JP6808091B1 - 直流遮断器 - Google Patents

Abstract

直流遮断器（１）は、直流線路（２）に流れる直流電流を遮断する。直流遮断器（１）は、互いに直列に接続されている第１の遮断部である事故電流遮断部（３）および第２の遮断部である負荷電流遮断部（４）と、事故電流遮断部（３）および負荷電流遮断部（４）に並列に接続されているコンデンサ（５）およびリアクトル（６）と、を備える。事故電流遮断部（３）は、直流線路（２）における事故の発生時に事故電流遮断部（３）へ入力される指令に従って開動作を行う。負荷電流遮断部（４）は、直流線路（２）に接続される負荷へ直流電流が流れる定常時に負荷電流遮断部（４）へ入力される指令に従って開動作を行う。

Description

本発明は、直流線路に流れる直流電流を遮断する直流遮断器に関する。

直流遮断器は、直流電流に共振電流を重畳することによって電流零点を形成して、電流零点において直流電流を遮断する。直流遮断器としては、直流線路に設けられた遮断部と、遮断部と並列に接続されたコンデンサおよびリアクトルとを有するものが知られている。コンデンサおよびリアクトルは、共振回路を構成する。かかる直流遮断器による遮断方式の１つは、コンデンサをあらかじめ充電しておき、コンデンサの放電によって生じた共振電流を直流電流に重畳することによって遮断部の消弧を行う強制消弧方式である。

特許文献１には、強制消弧方式によって直流電流を遮断する直流遮断器が開示されている。特許文献１に開示される強制消弧方式の直流遮断器が直流電流を遮断する際、遮断部には開極指令が与えられ、かつ、共振回路に設けられた高速スイッチを閉じることによってコンデンサが放電する。強制消弧方式の直流遮断器は、高速スイッチを閉じることによって電流零点を速やかに形成可能であることから、地絡または短絡といった事故の際に流れる事故電流の高速な遮断に適している。

特開平８−１４８０６６号公報

直流遮断器は、事故電流を遮断可能であるほか、直流線路に接続される負荷へ直流電流が流れる定常時において、負荷へ流れる直流電流である負荷電流を遮断可能であることが望まれる。１つの直流遮断器によって事故電流の遮断と負荷電流の遮断とが可能であることによって、事故電流の遮断のための直流遮断器とは別に負荷電流の遮断のための直流遮断器が設けられる場合と比べて、簡易な構成によって事故電流の遮断と負荷電流の遮断とを行うことができる。

高圧直流（High Voltage Direct Current：ＨＶＤＣ）送電の場合、事故電流が１０ｋＡから２０ｋＡ程度の大電流である一方、負荷電流は１ｋＡから２ｋＡ程度である。特許文献１の技術によって事故電流を遮断可能に設計された直流遮断器が、事故電流の場合と同様に強制消弧方式によって負荷電流を遮断する場合、電流零点においてコンデンサには多くの電荷が残される。負荷電流が遮断されたときにコンデンサに残る電圧が遮断部の極間にも印加されることから、遮断部は、残留電圧によって、電流遮断の後において遮断部の極間に再度アークが発生すること、すなわち再発弧を抑制するために動作責務の厳格化が必要となる。そのため、特許文献１にかかる従来の技術によると、直流遮断器は、簡易な構成によって事故電流の遮断と負荷電流の遮断とを実現することが困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成によって事故電流の遮断と負荷電流の遮断とを実現可能とする直流遮断器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる直流遮断器は、直流線路に流れる直流電流を遮断する。本発明にかかる直流遮断器は、直流線路において互いに直列に接続されている第１の遮断部、第２の遮断部および断路器と、第１の遮断部および第２の遮断部に並列に接続されており、共振回路を構成するコンデンサおよびリアクトルと、共振回路に設けられている高速スイッチと、第２の遮断部と断路器との接続点と、高速スイッチとの間に接続されている第１のスイッチと、第１の遮断部と第２の遮断部との接続点と、高速スイッチと第１のスイッチとの接続点との間に接続されている第２のスイッチと、を備える。直流線路に負荷電流が流れる定常時において、第２のスイッチは閉じ、かつ高速スイッチおよび第１のスイッチは開いている。直流線路における事故発生時において、第１の遮断部を開きかつ高速スイッチを閉じることによって事故電流を遮断した後に、第２の遮断部と断路器とを開くことによって、事故電流が遮断された後に流れる残留電流を遮断する。負荷電流の遮断時において、第１のスイッチを閉じかつ第２のスイッチを開いてから、第２の遮断部を開きかつ高速スイッチを閉じることによって負荷電流を遮断した後に、断路器を開くことによって、負荷電流が遮断された後に流れる残留電流を遮断する。

本発明によれば、直流遮断器は、簡易な構成によって事故電流の遮断と負荷電流の遮断とを実現できる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる直流遮断器の構成を示す図 実施の形態１にかかる直流遮断器による直流電流の遮断について説明するための図 実施の形態１の比較例にかかる直流遮断器による直流電流の遮断について説明するための図 本発明の実施の形態２にかかる直流遮断器の構成を示す図 本発明の実施の形態３にかかる直流遮断器の構成を示す図 本発明の実施の形態４にかかる直流遮断器について説明するための図 実施の形態４にかかる直流遮断器による直流電流の遮断について説明するための図 本発明の実施の形態５にかかる直流遮断器の構成を示す図 実施の形態５の変形例にかかる直流遮断器の構成を示す図 実施の形態５にかかる直流遮断器と、実施の形態５の変形例にかかる直流遮断器について、残留電流の遮断のために備わる特性について説明するための図

