように、半導体スイッチ3を電源側に設置すると、
Vsw=Vs
となり、半導体スイッチ3に加わる電圧を低減できる。
【0127】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、半導体スイッチ3に加わる電圧を低減することが可能となる。
【0128】
(第9の実施の形態)
本実施の形態による真空直流遮断器は、前述した図9に示す従来の真空直流遮断器において、前記半導体スイッチ3のサイリスタを、GTO、IGBT、IEGT等の自己消弧型素子とした、すなわち半導体スイッチ3として、自己消弧型素子を組込んだ半導体スイッチを用いた構成としている。
【0129】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、半導体スイッチ3として、自己消弧型素子を組込んだ半導体スイッチを用いていることにより、非振動電流が副真空バルブ2で遮断できない領域であっても、自己消弧型素子で強制的に遮断することができる。
【0130】
すなわち、前記図10に示す回路で示した抵抗負荷回路の電流遮断時には、副真空バルブ2を流れる電流が非振動になるケースがあり、この場合には副真空バルブ2で電流遮断される時間が遅延する。
【0131】
この点、本実施の形態では、これを問題を解決するために、自己消弧型素子を組込んだ半導体スイッチ3を用いることにより、非振動電流が副真空バルブ2で遮断できない領域であっても、自己消弧型素子で強制的に遮断することができる。
【0132】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、非振動電流が副真空バルブ2で遮断できない領域であっても、自己消弧型素子で強制的に遮断することが可能となる。
【0133】
(第10の実施の形態)
図7は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図9と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0134】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図7に示すように、前記図9における主真空バルブ1と並列に、可飽和リアクトル7を接続した構成としている。
【0135】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、主真空バルブ1と並列に可飽和リアクトル7を接続していることにより、抵抗負荷の小電流遮断時に、副真空バルブ2を流れる電流が非振動になる場合であっても、可飽和リアクトル7で電流零点を作り、この電流零点で副真空バルブ2が消弧して、遮断時間を短縮することができる。
【0136】
すなわち、前記図10に示す回路で示した抵抗負荷回路の小電流遮断時には、副真空バルブ2を流れる電流が非振動になるケースがあり、この場合には副真空バルブ2で電流遮断される時間が遅延する。
【0137】
この時、主真空バルブ1の極間電圧は、ほぼコンデンサ4と同じ電圧であり、直流の減衰波形になる。
【0138】
そして、この直流減衰波形が可飽和リアクトル7に加わると、可飽和リアクトル7が飽和し、コンデンサ4の電荷が可飽和リアクトル7を流れて、コンデンサ4の電圧の極性が反転する。
【0139】
このコンデンサ4の電圧が反転すると、副真空バルブ2に流れる電流の極性も反転し、その過程で電流零点ができる。
【0140】
そして、この電流零点で副真空バルブ2が消弧し、遮断時間を短縮することができる。
【0141】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、抵抗負荷の小電流遮断時に、副真空バルブ2を流れる電流が非振動になる場合であっても、可飽和リアクトル7で電流零点を作り、電流零点で副真空バルブ2が消弧して、遮断時間を短縮することが可能となる。
【0142】
(第11の実施の形態)
図8は、本実施の形態による真空直流遮断器の構成例を示す回路図であり、図9と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【0143】
すなわち、本実施の形態による真空直流遮断器は、図8に示すように、前記図9におけるコンデンサ4と並列に、スイッチ81(第2のスイッチ)とリアクトル82(第5のリアクトル)との直列回路を接続した構成としている。
【0144】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、コンデンサ4と並列に、スイッチ81とリアクトル82との直列回路を接続していることにより、抵抗負荷の小電流遮断時に、副真空バルブ2を流れる電流が非振動になる場合であっても、スイッチ81とリアクトル82で電流零点を作り、この電流零点で副真空バルブ2が消弧して、遮断時間を短縮することができる。
【0145】
すなわち、前記図10に示す回路で示した抵抗負荷回路の小電流遮断時には、副真空バルブ2を流れる電流が非振動になるケースがあり、この場合には副真空バルブ2で電流遮断される時間が遅延する。
【0146】
この時、コンデンサ4の電圧は、直流の減衰波形になる。
【0147】
そして、この直流減衰時にスイッチ81がONすると、コンデンサ4の電荷がリアクトル82を流れて、コンデンサ4の電圧の極性が反転する。
【0148】
このコンデンサ4の電圧が反転すると、副真空バルブ2に流れる電流の極性も反転し、その過程で電流零点ができる。
【0149】
そして、この電流零点で副真空バルブ2が消弧し、遮断時間を短縮することができる。
【0150】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、抵抗負荷の小電流遮断時に、副真空バルブ2を流れる電流が非振動になる場合であっても、スイッチ81とリアクトル82で電流零点を作り、電流零点で副真空バルブ2が消弧して、遮断時間を短縮することが可能となる。
【0151】
(第12の実施の形態)
