直流断路装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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I)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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]专利文献1:日本特开昭59 —128714号公报
[0008]专利文献2:日本特开平10 —126961号公报
【发明内容】
[0009]在上述日本特开昭59—128714号公报(专利文献I)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。
[0010]在上述的日本特开平10—126961号公报(专利文献2)所记载的直流断路装置的情况下，通过利用机械式断路器切断直流电流而换流到半导体开关。但是，如果电流值不为零则机械式断路器无法切断电流，所以存在不充分地进行向半导体开关换流这样的问题。特别是存在如下问题:在半导体开关的导通电阻比较大的情况下，为了避免换流过程中的机械式断路器的接点间的电弧电阻大于半导体开关的导通电阻，而不进行换流。
[0011]本发明是考虑上述问题而完成的，其目的在于提供一种在切断双向的直流电流、降低电弧所致的消耗、损伤的同时具有高的绝缘性能的廉价的直流断路装置。
[0012]本发明的直流断路装置具备第I及第2半导体开关、第I及第2二极管、第I及第2机械式断路器、第I及第2逆电流产生电路、接通开关以及控制器。第I及第2半导体开关在主电路线路上的第I与第2节点之间以通电方向相互为反向的方式串联连接。第I 二极管与第I半导体开关并联连接，向与第I半导体开关的通电方向相反的方向流过电流。第2二极管与第2半导体开关并联连接，向与第2半导体开关的通电方向相反的方向流过电流。第I及第2机械式断路器在第I与第2节点之间依次串联连接且与第I及第2半导体开关的整体并联连接。第I及第2逆电流产生电路在第I与第2节点之间依次串联连接且与第I及第2半导体开关的整体以及第I及第2机械式断路器的整体并联连接。第I及第2逆电流产生电路是为了分别在第I及第2机械式断路器中流过逆电流而设置的。接通开关连接于第3节点与第4节点之间，其中，第3节点为第I机械式断路器与第2机械式断路器间的节点，第4节点为第I逆电流产生电路与第2逆电流产生电路间的节点。控制器控制第I及第2半导体开关、第I及第2机械式断路器以及接通开关的开闭定时。
[0013]根据本发明，通过将半导体开关、机械式断路器以及逆电流产生电路的各个串联地设置两个，从而能够切断双向的直流电流。
[0014]进而，在切断从第I节点至第2节点的方向上流过的第I直流的情况下，能够在通过第I逆电流产生电路而在第I机械式断路器中流过逆电流的状态下，断开所述第I机械式断路器，之后，在主电流换流到半导体开关以及二极管之后，断开第2机械式断路器。相反地，在切断从第2节点至第I节点的方向上流过的第2直流电流的情况下，能够在通过第2逆电流产生电路而在第2机械式断路器中流过逆电流的状态下，断开所述第2机械式断路器，之后，在主电流换流到半导体开关以及二极管之后，断开第I机械式断路器。根据本发明，能够按照上述顺序断开第I及第2机械式断路器，所以能够提供在降低电弧所致的消耗、损伤的同时具有高的绝缘性能的廉价的直流断路装置。
【附图说明】
[0015]图1是表示实施方式I的直流断路装置100的电路图。
[0016]图2是示出图1的直流切断装置100的稳定时至断路状态的动作例的时序图。
[0017]图3是示出稳定时的直流断路装置100中流过的电流的图。
[0018]图4是示出将接通开关8接通时的电流的流动的图。
[0019]图5是示出机械式断路器4L中流过的电流被切断时的电流的流动的图。
[0020]图6是示出切断了电流IL的状态的图。
[0021]图7是示出断开了机械式断路器4R的状态的图。
[0022]图8是示出断开了半导体开关2L的状态的图。
[0023]图9是示出直流断路装置的动作过程的流程图。
[0024]图10是示出直流断路装置100的稳定时至断路状态的其它动作例的时序图(预先断开半导体开关2R的情况)。
[0025]图11是示出实施方式I的变形例的直流断路装置的结构的电路图。
[0026]图12是实施方式2的直流断路装置101的电路图。
[0027]图13是示出在图1所示的直流断路装置100中机械式断路器4L断路后的节点A处的电流波形的图。
[0028]图14是实施方式3的直流断路装置102的电路图。
[0029]图15是实施方式3的变形例的直流断路装置103的电路图。
[0030]图16是示出在图1所示的实施方式I的直流断路装置100中对电容器5L以及5R进行充电的方法的一个例子的图。
[0031 ]图17是示出实施方式5的直流断路装置104的电路图。
[0032]图18是示出图17的直流断路装置104的稳定时至断路状态的动作例的时序图。
[0033]图19是示出图17的直流断路装置104的稳定时至断路状态的其它动作例的时序图(预先断开半导体开关2R的情况)。
[0034](符号说明)
[0035]2L、2R:半导体开关；3L、3R: 二极管；4L、4R:机械式断路器；5L、5R:电容器;6L、6R:电抗器；7L、7R:逆电流产生电路;8:接通开关;9:控制器；10L、10R:电阻元件；11:避雷器；12L、12R:高频截止电抗器；13L、13R:电池；14L、14R:带接地器的断路器；15:充电器；16L、16R:机械式开关;20、20L、20R:主电路线路；100?104:直流断路装置。
【具体实施方式】
[0036]以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。另外，对相同或者相当的部分附加相同的参照符号，不重复其说明。
[0037]〈实施方式1>
[0038][直流断路装置的结构]
[0039]图1是表示实施方式I的直流断路装置100的电路图。图1中示出了直流断路装置100中未流过事故电流的稳定时的状态。
[0040]如图1所示，直流断路装置100设置于主电路线路20上，包括半导体开关2L以及2R、二极管3L以及3R、机械式断路器4L以