以下に、本発明の実施の形態にかかる直流遮断器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる直流遮断器の構成を示す図である。実施の形態１にかかる直流遮断器１は、機械式の直流遮断器（Direct Current Circuit Breaker：ＤＣＣＢ）である。直流遮断器１は、電力系統の直流線路２に設けられている。実施の形態１において、電力系統は、ＨＶＤＣ送電を行う電力系統である。

直流遮断器１は、第１の遮断部である事故電流遮断部３と、第２の遮断部である負荷電流遮断部４とを有する。事故電流遮断部３と負荷電流遮断部４とは、直流線路２に挿入されている。事故電流遮断部３と負荷電流遮断部４とは、互いに直列に接続されている。

事故電流遮断部３は、直流線路２における事故の発生時に事故電流遮断部３へ入力される指令に従って開動作を行う。事故電流遮断部３は、コンデンサ５の放電により生じる振動電流と直流電流とが互いに打ち消し合う電流零点において直流電流を遮断する。すなわち、事故電流遮断部３は、強制消弧方式によって直流電流を遮断する。事故電流遮断部３は、電流の高速な遮断が可能な遮断器であって、例えば真空遮断器（Vacuum Circuit Breaker：ＶＣＢ）である。

負荷電流遮断部４は、直流線路２に接続される負荷へ直流電流が流れる定常時に負荷電流遮断部４へ入力される指令に従って開動作を行う。負荷電流遮断部４は、負荷電流遮断部４のアークと共振回路との相互作用によって生じる振動電流と直流電流とが互いに打ち消し合う電流零点において直流電流を遮断する。すなわち、負荷電流遮断部４は、自励振動方式によって直流電流を遮断する。負荷電流遮断部４は、アークと共振回路との相互作用により電気振動を拡大させて振動電流を生じさせることが可能な遮断器であって、例えばガス遮断器（Gas Circuit Breaker：ＧＣＢ）である。

直流遮断器１は、共振回路を構成するコンデンサ５およびリアクトル６と、共振回路に設けられている高速スイッチ７とを有する。コンデンサ５とリアクトル６と高速スイッチ７とは、互いに直列に接続されている。コンデンサ５とリアクトル６と高速スイッチ７とは、事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４と並列に接続されている。コンデンサ５のキャパシタンス値とリアクトル６のインダクタンス値とは、強制消弧方式によって１０ｋＡから２０ｋＡ程度の事故電流を遮断可能に設定されている。また、コンデンサ５のキャパシタンス値とリアクトル６のインダクタンス値とは、自励発振方式によって１ｋＡから２ｋＡ程度の負荷電流を遮断可能に設定されている。

直流遮断器１は、直流遮断器１の全体を制御する制御回路８を有する。制御回路８は、事故電流遮断部３と負荷電流遮断部４と高速スイッチ７との各々へ、開動作のための指令と閉動作のための指令とを出力する。直流線路２には、直流電流を検出する変流器９が設けられている。変流器９は、直流電流の検出結果を制御回路８へ出力する。制御回路８には、直流遮断器１の開閉を指令する外部指令１０が入力される。

次に、直流遮断器１の動作について説明する。直流線路２に負荷電流が流れる定常時において、事故電流遮断部３と負荷電流遮断部４とは、ともに閉じている。コンデンサ５は、定常時において直流電圧によって充電される。定常時において、高速スイッチ７は、開いている。高速スイッチ７が開かれていることによって、共振回路には電流が流れない。制御回路８は、変流器９による直流電流の検出結果を基に、直流線路２における事故の発生を監視する。制御回路８は、あらかじめ設定された閾値と直流電流の値とを比較することによって事故が発生したか否かを判断する。なお、制御回路８は、直流電流の変化量、または直流電圧に基づいて事故の発生を監視しても良い。

地絡または短絡といった事故が直流線路２において発生した場合、直流線路２に事故電流が流れる。直流線路２に流れる直流電流の値が閾値を超えた場合、制御回路８は、事故が発生したと判断する。制御回路８は、事故が発生したと判断した場合に、事故電流遮断部３へ開動作のための指令を出力する。事故電流遮断部３は、指令にしたがって開動作を行う。事故電流を遮断可能な極間距離が事故電流遮断部３にて確保された時点よりも後に、制御回路８は、高速スイッチ７へ閉動作のための指令を出力する。高速スイッチ７は、指令にしたがって閉動作を行う。

高速スイッチ７が閉じられることによって、コンデンサ５に蓄えられている電荷が共振回路に放出される。コンデンサ５の放電によって、共振回路には振動電流が流れる。直流遮断器１は、事故電流の極性とは逆の極性の振動電流を事故電流に重畳することによって、強制的に電流零点を形成する。これにより、直流遮断器１は、事故電流を遮断する。なお、事故発生時における上述の動作は一例であって、適宜変更しても良い。制御回路８は、高速スイッチ７へ閉動作のための指令を出力した後に事故電流遮断部３へ開動作のための指令を出力しても良い。