本実施の形態による真空直流遮断器は、前述した図9に示す従来の真空直流遮断器において、前記副真空バルブ2における直流電流の裁断電流値でのサージアブソーバ6の制限電圧が、電源電圧の最大値よりも大きくなるように設定した構成としている。
【0152】
次に、以上のように構成した本実施の形態による真空直流遮断器においては、副真空バルブ2における直流電流の裁断電流値でのサージアブソーバ6の制限電圧が、電源電圧の最大値よりも大きくなるように設定していることにより、サージアブソーバ6を流れる電流が副真空バルブ2で遮断可能な電流値になり、副真空バルブ2の遮断時間の遅延を抑制することができる。
【0153】
すなわち、前記図10に示す回路で示した抵抗負荷回路の小電流遮断時には、副真空バルブ2を流れる電流が非振動になるケースがあり、この場合には副真空バルブ2で電流遮断される時間が遅延する。
【0154】
この時の電流は、コンデンサ4の放電による減衰電流成分と電源電圧によるサージアブソーバ6を流れる電流との合成波になる。
【0155】
このため、前述した第1乃至第4の実施の形態、第7乃至第9の実施の形態により、コンデンサ4の放電電流の減衰を早めても、電源からサージアブソーバ6を介して流れる電流が、副真空バルブ2で遮断できる裁断電流よりも大きい場合には、副真空バルブ2で電流が遮断できなくなる。
【0156】
この点、本実施の形態では、副真空バルブ2の直流電流に対する裁断できる電流値でのサージアブソーバ6の制限電圧が電源電圧よりも高くなるように設定していることにより、サージアブソーバ6を流れる電流が副真空バルブ2で遮断可能な電流値になり、前述した第1乃至第4の実施の形態、第7乃至第9の実施の形態の対策で、副真空バルブ2の遮断時間の遅延抑制を実現することができる。
【0157】
上述したように、本実施の形態による真空直流遮断器では、副真空バルブ2の遮断時間の遅延抑制を実現することが可能となる。
【0158】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の真空直流遮断器によれば、小電流遮断時に真空バルブの遮断時間が遅延するのを防止することが可能となる。
【0159】
また、小電流遮断時に真空バルブへ大きな高周波電流が注入されるのを抑制して、真空バルブ接点の損傷を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による真空直流遮断器の第1乃至第3の実施の形態を示す回路図。
【図2】本発明による真空直流遮断器の第4の実施の形態を示す回路図。
【図3】本発明による真空直流遮断器の第5の実施の形態を示す回路図。
【図4】本発明による真空直流遮断器の第6の実施の形態を示す回路図。
【図5】本発明による真空直流遮断器の第7の実施の形態を示す回路図。
【図6】本発明による真空直流遮断器の第8の実施の形態を示す回路図。
【図7】本発明による真空直流遮断器の第10の実施の形態を示す回路図。
【図8】本発明による真空直流遮断器の第11の実施の形態を示す回路図。
【図9】従来の真空直流遮断器の構成例を示す回路図。
【図10】真空直流遮断器を直流電力系統に適用した一例を示す回路図。
【符号の説明】
1…主真空バルブ
2…副真空バルブ
3…半導体スイッチ
4…コンデンサ
5…リアクトル
6…サージアブソーバ
7…可飽和リアクトル
8…抵抗
41…コンデンサ
42…スイッチ
43…コンデンサ
44…スイッチ
51…リアクトル
53…リアクトル
54…リアクトル
61…抵抗
61…抵抗
81…スイッチ
82…リアクトル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum type DC circuit breaker (hereinafter referred to as a vacuum DC circuit breaker) that is installed in a DC power system and interrupts an accident current flowing through the system when a short circuit accident occurs in the DC power system, and particularly a small current. A vacuum DC circuit breaker that prevents delays in the vacuum valve's shutoff time when shutting off, and prevents damage to the vacuum valve contacts by inhibiting large high frequency currents from being injected into the vacuum valve when shutting down a small current. It is about.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a DC power system such as an electric railway, when a short circuit accident or a ground fault occurs, a large DC accident current flows, and the DC power system is caused by electromagnetic force due to the accident current at that time or an arc generated at the accident point. The equipment and instruments installed in the factory are greatly damaged, and a great deal of cost and time are required for recovery.
