特許 7599627 直流遮断器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-05

(45)【発行日】2024-12-13

(54)【発明の名称】直流遮断器

(51)【国際特許分類】

   H02H 1/00 20060101AFI20241206BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20241206BHJP

【ＦＩ】

H02H1/00

H02J1/00 301D

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2024559095

(86)(22)【出願日】2024-06-20

(86)【国際出願番号】 JP2024022374

【審査請求日】2024-10-03

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】稲垣 卓志

(72)【発明者】

【氏名】フレデリック ペイジ

(72)【発明者】

【氏名】石田 圭佑

【審査官】新田 亮

(56)【参考文献】

【文献】特許第７１３４３７５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０２２－５３１８２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｈ１／００

Ｈ０２Ｊ１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流線路に流れる事故電流を遮断するコア遮断器と、前記事故電流を遮断した後に前記直流線路に流れる残留電流を絶縁ガス中で遮断するガス遮断器である残留電流遮断器と、前記コア遮断器及び前記残留電流遮断器を制御する制御部とを備え、
前記コア遮断器は、機械接点によって前記事故電流を遮断するメインブランチと、前記機械接点に電流零点を形成し、前記機械接点の極間に発生するアークを消弧するテンポラリブランチと、前記直流線路を含む直流系統に残留するエネルギーを吸収し、前記事故電流を電流値が零になるまで減衰させるエネルギー処理ブランチとを備え、
前記メインブランチ、前記テンポラリブランチ及び前記エネルギー処理ブランチは、互いに並列に接続されており、
前記制御部は、前記アークが消弧される熱的遮断及び前記機械接点の開極による前記テンポラリブランチ及び前記エネルギー処理ブランチへの前記事故電流の転流に伴って発生する過電圧に前記コア遮断器が耐える誘電的遮断が完了した後に前記残留電流遮断器に前記残留電流を遮断させ、
前記制御部は、前記コア遮断器及び前記残留電流遮断器に同時に開極指令を出力し、
前記残留電流遮断器は、前記開極指令が入力されてから予め設定された遅れ時間が経過した後に、開極動作を行うことを特徴とする直流遮断器。

【請求項2】

直流線路に流れる事故電流を遮断するコア遮断器と、前記事故電流を遮断した後に前記直流線路に流れる残留電流を絶縁ガス中で遮断するガス遮断器である残留電流遮断器と、前記コア遮断器及び前記残留電流遮断器を制御する制御部とを備え、
前記コア遮断器は、機械接点によって前記事故電流を遮断するメインブランチと、前記機械接点に電流零点を形成し、前記機械接点の極間に発生するアークを消弧するテンポラリブランチと、前記直流線路を含む直流系統に残留するエネルギーを吸収し、前記事故電流を電流値が零になるまで減衰させるエネルギー処理ブランチとを備え、
前記メインブランチ、前記テンポラリブランチ及び前記エネルギー処理ブランチは、互いに並列に接続されており、
前記制御部は、前記アークが消弧される熱的遮断及び前記機械接点の開極による前記テンポラリブランチ及び前記エネルギー処理ブランチへの前記事故電流の転流に伴って発生する過電圧に前記コア遮断器が耐える誘電的遮断が完了した後に前記残留電流遮断器に前記残留電流を遮断させ、
前記制御部は、前記コア遮断器が、前記熱的遮断の完了後かつ前記誘電的遮断の実行中に、前記残留電流遮断器に開極指令を出力し、
前記残留電流遮断器は、前記開極指令が入力されてから予め設定された遅れ時間が経過した後に、開極動作を行うことを特徴とする直流遮断器。

【請求項3】

前記絶縁ガスは、合成空気であることを特徴とする請求項１又は２に記載の直流遮断器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、多端子高電圧直流送電系統へ適用される直流遮断器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、高電圧直流送電には、二か所の交直変換器を送電ケーブル及び架空送電線の少なくとも一方によって接続する二端子高電圧直流送電が用いられている。三か所以上の交直変換器を接続した高電圧直流送電系統は、多端子高電圧直流送電系統と称されている。一例を挙げると、四端子高電圧直流送電系統は、四つの交直変換器を直流線路でリング状に接続して構成される。