定常時において開動作のための外部指令１０が制御回路８へ入力された場合、制御回路８は、高速スイッチ７へ閉動作のための指令を出力する。高速スイッチ７は、指令にしたがって閉動作を行う。高速スイッチ７が閉じられることによって、コンデンサ５は電荷を放出する。コンデンサ５から放出された電荷は、直流線路２へ流れる。その後、制御回路８は、負荷電流遮断部４へ開動作のための指令を出力する。負荷電流遮断部４は、指令にしたがって開動作を行う。これにより、コンデンサ５に蓄えられている電荷の殆どが放出された後に負荷電流遮断部４が開かれる。

負荷電流遮断部４が開かれると、負荷電流遮断部４は、負荷電流遮断部４に発生するアークと共振回路との相互作用によって、振動電流を生じさせる。直流遮断器１は、負荷電流の極性とは逆の極性の振動電流を負荷電流に重畳することによって、電流零点を形成する。これにより、直流遮断器１は、負荷電流を遮断する。なお、外部指令１０に従って直流遮断器１が行う上述の動作は一例であって、適宜変更しても良い。制御回路８は、負荷電流遮断部４へ開動作のための指令を出力した後に高速スイッチ７へ閉動作のための指令を出力しても良い。

図２は、実施の形態１にかかる直流遮断器による直流電流の遮断について説明するための図である。電流Ｉ_ＣＢは、直流遮断器１のうち直流線路２に流れる電流である。電圧Ｖ_Ｃは、コンデンサ５の極間電圧である。電圧Ｖ_ＣＢは、直流遮断器１に印加される電圧であって、事故電流遮断部３の極間電圧である。図２には、強制消弧方式によって直流遮断器１が事故電流を遮断する場合における電流Ｉ_ＣＢの変化と、電圧Ｖ_Ｃの変化と、電圧Ｖ_ＣＢの変化とを、それぞれグラフによって示している。電流Ｉ_ＣＢのグラフにおいて、事故電流遮断部３を閉じた状態と仮定した場合における電流波形を破線によって示している。かかる電流波形は、直流電流と共振電流との合成による電流波形である。

直流遮断器１は、開動作のための指令が事故電流遮断部３へ入力されてから、直流電流を遮断する。電流零点が形成されたときに、コンデンサ５に印加される残留電圧Ｖｒｅｓが、事故電流遮断部３の極間にも印加される。直流遮断器１は、直流遮断器１の定格遮断電流を遮断する場合に、コンデンサ５が電荷を放出し尽くす直前において電流零点が形成されるように設計されている。これにより、直流電流が遮断されたときにおける残留電圧Ｖｒｅｓは小さい。残留電圧Ｖｒｅｓが小さいことから、事故電流遮断部３は、動作責務を厳格化しなくても、再発弧を抑制することができる。

事故電流遮断部３は、電流Ｉ_ＣＢのグラフの傾きが大きいタイミングでは、事故電流の遮断が困難となる場合がある。図２に示すように、電流零点は、電流Ｉ_ＣＢのピーク付近のタイミングにおいて形成される。すなわち、グラフの傾きが小さいタイミングにて電流零点が形成される。これにより、事故電流遮断部３は、事故電流の遮断が困難になる可能性を低くすることができる。

次に、強制消弧方式によって負荷電流を遮断する場合である比較例について説明する。図３は、実施の形態１の比較例にかかる直流遮断器による直流電流の遮断について説明するための図である。図３には、比較例にかかる直流遮断器が強制消弧方式によって負荷電流を遮断する場合における電流Ｉ_ＣＢと、電圧Ｖ_Ｃと、電圧Ｖ_ＣＢとの変化の例をグラフによって示している。電流Ｉ_ＣＢのグラフにおいて、比較例にかかる直流遮断器を閉じた状態と仮定した場合における電流波形を破線によって示している。かかる電流波形は、直流電流と共振電流との合成による電流波形である。比較例にかかる直流遮断器は、遮断部を開くことによって事故電流を遮断する。比較例にかかる直流遮断器は、１０ｋＡから２０ｋＡ程度の事故電流を遮断可能に設計されているものとする。

負荷電流は事故電流に比べて小さいことから、比較例にかかる直流遮断器が負荷電流を遮断する場合、電流零点においてコンデンサ５には多くの電荷が残されている。負荷電流が遮断されたときにおけるコンデンサ５の残留電圧Ｖｒｅｓが、遮断部の極間にも印加される。このため、比較例の場合、遮断部は、再発弧を抑制するために、動作責務の厳格化が必要となる。

図３に示すように、電流零点は、電流Ｉ_ＣＢのピークから離れたタイミングにおいて形成される。すなわち、グラフの傾きが大きいタイミングにて電流零点が形成される。これにより、比較例にかかる直流遮断器は、負荷電流の遮断が困難になる場合がある。

