直流断路器、直流断路器用的机械断路装置、以及直流断路器用的半导体断路装置制造方法及图纸

实施方式的直流断路器具有机械断路部、半导体断路部以及换流装置。机械断路部具有至少1个机械断路单元和支承至少1个机械断路单元的绝缘支柱。机械断路单元具有至少1个单体断路部。单体断路部具有机械触点部、密闭容器、操作杆、操作机构。机械触点部具有固定触头以及可动触头。机械触点部被从大地电绝缘。密闭容器封入有机械触点部以及绝缘性气体。密闭容器被从大地电绝缘。操作杆连结于可动触头。操作杆从密闭容器的内部延伸至外部。操作机构连结于操作杆。操作机构使可动触头相对于固定触头接触/分离。操作机构与可动触头设定为相同电位。

DC circuit breaker, mechanical circuit breaker for DC circuit breaker, and semiconductor circuit breaker for DC circuit breaker

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】直流断路器、直流断路器用的机械断路装置、以及直流断路器用的半导体断路装置
本专利技术的实施方式涉及直流断路器、直流断路器用的机械断路装置、以及直流断路器用的半导体断路装置。
技术介绍
直流输电比交流输电的输电效率高。相对地，关于设备的引入成本，直流输电的成本更高。但是在长距离输电或海中输电等情况下，由于直流输电的输电效率压倒性地高，因此若对设备成本追加运用成本进行评价，则直流输电综合来说成本低。因此，直流输电在例如隔着海的2处据点间的输电中被利用。近年来，为了提高发电电力中的使用了可再生能量的发电电力的比率、利用可再生能量满足更大的电力，研究使用海上风力发电或沙漠地带的太阳光发电等，在远离主要的电力消耗地即都市部的场所进行大规模的发电，并进行长距离输电的方法。伴随于此，计划构建连接了多个电力的供给地点和需求地点的直流输电网。当构建将3处以上的据点间连接起来的输电网时，需要当在输电网发生了事故的情况下能够将事故点从健全的系统迅速地断路的装置。通常，在交流电流系统中使用机械触点式断路器。关于机械触点式断路器，在由交流电流产生的电流零点处使触点断开，并朝触点间的电弧电流吹送绝缘性介质来将事故电流断路。与此相对，在直流输电系统中，在事故电流中并不产生电流零点，因此利用现有的机械触点式断路器难以将事故电流迅速地断路。因此，作为能够单独地将直流电流断路的半导体断路器，提出有IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)等、使用了具有自灭弧能力的多个自励式半导体元件的半导体断路器。但是，由于输电的电力全部始终通过多个自励式半导体元件因此会产生大的导通损失，会招致通常运转时的输电效率的降低。为了解决该问题，提出有在将机械触点式断路器和辅助半导体断路器串联连接的电路并联连接另一个半导体断路器的混合式断路器。在该混合式断路器中，在稳态输电时机械触点式断路器和辅助半导体断路器成为导通状态，上述的另一个半导体断路器成为断路状态。因此，输电电流流过机械触点式断路器和辅助半导体断路器。并且，当发生事故时，在使辅助半导体断路器成为断路状态的同时对机械触点式断路器赋予断开指令。通过像这样辅助半导体断路器成为断路状态，由此在机械触点式断路器和辅助半导体断路器的路径流动的事故电流转而朝上述另一个半导体断路器流动。进而，在机械触点式断路器的断开动作完毕、确保了稳态通电路径的耐电压性能后，使上述另一个半导体断路器断路，由此，事故电流的断路完毕。关于这样的混合式断路器，稳态通电时的导通损失仅为辅助半导体断路器的导通损失，因此，与将稳态通电路径如上述那样仅仅形成为能够单独地将直流电流断路的半导体断路器的结构相比能够降低导通损失。然而，由于仍产生辅助半导体断路器的通电损失，因此，若与现有那样的稳态通电路径仅由机械触点构成的机械触点式断路器相比，混合式断路器的导通损失大。因此，提出有在将半导体断路器与由半桥电路构成的换流电路串联连接的电路并联连接机械触点式断路器的直流断路器。在该直流断路器中，在稳态输电时机械触点式断路器成为导通状态，半导体断路器以及换流电路成为断路状态。因此，稳态输电时的输电电流仅流过机械触点式断路器。并且，当发生事故时，对机械触点式断路器赋予断开指令，使半导体断路器成为导通状态，对换流电路赋予换流指令。于是，换流电路使电流朝与在机械触点式断路器流过的事故电流相反的方向流动而在机械触点式断路器的电流生成零点，该机械触点式断路器断开，由此，事故电流从机械触点式断路器朝半导体断路器以及换流电路换流。在事故电流换流后，半导体断路器断路，由此，事故电流的断路完毕。