【0003】

世界的な洋上風力発電の急拡大、発電地域から需要地への長距離電力輸送等のニーズ等より、多端子高電圧直流送電系統による送電の注目が高まっている。

【0004】

直流系統において事故が発生した場合には、事故点に向かって流れる電流を止めることで、事故除去することができる。二か所の交直変換器を一つの直流線路で接続する二端子高電圧直流送電系統では、交流系統に設置した交流遮断器の開極動作及び交直変換器の停止によって、事故点に向かって流れる電流を止めることで、事故除去が可能となる。しかし、多端子高電圧直流送電系統の場合には、二端子高電圧直流送電系統と同様の手法で事故除去すると、全ての送電を止めることになり、事故とは無関係な健全区間における送電も止まるため、大規模停電が発生する可能性がある。

【0005】

このため、多端子高電圧直流送電系統では、直流系統を構成する各直流線路に直流遮断器を設置し、事故区間を含む直流線路において事故電流を遮断する手法が用いられる。

【0006】

直流遮断器は、電流を遮断するコア遮断器と、残留電流を遮断する残留電流遮断器とによって構成される。残留電流遮断器には、一般的には絶縁ガス中で電流を遮断するガス遮断器が用いられる。絶縁ガスには、六フッ化硫黄が広く適用されている。

【0007】

特許文献１には、直列接続されたガス断路器と真空遮断器からなる機械式開閉器と、機械式開閉器に並列接続された半導体スイッチとを備えた直流遮断器が開示されている。特許文献１に開示される直流遮断器は、残留電流遮断器の機能がコア遮断器の一部分であるガス遮断器に組み込まれているが、一般的な直流遮断器と同様に、絶縁ガス中で残留電流を遮断する。直流遮断器を多端子高電圧直流送電系統に適用し、交流系統ではなく直流系統で事故区間を健全な区間から切り離して事故電流を遮断することにより、健全な区間では送電を継続することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】国際公開第２０１６／０４７２０９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、絶縁ガスとして広く用いられている六フッ化硫黄ガスは、地球環境保全の観点から排出規制が加速しており、合成空気などの代替ガスへの置き換えが進められている。

【0010】

ガス遮断器は、消弧室内の遮断部極間が開極すると、極間に発生するアークを介して電流が流れる。絶縁ガスが六フッ化硫黄である場合は、アークに曝されることで絶縁ガスが一旦は分解するが再結合する特性があるため、六フッ化硫黄を絶縁ガスに用いたガス遮断器は、遮断性能を大きく低下させることなく繰り返し電流を遮断することができる。一方、絶縁ガスが合成空気のような代替ガスの場合、アークに曝されて分解した絶縁ガスが再結合しにくいため、代替ガスを絶縁ガスに用いたガス遮断器は、繰り返しの遮断に伴い遮断性能が大きく低下してしまう。この問題は、特にアーク電流が大きい場合には顕著となる。

【0011】

特許文献１に開示される直流遮断器は、ガス遮断器で残留電流を遮断するため、コア遮断器とは別に残留電流遮断器を備えた直流遮断器と同様に上記の問題が発生する。

【0012】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、残留電流の遮断を繰り返し行っても残留電流を遮断するガス遮断器内の絶縁ガスが劣化しにくい直流遮断器を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る直流遮断器は、直流線路に流れる事故電流を遮断するコア遮断器と、事故電流を遮断した後に直流線路に流れる残留電流を絶縁ガス中で遮断するガス遮断器である残留電流遮断器と、コア遮断器及び残留電流遮断器を制御する制御部とを備える。コア遮断器は、機械接点によって事故電流を遮断するメインブランチと、機械接点に電流零点を形成し、機械接点の極間に発生するアークを消弧するテンポラリブランチと、直流線路を含む直流系統に残留するエネルギーを吸収し、事故電流を電流値が零になるまで減衰させるエネルギー処理ブランチとを備える。メインブランチ、テンポラリブランチ及びエネルギー処理ブランチは、互いに並列に接続されている。制御部は、アークが消弧される熱的遮断及び機械接点の開極によるテンポラリブランチ及びエネルギー処理ブランチへの事故電流の転流に伴って発生する過電圧にコア遮断器が耐える誘電的遮断が完了した後に残留電流遮断器に残留電流を遮断させる。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、残留電流の遮断を繰り返し行っても残留電流を遮断するガス遮断器内の絶縁ガスが劣化しにくい直流遮断器を得られるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施の形態１に係る直流遮断器を用いた多端子高電圧直流送電系統の構成を示す図