[0003]
Therefore, in order to prevent this, a DC circuit breaker is installed in the DC power system, and it is possible to cut off the DC accident current in a short time and to minimize the damage to the equipment and instruments installed in the DC power system. Expected.
[0004]
For this purpose, the DC circuit breaker is required to cut off the accident current in the process in which the accident current increases with the occurrence of the accident, and is smaller than the finally reached accident current value (estimated short circuit current). Must be shut off.
[0005]
For example, JEC-7152 requires a DC power system with an estimated short-circuit current of 100 KA, and the peak value of the current actually cut off by the DC breaker when a short-circuit occurs is 25 KA or less.
[0006]
In the conventional DC circuit breaker, a method is adopted in which the air arc is guided into the arc chute by electromagnetic force to increase the arc voltage and the fault current is limited and interrupted by the resulting increase in arc resistance.
[0007]
However, in such a system, a loud noise is generated when the air arc is extinguished, causing noise problems, and the contacts are damaged by the arc.
[0008]
For this reason, noise countermeasures for substations installed in residential areas are required, and contact repair work by repair personnel after the interruption of the accident current has been required.
[0009]
On the other hand, in recent years, semiconductor breakers using power electronics elements such as thyristors and GTO thyristors, DC vacuum breakers using vacuum valves, etc. have been developed in place of such air-type DC breakers. Yes.
[0010]
Among these, the semiconductor circuit breaker performs the fault current interruption with the power electronics element, and therefore, the element is not damaged by the interruption, and can be used almost permanently.
[0011]
However, current power electronics devices are very expensive, have little tolerance for overvoltage and overcurrent with respect to the rated voltage and rated current of the device, and generate a large amount of heat from the device due to constant current flow. Then, it is required to use a large number of expensive power electronics elements in a series-parallel structure, which increases the overall equipment price.
[0012]
In addition, the electronic circuit that drives the power electronics element is required to operate stably. Since the electronic circuit uses elements that have problems in long-term use, such as electric field capacitors and resistors, the electronic circuit Maintenance and inspection of the circuit is essential, and the troublesome work is regarded as a problem.
[0013]
Furthermore, the electronic circuit is configured on a substrate, and if an abnormality is found during maintenance inspection, the substrate is replaced every time, resulting in an increase in maintenance costs.
[0014]
On the other hand, vacuum DC circuit breakers have been developed as being positioned between air-type DC circuit breakers and semiconductor DC circuit breakers.
[0015]
Since the arc extinguishing part of this vacuum DC circuit breaker is a vacuum valve, compared to the power electronics element, there is almost no arc extinguishing sound when the current is interrupted, and there is no need to repair the contact after the current interrupt. The feature of vacuum valves is that they are inexpensive.
[0016]
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of this type of conventional vacuum DC circuit breaker.
[0017]
In FIG. 9, the
[0018]
A series circuit of a
[0019]
Further, a surge absorber 6 which is a non-linear resistor is connected in parallel with the
[0020]
Furthermore, in the
[0021]
In the vacuum DC circuit breaker having such a configuration, the
[0022]
When energized, it is assumed that the
[0023]
In this state, assuming that a short circuit accident has occurred on the load side, the current (accident current) flowing from the power source increases toward the accident point in the
[0024]
When it is detected that the increase in the accident current exceeds a predetermined value, a trip signal is output to the vacuum DC circuit breaker, and the vacuum DC circuit breaker starts a trip operation.