关于这样的直流断路器，稳态通电路径仅由机械触点式断路器构成，因此能够大幅降低导通损失，一般的机械触点式断路器具备：设置成能够接触/分离的固定触点以及可动触点；将固定触点以及可动触点封入在内部的金属盒；以及进行驱动而使可动触点相对于固定触点接触/分离的操作机构。在金属盒的内部填充有绝缘性介质。金属盒被接地，且相对于固定触点以及可动触点被电绝缘。操作机构被接地，配置在金属盒的外侧，并且经由贯通金属盒的密封杆、以及在金属盒内与密封杆连结的绝缘操作杆而与金属盒内的可动触点连结。然而，伴随着直流输电系统的高电压化，机械触点式断路器需要提高各部分的耐电压性能。即、在上述的机械触点式断路器中，伴随着高电压化，需要扩宽高电压部的固定触点以及可动触点与被接地的金属盒之间的距离而进行电绝缘。并且，伴随着高电压化，当利用1个机械触点式断路器无法获得所期望的断路性能的情况下，存在将多个机械触点式断路器串联连接从而提高断路性能的情况。即便在该情况下，在串联连接的所有的机械触点式断路器中，需要扩宽高电压部的固定触点以及可动触点与被接地的金属盒之间的距离而进行电绝缘。结果，机械触点式断路器大型化。直流断路器假想在海上建造的平台上运用，由于机械触点式断路器的大型化，存在平台的建造成本增加的情况。此外，伴随着高电压化，将高电压部的可动触点和被接地的操作机构连结的绝缘杆也变长。结果，操作机构的可动部的质量增加，因此存在固定触点与可动触点的断开速度降低、断路动作的响应性降低的情况。现有技术文献专利文献专利文献1：日本国特开2016－187275号公报专利文献2：国际公开2011/057675号小册子专利文献3：国际公开2013/131582号小册子
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术所欲解决的课题在于提供一种高电压化容易、能够抑制大型化、且能够确保断路动作的响应性的直流断路器、直流断路器用的机械断路装置、以及直流断路器用的半导体断路装置。用于解决课题的手段实施方式的直流断路器具有机械断路部、半导体断路部以及换流装置。机械断路部具有：至少1个机械断路单元；以及对至少1个机械断路单元进行支承的绝缘支柱。机械断路单元具有至少1个单体断路部。单体断路部具有机械触点部、密闭容器、操作杆、操作机构。机械触点部具有固定触头以及可动触头。机械触点部被从大地电绝缘。密闭容器封入有机械触点部以及绝缘性气体。密闭容器被从大地电绝缘。操作杆连结于可动触头。操作杆从密闭容器的内部延伸至外部。操作机构连结于操作杆。操作机构使可动触头相对于固定触头接触/分离。操作机构与可动触头设定为相同电位。半导体断路部具有半导体模块和浪涌抑制器。半导体模块具有将多个自励式半导体元件串联连接而成的半导体组。浪涌抑制器与半导体模块并联连接。换流装置具有换流电路和换流调整电抗器。换流电路通过将串联连接一对自励式半导体元件而成的一对腿和电容器并联连接而构成。换流调整电抗器相对于换流电路串联连接。机械断路部具有电流断路触点以及高耐电压触点。高耐电压触点与电流断路触点相比较耐电压性能高或者为同等程度。至少1个机械断路单元还具有机械断路部支承板。在机械断路部支承板配置有至少1个单体断路部。机械断路部支承板由绝缘支柱支承。机械断路部支承板与操作机构被设定为相同电位。至少1个单体断路部具有第一单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流断路器，具备机械断路部、半导体断路部以及换流装置，其中，/n上述机械断路部具备至少1个机械断路单元和对上述至少1个机械断路单元进行支承的绝缘支柱，/n上述机械断路单元具有至少1个单体断路部，/n上述单体断路部包含：/n机械触点部，具有固定触头以及可动触头，且被从大地电绝缘；/n密闭容器，封入有上述机械触点部以及绝缘性气体，且被从大地电绝缘；/n操作杆，连结于上述可动触头，且从上述密闭容器的内部延伸至外部；以及/n操作机构，连结于上述操作杆，使上述可动触头相对于上述固定触头接触/分离，并且与上述可动触头设定为相同电位，/n上述半导体断路部具备：/n半导体模块，包含将多个自励式半导体元件串联连接而成的半导体组；以及/n浪涌抑制器，相对于上述半导体模块并联连接，/n上述换流装置具备：/n换流电路，通过将串联连接一对自励式半导体元件而成的一对腿与电容器并联连接而构成；以及/n换流调整电抗器，相对于上述换流电路串联连接，/n上述机械断路部具备电流断路触点以及与上述电流断路触点相比较耐电压性能高或者为同等程度的高耐电压触点，/n上述至少1个机械断路单元还具备机械断路部支承板，上述机械断路部支承板供上述至少1个单体断路部配置且被上述绝缘支柱支承，/n上述至少1个单体断路部包含第一单体断路部以及第二单体断路部，/n上述第一单体断路部构成上述电