これに対し、実施の形態１にかかる直流遮断器１は、自励発振方式によって負荷電流を遮断する。負荷電流を遮断する際に、コンデンサ５に蓄えられている電荷の殆どが放出されることによって、直流遮断器１は、直流電流が遮断されたときにおける残留電圧Ｖｒｅｓを小さくすることができる。残留電圧Ｖｒｅｓが小さいことから、直流遮断器１は、負荷電流遮断部４の動作責務を厳格化しなくても、負荷電流遮断部４における再発弧を抑制することができる。

自励発振方式による遮断では、振動電流の振動を徐々に拡大させることによって電流零点が形成される。このため、電流零点は、常に電流Ｉ_ＣＢのピーク付近のタイミングにおいて形成される。これにより、負荷電流遮断部４は、負荷電流の遮断が困難になる可能性を低くすることができる。

実施の形態１にかかる直流遮断器１では、事故電流遮断部３による事故電流の遮断と負荷電流遮断部４による負荷電流の遮断において、共通のコンデンサ５、リアクトル６および高速スイッチ７が使用される。すなわち、直流遮断器１に設けられている共振回路は、事故電流の遮断と負荷電流の遮断との双方において使用される。直流遮断器１は、事故電流の遮断のための共振回路とは別に負荷電流の遮断のための共振回路が設けられる場合と比べて、簡易な構成とすることができる。

また、実施の形態１によると、事故電流の遮断と負荷電流の遮断とが１つの直流遮断器１によって行われる。実施の形態１によると、事故電流の遮断のための直流遮断器とは別に負荷電流の遮断のための直流遮断器が設けられる場合と比べて、簡易な構成によって事故電流の遮断と負荷電流の遮断とを行うことができる。以上により、直流遮断器１は、簡易な構成によって事故電流の遮断と負荷電流の遮断とを実現できる、という効果を奏する。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる直流遮断器の構成を示す図である。実施の形態２にかかる直流遮断器２０は、事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４に接続されるリアクトルを切り換えるためのスイッチ２３を有する。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。

直流遮断器２０は、２つのリアクトル２１，２２を有する。コンデンサ５のキャパシタンス値とリアクトル２１のインダクタンス値とは、強制消弧方式によって１０ｋＡから２０ｋＡ程度の事故電流を遮断可能に設定されている。また、コンデンサ５のキャパシタンス値とリアクトル２１，２２のインダクタンス値とは、自励発振方式によって１ｋＡから２ｋＡ程度の負荷電流を遮断可能に設定されている。スイッチ２３は、リアクトル２２と直列に接続されている。リアクトル２２およびスイッチ２３は、リアクトル２１に並列に接続されている。制御回路８は、開動作のための指令と閉動作のための指令とをスイッチ２３へ出力する。

次に、直流遮断器２０の動作について説明する。直流線路２に負荷電流が流れる定常時において、スイッチ２３は開いている。定常時には、高速スイッチ７が開かれていることによって、共振回路には電流が流れない。制御回路８は、直流線路２において事故が発生したと判断した場合に、実施の形態１の場合と同様に、事故電流遮断部３へ開動作のための指令を出力し、かつ、高速スイッチ７へ閉動作のための指令を出力する。スイッチ２３は、開いている状態を維持する。このように、直流遮断器２０は、事故電流を遮断する場合、２つのリアクトル２１，２２のうちの一方であるリアクトル２１を事故電流遮断部３に接続する。直流遮断器２０は、リアクトル２１を含む共振回路にて振動電流を発生させることによって、事故電流を遮断する。

開動作のための外部指令１０が制御回路８へ入力された場合、制御回路８は、閉動作のための指令をスイッチ２３へ出力する。スイッチ２３は、指令にしたがって閉動作を行う。その後、制御回路８は、実施の形態１の場合と同様に、高速スイッチ７へ閉動作のための指令を出力し、かつ、負荷電流遮断部４へ開動作のための指令を出力する。このように、直流遮断器２０は、負荷電流を遮断する場合、２つのリアクトル２１，２２を負荷電流遮断部４に接続する。直流遮断器２０は、リアクトル２１，２２を含む共振回路にて振動電流を発生させることによって、負荷電流を遮断する。

実施の形態２によると、直流遮断器２０は、事故電流の遮断のためにキャパシタンス値およびインダクタンス値が最適化されたコンデンサ５およびリアクトル２１を、事故電流の遮断において使用することができる。また、直流遮断器２０は、負荷電流の遮断のためにキャパシタンス値およびインダクタンス値が最適化されたコンデンサ５およびリアクトル２１，２２を、負荷電流の遮断において使用することができる。これにより、直流遮断器２０は、事故電流の確実な遮断と、負荷電流の確実な遮断とが可能となる。

なお、事故電流の遮断のための最適化と負荷電流の遮断のための最適化とを可能とするための上述の構成は一例であって、適宜変更しても良い。直流遮断器２０は、事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４に接続されるコンデンサをスイッチ２３によって切り換えても良い。直流遮断器２０は、事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４に接続されるコンデンサおよびリアクトルをスイッチ２３によって切り換えても良い。直流遮断器２０は、事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４に接続されるコンデンサと、事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４に接続されるリアクトルとのうちの少なくとも一方が切り換わり可能であれば良い。これにより、直流遮断器２０は、事故電流の確実な遮断と、負荷電流の確実な遮断とが可能となる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３にかかる直流遮断器の構成を示す図である。実施の形態３にかかる直流遮断器３０は、２つの高速スイッチ３１，３２を有する。実施の形態３では、上記の実施の形態１または２と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１または２とは異なる構成について主に説明する。

直流遮断器３０は、２つのリアクトル２１，２２を有する。コンデンサ５のキャパシタンス値とリアクトル２１のインダクタンス値とは、強制消弧方式によって１０ｋＡから２０ｋＡ程度の事故電流を遮断可能に設定されている。また、コンデンサ５のキャパシタンス値とリアクトル２２のインダクタンス値とは、自励発振方式によって１ｋＡから２ｋＡ程度の負荷電流を遮断可能に設定されている。高速スイッチ３１は、コンデンサ５およびリアクトル２１と事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４との接続と、コンデンサ５およびリアクトル２１と事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４との接続の切断とを切り換えるスイッチである。高速スイッチ３２は、コンデンサ５およびリアクトル２２と事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４との接続と、コンデンサ５およびリアクトル２２と事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４との接続の切断とを切り換えるスイッチである。

高速スイッチ３１が閉じた状態、かつ高速スイッチ３２が開いた状態であるとき、２つのリアクトル２１，２２のうちの一方であるリアクトル２１が事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４に接続される。また、高速スイッチ３１が開いた状態、かつ高速スイッチ３２が閉じた状態であるとき、２つのリアクトル２１，２２のうちの他方であるリアクトル２２が事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４に接続される。このように、高速スイッチ３１，３２は、事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４に接続されるリアクトルを切り換える。高速スイッチ３１，３２は、実施の形態１の高速スイッチ７の機能と、実施の形態２のスイッチ２３の機能とを兼ねる。

高速スイッチ３１は、リアクトル２１と直列に接続されている。高速スイッチ３２は、リアクトル２２と直列に接続されている。リアクトル２１および高速スイッチ３１は、リアクトル２２および高速スイッチ３２と並列に接続されている。制御回路８は、開動作のための指令と閉動作のための指令とを高速スイッチ３１，３２へ出力する。

次に、直流遮断器３０の動作について説明する。直流線路２に負荷電流が流れる定常時において、高速スイッチ３１，３２はともに開いている。制御回路８は、直流線路２において事故が発生したと判断した場合に、事故電流遮断部３へ開動作のための指令を出力する。事故電流を遮断可能な極間距離が事故電流遮断部３にて確保された時点よりも後に、制御回路８は、高速スイッチ３１へ閉動作のための指令を出力する。高速スイッチ３１は、指令にしたがって閉動作を行う。なお、制御回路８は、高速スイッチ３１へ閉動作のための指令を出力した後に事故電流遮断部３へ開動作のための指令を出力しても良い。

開動作のための外部指令１０が制御回路８へ入力された場合、制御回路８は、高速スイッチ３２へ閉動作のための指令を出力する。高速スイッチ３２は、指令にしたがって閉動作を行う。高速スイッチ３２が閉じられることによって、コンデンサ５から放出された電荷が直流線路２へ流れた後、制御回路８は、負荷電流遮断部４へ開動作のための指令を出力する。なお、制御回路８は、負荷電流遮断部４へ開動作のための指令を出力した後に高速スイッチ３２へ閉動作のための指令を出力しても良い。

実施の形態３によると、直流遮断器３０は、事故電流の遮断のためにキャパシタンス値およびインダクタンス値が最適化されたコンデンサ５およびリアクトル２１を、事故電流の遮断において使用することができる。また、直流遮断器３０は、負荷電流の遮断のためにキャパシタンス値およびインダクタンス値が最適化されたコンデンサ５およびリアクトル２２を、負荷電流の遮断において使用することができる。これにより、直流遮断器３０は、事故電流の確実な遮断と、負荷電流の確実な遮断とが可能となる。

直流遮断器３０は、事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４へのコンデンサ５およびリアクトル２１，２２の接続と、リアクトル２１，２２の切り換えとを、高速スイッチ３１の制御または高速スイッチ３２の制御によって同時に行う。これにより、直流遮断器３０は、コンデンサ５およびリアクトル２１，２２の接続とは別にリアクトル２１，２２を切り換える場合と比べて、簡易な制御によって、事故電流の遮断と負荷電流の遮断とが可能となる。

なお、事故電流の遮断のための最適化と負荷電流の遮断のための最適化とを可能とするための上述の構成は一例であって、適宜変更しても良い。直流遮断器３０は、事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４に接続されるコンデンサを高速スイッチ３１，３２によって切り換えても良い。直流遮断器３０は、事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４に接続されるコンデンサおよびリアクトルを高速スイッチ３１，３２によって切り換えても良い。直流遮断器３０では、事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４に接続されるコンデンサと、事故電流遮断部３および負荷電流遮断部４に接続されるリアクトルとのうちの少なくとも一方が切り換わり可能であれば良い。これにより、直流遮断器３０は、事故電流の確実な遮断と、負荷電流の確実な遮断とが可能となる。

実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態１にかかる直流遮断器１が負荷電流を遮断する際に、負荷電流遮断部４と事故電流遮断部３とを開く場合について説明する。図６は、本発明の実施の形態４にかかる直流遮断器について説明するための図である。図６では、直流遮断器１のうち事故電流遮断部３と負荷電流遮断部４とコンデンサ５とリアクトル６と高速スイッチ７を示している。実施の形態４では、上記の実施の形態１から３と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から３とは異なる構成について主に説明する。