【図2】実施の形態１に係る直流遮断器の構成を示す図

【図3】実施の形態１に係る直流遮断器の事故電流遮断動作を示す図

【図4】実施の形態２に係る直流遮断器の事故電流遮断動作を示す図

【図5】実施の形態３に係る直流遮断器の事故電流遮断動作を示す図

【図6】実施の形態１、実施の形態２又は実施の形態３に係る直流遮断器が備える制御部を実現するハードウェア構成の一例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、実施の形態に係る直流遮断器を図面に基づいて詳細に説明する。

【0017】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る直流遮断器を用いた多端子高電圧直流送電系統の構成を示す図である。多端子高電圧直流系統８０は、四つの交流系統１と直流系統２とを備えている。交流系統１の各々と直流系統２との間には、交直変換器３が設置されている。直流系統２は、四つの直流線路４を備えている。交直変換器３の各々は、直流線路４によってリング状に接続されている。このため、交流系統１の各々は、直流線路４及び交直変換器３を介してリング状に接続されている。実施の形態１に係る直流遮断器５は、直流線路４上に設置されている。交流系統１には、交流電源７と交流遮断器６とが設置されている。

【0018】

図２は、実施の形態１に係る直流遮断器の構成を示す図である。直流遮断器５は、コア遮断器５１と、残留電流遮断器５２と、コア遮断器５１及び残留電流遮断器５２を制御する制御部５３とを備える。コア遮断器５１は、電流を遮断する機械接点を備えたメインブランチ５１１と、機械接点に電流零点を形成するテンポラリブランチ５１２と、エネルギー処理及び事故電流の減衰を行うエネルギー処理ブランチ５１３とを有する。メインブランチ５１１、テンポラリブランチ５１２及びエネルギー処理ブランチ５１３は、互いに並列に接続されている。エネルギー処理ブランチ５１３には、高電圧が印加されると通電抵抗が小さくなる避雷器を適用することができる。直流遮断器５は、メインブランチ５１１にのみ機械接点が適用された機械式直流遮断器である。残留電流遮断器５２は、絶縁ガス中で電流を遮断するガス遮断器である。絶縁ガスの例には、六フッ化硫黄及び合成空気を挙げることができるが、例示したものとは異なる種類のガスを適用してもよい。

【0019】

制御部５３は、保護リレー８から入力される事故検出信号に基づいて、コア遮断器５１及び残留電流遮断器５２に開極指令を出力する。保護リレー８は、直流線路４とグラウンドとを接続する図１には不図示の計器用変圧器４１と、直流線路４上に設置された図１には不図示の変流器４２とに接続されている。保護リレー８は、変流器４２を介して検出される直流線路４に流れる電流の大きさ及び計器用変圧器４１を介して検出される直流線路４に印加される電圧の大きさの少なくとも一方に基づいて、制御部５３に事故検出信号を出力する。事故検出は、直流線路４を流れる電流の電流値が予め定められた閾値以上となった場合、及び直流系統２に印加される電圧である系統電圧Ｕ_ｓが予め定められた閾値以下の電圧となった場合の少なくとも一方の条件を満たすことによって判断することができる。

【0020】

図３は、実施の形態１に係る直流遮断器の事故電流遮断動作を示す図である。図３において、右下がりのハッチングは、コア遮断器５１又は残留電流遮断器５２が開極動作を行っている開極期間を示し、右上がりのハッチングは、コア遮断器５１又は残留電流遮断器５２にアークが発生しているアーク期間を示す。また、図３において、ドットのハッチングは、残留電流遮断器５２において開極動作の開始を遅延させている遅延期間を示す。