流断路触点以及上述高耐电压触点中的任一方，/n上述第二单体断路部构成上述电流断路触点以及上述高耐电压触点中的任一方，/n上述第一单体断路部以及上述第二单体断路部配置成各自的上述操作杆借助上述操作机构在同一直线上动作、且借助上述操作机构实现的上述操作杆的动作方向相互为反方向，并且配置成各自的上述操作机构相互对置，/n上述第一单体断路部的上述密闭容器的至少一部分在水平方向上配置在上述机械断路部支承板的外侧，/n上述第二单体断路部的上述密闭容器的至少一部分在水平方向上配置在上述机械断路部支承板的外侧，/n上述电流断路触点以及上述高耐电压触点串联连接而形成机械触点模块，/n上述机械触点模块的两端连接于直流输电系统，/n上述换流电路以及上述换流调整电抗器相对于上述电流断路触点并联连接，/n上述换流电路连接于相比上述换流调整电抗器靠上述高耐电压触点侧的位置，/n上述半导体模块相对于上述高耐电压触点以及上述换流电路并联连接。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170616 JP PCT/JP2017/0223221.一种直流断路器，具备机械断路部、半导体断路部以及换流装置，其中，
上述机械断路部具备至少1个机械断路单元和对上述至少1个机械断路单元进行支承的绝缘支柱，
上述机械断路单元具有至少1个单体断路部，
上述单体断路部包含：
机械触点部，具有固定触头以及可动触头，且被从大地电绝缘；
密闭容器，封入有上述机械触点部以及绝缘性气体，且被从大地电绝缘；
操作杆，连结于上述可动触头，且从上述密闭容器的内部延伸至外部；以及
操作机构，连结于上述操作杆，使上述可动触头相对于上述固定触头接触/分离，并且与上述可动触头设定为相同电位，
上述半导体断路部具备：
半导体模块，包含将多个自励式半导体元件串联连接而成的半导体组；以及
浪涌抑制器，相对于上述半导体模块并联连接，
上述换流装置具备：
换流电路，通过将串联连接一对自励式半导体元件而成的一对腿与电容器并联连接而构成；以及
换流调整电抗器，相对于上述换流电路串联连接，
上述机械断路部具备电流断路触点以及与上述电流断路触点相比较耐电压性能高或者为同等程度的高耐电压触点，
上述至少1个机械断路单元还具备机械断路部支承板，上述机械断路部支承板供上述至少1个单体断路部配置且被上述绝缘支柱支承，
上述至少1个单体断路部包含第一单体断路部以及第二单体断路部，
上述第一单体断路部构成上述电流断路触点以及上述高耐电压触点中的任一方，
上述第二单体断路部构成上述电流断路触点以及上述高耐电压触点中的任一方，
上述第一单体断路部以及上述第二单体断路部配置成各自的上述操作杆借助上述操作机构在同一直线上动作、且借助上述操作机构实现的上述操作杆的动作方向相互为反方向，并且配置成各自的上述操作机构相互对置，
上述第一单体断路部的上述密闭容器的至少一部分在水平方向上配置在上述机械断路部支承板的外侧，
上述第二单体断路部的上述密闭容器的至少一部分在水平方向上配置在上述机械断路部支承板的外侧，
上述电流断路触点以及上述高耐电压触点串联连接而形成机械触点模块，
上述机械触点模块的两端连接于直流输电系统，
上述换流电路以及上述换流调整电抗器相对于上述电流断路触点并联连接，
上述换流电路连接于相比上述换流调整电抗器靠上述高耐电压触点侧的位置，
上述半导体模块相对于上述高耐电压触点以及上述换流电路并联连接。


2.根据权利要求1所述的直流断路器，其中，
上述至少1个机械断路单元包含相对于上述绝缘支柱在铅垂方向重叠多层的多个机械断路单元，
上述多个机械断路单元各自的上述第一单体断路部的上述密闭容器以及上述第二单体断路部的上述密闭容器由单元内母线相互串联连接，
上述多个机械断路单元包含在铅垂方向相邻的第一机械断路单元以及第二机械断路单元，
上述第一机械断路单元的上述第一单体断路部的上述密闭容器中的在水平方向配置在上述机械断路部支承板的外侧的部分、以及上述第二机械断路单元的上述第二单体断路部的上述密闭容器中的在水平方向配置在上述机械断路部支承板的外侧的部分由单元间母线相互串联连接。


3.根据权利要求1或2所述的直流断路器，其中，
上述至少1个机械断路单元所具备的上述机械断路部支承板由金属材料形成，且与上述操作机构设定为相同电位。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的直流断路器，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：金谷和长，网田芳明，石黑崇裕，
申请(专利权)人：东芝能源系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP