JP2020030969A - Overvoltage suppression circuit and cutoff device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過電圧抑制回路及びこの過電圧抑制回路を用いた遮断装置に関するものである。 The present invention relates to an overvoltage suppression circuit and a shutoff device using the overvoltage suppression circuit.
従来の過電圧抑制回路としては、特許文献1に示すように、電源と負荷とを接続する主回路に設けられたスイッチを過電圧から保護するものがある。具体的にこの過電圧抑制回路は、スイッチに並列接続されたサージアブソーバたるバリスタを備えており、スイッチをオフすることにより生じる過電圧をバリスタが吸収するように構成されている。 As a conventional overvoltage suppression circuit, there is one that protects a switch provided in a main circuit that connects a power supply and a load from overvoltage, as disclosed in Patent Document 1. Specifically, this overvoltage suppression circuit includes a varistor as a surge absorber connected in parallel to the switch, and is configured so that the varistor absorbs an overvoltage generated by turning off the switch.
ところで、一般にバリスタ等の非線形素子の特性として、連続的に印加(使用)できる最大の電圧である最大許容回路電圧V1と、サージ電圧を吸収して、ある程度低い電圧までサージ電圧を下げることができる最大の電圧である最大制限電圧V2との間に、V1×2<V2といった関係があることが知られている。 Generally, as characteristics of a non-linear element such as a varistor, the maximum allowable circuit voltage V1, which is the maximum voltage that can be continuously applied (used), and the surge voltage can be absorbed and the surge voltage can be reduced to a somewhat lower voltage. It is known that there is a relationship of V1 × 2 <V2 between the maximum voltage and the maximum limit voltage V2.
このことから、例えば、主回路の回路電圧が700Vであったとすると、この主回路に設けられたスイッチを過電圧から保護しようとする場合、バリスタとしては、まず最大許容回路電圧V1が700Vより高いものを選定する必要がある。これにより、バリスタの最大制限電圧V2は1400Vよりも高くなるので、スイッチとしては定格電圧が最大制限電圧V2よりも高い、例えば定格電圧が1700V程度のものを選定する必要がある。その結果、スイッチの定格電圧は、主回路の回路電圧700Vよりも過大となり、スイッチが過剰仕様となる。 For this reason, for example, if the circuit voltage of the main circuit is 700 V, when a switch provided in the main circuit is to be protected from overvoltage, the varistor must first have a maximum allowable circuit voltage V1 higher than 700 V. Must be selected. As a result, the maximum limiting voltage V2 of the varistor becomes higher than 1400 V. Therefore, it is necessary to select a switch having a rated voltage higher than the maximum limiting voltage V2, for example, a rated voltage of about 1700 V. As a result, the rated voltage of the switch becomes higher than the circuit voltage 700 V of the main circuit, and the switch is over-specified.
一方、スイッチとして定格電圧が低いものを用いると、バリスタとして最大制限電圧V2が低いものを選定することとなり、バリスタの最大許容回路電圧V1が低くなる。その結果、バリスタの最大許容回路電圧V1が主回路の回路電圧を下回る場合には、バリスタが過熱等により破壊されてしまう。 On the other hand, if a switch having a low rated voltage is used, a varistor having a low maximum limit voltage V2 is selected, and the maximum allowable circuit voltage V1 of the varistor is reduced. As a result, when the maximum allowable circuit voltage V1 of the varistor is lower than the circuit voltage of the main circuit, the varistor is destroyed by overheating or the like.
このように、スイッチの定格電圧を下げようとすることと、回路電圧に対するバリスタの使用を担保しようとすることとは相反する関係にある。従って、スイッチやバリスタの選定範囲は制約されてしまい、スイッチの過剰仕様などによるコストの増大を招来する恐れがある。 As described above, the attempt to lower the rated voltage of the switch and the attempt to ensure the use of the varistor for the circuit voltage are in a contradictory relationship. Therefore, the selection range of the switch and the varistor is restricted, and there is a possibility that an increase in cost due to an over-specification of the switch or the like may be caused.
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、バリスタ等の非線形素子やスイッチの選定範囲を拡大することで、スイッチの過剰仕様等を防ぐことをその主たる課題とするものである。 Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and has as its main object to prevent over-specification of switches by expanding the selection range of non-linear elements such as varistors and switches. is there.
すなわち本発明に係る過電圧抑制回路は、電源と負荷とを接続する主回路の主スイッチに対して並列接続される過電圧抑制回路であって、前記主スイッチに対して並列に設けられ、且つ、互いに直列に設けられた第1補助スイッチ及び第1非線形素子と、
前記主スイッチ、前記第1補助スイッチ、及び前記第1非線形素子に対して並列に設けられ、且つ、互いに直列に設けられた第2補助スイッチ及び第2非線形素子とを備え、前記第1非線形素子に所定の基準電流を流した場合に当該第1非線形素子に発生する電圧が、前記第2非線形素子に前記所定の基準電流を流した場合に当該第2非線形素子に発生する電圧よりも低いことを特徴とするものである。
That is, the overvoltage suppression circuit according to the present invention is an overvoltage suppression circuit connected in parallel to a main switch of a main circuit that connects a power supply and a load, provided in parallel with the main switch, and A first auxiliary switch and a first nonlinear element provided in series;
A second auxiliary switch and a second nonlinear element that are provided in parallel with the main switch, the first auxiliary switch, and the first nonlinear element, and that are provided in series with each other; A voltage generated in the first nonlinear element when a predetermined reference current flows through the second nonlinear element is lower than a voltage generated in the second nonlinear element when the predetermined reference current flows in the second nonlinear element. It is characterized by the following.
このように構成された過電圧抑制回路によれば、まず、主スイッチがオフしている状態において、第1補助スイッチ及び第2補助スイッチをオフしておけば、第1非線形素子及び第2非線形素子には主回路の電源からの電圧は印加されないので、第1非線形素子及び第2非線形素子の最大許容回路電圧を主回路の回路電圧よりも大きくする必要がない。これにより、第1非線形素子及び第2非線形素子の選定において、最大許容回路電圧の制約が緩和されるので、これらの非線形素子の選定範囲を拡大することができる。
そこで、第1非線形素子として、所定の基準電流を流した場合に当該第1非線形素子に発生する電圧が、同基準電流を流した場合に第2非線形素子に発生する電圧よりも低くなるものを選定することで、図2に示すように、主スイッチをオフすることにより生じる遮断電流I1は、第1非線形素子に流れることになる。つまり、主スイッチをオフすることにより生じる過電圧を、第1非線形素子により吸収することができる。このことから、第1非線形素子として最大制限電圧が低いものを用いることで、主スイッチとしても定格電圧が低いものを選定することができ、主スイッチの過剰仕様を防ぐことができる。
According to the overvoltage suppression circuit configured as described above, first, if the first auxiliary switch and the second auxiliary switch are turned off while the main switch is off, the first nonlinear element and the second nonlinear element are turned off. Since no voltage is applied from the power supply of the main circuit, the maximum allowable circuit voltage of the first nonlinear element and the second nonlinear element does not need to be higher than the circuit voltage of the main circuit. Thereby, in selecting the first nonlinear element and the second nonlinear element, the restriction on the maximum allowable circuit voltage is relaxed, so that the selection range of these nonlinear elements can be expanded.
Therefore, a first non-linear element whose voltage generated in the first non-linear element when a predetermined reference current flows is lower than voltage generated in the second non-linear element when the same reference current flows. By selection, as shown in FIG. 2, the cutoff current I1 generated by turning off the main switch flows through the first nonlinear element. That is, the overvoltage generated by turning off the main switch can be absorbed by the first nonlinear element. For this reason, by using an element having a low maximum limiting voltage as the first non-linear element, an element having a low rated voltage can be selected as the main switch, and an excessive specification of the main switch can be prevented.
一方、第1非線形素子として最大制限電圧が低いものを用いることで、図2に示すように、第1非線形素子には、主回路の電源からの印加電圧(以下、回路電圧という)による電流が流れることになる。従って、第1補助スイッチをオフする際には、やはり過電圧が生じるが、この過電圧は第2非線形素子により吸収することができる。このことから、第2非線形素子の選定においては、図2に示すように、第1補助スイッチをオフすることにより生じる遮断電流I2が流れることで、当該第2非線形素子に発生する電圧が、主スイッチの定格電圧よりも小さくなるように選定すれば良い。すなわち、第2非線形素子としては、必ずしも最大制限電圧が主スイッチの定格電圧よりも低いものである必要はないので、主スイッチの定格電圧に制約されずに選定することができる。 On the other hand, by using an element having a low maximum limiting voltage as the first nonlinear element, as shown in FIG. 2, a current due to a voltage applied from a power supply of the main circuit (hereinafter, referred to as a circuit voltage) is applied to the first nonlinear element. Will flow. Therefore, when the first auxiliary switch is turned off, an overvoltage still occurs, but this overvoltage can be absorbed by the second nonlinear element. From this, in selecting the second nonlinear element, as shown in FIG. 2, the interruption current I2 generated by turning off the first auxiliary switch flows, and the voltage generated in the second nonlinear element is mainly reduced. What is necessary is just to select so that it may become smaller than the rated voltage of a switch. That is, the second non-linear element does not necessarily have to have a maximum limiting voltage lower than the rated voltage of the main switch, and can be selected without being restricted by the rated voltage of the main switch.
このように、上述した過電圧抑制回路によれば、非線形素子や主スイッチの選定範囲を拡大することが可能となり、主スイッチの定格電圧を下げることができるので、主スイッチの過剰仕様等を防ぐことができる。 As described above, according to the above-described overvoltage suppression circuit, the selection range of the nonlinear element and the main switch can be expanded, and the rated voltage of the main switch can be reduced. Can be.
主スイッチをオフすることにより発生する過電圧から主スイッチを保護するためには、前記主スイッチ、前記第1補助スイッチ、及び前記第2補助スイッチがオンしている状態から、前記主スイッチをオフすることにより前記第1非線形素子に発生する電圧が、前記主スイッチの定格電圧よりも低いことが好ましい。 In order to protect the main switch from overvoltage generated by turning off the main switch, the main switch is turned off from a state where the main switch, the first auxiliary switch, and the second auxiliary switch are on. Preferably, the voltage generated in the first nonlinear element is lower than the rated voltage of the main switch.
第1補助スイッチをオフすることにより発生する過電圧から主スイッチを保護するためには、前記主スイッチがオフしており、前記第1補助スイッチ及び前記第2補助スイッチがオンしている状態から、前記第1補助スイッチをオフすることにより前記第2非線形素子に発生する電圧が、前記主スイッチの定格電圧よりも低いことが好ましい。 In order to protect the main switch from an overvoltage generated by turning off the first auxiliary switch, the main switch is turned off, and the first auxiliary switch and the second auxiliary switch are turned on. It is preferable that a voltage generated in the second nonlinear element by turning off the first auxiliary switch is lower than a rated voltage of the main switch.
第2補助スイッチをオフにすることにより発生する過電圧を可及的に小さくするためには、前記電源からの印加電圧により前記第2非線形素子に流れる電流が、前記電源からの印加電圧により前記第1非線形素子に流れる電流よりも小さいことが好ましい。 In order to minimize the overvoltage generated by turning off the second auxiliary switch, the current flowing through the second nonlinear element due to the applied voltage from the power supply is reduced by the applied voltage from the power supply. It is preferable that the current is smaller than the current flowing through one nonlinear element.
ところで、オフ状態にある第1補助スイッチや第2補助スイッチをオンすると、第1非線形素子や第2非線形素子の静電容量に蓄積された静電エネルギが放電され、主スイッチの定格を上回る突入電流が発生する恐れがある。
そこで、前記第1補助スイッチ及び前記第2補助スイッチの正側に直列接続され、その順方向が前記第1補助スイッチ及び前記第補助スイッチを向くダイオードと、前記ダイオードに並列接続された抵抗器とをさらに備えていることが好ましい。
このような構成であれば、第1補助スイッチや第2補助スイッチをオンすることにより生じる放電電流にとって、ダイオードは逆バイアスとなるため、当該放電電流は抵抗器に流れて消費される。これにより、第1補助スイッチや第2補助スイッチをオンする際に、主スイッチに定格を上回る突入電流が流れ込むことを防ぐことができる。
By the way, when the first auxiliary switch or the second auxiliary switch in the off state is turned on, the electrostatic energy accumulated in the capacitance of the first nonlinear element or the second nonlinear element is discharged, and the rush exceeding the rating of the main switch is performed. Current may be generated.
Therefore, a diode connected in series to the positive side of the first auxiliary switch and the second auxiliary switch, the forward direction of which is directed to the first auxiliary switch and the second auxiliary switch, and a resistor connected in parallel to the diode. It is preferable to further include
With such a configuration, the diode is reverse-biased with respect to the discharge current generated by turning on the first auxiliary switch and the second auxiliary switch, so that the discharge current flows through the resistor and is consumed. Thereby, when turning on the first auxiliary switch or the second auxiliary switch, it is possible to prevent an inrush current exceeding the rating from flowing into the main switch.
また、本発明に係る遮断装置は、電源と負荷とを接続する主回路に設けられた主スイッチと、前記主スイッチに対して並列接続される過電圧抑制回路とを具備し、前記過電圧抑制回路が、前記主スイッチに対して並列に設けられ、且つ、互いに直列に設けられた第1補助スイッチ及び第1非線形素子と、前記主スイッチ、前記第1補助スイッチ、及び前記第1非線形素子に対して並列に設けられ、且つ、互いに直列に設けられた第2補助スイッチ及び第2非線形素子とを備え、前記第1非線形素子に所定の基準電流を流した場合に当該第1非線形素子に発生する電圧が、前記第2非線形素子に前記所定の基準電流を流した場合に当該第2非線形素子に発生する電圧よりも低いことを特徴とするものである。
このような遮断装置であれば、上述した過電圧抑制回路と同様の作用効果を発揮させることができる。
Further, the shut-off device according to the present invention includes a main switch provided in a main circuit connecting a power supply and a load, and an overvoltage suppression circuit connected in parallel to the main switch, wherein the overvoltage suppression circuit is A first auxiliary switch and a first non-linear element provided in parallel with the main switch and provided in series with each other, and the first switch, the first auxiliary switch, and the first non-linear element, A second auxiliary switch and a second nonlinear element provided in parallel and in series with each other, and a voltage generated in the first nonlinear element when a predetermined reference current flows through the first nonlinear element However, the voltage is lower than the voltage generated in the second nonlinear element when the predetermined reference current flows through the second nonlinear element.
With such an interrupting device, it is possible to exhibit the same operational effects as those of the above-described overvoltage suppression circuit.
このように構成した本発明によれば、主スイッチや非線形素子の選定範囲を広くすることが可能となり、主スイッチの定格電圧を下げることができるので、スイッチの過剰仕様等を防ぐことができる。 According to the present invention configured as described above, the selection range of the main switch and the non-linear element can be widened, and the rated voltage of the main switch can be reduced.
以下、本発明に係る遮断装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of a shutoff device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態の遮断装置100は、図1に示すように、直流電源等の電源200と負荷(不図示)とを接続する主回路300に設けられ、負荷への直流電力の供給及び遮断を切り替えるものである。 As shown in FIG. 1, the cutoff device 100 of the present embodiment is provided in a main circuit 300 that connects a power supply 200 such as a DC power supply and a load (not shown), and switches between supply and cutoff of DC power to the load. Things.
具体的にこの遮断装置100は、直流電力の供給及び遮断を切り替える主スイッチ101と、主スイッチ101に対して並列に設けられた過電圧抑制回路102とを具備している。 Specifically, the cutoff device 100 includes a main switch 101 for switching between supply and cutoff of DC power, and an overvoltage suppression circuit 102 provided in parallel with the main switch 101.
主スイッチ101は、電源200と負荷とを接続する主回路300に設けられた例えば半導体スイッチ素子等の遮断器であり、図示しない制御装置により制御されるゲート駆動回路によって開閉駆動される。主回路300における主スイッチ101の両側(正側及び負側)には、ラインスイッチSW等の開閉スイッチが設けられている。 The main switch 101 is a circuit breaker such as a semiconductor switch element provided in a main circuit 300 connecting the power supply 200 and a load, and is opened and closed by a gate drive circuit controlled by a control device (not shown). On both sides (positive side and negative side) of the main switch 101 in the main circuit 300, open / close switches such as a line switch SW are provided.
過電圧抑制回路102は、主スイッチ101の遮断時に生じる過電圧を抑制するものであり、具体的には、第1転流回路10、第2転流回路20、及び過電流抑制回路30を備えている。 The overvoltage suppression circuit 102 suppresses an overvoltage generated when the main switch 101 is cut off, and specifically includes a first commutation circuit 10, a second commutation circuit 20, and an overcurrent suppression circuit 30. .
第1転流回路10は、主スイッチ101に対して並列に設けられ、且つ、互いに直列に設けられた第1補助スイッチS1及び第1非線形素子V1を有している。第1補助スイッチS1は、例えば半導体スイッチである。第1非線形素子V1は、印加された電圧と当該素子に流れる電流とが比例しない素子であり、例えばZnOなどのセラミックスを用いて構成されたバリスタである。以下、説明の便宜上、第1非線形素子V1を第1バリスタV1ともいう。
なお、第1補助スイッチS1及び第1バリスタV1は、上述したラインスイッチSWに対しては直列接続されており、ここでは第1補助スイッチS1が第1バリスタV1の正側に配置されている。
The first commutation circuit 10 has a first auxiliary switch S1 and a first nonlinear element V1 provided in parallel with the main switch 101 and in series with each other. The first auxiliary switch S1 is, for example, a semiconductor switch. The first nonlinear element V1 is an element in which the applied voltage is not proportional to the current flowing through the element, and is a varistor made of, for example, ceramics such as ZnO. Hereinafter, the first nonlinear element V1 is also referred to as a first varistor V1 for convenience of description.
Note that the first auxiliary switch S1 and the first varistor V1 are connected in series to the above-described line switch SW. Here, the first auxiliary switch S1 is disposed on the positive side of the first varistor V1.
第2転流回路20は、主スイッチ101、第1補助スイッチS1、及び第1バリスタV1に対して並列に設けられ、且つ、互いに直列に設けられた第2補助スイッチS2及び第2非線形素子V2を有している。第2補助スイッチS2は、例えば半導体スイッチである。第2非線形素子V2は、印加された電圧と当該素子に流れる電流とが比例しない素子であり、例えばZnOなどのセラミックスを用いて構成されたバリスタである。以下、説明の便宜上、第2非線形素子V2を第2バリスタV2ともいう。
なお、第2補助スイッチS2及び第2バリスタV2は、上述したラインスイッチSWに対しては直列接続されており、ここでは第2補助スイッチS2が第2バリスタV2の正側に配置されている。
The second commutation circuit 20 is provided in parallel with the main switch 101, the first auxiliary switch S1, and the first varistor V1, and the second auxiliary switch S2 and the second nonlinear element V2 provided in series with each other. have. The second auxiliary switch S2 is, for example, a semiconductor switch. The second nonlinear element V2 is an element in which the applied voltage and the current flowing through the element are not proportional, and is a varistor made of ceramics such as ZnO. Hereinafter, the second nonlinear element V2 is also referred to as a second varistor V2 for convenience of description.
The second auxiliary switch S2 and the second varistor V2 are connected in series to the above-described line switch SW, and here, the second auxiliary switch S2 is arranged on the positive side of the second varistor V2.
然して、本実施形態の過電圧抑制回路102は、第1バリスタV1のバリスタ電圧が、第2バリスタV2のバリスタ電圧よりも低いことを特徴とするものである。
なお、ここでいうバリスタ電圧とは、バリスタに所定の基準電流(例えば1mA)を流した場合に当該バリスタに発生する電圧である。
However, the overvoltage suppression circuit 102 of the present embodiment is characterized in that the varistor voltage of the first varistor V1 is lower than the varistor voltage of the second varistor V2.
Here, the varistor voltage is a voltage generated in the varistor when a predetermined reference current (for example, 1 mA) is passed through the varistor.
より詳細に説明すると、第1バリスタV1及び第2バリスタV2は、例えば図2に示す電圧特性を有している。すなわち、第1バリスタV1は、第2バリスタV2よりも電圧特性が低いものであり、同じ大きさの電流を流したときに発生する電圧が小さいものである。ここでは、流れる電流の大きさの変化に対する電圧の変化(図2に示す電圧特性の傾き)が、第1バリスタV1よりも第2バリスタV2の方が大きい。
また、電圧特性の一種である最大許容回路電圧、すなわち連続的に印加(使用)できる最大の電圧に関して言えば、第1バリスタV1よりも第2バリスタV2の方が大きい。
さらに、電圧特性の一種である最大制限電圧、すなわちサージ電圧を吸収して、ある程度低い電圧までサージ電圧を下げることができる最大の電圧に関して言えば、第1バリスタV1よりも第2バリスタV2の方が大きい。
なお、最大許容回路電圧と最大制限電圧との間には「最大許容回路電圧×2<最大制限電圧」といった関係がある。
Describing in more detail, the first varistor V1 and the second varistor V2 have, for example, the voltage characteristics shown in FIG. That is, the first varistor V1 has lower voltage characteristics than the second varistor V2, and generates a smaller voltage when a current of the same magnitude flows. Here, the change in the voltage with respect to the change in the magnitude of the flowing current (the slope of the voltage characteristic shown in FIG. 2) is larger in the second varistor V2 than in the first varistor V1.
Further, regarding the maximum allowable circuit voltage, which is a kind of voltage characteristic, that is, the maximum voltage that can be continuously applied (used), the second varistor V2 is larger than the first varistor V1.
Further, with respect to the maximum limit voltage, which is a type of voltage characteristic, that is, the maximum voltage that can absorb the surge voltage and reduce the surge voltage to a somewhat lower voltage, the second varistor V2 has a higher voltage than the first varistor V1. Is big.
Note that there is a relationship between the maximum allowable circuit voltage and the maximum limit voltage such as “maximum allowable circuit voltage × 2 <maximum limit voltage”.
過電流抑制回路30は、オフ状態にある第1補助スイッチS1や第2補助スイッチS2をオンすることにより生じる過電流を抑制するものであり、第1転流回路10や第2転流回路20よりも正側に設けられている。具体的にこの過電流抑制回路30は、第1補助スイッチS1や第2補助スイッチS2の正側に直列接続され、その順方向が第1補助スイッチS1や第2補助スイッチS2を向くダイオード31と、このダイオード31に並列接続された抵抗器32とを有している。なお、この過電流抑制回路30は、受動素子のみから構成されている。 The overcurrent suppression circuit 30 suppresses an overcurrent caused by turning on the first auxiliary switch S1 and the second auxiliary switch S2 in the off state, and includes the first commutation circuit 10 and the second commutation circuit 20. It is provided on the more positive side. Specifically, the overcurrent suppression circuit 30 is connected in series to the positive side of the first auxiliary switch S1 and the second auxiliary switch S2, and has a diode 31 whose forward direction is directed to the first auxiliary switch S1 and the second auxiliary switch S2. , And a resistor 32 connected in parallel with the diode 31. Note that the overcurrent suppression circuit 30 includes only passive elements.
続いて、上述した各バリスタ等の選定方法の説明を兼ねて、本実施形態の遮断装置100の動作説明を図3のフローチャートを参照しながら説明する。 Next, the operation of the shut-off device 100 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 3 while also describing the method of selecting each varistor and the like described above.
まず、主スイッチ101、第1補助スイッチS1、及び第2補助スイッチS2がオンしており、電源200からの電力を負荷に供給している状態において、電流検出器(不図示)によって例えば負荷の短絡等により生じる過電流を検出する(S1)。 First, in a state where the main switch 101, the first auxiliary switch S1, and the second auxiliary switch S2 are turned on and the power from the power supply 200 is supplied to the load, for example, the load of the load is detected by a current detector (not shown). An overcurrent caused by a short circuit or the like is detected (S1).
過電流が検出された場合、制御装置(不図示)が主スイッチ101を遮断する(S2)。そうすると、主スイッチ101の遮断時において、主回路300を構成する配電線のインピーダンスL(図1参照)に起因した過電圧が生じる。 When an overcurrent is detected, the control device (not shown) shuts off the main switch 101 (S2). Then, when the main switch 101 is shut off, an overvoltage occurs due to the impedance L (see FIG. 1) of the distribution line forming the main circuit 300.
このとき、本実施形態では、第1バリスタV1のバリスタ電圧が、第2バリスタV2のバリスタ電圧よりも低く、言い換えれば所定の基準電流を流した場合に発生する電圧が第1バリスタV1の方が第2バリスタV2よりも低いので、図2及び図4に示すように、上述した主スイッチ101の遮断により生じる遮断電流I1が第1バリスタV1に流れ込む。つまり、主スイッチ101の遮断時において生じる過電圧は、第1バリスタV1によって吸収される。 At this time, in the present embodiment, the varistor voltage of the first varistor V1 is lower than the varistor voltage of the second varistor V2, in other words, the first varistor V1 generates a voltage when a predetermined reference current flows. Since it is lower than the second varistor V2, as shown in FIGS. 2 and 4, the interruption current I1 generated by the interruption of the main switch 101 flows into the first varistor V1. That is, the overvoltage generated when the main switch 101 is shut off is absorbed by the first varistor V1.
ここで、第1バリスタV1の選定において、図2に示すように、主スイッチ101の遮断により生じる遮断電流I1が流れることにより発生する電圧V1が主スイッチ101の定格電圧Vxよりも低くなるように、第1バリスタV1を選定している。
逆に言えば、主スイッチ101の選定においては、選定した第1バリスタV1に遮断電流I1が流れることにより発生する電圧Vaよりも定格電圧Vxが高くなるように、主スイッチ101を選定すれば良い。
Here, in selecting the first varistor V1, as shown in FIG. 2, the voltage V1 generated by the flow of the cutoff current I1 generated by the cutoff of the main switch 101 becomes lower than the rated voltage Vx of the main switch 101. , The first varistor V1 is selected.
Conversely, when selecting the main switch 101, the main switch 101 may be selected so that the rated voltage Vx is higher than the voltage Va generated by the interruption current I1 flowing through the selected first varistor V1. .
主スイッチ101の遮断により生じる過電圧が第1バリスタV1によって吸収された後は、図2及び図4に示すように、第1バリスタV1には、主回路300の電源200からの印加電圧Vy(以下、回路電圧Vyという)による電流I2が流れることになる。この電流I2は、第1バリスタV1として比較的電圧特性の低いものを選定していることから、零電流よりも大きい。従って、第1補助スイッチS1をオフすると(S3)、主スイッチ101をオフする場合と同様に過電圧が生じる。 After the overvoltage generated by the interruption of the main switch 101 is absorbed by the first varistor V1, as shown in FIGS. 2 and 4, the first varistor V1 is supplied with an applied voltage Vy (hereinafter referred to as a voltage) from the power supply 200 of the main circuit 300. , A circuit voltage Vy). The current I2 is larger than the zero current because the first varistor V1 is selected to have a relatively low voltage characteristic. Therefore, when the first auxiliary switch S1 is turned off (S3), an overvoltage occurs as in the case where the main switch 101 is turned off.
そこで、本実施形態の過電圧抑制回路102は、第1補助スイッチS1をオフすることにより発生する過電圧を第2バリスタV2によって吸収できるように構成してある。
このことから、第2バリスタV2の選定においては、図2に示すように、第1補助スイッチS1をオフすることにより生じる遮断電流I2が流れることで発生する電圧Vbが、主スイッチ101の定格電圧Vxよりも小さくなるように選定すれば良い。すなわち、第2バリスタV2としては、必ずしも最大制限電圧が主スイッチ101の定格電圧Vxよりも低いものを選定する必要はない。
Therefore, the overvoltage suppression circuit 102 of the present embodiment is configured so that the overvoltage generated by turning off the first auxiliary switch S1 can be absorbed by the second varistor V2.
For this reason, in selecting the second varistor V2, as shown in FIG. 2, the voltage Vb generated by the flow of the cut-off current I2 generated by turning off the first auxiliary switch S1 changes the rated voltage of the main switch 101. What is necessary is just to select so that it may become smaller than Vx. That is, it is not necessary to select the second varistor V2 whose maximum limit voltage is lower than the rated voltage Vx of the main switch 101.
このように、第1補助スイッチS1をオフすることにより生じる過電圧を第2バリスタV2によって吸収した後は、図2及び図4に示すように、第2バリスタV2には回路電圧による電流I3が流れることになる。この電流I3は、第2バリスタV2として少なくとも第1バリスタV1よりも電圧特性の高いものを選定することで、零電流又は零電流付近になる。 After the overvoltage generated by turning off the first auxiliary switch S1 is absorbed by the second varistor V2, a current I3 due to the circuit voltage flows through the second varistor V2 as shown in FIGS. Will be. This current I3 becomes zero current or near zero current by selecting a second varistor V2 having a higher voltage characteristic than at least the first varistor V1.
その後、第2バリスタV2に流れる電流が零電流又は零電流付近になった状態において、第2補助スイッチS2をオフすることで(S4)、過電圧を発生させることなく、主回路300の遮断動作が完了する。
なお、保守などによる主スイッチ101の切り離しを行うべく、第2補助スイッチS2をオフした後にラインスイッチSWをオフにしても良い。
Thereafter, in a state where the current flowing through the second varistor V2 becomes zero current or near zero current, the second auxiliary switch S2 is turned off (S4), so that the shut-off operation of the main circuit 300 is performed without generating an overvoltage. Complete.
Note that the line switch SW may be turned off after the second auxiliary switch S2 is turned off in order to disconnect the main switch 101 for maintenance or the like.
一方、主回路300が遮断されている状態において、制御装置(不図示)が電力供給の開始を示す供給開始信号を取得すると(S5)、当該制御装置は、主スイッチ101をオンして(S6)、その後、第1補助スイッチS1及び第2補助スイッチS2をオンする(S7)。なお、このときラインスイッチSWは予めオンされている状態であり、第1補助スイッチS1及び第2補助スイッチS2のオンする順番は適宜選択して構わない。 On the other hand, when the control device (not shown) obtains a supply start signal indicating the start of power supply in a state where the main circuit 300 is shut off (S5), the control device turns on the main switch 101 (S6). Then, the first auxiliary switch S1 and the second auxiliary switch S2 are turned on (S7). At this time, the line switch SW has been turned on in advance, and the order in which the first auxiliary switch S1 and the second auxiliary switch S2 are turned on may be appropriately selected.
このように第1補助スイッチS1や第2補助スイッチS2をオンする際、第1バリスタV1や第2バリスタV2を構成する図示しない静電容量に蓄積された静電エネルギが放電される。そこで本実施形態では、過電流抑制回路30によって、第1補助スイッチS1や第2補助スイッチS2をオンする際に生じる過電流が主スイッチ101に流れ込むことを抑制するようにしてある。
具体的には、過電流抑制回路30を構成するダイオード31が、第1補助スイッチS1や第2補助スイッチS2をオンすることにより生じる放電電流にとって逆バイアスとなるため、当該放電電流は、過電流抑制回路30の抵抗器32に流れて消費される。
As described above, when the first auxiliary switch S1 and the second auxiliary switch S2 are turned on, the electrostatic energy accumulated in the capacitance (not shown) constituting the first varistor V1 and the second varistor V2 is discharged. Therefore, in the present embodiment, the overcurrent suppression circuit 30 suppresses the overcurrent generated when the first auxiliary switch S1 and the second auxiliary switch S2 are turned on from flowing into the main switch 101.
Specifically, the diode 31 constituting the overcurrent suppression circuit 30 has a reverse bias to the discharge current generated by turning on the first auxiliary switch S1 and the second auxiliary switch S2. It flows to the resistor 32 of the suppression circuit 30 and is consumed.
このように構成された遮断装置100によれば、主回路300の遮断動作により、主スイッチ101、第1補助スイッチS1、及び第2補助スイッチS2の全てがオフになるので、この状態における第1バリスタV1及び第2バリスタV2には回路電圧が印加されない。従って、第1バリスタV1や第2バリスタV2の最大許容回路電圧を回路電圧よりも大きくする必要がなく、第1バリスタV1や第2バリスタV2の選定において、最大許容回路電圧の制約が緩和されるので、これらのバリスタの選定範囲を拡大することができる。 According to the shutoff device 100 configured as described above, the shutoff operation of the main circuit 300 turns off all of the main switch 101, the first auxiliary switch S1, and the second auxiliary switch S2. No circuit voltage is applied to the varistor V1 and the second varistor V2. Therefore, it is not necessary to make the maximum allowable circuit voltage of the first varistor V1 or the second varistor V2 higher than the circuit voltage, and the restriction on the maximum allowable circuit voltage is reduced in selecting the first varistor V1 or the second varistor V2. Therefore, the selection range of these varistors can be expanded.
また、主スイッチ101を遮断することにより生じる過電圧を、第1バリスタV1及び第2バリスタV2を用いて段階的に吸収しているので、主スイッチ101としては、第1バリスタV1の最大制限電圧よりも定格電圧が高いものであれば、その定格電圧は第2バリスタV2の最大制限電圧よりも高い必要はなく、主スイッチ101の過剰仕様を避けることができる。 Further, the overvoltage generated by shutting off the main switch 101 is absorbed stepwise by using the first varistor V1 and the second varistor V2, so that the main switch 101 has a voltage higher than the maximum voltage limit of the first varistor V1. Also, if the rated voltage is high, the rated voltage does not need to be higher than the maximum limit voltage of the second varistor V2, and an over-specification of the main switch 101 can be avoided.
第1バリスタV1としては、第1バリスタV1をオフすることにより生じる過電圧を第2バリスタV2によって吸収するので、主スイッチ101をオフすることにより生じる過電圧を吸収できるものであれば、比較的電圧特性が低いものであっても良い。 As the first varistor V1, the overvoltage generated by turning off the first varistor V1 is absorbed by the second varistor V2. Therefore, if the overvoltage generated by turning off the main switch 101 can be absorbed, the voltage characteristics are relatively high. May be low.
第2バリスタV2としては、第1補助スイッチS1をオフすることにより生じる遮断電流I2が流れることで電圧が、主スイッチ101の定格電圧よりも小さければ良いので、最大制限電圧が主スイッチ101の定格電圧よりも低いものである必要はない。 The second varistor V2 only needs to have a voltage lower than the rated voltage of the main switch 101 when the cutoff current I2 generated by turning off the first auxiliary switch S1 flows. It need not be lower than the voltage.
このように、上述した遮断装置100によれば、主スイッチ101や第1バリスタV1や第2バリスタV2の選定範囲を広くすることが可能となり、主スイッチ101の定格電圧を下げることができるので、スイッチの過剰仕様を防ぐことができる。 As described above, according to the above-described shutoff device 100, the selection range of the main switch 101, the first varistor V1, and the second varistor V2 can be widened, and the rated voltage of the main switch 101 can be reduced. This prevents over-specification of the switch.
さらに、過電流抑制回路30を構成する抵抗器32によって、第1補助スイッチS1や第2補助スイッチS2をオンすることにより生じる放電電流が消費されるので、第1補助スイッチS1や第2補助スイッチS2をオンする際において、主スイッチ101に定格を上回る突入電流が流れ込むことを防ぐことができる。 Further, the discharge current generated by turning on the first auxiliary switch S1 and the second auxiliary switch S2 is consumed by the resistor 32 included in the overcurrent suppression circuit 30, so that the first auxiliary switch S1 and the second auxiliary switch are consumed. When turning on S2, it is possible to prevent a rush current exceeding the rating from flowing into the main switch 101.
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。 Note that the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、前記実施形態の過電圧抑制回路102は、第1転流回路10及び第2転流回路20を備えていたが、これらの転流回路に対して並列な第3転流回路をさらに備えていても良い。つまり、過電圧抑制回路102が備える転流回路は2つに限らず、3つ以上であっても良い。 For example, the overvoltage suppression circuit 102 of the embodiment includes the first commutation circuit 10 and the second commutation circuit 20, but further includes a third commutation circuit parallel to these commutation circuits. May be. That is, the number of commutation circuits provided in the overvoltage suppression circuit 102 is not limited to two, and may be three or more.
非線形素子としては、酸化亜鉛バリスタに限らず、例えば一対のツェナーダイオードを向かい合わせたものや、その他の構成のものを用いても良い。 The non-linear element is not limited to the zinc oxide varistor, and for example, an element having a pair of zener diodes facing each other or an element having another configuration may be used.
主スイッチ101や第1補助スイッチS1や第2補助スイッチS2は、半導体スイッチに限らず、機械式のスイッチでも良い。 The main switch 101, the first auxiliary switch S1, and the second auxiliary switch S2 are not limited to semiconductor switches, but may be mechanical switches.
また、過電圧抑制回路102としては、必ずしも過電流抑制回路30を備えていなくても良い。 Further, the overvoltage suppression circuit 102 does not necessarily need to include the overcurrent suppression circuit 30.
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。 In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the gist thereof.
100・・・遮断装置
200・・・電源
300・・・主回路
101・・・主スイッチ
102・・・過電圧抑制回路
SW ・・・ラインスイッチ
10 ・・・第1転流回路
S1 ・・・第1補助スイッチ
V1 ・・・第1バリスタ(第1非線形素子)
20 ・・・第2転流回路
S2 ・・・第2補助スイッチ
V2 ・・・第2バリスタ(第2非線形素子)
30 ・・・過電流抑制回路
31 ・・・ダイオード
32 ・・・抵抗器
Reference Signs List 100 cut-off device 200 power supply 300 main circuit 101 main switch 102 overvoltage suppression circuit SW line switch 10 first commutation circuit S1 1 auxiliary switch V1 ... first varistor (first non-linear element)
20 second commutation circuit S2 second auxiliary switch V2 second varistor (second nonlinear element)
30 ... overcurrent suppression circuit 31 ... diode 32 ... resistor
Claims (6)
前記主スイッチに対して並列に設けられ、且つ、互いに直列に設けられた第1補助スイッチ及び第1非線形素子と、
前記主スイッチ、前記第1補助スイッチ、及び前記第1非線形素子に対して並列に設けられ、且つ、互いに直列に設けられた第2補助スイッチ及び第2非線形素子とを備え、
前記第1非線形素子に所定の基準電流を流した場合に当該第1非線形素子に発生する電圧が、前記第2非線形素子に前記所定の基準電流を流した場合に当該第2非線形素子に発生する電圧よりも低い、過電圧抑制回路。 An overvoltage suppression circuit connected in parallel to a main switch of a main circuit that connects a power supply and a load,
A first auxiliary switch and a first nonlinear element provided in parallel with the main switch and provided in series with each other;
A second auxiliary switch and a second nonlinear element provided in parallel with the main switch, the first auxiliary switch, and the first nonlinear element, and provided in series with each other;
A voltage generated in the first nonlinear element when a predetermined reference current flows in the first nonlinear element is generated in the second nonlinear element when the predetermined reference current flows in the second nonlinear element. Overvoltage suppression circuit that is lower than the voltage.
前記ダイオードに並列接続された抵抗器とをさらに備える、請求項1乃至4のうち何れか一項に記載の過電圧抑制回路。 A diode connected in series to a positive side of the first auxiliary switch and the second auxiliary switch, and a forward direction of which is directed to the first auxiliary switch and the second auxiliary switch;
5. The overvoltage suppression circuit according to claim 1, further comprising: a resistor connected in parallel to the diode. 6.
前記主スイッチに対して並列接続される過電圧抑制回路とを具備し、
前記過電圧抑制回路が、
前記主スイッチに対して並列に設けられ、且つ、互いに直列に設けられた第1補助スイッチ及び第1非線形素子と、
前記主スイッチ、前記第1補助スイッチ、及び前記第1非線形素子に対して並列に設けられ、且つ、互いに直列に設けられた第2補助スイッチ及び第2非線形素子とを備え、
前記第1非線形素子に所定の基準電流を流した場合に当該第1非線形素子に発生する電圧が、前記第2非線形素子に前記所定の基準電流を流した場合に当該第2非線形素子に発生する電圧よりも低い、遮断装置。 A main switch provided in a main circuit for connecting a power supply and a load,
An overvoltage suppression circuit connected in parallel to the main switch,
The overvoltage suppression circuit,
A first auxiliary switch and a first nonlinear element provided in parallel with the main switch and provided in series with each other;
A second auxiliary switch and a second nonlinear element provided in parallel with the main switch, the first auxiliary switch, and the first nonlinear element, and provided in series with each other;
A voltage generated in the first nonlinear element when a predetermined reference current flows in the first nonlinear element is generated in the second nonlinear element when the predetermined reference current flows in the second nonlinear element. A cut-off device that is lower than the voltage.
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