特許ウォッチ

公開番号2024165359
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2023081501
出願日2023-05-17
発明の名称直流遮断器
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類H01H 33/59 20060101AFI20241121BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高さを低く抑えることができる直流遮断器を提供することである。
【解決手段】実施形態の直流遮断器は、機械遮断部を持つ。機械遮断部は、複数の機械遮断ユニットと、絶縁支柱と、を持つ。複数の機械遮断ユニットは、一対の単体遮断部、および一対の単体遮断部を支持する支持架台を持つ。絶縁支柱は、複数の機械遮断ユニットを上下方向に並べた状態で支持架台を支持する。一対の単体遮断部のそれぞれは、露出部を持つ。露出部は、固定接触子に導通する。露出部は、密閉容器の外部に配置されている。上下方向で隣り合う一対の機械遮断ユニットにおいて、一方の機械遮断ユニットの一対の単体遮断部それぞれの露出部と、他方の機械遮断ユニットの一対の単体遮断部それぞれの露出部とが、上下方向から見て互いにずれて配置されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
機械遮断部、アレスタおよび転流装置を備えた直流遮断器において、
前記機械遮断部は、
一対の単体遮断部、および前記一対の単体遮断部を支持する支持架台を有する複数の機械遮断ユニットと、
前記複数の機械遮断ユニットを上下方向に並べた状態で前記支持架台を支持する絶縁支柱と、
を備え、
前記一対の単体遮断部のそれぞれは、
固定接触子および可動接触子を有し、大地から電気的に絶縁された機械接点部と、
前記機械接点部および絶縁性ガスを封入し、大地から電気的に絶縁された密閉容器と、
前記固定接触子に導通し、前記密閉容器の外部に配置された露出部と、
前記可動接触子に連結され、前記密閉容器の内部から外部に延出した操作ロッドと、
前記操作ロッドに連結され、前記可動接触子を前記固定接触子に対して接離させるとともに、前記可動接触子と同電位に設けられた操作機構と、
を有し、
前記一対の単体遮断部は、それぞれの前記操作ロッドが前記操作機構により同一直線上で動作し、かつ前記操作機構による前記操作ロッドの動作方向が互いに逆方向となるように配置され、かつそれぞれの前記操作機構が互いに対向するように配置され、
全ての前記一対の単体遮断部は、互いに直列接続され、両端が直流送電系統に接続される機械接点モジュールを形成し、
前記アレスタは、前記機械接点モジュールに並列接続され、
前記転流装置は、リアクトル、コンデンサおよび高速投入器を直列接続して形成された転流回路を有し、
前記転流回路は、前記機械接点モジュールに並列接続され、
前記複数の機械遮断ユニットのうち前記上下方向で隣り合う一対の機械遮断ユニットにおいて、一方の機械遮断ユニットの前記一対の単体遮断部それぞれの前記露出部と、他方の機械遮断ユニットの前記一対の単体遮断部それぞれの前記露出部とが、前記上下方向から見て互いにずれて配置されている、
直流遮断器。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記一対の機械遮断ユニットは、第１機械遮断ユニットおよび第２機械遮断ユニットを有し、
前記第１機械遮断ユニットの前記一対の単体遮断部は、前記上下方向に直交する第１方向に並び、前記上下方向および前記第１方向に直交する第２方向の第１位置に配置され、
前記第２機械遮断ユニットの前記一対の単体遮断部は、前記第１方向に並び、かつ前記第２方向の前記第１位置とは異なる第２位置に配置されている、
請求項１に記載の直流遮断器。
【請求項３】
前記一対の機械遮断ユニットは、第１機械遮断ユニットおよび第２機械遮断ユニットを有し、
前記第１機械遮断ユニットの前記一対の単体遮断部は、前記上下方向に直交する第１方向に並び、
前記第２機械遮断ユニットの前記一対の単体遮断部は、前記上下方向および前記第１方向に傾斜する方向に並ぶ、
請求項１に記載の直流遮断器。
【請求項４】
前記支持架台は、前記上下方向から見て多角形状に形成され、
前記一対の機械遮断ユニットのそれぞれにおいて、前記一対の単体遮断部は、前記支持架台の外形の辺に対して平行に配置されている、
請求項２または請求項３に記載の直流遮断器。
【請求項５】
前記支持架台は、前記上下方向から見て多角形状に形成され、
前記一対の機械遮断ユニットのそれぞれにおいて、前記一対の単体遮断部は、前記支持架台の外形の各辺に対して傾斜して配置されている、
請求項２または請求項３に記載の直流遮断器。
【請求項６】
前記機械遮断部は、建屋内に設置され、