【0021】

定常時は、メインブランチ５１１及び残留電流遮断器５２の経路を電流が流れる。時刻Ｔ０において高電圧直流送電系統において事故が発生すると、予め定められた閾値以上の電流である事故電流Ｉ_ｆが保護リレー８によって検出される。

【0022】

事故電流Ｉ_ｆを検出した保護リレー８は、事故検出信号を制御部５３に出力する。事故検出信号が入力された制御部５３は、時刻Ｔ０から事故検出時間ｔ_{ｒｅｌａｙ}が経過後の時刻Ｔ１にコア遮断器５１に開極指令を出力する。開極指令を受け取ったコア遮断器５１は、メインブランチ５１１に適用されている機械接点の開極を開始する。時刻Ｔ１からコア遮断器開極動作時間ｔ_ｃｂｏｐが経過した後の時刻Ｔ２にメインブランチ５１１の機械接点が開極すると、機械接点の極間にはアークが発生する。また、メインブランチ５１１に適用されている機械接点が開極することにより、事故電流はテンポラリブランチ５１２及びエネルギー処理ブランチ５１３に転流する。

【0023】

時刻Ｔ２からコア遮断器アーク時間ｔ_{ｃｂａｒｃ}経過後の時刻Ｔ３に、テンポラリブランチ５１２に通じる不図示のスイッチがオンされ、テンポラリブランチ５１２が備える電流零点形成回路により、機械接点に電流零点が形成され、メインブランチ５１１に流れる電流が遮断される。時刻Ｔ３は、電流遮断後に極間に印加される過渡遮断電圧に耐えられる距離まで極間が開いたタイミングである。メインブランチ５１１による事故電流の遮断は、機械接点の極間に発生するアークが消弧されることにより完了する。メインブランチ５１１による事故電流の遮断は、一般的には「熱的遮断」と称される。

【0024】

メインブランチ５１１の機械接点が事故電流を遮断すると、エネルギー処理ブランチ５１３が、電圧を過渡遮断電圧Ｕ_ＴＩＶに制限する。過渡遮断電圧Ｕ_ＴＩＶは、エネルギー処理ブランチ５１３によって制限する系統電圧Ｕ_ｓ以上の電圧である。時刻Ｔ４において過渡遮断電圧Ｕ_ＴＩＶが系統電圧Ｕ_ｓを超えると、エネルギー処理ブランチ５１３に電流が流れることにより、直流遮断器５に流れる電流は、ピーク電流値Ｉ_ｐｆをピークに限流し始める。ここで、限流中に直流遮断器５に流れる電流を、限流Ｉ_ｓとする。過渡遮断電圧Ｕ_ＴＩＶは、エネルギー処理ブランチ５１３にて設定される電圧電流特性に応じて過電圧が抑制される。このため、過渡遮断電圧Ｕ_ＴＩＶは、時刻Ｔ５にピーク値をとった後に減少に転じている。一般的には、過渡遮断電圧のピーク値であるＵ_{ＴＩＶｐｋ}は、系統電圧Ｕ_ｓの１．５倍から１．７倍程度である。

【0025】

限流Ｉ_ｓは、エネルギー処理ブランチ５１３を流れることによりエネルギーが吸収される。エネルギー処理ブランチ５１３でエネルギーが吸収されることにより、限流Ｉ_ｓの電流値が減少する。これにより、限流Ｉ_ｓの絶対値は、残留電流遮断器５２の極間において発生するアークによる絶縁ガスの分解が、遮断性能に影響を与えることのない程度の大きさまで小さくなる。限流Ｉ_ｓにて発生するアークが残留電流遮断器５２の遮断性能に影響を与えることのない程度の大きさであれば、残留電流遮断器５２の極間は開極することができ、これを残留電流遮断器開極可能期間という。限流Ｉ_ｓの電流値が零になるまで減衰し、コア遮断器５１が事故電流の転流に伴って発生する過渡遮断電圧Ｕ_ＴＩＶに耐えることは、一般的には「誘電的遮断」と称される。

【0026】

制御部５３は、コア遮断器５１に開極指令を出力するのと同じタイミングである時刻Ｔ１に残留電流遮断器５２にも開極指令を出力している。開極指令を受け取った残留電流遮断器５２は、時刻Ｔ１から予め設定された遅れ時間ｔ_ｒｃｓｄが経過した時刻Ｔ６に開極動作を開始する。残留電流遮断器５２が開極動作に要する時間を残留電流遮断器開極動作時間ｔ_{ｒｃｓｏｐ}とすると、限流Ｉ_ｓの電流値が初めて零になるのは、時刻Ｔ１から遅れ時間ｔ_ｒｃｓｄ＋残留電流遮断器開極動作時間ｔ_{ｒｃｓｏｐ}が経過した後の時刻Ｔ８である。したがって残留電流遮断器５２は、時刻Ｔ８に開極動作を終える。このため、時刻Ｔ８において、熱的遮断と誘電的遮断との両方が達成され、事故電流の遮断は完了する。

【0027】

なお、限流Ｉ_ｓが残留電流遮断器５２の極間において発生するアークによる絶縁ガスの分解が遮断性能に影響を与えることのない大きさまで減衰されるのは、限流Ｉ_ｓの電流値が初めて零になる時刻よりも早いタイミングの時刻Ｔ７とできる。したがって、残留電流遮断器５２のアーク期間は、限流Ｉ_ｓの電流値が初めて零になる時刻Ｔ８よりも早いタイミングの時刻Ｔ７から始まるようにすることができる。

【0028】

ここで、制御部５３がコア遮断器５１に開極指令を出してからコア遮断器５１が誘電的遮断を終えるまでに要する時間を遮断時間ｔ_{ｂｒｅａｋ}とする。実施の形態１に係る直流遮断器５において、遅れ時間ｔ_ｒｃｓｄは、遮断時間ｔ_{ｂｒｅａｋ}≦遅れ時間ｔ_ｒｃｓｄ＋残留電流遮断器開極動作時間ｔ_{ｒｃｓｏｐ}となるように設定されている。すなわち、遅れ時間ｔ_ｒｃｓｄは、残留電流遮断器５２が開極動作を終える時刻Ｔ８が、残留電流遮断器開極可能期間の始まる時刻Ｔ７と同じ時刻又は時刻Ｔ７よりも遅い時刻となるように設定されている。

【0029】

なお、残留電流遮断器開極動作時間ｔ_{ｒｃｓｏｐ}は機器固有の値であるため、残留電流遮断器５２が開極動作を終える時刻Ｔ８を、残留電流遮断器開極可能期間の始まる時刻Ｔ７と同じ時刻又は時刻Ｔ７よりも遅い時刻とできるのであれば、遅れ時間ｔ_ｒｃｓｄは、ゼロであってもよい。

【0030】

時刻Ｔ８に残留電流遮断器５２が開極動作を終えることにより、残留電流遮断器５２の極間にアークが発生するが、コア遮断器５１において熱的遮断及び誘電的遮断が完了しているため、時刻Ｔ８以降に残留電流遮断器５２に流れる残留電流は、残留電流遮断器５２において遮断可能な振動性電流まで減衰されており、残留電流の電流値は小さく抑えられる。時刻Ｔ８から残留電流遮断器アーク時間ｔ_{ｒｃｓａｒｃ}が経過した後の時刻Ｔ９において、残留電流遮断器５２による残留電流の遮断が完了し、直流遮断器５による事故除去動作が終了する。

【0031】

実施の形態１に係る直流遮断器５は、コア遮断器５１と同じタイミングで残留電流遮断器５２にも開極指令を入力するため、残留電流遮断器５２に開極指令を入力するタイミングを決定するための複雑な計算が不要である。また、残留電流遮断器５２が開極動作を終える時刻Ｔ８が、残留電流遮断器開極可能期間の始まる時刻Ｔ７よりも遅い時刻であることから、残留電流遮断器５２において残留電流の遮断が繰り返されたとしても、絶縁ガスが劣化することを抑制することができる。また、遅れ時間ｔ_ｒｃｓｄを残留電流遮断器５２の特性に合わせて設定することにより、残留電流遮断器開極可能期間の開始後速やかに残留電流を遮断することができる。

【0032】

実施の形態２．
実施の形態２に係る直流遮断器５の構成は、実施の形態１に係る直流遮断器５と同様であるが、制御部５３が残留電流遮断器５２に開極指令を出力するタイミングが実施の形態１に係る直流遮断器５と相違する。

【0033】

図４は、実施の形態２に係る直流遮断器の事故電流遮断動作を示す図である。図４において、右下がりのハッチングは、コア遮断器５１又は残留電流遮断器５２が開極動作を行っている開極期間を示し、右上がりのハッチングは、コア遮断器５１又は残留電流遮断器５２にアークが発生しているアーク期間を示す。また、図４において、ドットのハッチングは、残留電流遮断器５２において開極動作の開始を遅延させている遅延期間を示す。

【0034】

コア遮断器５１の動作は、実施の形態１に係る直流遮断器５と同様である。制御部５３は、メインブランチ５１１が電流を遮断した後、過渡遮断電圧Ｕ_ＴＩＶがコア遮断器５１に印加されている期間に残留電流遮断器５２に開極指令を出力する。

【0035】

制御部５３は、メインブランチ５１１に流れる電流Ｉ_ｆｍがゼロであること、及び過渡遮断電圧Ｕ_ＴＩＶが、予め定められた閾値Ｕ_ｔｈ以上であることの少なくとも一方に基づいて、メインブランチ５１１において事故電流Ｉ_ｆが遮断されてコア遮断器５１に過渡遮断電圧Ｕ_ＴＩＶが印加されていると判断する。図４に示す例においては、時刻Ｔ３において、メインブランチ５１１に流れる電流Ｉ_ｆｍがゼロになることにより、制御部５３は、メインブランチ５１１において事故電流Ｉ_ｆが遮断されてコア遮断器５１に過渡遮断電圧Ｕ_ＴＩＶが印加されていると判断する。このため、図４に示す例においては、制御部５３は、時刻Ｔ３に残留電流遮断器５２に開極指令を出力する。

【0036】

開極指令を受け取った残留電流遮断器５２は、時刻Ｔ３から予め設定された遅れ時間ｔ_ｒｃｓｄが経過した時刻Ｔ１０に開極動作を開始する。残留電流遮断器５２の開極動作に要する時間を残留電流遮断器開極動作時間ｔ_{ｒｃｓｏｐ}とすると、限流Ｉ_ｓの電流値が初めて零になるのは、時刻Ｔ３から遅れ時間ｔ_ｒｃｓｄ＋残留電流遮断器開極動作時間ｔ_{ｒｃｓｏｐ}が経過した後の時刻Ｔ１１である。したがって、残留電流遮断器５２は、時刻Ｔ１０から残留電流遮断器開極動作時間ｔ_{ｒｃｓｏｐ}が経過した後の時刻Ｔ１１に開極動作を終える。

【0037】

ここで、遅れ時間ｔ_ｒｃｓｄは、遮断時間ｔ_{ｂｒｅａｋ}－コア遮断器開極動作時間ｔ_ｃｂｏｐ＋コア遮断器アーク時間ｔ_{ｃｂａｒｃ}≦遅れ時間ｔ_ｒｃｓｄ＋残留電流遮断器開極動作時間ｔ_{ｒｃｓｏｐ}となるように設定されている。すなわち、遅れ時間ｔ_ｒｃｓｄは、残留電流遮断器５２が開極を終える時刻Ｔ１１が、残留電流遮断器開極可能期間の始まる時刻Ｔ７と同じ時刻又は時刻Ｔ７よりも遅い時刻となるように設定されている。

【0038】

なお、残留電流遮断器開極動作時間ｔ_{ｒｃｓｏｐ}は機器固有の値であるため、残留電流遮断器５２が開極動作を終える時刻Ｔ１１を、残留電流遮断器開極可能期間の始まる時刻Ｔ７と同じ時刻又は時刻Ｔ７よりも遅い時刻とできるのであれば、遅延時間ｔ_ｒｃｓｄは、ゼロであってもよい。

【0039】

時刻Ｔ１１に残留電流遮断器５２が開極動作を終えることにより、残留電流遮断器５２にアークが発生するが、コア遮断器５１において熱的遮断及び誘電的遮断が完了しているため、残留電流遮断器５２に流れる残留電流の電流値は小さく抑えられる。時刻Ｔ１１から残留電流遮断器アーク時間ｔ_{ｒｃｓａｒｃ}が経過した後の時刻Ｔ１２において、残留電流遮断器５２による残留電流の遮断が完了し、直流遮断器５による事故除去動作が終了する。

【0040】

このように、実施の形態２に係る直流遮断器５において、制御部５３は、時刻Ｔ１からコア遮断器開極動作時間ｔ_ｃｂｏｐ及びコア遮断器アーク時間ｔ_{ｃｂａｒｃ}経過後の時刻Ｔ３以降、かつ、時刻Ｔ１から遮断時間ｔ_{ｂｒｅａｋ}経過後の時刻Ｔ７までの間に残留電流遮断器５２に開極指令を出力し、時刻Ｔ７と同じ時刻又は時刻Ｔ７よりも遅い時刻Ｔ１１に残留電流遮断器５２が開極動作を終える。

【0041】

実施の形態２に係る直流遮断器５は、直流遮断が交流遮断よりも困難な原因である熱的遮断が完了した後に残留電流遮断器５２に開極指令が入力される。したがって、実施の形態２に係る直流遮断器５は、コア遮断器５１が誘電的遮断性能を備えていれば、事故電流Ｉ_ｆを確実に遮断することができる。したがって、実施の形態２に係る直流遮断器５は、実施の形態１に係る直流遮断器５と比較してコア遮断器５１において事故電流Ｉ_ｆの遮断に失敗する可能性が低く、コア遮断器５１での事故電流Ｉ_ｆの遮断失敗にともなって残留電流遮断器５２が損傷するリスクを低く抑えることができる。

【0042】

実施の形態３．
実施の形態３に係る直流遮断器５の構成は、実施の形態１に係る直流遮断器５と同様であるが、制御部５３が残留電流遮断器５２に開極指令を出力するタイミングが実施の形態１に係る直流遮断器５と相違する。

【0043】

図５は、実施の形態３に係る直流遮断器の事故電流遮断動作を示す図である。図５において、右下がりのハッチングは、コア遮断器５１又は残留電流遮断器５２が開極動作を行っている開極期間を示し、右上がりのハッチングは、コア遮断器５１又は残留電流遮断器５２にアークが発生しているアーク期間を示す。

【0044】

コア遮断器５１の動作は、実施の形態１に係る直流遮断器５と同様である。制御部５３は、コア遮断器５１における熱的遮断及び誘電的遮断が完了した後に、残留電流遮断器５２に開極指令を出力する。

【0045】

制御部５３は、限流Ｉ_ｓが予め設定された閾値Ｉ_ｓｔｈ以下であること、及び過渡遮断電圧Ｕ_ＴＩＶが、予め定められた閾値Ｕ_ｔｈ以上であることの少なくとも一方に基づいて、熱的遮断及び誘電的遮断が完了していると判断する。図５に示す例においては、時刻Ｔ７において、限流Ｉ_ｓが予め設定された閾値Ｉ_ｓｔｈ以下となることにより、制御部５３は、熱的遮断及び誘電的遮断が完了したと判断する。このため、図５に示す例においては、制御部５３は、時刻Ｔ７に残留電流遮断器５２に開極指令を出力する。

【0046】

開極指令を受け取った残留電流遮断器５２は、遅延無く開極動作を開始する。残留電流遮断器５２の開極動作に要する時間を残留電流遮断器開極動作時間ｔ_{ｒｃｓｏｐ}とすると、残留電流遮断器５２が開極動作を終えるのは、時刻Ｔ７から残留電流遮断器開極動作時間ｔ_{ｒｃｓｏｐ}が経過した後の時刻Ｔ１４となる。

【0047】

時刻Ｔ１４に残留電流遮断器５２が開極動作を終えることにより、残留電流遮断器５２にアークが発生するが、限流Ｉ_ｓの電流値が初めて零になる時刻Ｔ１３には熱的遮断及び誘電的遮断が完了しているため、残留電流遮断器５２に流れる残留電流の電流値は小さく抑えられる。時刻Ｔ１４から残留電流遮断器アーク時間ｔ_{ｒｃｓａｒｃ}が経過した後の時刻Ｔ１５において、残留電流遮断器５２による残留電流の遮断が完了し、直流遮断器５による事故除去動作が終了する。

【0048】

このように、実施の形態３に係る直流遮断器５において、制御部５３は、熱的遮断及び誘電的遮断が完了する時刻Ｔ７と同じ時刻又は時刻Ｔ７よりも後の時刻に残留電流遮断器５２に開極指令を出力し、時刻Ｔ７よりも遅い時刻に残留電流遮断器５２が開極動作を終える。

【0049】

実施の形態３に係る直流遮断器５は、コア遮断器５１が熱的遮断及び誘電的遮断を完了した後に残留電流遮断器５２に開極指令が入力される。したがって、実施の形態３に係る直流遮断器５は、コア遮断器５１において再点弧が生じて電流の遮断に失敗する可能性が実施の形態１，２に係る直流遮断器５よりも低く、コア遮断器５１での事故電流Ｉ_ｆの遮断の失敗にともなって残留電流遮断器５２が損傷するリスクを低く抑えることができる。

【0050】

つづいて、制御部５３のハードウェア構成について説明する。図６は、実施の形態１、実施の形態２又は実施の形態３に係る直流遮断器が備える制御部を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。制御部５３は、各種処理を実行するプロセッサ９１と、メインメモリであるメモリ９２と、情報を記憶する記憶装置９３とを備えた処理回路によってコンピュータシステムとして実現される。

【0051】

プロセッサ９１は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）といった演算手段であってもよい。また、メモリ９２には、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリを用いることができる。記憶装置９３には、コア遮断器５１及び残留電流遮断器５２に開極指令を出力する処理を実行するためのプログラムが格納されている。プロセッサ９１は、記憶装置９３に格納されているプログラムをメモリ９２に読み出して実行する。プロセッサ９１が記憶装置９３に格納されているプログラムをメモリ９２に読み出して実行することにより、制御部５３の機能が実現される。

【0052】

以上の実施の形態に示した構成は、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、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。

【符号の説明】

【0053】

１ 交流系統、２ 直流系統、３ 交直変換器、４ 直流線路、５ 直流遮断器、６ 交流遮断器、７ 交流電源、８ 保護リレー、４１ 計器用変圧器、４２ 変流器、５１ コア遮断器、５２ 残留電流遮断器、５３ 制御部、８０ 多端子高電圧直流系統、９１ プロセッサ、９２ メモリ、９３ 記憶装置、５１１ メインブランチ、５１２ テンポラリブランチ、５１３ エネルギー処理ブランチ。

【要約】

直流遮断器（５）は、直流線路（４）に流れる事故電流を遮断するコア遮断器（５１）と、直流線路（４）に流れる残留電流を遮断するガス遮断器である残留電流遮断器（５２）と、コア遮断器（５１）及び残留電流遮断器（５２）を制御する制御部（５３）とを備え、コア遮断器（５１）は、機械接点によって事故電流を遮断するメインブランチ（５１１）と、機械接点の極間に発生するアークを消弧するテンポラリブランチ（５１２）と、直流線路（４）を含む直流系統に残留するエネルギーを吸収し、事故電流を減衰させるエネルギー処理ブランチ（５１３）とを備え、制御部（５３）は、アークが消弧される熱的遮断及びテンポラリブランチ（５１２）及びエネルギー処理ブランチ（５１３）への事故電流の転流に伴って発生する過電圧にコア遮断器（５１）が耐える誘電的遮断が完了した後に残留電流遮断器（５２）に残留電流を遮断させる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】