[0025]
That is, first, the main vacuum valve1The
[0026]
When the
[0027]
This discharge current is directed in the opposite direction to the accident current on the
[0028]
Although the current flowing through the
[0029]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional vacuum DC circuit breaker described above, in the case where the resistance load current is interrupted, the interruption time of the
[0030]
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example in which the vacuum DC circuit breaker is applied to a DC power system.
[0031]
In the circuit as shown in FIG. 10, when the
[0032]
At this time, if the value of the
[0033]
The current flowing from the
[0034]
The large current from the
[0035]
In this way, the formation of a large arc due to a high-frequency current between the contacts of the
[0036]
The purpose of the present invention is to prevent the vacuum valve shut-off time from being delayed when a small current is interrupted, and to prevent large high-frequency currents from being injected into the vacuum valve when the small current is interrupted to prevent damage to the vacuum valve contacts. An object of the present invention is to provide a vacuum DC circuit breaker that can be used.
[0037]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above objective,Between power supply and loadIn the vacuum DC circuit breaker that is installed in and cuts off the accident current that flows to the system when an accident occurs in the DC power system,Main vacuum valve and secondaryConnect vacuum valves in series with each other,
The mainParallel with vacuum valveNonConnect a linear resistor,
A parallel circuit composed of a snubber circuit and a first semiconductor switch connected in parallel to the snubber circuit, a series circuit of three capacitors, and a first reactor are connected in parallel to the main vacuum valve,
Of the three capacitors, a second semiconductor switch is connected in parallel to each of the other two capacitors excluding the capacitor having the largest capacitance, and each of the second semiconductor switches Is a thyristor and a diode connected in antiparallel to each other.
In the invention corresponding to claim 2, the main vacuum valve and the sub vacuum valve are connected in series with each other,
A non-linear resistor connected in parallel with the main vacuum valve;
A parallel circuit composed of a snubber circuit and a first semiconductor switch connected in parallel to the snubber circuit, a series circuit of three capacitors, and a first reactor are connected in parallel to the main vacuum valve,
Of the three capacitors, a second semiconductor switch is connected in parallel to each of the other two capacitors excluding the capacitor having the largest capacitance, and each of the second semiconductor switches Is a self-extinguishing element and a diode in antiparallelConnected.
[0038]
Accordingly, claim 12Vacuum DC circuit breaker of the invention corresponding toAccording to the above, the following effects can be obtained. That is,By inserting a parallel circuit of the second semiconductor switch and the other two capacitors excluding the capacitor having the largest capacitance between the capacitor having the largest capacitance and the first reactor. Depending on the current flowing through one of the vacuum valves, the secondsemiconductorBy opening the switch, the time constant of the current flowing through the other vacuum valve is shortened. This results inThe number of parts can be reduced,The time until the current is finally interrupted by the other vacuum valve can be shortened.
In addition, since the switches connected in parallel with the two capacitors are semiconductor switches, the second semiconductor switch can be operated at high speed.
Furthermore, according to the invention corresponding to claim 2, as the second semiconductor switch, the self-extinguishing element and the diode are connected in antiparallel with each other, so that the non-vibration current is cut off by the other vacuum valve. Even in a region where it is impossible, it can be forcibly blocked by the self-extinguishing element.
[0043]
Meanwhile, claims3In the invention corresponding toMain vacuum valve and sub vacuum valve are connected in series with each other,
A non-linear resistor connected in parallel with the main vacuum valve;
A parallel circuit composed of a snubber circuit and a first semiconductor switch connected in parallel to the snubber circuit in parallel with the main vacuum valve, a series circuit of two capacitors, a first reactor, and a second reactor Connect
Of the two capacitors, a second semiconductor switch is connected in parallel to the first reactor and another capacitor excluding the capacitor having the largest capacitance, and the second semiconductor switch Is a thyristor and a diode connected in antiparallel to each other.
In the invention corresponding to claim 4, the main vacuum valve and the sub vacuum valve are connected in series with each other,
A non-linear resistor connected in parallel with the main vacuum valve;
A parallel circuit composed of a snubber circuit and a first semiconductor switch connected in parallel to the snubber circuit in parallel with the main vacuum valve, a series circuit of two capacitors, a first reactor, and a second reactor Connect
Of the two capacitors, a second semiconductor switch is connected in parallel to the first reactor and another capacitor excluding the capacitor having the largest capacitance, and the second semiconductor switch The self-extinguishing element and the diode are connected in reverse parallel to each other.ConnectionIt is a thing.
[0044]
Therefore, the claims3,In the vacuum DC circuit breaker of the invention corresponding to No. 4, the secondsemiconductorBy inserting a second reactor in series with a capacitor connected in parallel with the switch, the dI / dt at the current zero point of the combined current can be reduced, and the combined current can be reliably extinguished with one vacuum valve. Can be.
[0047]
And claims5In the invention corresponding toMain vacuum valve and sub vacuum valve are connected in series with each other,
A non-linear resistor connected in parallel with the main vacuum valve;
In parallel with the main vacuum valve, a parallel circuit composed of a snubber circuit and a first semiconductor switch connected in parallel with the snubber circuit, a series circuit of one capacitor and a first reactor,
A series circuit of a second semiconductor switch and a second reactor connected in parallel to the first reactor, wherein the second semiconductor switch has a thyristor and a diode connected in antiparallel to each other. It is.
In the invention corresponding to claim 6, the main vacuum valve and the sub vacuum valve are connected in series with each other,
A non-linear resistor connected in parallel with the main vacuum valve;
In parallel with the main vacuum valve, a parallel circuit composed of a snubber circuit and a first semiconductor switch connected in parallel with the snubber circuit, a series circuit of one capacitor and a first reactor,
A series circuit of a second semiconductor switch and a second reactor is connected in parallel with the first reactor, and the second semiconductor switch includes a self-extinguishing element and a diode in antiparallel to each other. InConnected.
[0048]
Therefore, the claims5,In the invention corresponding to 6,By connecting a series circuit of a second semiconductor switch and a second reactor in parallel with the one reactor,When the small current is interrupted, dI / dt of the combined current with the high-frequency current flowing through one of the vacuum valves can be suppressed.
[0062]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0063]
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and only different parts are described here.
[0064]
That is, the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment includes a parallel circuit of a
[0065]
Here, of the three
[0066]
Next, the operation of the vacuum DC circuit breaker according to this embodiment configured as described above will be described.
[0067]
In FIG. 1, when the fault current is interrupted, the
[0068]
The blocking process at this time is the same as the operation described with reference to FIG.
[0069]
Next, when the small current is interrupted, the magnitude of the current flowing through the
[0070]
When the
[0071]
Then, the
[0072]
Next, the charge of the
[0073]
In FIG. 1, the capacitance of the
[0074]
When the large current is cut off, the
[0075]
[Expression 1]
[0076]
Further, in the case where the
[0077]
[Expression 2]
It becomes.
[0078]
When the charging voltage of the
[0079]
Ip= E / ZN (4)
Here, N = 1, 2, 3.
[0080]
As can be seen from the equation (4), by opening the
[0081]
Next, let us consider the current flowing through the
[0082]
At this time, it is assumed that the current flowing through the
[0083]
In the circuit shown in FIG. 10, the decay time constant τ of the current1Is expressed by the following equation (5).
[0084]
τ1= R ・ CFour ...... (5)
The time constant of the state in which the
[0085]
On the other hand, the time constant τ when the
[0086]
[Equation 3]
[0087]
Therefore, by opening the
[0088]
As described above, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, the delay of the break point of the
[0089]
(Second Embodiment)
The vacuum DC circuit breaker according to this embodiment is the same as the vacuum DC circuit breaker of the first embodiment shown in FIG. 1 described above, except that the
[0090]
That is, in the vacuum DC circuit breaker of the first embodiment, two
[0091]
Next, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment configured as described above, the two
[0092]
As described above, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the number of parts can be reduced.
[0093]
(Third embodiment)
The vacuum DC circuit breaker according to this embodiment is the same as the
[0094]
Next, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment configured as described above, the
[0095]
As described above, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the
[0096]
(Fourth embodiment)
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only different parts will be described here.
