JP6688804B2 - Ｄｃ回路遮断器及び断路器 - Google Patents

Description

本発明は、回路遮断器に関し、具体的には、直流回路遮断器に関する。

直流電力供給システムは、広範にわたり、例えば輸送システムの送電軌条への電力の供給に用いられている。例としては、鉄道及び路面電車インフラストラクチャを含み、この場合、ＤＣ電流は、通電している、例えば正電圧の送電軌条、例えば通電している第３軌条線路または通電している架空ケーブルに供給される。そのような電力供給システムは、過電流状態が発生した場合に、通電している送電軌条を電源からすばやくかつ自動的に切り離すための自動的な回路遮断器保護を必要とする。そのような過電流は、非常に多くのタイプの事象、例えばケーブル支持構造への損傷、ケーブルまたは軌条の脱落、通電している送電軌条の接地への偶発的な短絡、または電力供給システムを用いた負荷装置における過負荷状態によって生じ得る。

電力供給システムは、作業員がインフラストラクチャで作業することが必要であるときに、送電軌条を安全な、例えば接地された保守状態に置くための機構をさらに必要とする。これは、送電軌条の電力源への不注意によるあらゆる接続、またはネットワーク内のどこかでの送電軌条への落雷が、インフラストラクチャの他の部分に対する、または通電している送電軌条が稼働休止している間にインフラストラクチャで作業している作業員に対する損害または危害を生じさせないためである。

既存のインフラストラクチャでは、送電軌条の安全な保守状態を提供するための１つの取り組みは、送電軌条と負電圧帰線軌条または接地軌条との間に、短絡バーまたはクランプを手動で取り付けることである。

本発明の目的は、（ｉ）自動回路遮断器保護、及び（ｉｉ）送電軌条の「保守」または「稼働休止」状態への接地の両方の機能性を可能にするための代替の及び／または改善された機器を提供することである。

一態様によれば、本発明は、電力供給システムで用いるための回路遮断器／断路器機器を提供し、
第１の端子及び第２の端子を有し、順方向において過電流状態中に自動的に開き、電流レベルとは無関係に逆方向において閉じられたままに維持するように構成された単方向ＤＣ回路遮断器と、回路遮断器と直列であり、
電源の第１の極性のコネクタに接続するための第１の端子、電源の第２の極性のコネクタに接続するための第２の端子、及び回路遮断器の第１の端子に接続された共通端子を有する断路器スイッチと、を備え、
断路器スイッチは、第１の端子が共通端子に接続される第１の位置、及び第２の端子が共通端子に接続される第２の位置を少なくとも有する。

回路遮断器は、回路遮断器を開状態に強制するように構成された、手動操作可能なトリップスイッチを含み得る。断路器スイッチは、回路遮断器が閉状態にある間、第１の位置と第２の位置との間での切り換えを防止するように連動し得る。回路遮断器の第２の端子は、電力供給システムの第１の送電軌条に結合され得る。断路器スイッチの第１の端子は、電源の第１の極性のコネクタに接続され、断路器スイッチの第２の端子は、電源の第２の極性のコネクタに接続され得る。電源の第２の極性のコネクタは、輸送システムの線路に結合され、電源の第１の極性のコネクタは、輸送システムの架空ケーブルまたは第３軌条に結合され得る。順方向は、回路遮断器の第１の端子から第２の端子への電流の流れに対応し、逆方向は、回路遮断器の第２の端子から第１の端子への電流の流れに対応し得る。断路器スイッチは、第１及び第２の端子の両方が、共通端子から電気絶縁される第３の位置を含み得る。断路器スイッチは、手動操作によって操作されるように構成され得る。断路器スイッチは、第１または第２の位置でのその状態を示す視覚的位置インジケータを含み得る。

別の態様によれば、本発明は、電力供給システムを構成する方法を提供し、第１の極性の端子及び第２の極性の端子を有するＤＣ電源を提供することと、
断路器スイッチが、ＤＣ電源の第１の極性の端子に接続された第１の端子、及び電源の第２の極性の端子に接続された第２の端子を有するように、断路器スイッチをＤＣ電源に結合することであって、断路器スイッチは、第１の端子が共通端子に接続される第１の位置、及び第２の端子が共通端子に接続される第２の位置を少なくとも有する、結合することと、
断路器スイッチの共通端子を、第１の端子及び第２の端子を有し、かつ順方向において過電流状態中に自動的に開き、電流レベルとは無関係に逆方向において閉じられたままに維持するように構成された単方向ＤＣ回路遮断器の第１の端子に接続させることと、
回路遮断器の第２の端子を、第１の電力線に接続させることと、
断路器スイッチの第２の端子及びＤＣ電源の第２の極性の端子を、第２の電力線に接続させることと、を含む。

本方法は、断路器スイッチを第１の位置に切り換えることによって、第１及び第２の電力線を稼働状態に置き、その後回路遮断器を閉構成に設定することをさらに含み得る。本方法は、回路遮断器を開構成に設定することによって、第１及び第２の電力線を安全な保守状態に置き、その後断路器スイッチを第２の位置に切り換えて、その後回路遮断器を閉構成に設定することをさらに含み得る。

稼動（給電された）状態から安全保守状態までの鉄道の送電軌条の切り替えを図示する、４つの状況においての鉄道インフラストラクチャのための電力供給システムを示す概略図である。 稼動（給電された）状態から安全保守状態までの鉄道の送電軌条の切り替えを図示する、４つの状況においての鉄道インフラストラクチャのための電力供給システムを示す概略図である。 稼動（給電された）状態から安全保守状態までの鉄道の送電軌条の切り替えを図示する、４つの状況においての鉄道インフラストラクチャのための電力供給システムを示す概略図である。 稼動（給電された）状態から安全保守状態までの鉄道の送電軌条の切り替えを図示する、４つの状況においての鉄道インフラストラクチャのための電力供給システムを示す概略図である。

ここで、例示を目的とし、添付の図面を参照して、本発明の実施形態が説明される。
図１は、鉄道インフラストラクチャの送電軌条に電力を供給するための、高圧電力供給システムの概略的な図を示す。ＤＣ電源１は、正極出力端子２及び負極出力端子３を有する。ＤＣ電源１は、ＡＣ入力を受信する整流器であってもよい。正極出力端子２は、回路遮断器５を介して母線４に接続される。母線４は、単方向回路遮断器２０に接続された断路器スイッチ１０に接続される。電源１の負極出力端子３は、鉄道インフラストラクチャの負帰線送電軌条６に接続される。回路遮断器２０は、鉄道インフラストラクチャの正送電軌条７に接続される。

１つの構成では、正送電軌条７は、パンタグラフによる電力収集のために好適な架空ケーブルまたはカテナリであってもよい。別の構成では、正送電軌条は、通電している第３軌条、例えば鉄道線路の軌条に並んで、または軌条の間に位置する剛性導体であってもよい。負帰線送電軌条６は、鉄道線路または路面電車線路であってもよい。

断路器スイッチ１０は、母線４に、そしてそれによって電源１の正極出力端子２に電気接続された第１の端子１１を有する。断路器スイッチ１０は、電源１の負極出力端子３に、負帰線送電軌条６に電気接続された第２の端子１２を有する。断路器スイッチ１０は、単方向回路遮断器２０の第１の端子２１に接続された共通端子１３として記載され得る第３の端子を有する。断路器スイッチ１０は、その第１の端子１１が共通端子１３に電気接続される第１の位置と、その第２の端子１２が共通端子１３に接続される第２の位置とを有する、例えば単極の二位置構成である。

回路遮断器２０は、第１の端子２１及び第２の端子２２を有し、第１の（順）方向における、この場合には第１の端子２１から第２の端子２２への電流の流れにおける過電流状態を検出すると、回路遮断器の接点を自動的に開き、これに対して、電流の流れまたは過電流の流れが逆方向である、すなわち電流が第２の端子２２から第１の端子２１に流れる場合には、回路遮断器の接点を自動的に開かないように構成されているという意味において単方向である。

母線４は、図中に示さない他の断路器及び回路遮断器機器に給電し得、例えば鉄道インフラストラクチャの送電軌条６、７の他の区間に給電するように構成されたものであってもよい。

使用時、電力供給システムは、図１Ａに示されるような正常な稼働状態にあり、電力は、閉じられている（標示されているとおり）回路遮断器５と、第１の位置（接続された端子１１及び１３）にあるとして図示された断路器スイッチ１０と、閉じられている（標示されているとおり）回路遮断器２０とによって、電源１から軌条６及び７に供給される。

電力供給システムを保守のための安全な状態にするためには、母線４と正送電軌条７との間の接続が遮断されなければならないのみならず、正及び負の軌条６、７がともに短絡されなければならない。
第１の工程では、図１Ｂに示されるように、回路遮断器２０は、例えば手動制御または電子的操作で回路遮断器を意図的にトリップさせることによって、または回路遮断器を自動的に開かせた実過電流障害状態によって、開状態に設定される。断路器スイッチ１０は、このときオフロードであり、図１Ｃに示されるように、第２の位置（接続された端子１２及び１３）に安全に切り換えられることができることがわかる。

図１Ｃでは、断路器スイッチ１０は、ここでは第２の端子１２を共通端子１３に接続させる第２の位置にあり、それによって、電源１の負送電軌条６及び負端子３が、回路遮断器の第１の端子２１に結合される。このとき、回路遮断器２０は、リセットされるか、そうでなければ回路遮断器接点を閉じて、正送電軌条７及び負送電軌条６をともに効果的に短絡させるようにされて、図１Ｄに示されるように、送電軌条７を保守等のために安全な状態にしておく。

ここで、これによる回路遮断器２０の単方向性によって、図１Ｄの構成において、不注意によるかまたは偶発的な軌条７の電源への接続か、または例えば落雷等の放電への曝露は、回路遮断器を、ともすれば送電軌条７が生きていて安全でないままにされる開状態にトリップさせる。代わりに、回路遮断器は、閉じられたままに維持され、電流が負帰線軌条６を介して接地に流れることを可能にする。

電力供給システムを稼働中の状態に再度接続するためには、上述の工程を逆にする。

本明細書に記載された電力供給システムの構成は、回路遮断機能及び接地の両方のための機器は、オフロード断路器と回路遮断器とを備える共通の機器に組み込まれることができ、回路遮断器を用いて、断路器を接続と接続解除との両方のためのオフロード状態に置くことができるという点において利点を提供する。

可能性のある別の利点は、簡易な切換オフロード断路器１０を本回路に加えることによって、既に存在する完全定格の回路遮断器２０を用いて、アース装置の障害投入（必要であれば、負荷遮断）及び短時間電流デューティ要件を達成し、一方で引き続き前方保護及びスイッチング機能を提供することができることである。回路遮断器２０は、通常は、国際標準によって要求されることが多い作動デューティのその拡大された範囲に起因して、従来のアーススイッチよりもはるかに頑丈な装置である。

可能性のある別の利点は、断路器１０が、電流の通過に耐えることが可能であることのみを要し（短期耐電流またはＳＴＣ定格）、同等の障害投入ＳＴＣ（及び負荷遮断）定格のスイッチング装置よりもコンパクトであり、別個のパネルまたは外部配線を必要とせずに、回路遮断器キュービクルの後部に設置することができることである。このようにして、製造者及びユーザのコストを節減することができる。

断路器は、概して同等のスイッチング装置よりも簡易かつより高信頼の装置であってもよく、増大された数の機械的動作に保守なしに対応することができる。これがオフロード装置としてのみ動作することができるため、断路器１０は、任意の接点間にわたるアーク放電を被らずにすみ、それによって、摩耗が生じにくく、かつ最低限の保守しか要しないようになる。

図１に示された構成に、さまざまな変更がなされてもよい。示された配置では、電源１の正端子２は、第１の極性を有し、断路器スイッチ１０、回路遮断器２０及び「通電している」送電軌条７に接続されており、一方で負端子３は、第２の極性を有し、概ね接地電位で、またはその付近で保持される「安全な」負帰線軌条６に接続される。このことは、「安全な」電位として接地電位で、またはその近くで接続されている電源の正端子２と、「通電している」送電軌条７に電力を提供する負端子３とで反転させることができることが認識されよう。この点において、電源端子の第１及び第２の極性を反転させることができる。

断路器スイッチ１０は、第１の端子１１及び第２の端子１２のいずれもが共通端子１３に電気接続されない、中間または「絶縁」位置に対応する第３の安定位置（図示せず）をさらに備えてもよく、それによって、第１及び第２の端子１１、１２の両方が、共通端子１３から電気絶縁される。このように、送電軌条７を、電源１の正及び負極出力端子２、３から完全に絶縁することができる。

断路器スイッチ１０は、全面的に手動で、または自動的作動によって、もしくはそれらの組み合わせによって動作するように構成されてもよい。断路器スイッチは、緊急手動操作能力を含んでもよい。

断路器スイッチ１０は、第１、第２及び／または第３の位置のいずれかにおけるその状態を示す視覚的位置インジケータを含んでもよい。視覚的位置インジケータは、被駆動インジケータセマフォ、または関連する可動部を見えるようにする窓によって提供することができる。他のタイプの視覚的位置インジケータが可能である。

回路遮断器２０は、過電流状態と思われる任意の好適な電流レベルで、順方向にトリップされるように構成することができる。

回路遮断器２０は、順方向の過電流状態を検出した場合に、回路を遮断して、逆方向の電流レベルとは無関係に閉じたままにする手段を提供するための、任意の装置またはアセンブリまたは他の好適な配置を備えてもよい。例えば、定義されたような回路遮断器は、シャントトリップコイルを介して、保護継電によって起動することができるスイッチまたは回路遮断装置を備えることができる。スイッチまたは回路遮断装置は、該当する障害または過負荷状態を検出するための任意の好適な別個の機構によって起動することができる。

電力供給システムは、鉄道または路面電車インフラストラクチャの送電軌条６、７に電力を供給するための電力供給システムの文脈の中で説明されてきた。しかしながら、これは、普通は通電された高電位での導体網が、保守または稼働休止状態にあるときには、安全な電位で導体に接地されるかまたは短絡されなければならない任意の電力供給システムにより広く適用することができる。

電力供給システムは、回路遮断器２０が閉状態にあるときに、断路器スイッチ１０が一方向または両方向に操作されることを防止する連動システムを含むように変更されてもよい。断路器スイッチ１０が、上述したような第３の（「絶縁」）位置を備える場合、連動システムは、断路器スイッチが、第１、第２及び第３の位置のうちいずれか１つ以上から、またはそれらに移行するように操作されることを防止するように構成されてもよい。

他の実施形態は、添付の特許請求の範囲内であることが意図されている。

１ ＤＣ電源
２ 正極出力端子
３ 負極出力端子
４ 母線
５ 回路遮断器
６ 負帰線送電軌条
７ 正送電軌条
１０ 断路器スイッチ
１１ 第１の端子
１２ 第２の端子
１３ 共通端子
２０ 単方向回路遮断器
２１ 第１の端子
２２ 第２の端子

Claims (13)

1. 電力供給システムで用いるための回路遮断器／断路器機器であって、
   第１の端子及び第２の端子を有し、順方向において過電流状態中に自動的に開き、電流レベルとは無関係に逆方向において閉じられたままに維持するように構成された単方向ＤＣ回路遮断器と、
   前記回路遮断器と直列の断路器スイッチであって、電源の第１の極性のコネクタに接続するための第１の端子、前記電源の第２の極性のコネクタに接続するための第２の端子、及び前記回路遮断器の前記第１の端子に接続された共通端子とを有する、断路器スイッチと、を備え、
   前記断路器スイッチが、前記第１の端子が前記共通端子に接続される第１の位置、及び前記第２の端子が前記共通端子に接続される第２の位置を少なくとも有する、機器。
2. 前記回路遮断器が、前記回路遮断器を開状態に強制するように構成された、手動操作可能なトリップスイッチを含む、請求項１に記載の機器。
3. 前記断路器スイッチが、前記回路遮断器が閉状態にある間、前記第１の位置と第２の位置との間での切り換えを防止するように連動する、請求項１に記載の機器。
4. 前記回路遮断器の前記第２の端子が、電力供給システムの第１の送電軌条に結合される、請求項１に記載の機器。
5. 前記断路器スイッチの前記第１の端子が、前記電源の第１の極性のコネクタに接続され、前記断路器スイッチの前記第２の端子が、前記電源の第２の極性のコネクタに接続される、請求項１または請求項４に記載の機器。
6. 前記電源の前記第２の極性のコネクタが、輸送システムの線路に結合され、前記電源の前記第１の極性のコネクタが、輸送システムの架空ケーブルまたは第３軌条に結合される、請求項４に従属する場合の請求項５に記載の機器。
7. 前記順方向が、前記回路遮断器の前記第１の端子から前記第２の端子への電流の流れに対応し、前記逆方向が、前記回路遮断器の前記第２の端子から前記第１の端子への電流の流れに対応する、請求項１に記載の機器。
8. 前記断路器スイッチが、前記第１及び第２の端子の両方が、前記共通端子から電気絶縁される第３の位置を含む、請求項１に記載の機器。
9. 前記断路器スイッチが、手動操作によって操作されるように構成される、請求項１に記載の機器。
10. 前記断路器スイッチが、前記第１または第２の位置でのその状態を示す視覚的位置インジケータを含む、請求項１に記載の機器。
11. 電力供給システムを構成する方法であって、
    第１の極性の端子及び第２の極性の端子を有するＤＣ電源を提供することと、
    断路器スイッチが、前記ＤＣ電源の前記第１の極性の端子に接続された第１の端子、及び前記ＤＣ電源の前記第２の極性の端子に接続された第２の端子を有するように、前記断路器スイッチを前記ＤＣ電源に結合することであって、前記断路器スイッチが、前記第１の端子が共通端子に接続される第１の位置、及び前記第２の端子が前記共通端子に接続される第２の位置を少なくとも有する、結合することと、
    前記断路器スイッチの前記共通端子を、第１の端子及び第２の端子を有し、かつ順方向において過電流状態中に自動的に開き、電流レベルとは無関係に逆方向において閉じられたままに維持するように構成された単方向ＤＣ回路遮断器の第１の端子に接続させることと、
    前記回路遮断器の前記第２の端子を、第１の電力線に接続させることと、
    前記断路器スイッチの前記第２の端子及び前記ＤＣ電源の前記第２の極性の端子を、第２の電力線に接続させることと、
    を含む、方法。
12. 前記断路器スイッチを前記第１の位置に切り換えることによって、前記第１及び第２の電力線を稼働状態に置き、その後前記回路遮断器を閉構成に設定することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記回路遮断器を開構成に設定することによって、前記第１及び第２の電力線を安全な保守状態に置き、その後前記断路器スイッチを前記第２の位置に切り換えて、その後前記回路遮断器を閉構成に設定することをさらに含む、請求項１１または請求項１２に記載の方法。