実施の形態１の場合と同様に、定常時において開動作のための外部指令１０が制御回路８へ入力された場合、制御回路８は、高速スイッチ７へ閉動作のための指令を出力する。高速スイッチ７が閉じられることによって、コンデンサ５が電荷を放出した後、制御回路８は、負荷電流遮断部４へ開動作のための指令を出力するとともに、事故電流遮断部３へ開動作のための指令を出力する。これにより、負荷電流遮断部４へ入力される指令に従って負荷電流遮断部４が開動作を行う際に、事故電流遮断部３は、開動作を行う。なお、実施の形態４にかかる直流遮断器１は、直流線路２に事故が発生した場合、実施の形態１の場合と同様に事故電流を遮断する。

図７は、実施の形態４にかかる直流遮断器による直流電流の遮断について説明するための図である。図７には、直流遮断器１に印加される電圧Ｖ_ＣＢの変化と、事故電流遮断部３に印加される電圧Ｖ_ＣＢ__{ｆａｕｌｔ}の変化と、負荷電流遮断部４に印加される電圧Ｖ_ＣＢ__ｌｏａｄの変化とを、グラフによって示している。

負荷電流を遮断する際に事故電流遮断部３と負荷電流遮断部４とを開くことによって、直流遮断器１に印加される電圧Ｖ_ＣＢが、事故電流遮断部３に印加される電圧Ｖ_ＣＢ__{ｆａｕｌｔ}と負荷電流遮断部４に印加される電圧Ｖ_ＣＢ__ｌｏａｄとに分圧される。電圧Ｖ_ＣＢの印加を事故電流遮断部３と負荷電流遮断部４とに分担させることによって、負荷電流遮断部４のみに電圧Ｖ_ＣＢが印加される場合に比べて、負荷電流遮断部４に印加される電圧を低くすることができる。これにより、直流遮断器１は、耐電圧性能が低い負荷電流遮断部４を使用することができる。なお、実施の形態２または３にかかる直流遮断器２０，３０において、実施の形態４と同様に、負荷電流を遮断する際に負荷電流遮断部４と事故電流遮断部３とを開くこととしても良い。

実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５にかかる直流遮断器の構成を示す図である。実施の形態５にかかる直流遮断器４０は、事故電流遮断部３または負荷電流遮断部４による直流電流の遮断後に流れる残留電流を遮断する。実施の形態５では、上記の実施の形態１から４と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から４とは異なる構成について主に説明する。

直流遮断器４０は、残留電流遮断部４１を有する。残留電流遮断部４１は、断路器４２と遮断器４３とを有する。断路器４２と遮断器４３とは、直流線路２に挿入されている。事故電流遮断部３と負荷電流遮断部４と断路器４２と遮断器４３とは、互いに直列に接続されている。事故電流遮断部３と負荷電流遮断部４と高速スイッチ７とコンデンサ５とリアクトル６とは、ループを構成する。断路器４２と遮断器４３とは、ループの外に接続されている。制御回路８は、断路器４２と遮断器４３との各々へ、開動作のための指令と閉動作のための指令とを出力する。

次に、直流遮断器４０の動作について説明する。直流線路２に負荷電流が流れる定常時において、断路器４２と遮断器４３とは、ともに閉じている。直流遮断器４０は、事故電流遮断部３によって事故電流を遮断した後において、遮断器４３と断路器４２とを開く。直流遮断器４０は、負荷電流遮断部４によって負荷電流を遮断した後において、断路器４２を開く。これにより、直流遮断器４０は、事故電流を遮断した後に流れる残留電流と、負荷電流を遮断した後に流れる残留電流とを遮断することができる。

次に、実施の形態５の変形例について説明する。図９は、実施の形態５の変形例にかかる直流遮断器の構成を示す図である。実施の形態５の変形例にかかる直流遮断器５０は、事故電流遮断部３による直流電流の遮断後に流れる残留電流を、断路器４２と負荷電流遮断部５１とによって遮断する。また、直流遮断器５０は、負荷電流遮断部５１による直流電流の遮断後に流れる残留電流を、断路器４２によって遮断する。

負荷電流遮断部５１と断路器４２とは、直流線路２に挿入されている。事故電流遮断部３と負荷電流遮断部５１と断路器４２は、互いに直列に接続されている。また、直流遮断器５０は、２つのスイッチ５２，５３を有する。スイッチ５２と高速スイッチ７とコンデンサ５とリアクトル６とは、互いに直列に接続されている。スイッチ５２と高速スイッチ７とコンデンサ５とリアクトル６とは、事故電流遮断部３および負荷電流遮断部５１と並列に接続されている。

スイッチ５２のうちの一方の接点は、断路器４２と負荷電流遮断部５１との接続点５４に接続されている。スイッチ５２のうちの他方の接点は、高速スイッチ７に接続されている。スイッチ５３のうちの一方の接点は、事故電流遮断部３と負荷電流遮断部５１との接続点５５に接続されている。スイッチ５３のうちの他方の接点は、高速スイッチ７とスイッチ５２との接続点５６に接続されている。制御回路８は、スイッチ５２とスイッチ５３との各々へ、開動作のための指令と閉動作のための指令とを出力する。

次に、直流遮断器５０の動作について説明する。直流線路２に負荷電流が流れる定常時において、事故電流遮断部３と負荷電流遮断部５１と断路器４２とスイッチ５３とは、いずれも閉じている。定常時において、高速スイッチ７とスイッチ５２とは、ともに開いている。このとき、事故電流遮断部３と高速スイッチ７とコンデンサ５とリアクトル６とは、ループを構成する。負荷電流遮断部５１と断路器４２とは、ループから外れている。直流遮断器５０に含まれる構成要素同士のこのような接続状態を、第１の状態と称する。

直流遮断器５０は、直流線路２において事故が発生したと判断した場合に、実施の形態１の場合と同様に、事故電流遮断部３を開き、かつ高速スイッチ７を閉じる。直流遮断器５０は、事故電流遮断部３によって事故電流を遮断した後に、負荷電流遮断部５１と断路器４２とを開く。これにより、直流遮断器５０は、事故電流を遮断した後に流れる残留電流を遮断する。事故電流の遮断において、負荷電流遮断部５１は、上記の遮断器４３と同様の機能を担う。

開動作のための外部指令１０が制御回路８へ入力された場合、制御回路８は、閉動作のための指令をスイッチ５２へ出力し、かつ、開動作のための指令をスイッチ５３へ出力する。このとき、事故電流遮断部３と負荷電流遮断部５１と高速スイッチ７とコンデンサ５とリアクトル６とは、ループを構成する。断路器４２は、ループから外れている。直流遮断器５０に含まれる構成要素同士のこのような接続状態を、第２の状態と称する。直流遮断器５０では、事故電流遮断部３と負荷電流遮断部５１と高速スイッチ７とコンデンサ５とリアクトル６との接続が、スイッチ５２の開閉とスイッチ５３の開閉とによって第１の状態と第２の状態とに切り換わる。

その後、制御回路８は、実施の形態１の場合と同様に、高速スイッチ７へ閉動作のための指令を出力し、かつ、負荷電流遮断部４へ開動作のための指令を出力する。直流遮断器５０は、負荷電流遮断部４によって負荷電流を遮断した後に、断路器４２を開く。これにより、直流遮断器５０は、負荷電流を遮断した後に流れる残留電流を遮断する。直流遮断器５０は、負荷電流を遮断した後に流れる残留電流を、断路器４２によって遮断する。

次に、実施の形態５にかかる上記の直流遮断器４０と、実施の形態５の変形例にかかる直流遮断器５０とについて、残留電流の遮断のために備わる特性について説明する。図１０は、実施の形態５にかかる直流遮断器と、実施の形態５の変形例にかかる直流遮断器について、残留電流の遮断のために備わる特性について説明するための図である。

電流Ｉ_ｒｅｓ__{ｆａｕｌｔ}は、事故電流を遮断した後に流れる残留電流である。電流Ｉ_ｒｅｓ__ｌｏａｄは、負荷電流を遮断した後に流れる残留電流である。図１０は、直流遮断器４０，５０に流れる電流Ｉ_ｒｅｓ__{ｆａｕｌｔ}の変化と、直流遮断器４０，５０に流れる電流Ｉ_ｒｅｓ__ｌｏａｄの変化とを、それぞれグラフによって示している。

事故電流の遮断による直流線路２の開路に続いて、短時間のうちにおいて直流線路２の閉路が行われる。すなわち高速再閉路が行われる。直流線路２に事故が発生した場合、事故の発生からできるだけ早期に電力系統を正常な状態に戻すためには、高速再閉路が必要となる。直流遮断器４０，５０は、高速再閉路を可能とするために、事故電流の遮断のための動作を高速に行うことが求められる。これに対し、負荷電流を遮断した場合は、高速再閉路は不要である。直流遮断器４０，５０は、負荷電流の遮断のための動作については、事故電流を遮断する場合のような高速化は不要となる。

時間ｔ_{ｆａｕｌｔ}は、事故電流の遮断のための動作を開始してから残留電流を遮断するまでの時間である。時間ｔ_ｌｏａｄは、負荷電流の遮断のための動作を開始してから残留電流を遮断するまでの時間である。時間ｔ_ｌｏａｄは、時間ｔ_{ｆａｕｌｔ}よりも長い。電流Ｉ_ｒｅｓ__{ｆａｕｌｔ}の波高値は、電流Ｉ_ｒｅｓ__ｌｏａｄの波高値よりも大きい。直流電流を遮断した直後に電力系統のインダクタンスに残留するエネルギーは、負荷電流を遮断する場合に比べて事故電流を遮断する場合のほうが大きい。このため、残留電流の遮断が行われないと仮定した場合に、電流Ｉ_ｒｅｓ__{ｆａｕｌｔ}の継続時間は、電流Ｉ_ｒｅｓ__ｌｏａｄの継続時間よりも長くなる。また、電流Ｉ_ｒｅｓ__{ｆａｕｌｔ}の波高値は、電流Ｉ_ｒｅｓ__ｌｏａｄの波高値よりも大きくなる。

図８に示す遮断器４３は、時間ｔ_{ｆａｕｌｔ}において電流Ｉ_ｒｅｓ__{ｆａｕｌｔ}を遮断可能な特性を備える。断路器４２は、時間ｔ_ｌｏａｄにおいて電流Ｉ_ｒｅｓ__ｌｏａｄを遮断可能な特性を備える。すなわち、遮断器４３は、遮断のための動作が断路器４２よりも高速であって、かつ断路器４２が遮断可能な電流よりも高い電流を遮断可能な特性を備える。直流遮断器４０は、断路器４２と遮断器４３とを含む残留電流遮断部４１を備えることによって、事故電流を遮断した後に流れる残留電流と、負荷電流を遮断した後に流れる残留電流とを遮断することができる。なお、残留電流遮断部４１は、実施の形態１から４にかかる直流遮断器１，２０，３０に適用されても良い。

図９に示す負荷電流遮断部５１は、時間ｔ_{ｆａｕｌｔ}において電流Ｉ_ｒｅｓ__{ｆａｕｌｔ}を遮断可能な特性を備える。すなわち、負荷電流遮断部５１は、遮断のための動作が断路器４２よりも高速であって、かつ断路器４２が遮断可能な電流よりも高い電流を遮断可能な特性を備える。直流遮断器５０は、負荷電流の遮断のための負荷電流遮断部５１を、事故電流を遮断した後に流れる残留電流の遮断に流用することによって、事故電流を遮断した後に流れる残留電流を遮断することができる。また、直流遮断器５０は、断路器４２を備えることによって、負荷電流を遮断した後に流れる残留電流を遮断することができる。

直流遮断器５０では、負荷電流の遮断のための負荷電流遮断部５１が、事故電流を遮断した後に流れる残留電流の遮断に流用されることによって、残留電流の遮断のための開動作のみを担う遮断器が不要となる。これにより、直流遮断器５０は、残留電流の遮断のための開動作のみを行う遮断器が必要である場合と比べて、遮断器の数を少なくすることができる。以上により、実施の形態５の変形例によると、直流遮断器５０は、事故電流を遮断した後に流れる残留電流と、負荷電流を遮断した後に流れる残留電流とを、簡易な構成によって遮断することができる。なお、実施の形態５の変形例と同様の負荷電流遮断部５１および断路器４２は、実施の形態１から４にかかる直流遮断器１，２０，３０に適用されても良い。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，２０，３０，４０，５０ 直流遮断器、２ 直流線路、３ 事故電流遮断部、４，５１ 負荷電流遮断部、５ コンデンサ、６，２１，２２ リアクトル、７，３１，３２ 高速スイッチ、８ 制御回路、９ 変流器、１０ 外部指令、２３，５２，５３ スイッチ、４１ 残留電流遮断部、４２ 断路器、４３ 遮断器、５４，５５，５６ 接続点。

Claims (3)

1. 直流線路に流れる直流電流を遮断する直流遮断器であって、
   前記直流線路において互いに直列に接続されている第１の遮断部、第２の遮断部および断路器と、
   前記第１の遮断部および前記第２の遮断部に並列に接続されており、共振回路を構成するコンデンサおよびリアクトルと、
   前記共振回路に設けられている高速スイッチと、
   前記第２の遮断部と前記断路器との接続点と、前記高速スイッチとの間に接続されている第１のスイッチと、
   前記第１の遮断部と前記第２の遮断部との接続点と、前記高速スイッチと前記第１のスイッチとの接続点との間に接続されている第２のスイッチと、を備え、
   前記直流線路に負荷電流が流れる定常時において、前記第２のスイッチは閉じ、かつ前記高速スイッチおよび前記第１のスイッチは開いており、
   前記直流線路における事故発生時において、前記第１の遮断部を開きかつ前記高速スイッチを閉じることによって事故電流を遮断した後に、前記第２の遮断部と前記断路器とを開くことによって、前記事故電流が遮断された後に流れる残留電流を遮断し、
   前記負荷電流の遮断時において、前記第１のスイッチを閉じかつ前記第２のスイッチを開いてから、前記第２の遮断部を開きかつ前記高速スイッチを閉じることによって前記負荷電流を遮断した後に、前記断路器を開くことによって、前記負荷電流が遮断された後に流れる残留電流を遮断することを特徴とする直流遮断器。
2. 前記共振回路において互いに並列に接続されている２つの前記リアクトルを備え、
   ２つの前記リアクトルのうちの少なくとも一方には、前記第１の遮断部および前記第２の遮断部と当該リアクトルとの間にて回路を開閉するスイッチが接続されており、
   前記事故電流の遮断時と前記負荷電流の遮断時とにおいて前記スイッチの開閉を切り換えることによって、２つの前記リアクトルにおいて、前記事故電流の遮断時における振動電流の発生に用いられる前記リアクトルと前記負荷電流の遮断時における振動電流の発生に用いられる前記リアクトルとを切り換えることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
3. 前記負荷電流の遮断時において、前記第１の遮断部と前記第２の遮断部とが同時に開くことによって、前記直流遮断器に印加される電圧を、前記第１の遮断部に印加される電圧と前記第２の遮断部に印加される電圧とに分けることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。

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