[0097]
That is, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
[0098]
Next, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment configured as described above, the
[0099]
That is, when the capacitance of the
[0100]
In this respect, in this embodiment, in order to prevent this, the
[0101]
As described above, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, in addition to obtaining the same effect as in the first embodiment, the main current can be surely extinguished by the
[0102]
(Fifth embodiment)
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only different parts will be described here.
[0103]
That is, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
[0104]
Next, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment configured as described above, the
[0105]
That is, when the
[0106]
[Expression 4]
[0107]
Inductance L of the
[0108]
As described above, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, in addition to obtaining the same effects as those of the first embodiment, damage to the
[0109]
(Sixth embodiment)
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only different parts will be described here.
[0110]
That is, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, the
[0111]
Next, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment configured as described above, the
[0112]
That is, in the case where the
[0113]
Here, the inductance of the
[0114]
As described above, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, in addition to obtaining the same effect as the first embodiment, in addition to the high-frequency current flowing through one of the vacuum valves when a small current is interrupted, DI / dt of the generated current can be suppressed.
[0115]
(Seventh embodiment)
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only different parts will be described here.
[0116]
That is, the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, in parallel with the
[0117]
Next, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment configured as described above, the
[0118]
That is, residual charges remain in the
[0119]
If the
[0120]
In this respect, in the present embodiment, in order to eliminate this, the residual charges are discharged by the
[0121]
As described above, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, in addition to obtaining the same effect as in the first embodiment, the
[0122]
(Eighth embodiment)
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only different parts will be described here.
[0123]
That is, the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment has a configuration in which the insertion position of the
[0124]
Next, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment configured as described above, the voltage applied to the
[0125]
That is, in the circuit having the configuration shown in FIG.sAnd the charging voltage E of the
Vsw= Vs+ E
It becomes.
[0126]
In contrast, when the
Vsw= Vs
Thus, the voltage applied to the
[0127]
As described above, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, the voltage applied to the
[0128]
(Ninth embodiment)
The vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment is the same as the conventional vacuum DC circuit breaker shown in FIG. 9 described above, but the thyristor of the
[0129]
Next, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment configured as described above, the
[0130]
That is, when the current of the resistive load circuit shown in the circuit of FIG. 10 is cut off, there is a case where the current flowing through the
[0131]
In this respect, in the present embodiment, in order to solve this problem, a non-vibration current cannot be interrupted by the
[0132]
As described above, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, even if the non-vibration current cannot be interrupted by the
[0133]
(Tenth embodiment)
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only different parts will be described here.
[0134]
That is, the vacuum DC circuit breaker according to this embodiment has a configuration in which a
[0135]
Next, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment configured as described above, the
[0136]
That is, when a small current is interrupted in the resistance load circuit shown in the circuit shown in FIG. 10, there is a case where the current flowing through the
[0137]
At this time, the voltage between the electrodes of the
[0138]
When this DC decay waveform is applied to the
[0139]
When the voltage of the
[0140]
Then, the
[0141]
As described above, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, even when the current flowing through the
[0142]
(Eleventh embodiment)
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration example of the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and only different parts are described here.
[0143]
That is, as shown in FIG. 8, the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment is a series of a switch 81 (second switch) and a reactor 82 (fifth reactor) in parallel with the
[0144]
Next, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment configured as described above, a series circuit of the
[0145]
That is, when a small current is interrupted in the resistance load circuit shown in the circuit shown in FIG. 10, there is a case where the current flowing through the
[0146]
At this time, the voltage of the
[0147]
When the
[0148]
When the voltage of the
[0149]
Then, the
[0150]
As described above, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, even when the current flowing through the
[0151]
(Twelfth embodiment)
The vacuum DC circuit breaker according to this embodiment is the same as the conventional vacuum DC circuit breaker shown in FIG. 9 described above, wherein the limiting voltage of the
[0152]
Next, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment configured as described above, the limit voltage of the
[0153]
That is, when a small current is interrupted in the resistance load circuit shown in the circuit shown in FIG. 10, there is a case where the current flowing through the
[0154]
The current at this time is a composite wave of the decay current component due to the discharge of the
[0155]
For this reason, even if the decay of the discharge current of the
[0156]
In this respect, in the present embodiment, the limit voltage of the
[0157]
As described above, in the vacuum DC circuit breaker according to the present embodiment, it is possible to realize delay suppression of the shut-off time of the
[0158]
【The invention's effect】
As described above, according to the vacuum direct current circuit breaker of the present invention, it is possible to prevent delay of the shutoff time of the vacuum valve when a small current is interrupted.
[0159]
Further, it is possible to prevent large vacuum current from being injected into the vacuum valve when a small current is interrupted, thereby preventing damage to the vacuum valve contact.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing first to third embodiments of a vacuum DC circuit breaker according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of a vacuum DC circuit breaker according to the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of a vacuum DC circuit breaker according to the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a sixth embodiment of a vacuum DC circuit breaker according to the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a seventh embodiment of the vacuum DC circuit breaker according to the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an eighth embodiment of a vacuum DC circuit breaker according to the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a tenth embodiment of a vacuum DC circuit breaker according to the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram showing an eleventh embodiment of a vacuum DC circuit breaker according to the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional vacuum DC circuit breaker.
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example in which a vacuum DC circuit breaker is applied to a DC power system.
[Explanation of symbols]
1 ... Main vacuum valve
2 ... Sub vacuum valve
3 ... Semiconductor switch
4 ... Capacitor
5 ... Reactor
6. Surge absorber
7 ... Saturable reactor
8 ... Resistance
41 ... Capacitor
42 ... Switch
43 ... Capacitor
44 ... Switch
51 ... Reactor
53 ... Reactor
54 ... Reactor
61 ... Resistance
61 ... Resistance
81 ... Switch
82 ... Reactor.
Claims (6)
主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブに並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第1の半導体スイッチからなる並列回路と、3個のコンデンサと、第1のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記3個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他の2個のコンデンサの各々に並列に、第2の半導体スイッチを接続したものであって、前記各第2の半導体スイッチは、サイリスタとダイオードを互いに逆並列に接続したことを特徴とする真空直流遮断器。In a vacuum DC circuit breaker that is installed between the power supply and load of a DC power system and interrupts the accident current that flows through the system when an accident occurs in the DC power system,
Main vacuum valve and sub vacuum valve are connected in series with each other,
A non-linear resistor connected in parallel with the main vacuum valve;
A parallel circuit composed of a snubber circuit and a first semiconductor switch connected in parallel to the snubber circuit, a series circuit of three capacitors, and a first reactor are connected in parallel to the main vacuum valve,
Of the three capacitors, a second semiconductor switch is connected in parallel to each of the other two capacitors excluding the capacitor having the largest capacitance, and each of the second semiconductor switches Is a vacuum DC circuit breaker characterized in that a thyristor and a diode are connected in reverse parallel to each other.
主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブに並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第1の半導体スイッチからなる並列回路と、3個のコンデンサと、第1のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記3個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他の2個のコンデンサの各々に並列に、第2の半導体スイッチを接続したものであって、前記各第2の半導体スイッチは、自己消弧型素子とダイオードを互いに逆並列に接続したことを特徴とする真空直流遮断器。In a vacuum DC circuit breaker that is installed between the power supply and load of a DC power system and interrupts the accident current that flows through the system when an accident occurs in the DC power system,
Main vacuum valve and sub vacuum valve are connected in series with each other,
A non-linear resistor connected in parallel with the main vacuum valve;
A parallel circuit composed of a snubber circuit and a first semiconductor switch connected in parallel to the snubber circuit, a series circuit of three capacitors, and a first reactor are connected in parallel to the main vacuum valve,
Of the three capacitors, a second semiconductor switch is connected in parallel to each of the other two capacitors excluding the capacitor having the largest capacitance, and each of the second semiconductor switches Is a vacuum DC circuit breaker characterized in that a self-extinguishing element and a diode are connected in reverse parallel to each other.
主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第1の半導体スイッチからなる並列回路と、2個のコンデンサと、第1のリアクトルと、第2のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記2個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他のコンデンサと前記第1のリアクトルに並列に、第2の半導体スイッチを接続したものであって、前記第2の半導体スイッチは、サイリスタとダイオードを互いに逆並列に接続したことを特徴とする真空直流遮断器。In a vacuum DC circuit breaker that is installed between the power supply and load of a DC power system and interrupts the accident current that flows through the system when an accident occurs in the DC power system,
Main vacuum valve and sub vacuum valve are connected in series with each other,
A non-linear resistor connected in parallel with the main vacuum valve;
A parallel circuit comprising a snubber circuit and a first semiconductor switch connected in parallel to the snubber circuit in parallel with the main vacuum valve, a series circuit of two capacitors, a first reactor, and a second reactor Connect the
Of the two capacitors, a second semiconductor switch is connected in parallel to the first reactor and another capacitor excluding the capacitor having the largest capacitance, and the second semiconductor switch Is a vacuum DC circuit breaker characterized in that a thyristor and a diode are connected in reverse parallel to each other.
主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第1の半導体スイッチからなる並列回路と、2個のコンデンサと、第1のリアクトルと、第2のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記2個のコンデンサのうち、最も静電容量の大きなコンデンサを除いた他のコンデンサと前記第1のリアクトルに並列に、第2の半導体スイッチを接続したものであって、前記第2の半導体スイッチは、自己消弧型素子とダイオードを互いに逆並列に接続したことを特徴とする真空直流遮断器。In a vacuum DC circuit breaker that is installed between the power supply and load of a DC power system and interrupts the accident current that flows through the system when an accident occurs in the DC power system,
Main vacuum valve and sub vacuum valve are connected in series with each other,
A non-linear resistor connected in parallel with the main vacuum valve;
A parallel circuit comprising a snubber circuit and a first semiconductor switch connected in parallel to the snubber circuit in parallel with the main vacuum valve, a series circuit of two capacitors, a first reactor, and a second reactor Connect the
Of the two capacitors, a second semiconductor switch is connected in parallel to the first reactor and another capacitor excluding the capacitor having the largest capacitance, and the second semiconductor switch Is a vacuum DC circuit breaker characterized in that a self-extinguishing element and a diode are connected in reverse parallel to each other.
主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第1の半導体スイッチからなる並列回路と、1個のコンデンサと、第1のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記第1のリアクトルに並列に、第2の半導体スイッチと第2のリアクトルとの直列回路を接続したものであって、前記第2の半導体スイッチは、サイリスタとダイオードを互いに逆並列に接続したことを特徴とする真空直流遮断器。In a vacuum DC circuit breaker that is installed between the power supply and load of a DC power system and interrupts the accident current that flows through the system when an accident occurs in the DC power system,
Main vacuum valve and sub vacuum valve are connected in series with each other,
A non-linear resistor connected in parallel with the main vacuum valve;
In parallel with the main vacuum valve, a parallel circuit composed of a snubber circuit and a first semiconductor switch connected in parallel with the snubber circuit, a series circuit of one capacitor and a first reactor,
A series circuit of a second semiconductor switch and a second reactor is connected in parallel to the first reactor, and the second semiconductor switch has a thyristor and a diode connected in antiparallel to each other. Vacuum DC circuit breaker characterized by
主真空バルブ及び副真空バルブを互いに直列に接続し、
前記主真空バルブと並列に非直線抵抗体を接続し、
前記主真空バルブと並列に、スナバー回路と該スナバー回路に並列に接続した第1の半導体スイッチからなる並列回路と、1個のコンデンサと、第1のリアクトルとの直列回路を接続し、
前記第1のリアクトルに並列に、第2の半導体スイッチと第2のリアクトルとの直列回路を接続したものであって、前記第2の半導体スイッチは、自己消弧型素子とダイオードを互いに逆並列に接続したことを特徴とする真空直流遮断器。In a vacuum DC circuit breaker that is installed between the power supply and load of a DC power system and interrupts the accident current that flows through the system when an accident occurs in the DC power system,
Main vacuum valve and sub vacuum valve are connected in series with each other,
A non-linear resistor connected in parallel with the main vacuum valve;
In parallel with the main vacuum valve, a parallel circuit composed of a snubber circuit and a first semiconductor switch connected in parallel with the snubber circuit, a series circuit of one capacitor and a first reactor,
A series circuit of a second semiconductor switch and a second reactor is connected in parallel with the first reactor, and the second semiconductor switch includes a self-extinguishing element and a diode in antiparallel to each other. A vacuum DC circuit breaker characterized by being connected to
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