[发明专利]直流断路装置

说明书

在直流断路装置(100)中，第1及第2半导体开关(2L、2R)以通电方向相互为反向的方式串联连接于主电路线路上。第1二极管(3L)与第1半导体开关(2L)反并联连接，第2二极管(3R)与第2半导体开关(2R)反并联连接。第1及第2机械式断路器(4L、4R)相互串联连接且与第1及第2半导体开关(2L、2R)的整体并联连接。第1及第2逆电流产生电路(7L、7R)相互串联连接且与第1及第2机械式断路器(4L、4R)的整体并联连接。接通开关(8)连接于节点(N3)与节点(N4)之间，节点(N3)在第1与第2机械式断路器(4L、4R)之间，节点(N4)在第1与第2逆电流产生电路(7L、7R)之间。

技术领域

本发明涉及直流电力系统中所使用的直流断路装置，例如用于在正常时对负载电流进行开闭而在发生事故时切断事故电流的直流断路装置。

背景技术

直流电力系统中所使用的直流断路装置与交流电力系统中所使用的交流断路装置相比，其结构以及动作差别很大。交流电力系统中普遍使用的气体断路器、真空断路器以及空气断路器等机械式交流断路器，如果电流值不为零则无法断流。因此，机械式交流断路器在事故电流的每交流的半周期出现的电流值为零的定时切断电流。

另一方面，在机械式的直流断路装置的情况下，直流电流不会自然地迎来零点，所以需要设法强制地使电流值成为零。进而，在运用直流电力系统时，有时将直流电流的通电方向切换为反向来运用。因此，直流断路装置通常需要能够应对双向的电流。

作为能够应对双向的电流方向且在强制地使电流成为零的方面进行了研究的机械式的直流断路装置的例子，已知例如日本特开昭59－128714号公报(专利文献1)的图2所记载的直流断路装置。该文献的直流断路装置包括：两个机械式断路器，相互串联连接；以及两个逆电流产生电路，与两个机械式断路器并联连接，并且相互串联连接。各逆电流产生电路具有相互串联连接的电容器和电抗器。在两个机械式断路器的连接点与两个逆电流产生电路的连接点之间连接有接通开关。在发生事故时，在将接通开关接通时流过与事故电流相反方向的电流的一侧的机械式断路器中使电流成为零，能够切断电流。

与如上所述的机械式直流断路装置不同，在使用半导体开关的直流断路装置的情况下，不需要强制地使电流值成为零的方面的研究，能够通过断开半导体开关而切断电流。但是，在半导体开关的情况下，正常时的通电状态即闭合状态下的电力损耗成为问题。其原因在于，与机械式断路器那样的金属接点的通电不同，在半导体开关中通电负载电流时，由于半导体开关的电阻分量而产生焦耳热。另外，半导体开关通常具有单向的通电性能，所以通常相互反向地串联连接两个半导体开关，以使得能够进行双向的通电。

为了避免半导体开关中的电力损耗的问题，已知与半导体开关并联地设置机械式断路器的结构的直流断路装置。例如，在日本特开平10－126961号公报(专利文献2)所记载的限流装置中，正常时在机械式断路器中流过电流，但在发生事故时利用机械式断路器切断电流而换流到半导体开关，最终通过半导体开关对直流电流进行限流。通过使用避雷器等非常大的电阻元件作为限流元件，实质上能够带来与进行断路的情形相同的效果。

专利文献1：日本特开昭59－128714号公报

专利文献2：日本特开平10－126961号公报

发明内容

在上述日本特开昭59－128714号公报(专利文献1)的图2所记载的直流断路装置的情况下，如果在切断事故电流时使两个机械式断路器同时断开，则最初在双方的机械式断路器中产生电弧。之后，通过来自逆电流产生电路的逆电流而生成电流零点，从而消弧的仅为单侧的机械式断路器。此时，在不生成电流零点的一侧的机械式断路器中流过两倍的电流，不仅产生大的电弧热而损伤接点，而且也使绝缘性能劣化。为了避免该问题，在仅断开生成电流零点的单侧的机械式断路器的情况下，需要仅利用所断开的单侧的机械式断路器来承受刚刚切断之后的恢复电压。因此，需要绝缘性能高的昂贵的机械式断路器。