前記絶縁支柱は、前記建屋の天井から吊り下げられている、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の直流遮断器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、直流遮断器に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
直流送電は、交流送電に比べて送電効率が高い。対して設備の導入コストは交直変換器が必要であるため、直流送電の方が高コストとなる。しかし長距離送電や海底送電などでは、直流送電の送電効率が圧倒的に高いため、設備コストに運用コストを加えて評価すると、直流送電の方が総合的に低コストとなる。このため、直流送電は、例えば海を挟んだ二箇所の拠点間での送電に利用されている。近年、発電電力うち再生可能エネルギーを用いた発電電力の比率を向上させ、より大きな電力を再生可能エネルギーで賄うため、洋上風力発電や砂漠地帯での太陽光発電等を用いて、主要な電力消費地である都市部から遠く離れた場所で大規模な発電を行い、長距離送電する方法が検討されている。それに伴い、複数の電力の供給地点と需要地点とを接続した直流送電網の構築が計画されている。
【０００３】
３箇所以上の拠点間を接続した送電網を構築する際には、送電網で事故が発生した場合に、事故点を健全な系統から迅速に切り離す遮断装置が必要となる。一般的に、交流電流系統においては機械接点式遮断器が用いられている。機械接点式遮断器は、交流電流によって発生する電流ゼロ点において接点を開極し、絶縁性媒体を接点間のアーク電流に吹き付けることで事故電流を遮断するものである。これに対して直流送電系統においては、事故電流には電流ゼロ点が発生しないため、従来の機械接点式遮断器では事故電流を迅速に遮断することは難しいとされている。
【０００４】
そこで、単独で直流電流を遮断可能な直流遮断器が提案されている。この直流遮断器は、直流線路に挿入されている遮断部と転流回路とが並列に接続されて形成されている。転流回路は、コンデンサとリアクトルと高速投入器とから構成される。直流系統に事故が発生すると外部指令により高速投入器が閉じられ、コンデンサとリアクトルとにより振動電流が発生し、電流ゼロ点が直流経路に形成される。その電流ゼロ点において遮断部で直流電流を遮断する。
【０００５】
このような直流遮断器の遮断部および高速投入器は、数ミリ秒の高応答性が求められる。このため、遮断部および高速投入器の接点部には、短時間での消弧性能に優れる真空バルブが用いられている。さらに操作機構には、所望の応答性と大きな操作力が得られる電磁反発方式が用いられることが多い。ただし、真空バルブの電気的な絶縁性能は、接点部の開極距離と比例関係ではなく、ある程度の開極距離で耐電圧性能に限界が生じることが一般的に知られている。また、電磁反発方式の操作機構は原理上、長いストロークを発生させることに適していない。したがって、定格電圧が大きい直流遮断器の遮断部および高速投入器を実現する場合、接点部を多直列に接続する方法（カスケード接続）がとられている。
【０００６】
直流遮断器は、直流系統のシステム構成上、交直変換器の直近に配置される。交直変換器の主要部分は半導体で構成されるため、温度および湿度の影響を受けやすい。そのため、交直変換器は温湿度管理された建屋内に収容される。直流遮断器が交直変換器と同じ建屋に配置される場合、高電圧化により大型化すると建屋の建設コストが高くなる。このコストを低減させるためには、サイズの小さい直流遮断器の開発が望まれる。
【０００７】
また、洋上風力で発電した電力を陸上に送電する際、洋上に交直変換器が配置される場合がある。洋上に変換所を配置するためには、着床式または浮体式のプラットフォーム内に機器を収納する必要がある。プラットフォームは非常に高額であり、低コスト化するためにサイズを小さくする必要がある。したがって、プラットフォーム内に配置される直流遮断器のサイズも小さくする必要がある。
【０００８】
さらに直流遮断器は、電気的な絶縁を確保するため、地上または接地された基礎等より高い位置に機器を配置する必要がある。そのため直流遮断器は、地震や波浪などによる振動の影響を受けやすく、直流遮断器の支持構造材の強度を強固にする必要があり、小型・低コスト化の妨げとなる。したがって、振動の影響を低減させるためには、直流遮断器の高さを低くする必要がある。
【０００９】
直流遮断器として、２つの接点を対向配置した単体遮断部が直列接続されて形成された機械遮断部を備えるものがある。機械遮断部の両端の接点の充電露出部（シールドリングや端子板など）の電位差が大きくなる傾向にある。そのため、単体遮断部が上下に配置された場合、充電露出部同士の十分な絶縁距離を確保するため、上下の単体遮断部の間隔を広くする必要がある。したがって、機械遮断部の全体の高さが高くなるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特許第６６７１５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許