電力システムや電化機器のコンパクト化・低価格化を可能にする、汎用的な限流遮断器

技術概要

本特許は、従来技術の延長線上にない、全く新しい動作原理に立脚した電力用遮断器である。この新遮断器では限流素子と遮断素子を高度に融合させることで、事故電流による設備被害を最小化する点が革新性である。さらに従来技術に比して以下の優位性を有する。
①圧倒的なコンパクト性と経済性：サイズと価格は従来機器の1/10以下
②能動的限流・遮断動作の同時実現：1つの機器で能動的な限流と遮断を両立
③高速再閉路：限流・遮断後の再閉路動作を100msで実現
④設計の柔軟性：簡素な構成ゆえ設計自由度が高く、最適化が容易
⑤適用の拡張性：④の最適化により、交流・直流・系統電圧の別を問わず適用が可能
⑥高い環境適合性：主要構成元素は環境負荷の低い、SiO2・Cu系金属・SiCのみ

用途・応用

電力システム、電化機器

背景

　従来より、送配電用の電力系統などの電気設備において、落雷などの事故的事象により発生する過大な異常電流から電気機器を保護すべく電力系統内の電路を遮断する遮断器（開閉器）が知られている。このような従来の遮断器として、磁気遮断器（アークシュート）、真空遮断器、及びガス遮断器などが挙げられる。　さらに、上記従来の遮断器においては、内部の電路開極時にアーク放電が発生する。ここで、電力系統内の電流が０となるタイミング（電流零点）ではアークへの電力供給が一時的に０となる。このため、多くの場合、アークの消弧点（遮断点）と電流零点は一致する。したがって、上記従来の遮断器では、電流零点を受動的に待つか、電力系統内の電流を０に近づける積極的な操作（逆電流の注入及びアーク消弧などによる限流操作）を実行する必要がある。

　しかしながら、電流零点を待って遮断を行う場合、当該遮断のタイミングまでに一定以上の時間を要することがあり、電力系統内の電気設備が過大な異常電流に晒されて損傷を受ける恐れがあった。

　また、異常電流の発生時に限流操作を経て遮断を行う場合、遮断機能に加えて当該限流操作のための逆電流注入回路などを別途設ける必要がある。そのため、遮断装置全体が大型化する傾向にあった。

　一方、電力系統において限流ヒューズを用いて限流及び遮断を行う遮断装置も知られている。例えば、ＪＰ２００８／５９９６７Ａでは、限流ヒューズを備えた遮断装置が提案されている。このＪＰ２００８／５９９６７Ａにおける遮断装置では、異常電流が生じると通常時の送電経路として機能する電路を電路遮断器により遮断して、当該異常電流を限流ヒューズに転流する。そして、限流ヒューズにおいてアーク放電を消弧することで、異常電流が０となる実質的な遮断完了に至るまで限流を行う。

　また、ＪＰ６４５６５７５Ｂにおいても、ヒューズを用いて大電流を遮断する直流遮断器が提案されている。この直流遮断器では、相互に並列に配置されたヒューズ遮断部と高速断路器を有し、事故電流を検出すると、高速断路器が開極して大電流をヒューズに転流させて遮断を行う。

　ＪＰ２００８／５９９６７Ａ及びＪＰ６４５６５７５Ｂにおける遮断装置は、何れも上述のアークシュート、真空遮断器、及びガス遮断器と比べて構成が簡素であり、装置全体の小型化も可能である。 

手段

　本発明のある態様によれば、所定の電源から負荷装置への電力供給路に設けられ、該電力供給路を流れる電流が第１電流閾値を超えると限流作用を発揮する限流素子と、電力供給路に並列に接続される転流路における導電のオン／オフを切り替え可能な転流路スイッチと、転流路スイッチのオン／オフを制御する制御装置と、を備える電流遮断装置が提供される。そして、制御装置は、限流素子に流れる電流が第１電流閾値を越えた後に第２電流閾値まで限流されたことを検出すると、転流路スイッチをオフからオンに切り替え、転流路スイッチをオンにしてから所定のスイッチオン維持時間が経過すると転流路スイッチを再びオフに切り替えるように構成される。

　また、本発明の他の態様によれば、所定の電源から負荷装置への電力供給路に設けられ、該電力供給路を流れる電流が第１電流閾値を超えると限流作用を発揮する限流素子と、電力供給路に並列に接続される転流路における導電のオン／オフを切り替え可能な転流路スイッチと、を備える電流遮断装置において実行される電流遮断方法が提供される。そして、この電流遮断方法では、限流素子に流れる電流が第１電流閾値を越えた後に第２電流閾値まで限流されたことを検出すると、転流路スイッチをオフからオンに切り替え、転流路スイッチをオンにしてから所定のスイッチオン維持時間が経過すると該転流路スイッチを再びオフに切り替える。

問い合わせ・詳細資料閲覧

特許情報詳細や資料のダウンロード等については無料会員登録後に閲覧していただけます。
本研究に関するご質問や、話を聞いてみたいなどご興味をお持ちになりましたら、是非お気軽に以下のフォームにお問い合わせください。