JP5828783B2 - DC circuit breaker - Google Patents
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Description
本発明は、直流電路を保護する直流遮断器に関する。 The present invention relates to a DC circuit breaker that protects a DC circuit.
近年、データセンターにおける省エネ対策の一つとして直流給電方式が検討されている。従来の交流給電方式によると、UPS(無停電電源装置)でのAC/DC/AC変換に加え、サーバー入力時にもAC/DC変換が必要で、計3回の電力変換に伴って電力を浪費する。これに対し、直流給電方式によれば、AC/DCの1回の電力変換で電源をサーバーに供給できるため、消費電力を低減できる利点がある。 In recent years, a DC power supply method has been studied as one of energy saving measures in data centers. According to the conventional AC power supply method, AC / DC / AC conversion at the time of server input is required in addition to AC / DC / AC conversion at UPS (uninterruptible power supply), and power is wasted along with power conversion three times in total. To do. On the other hand, according to the direct current power supply method, the power can be supplied to the server by one power conversion of AC / DC, so that there is an advantage that power consumption can be reduced.
ところで、直流給電方式の場合は、直流配電部に短絡事故対策が必要となるが、現状では、ヒューズを用いた対策が講じられている。例えば、特許文献1では、直流電路に短絡電流が流れたときに、ヒューズを瞬時に溶断する回路を用いて、アーク放電を発生させない技術が提案されている。また、図3に示すような3極または4極ある交流遮断器の端子を内部にある接点が直列接続となるように引き回し、直流遮断器50,60として用いる方法も知られている。それ以外にも、遮断器の負荷側配線の余長を過剰にとって短絡電流を低減する方法も知られている。
By the way, in the case of the direct current power supply method, it is necessary to take measures against a short circuit accident in the direct current distribution unit, but at present, measures using a fuse are taken. For example,
しかし、従来技術によると、電路の復旧にヒューズを交換する手間と時間を要するうえ、アーク放電を防止するための専用回路が必要になるという問題点があった。また、引き回しタイプの直流遮断器50,60によると、1相あたり多数の接点を直列に接続する必要があった。
However, according to the prior art, there is a problem that it takes time and time to replace the fuse to restore the electric circuit, and a dedicated circuit for preventing arc discharge is required. Further, according to the routing type
そこで、本発明の目的は、ヒューズを使用したり多数の接点を直列接続したりすることなく、直流電路を短絡電流から保護できる直流遮断器を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a DC circuit breaker that can protect a DC circuit from a short-circuit current without using a fuse or connecting a large number of contacts in series.
上記課題を解決するために、本発明の直流遮断器は、直流電路を開閉する接点と、直流電路に流れた短絡電流を限流する限流リアクトルと、限流リアクトルの出力電流が規定値を超えたときに接点を開く引外し装置とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a DC circuit breaker according to the present invention includes a contact that opens and closes a DC circuit, a current-limiting reactor that limits a short-circuit current flowing in the DC circuit, and an output current of the current-limiting reactor that has a specified value. And a tripping device for opening the contact when exceeding.
ここで、限流リアクトルは、磁石を備えた鉄心と、短絡電流が流れたときに鉄心に磁石の磁束と反対向きの磁束を発生するコイルとを含む。コイルは、磁石と反対側の鉄心に巻かれた第1コイルと、磁石側の鉄心に巻かれた第2コイルとを含み、第1コイルが巻線部の巻数比を調整可能である。 Here, the current limiting reactor includes an iron core provided with a magnet and a coil that generates a magnetic flux in a direction opposite to the magnetic flux of the magnet in the iron core when a short-circuit current flows. The coil includes a first coil wound around an iron core opposite to the magnet and a second coil wound around the magnet core, and the first coil can adjust the turn ratio of the winding portion.
本発明の直流遮断器によれば、直流電路に短絡電流が流れたときに、限流リアクトルが短絡電流を制限した状態で、引外し装置が接点を開放するので、アーク放電の発生を抑えて、電路を安全に遮断できる。したがって、ヒューズの使用や多接点の直列接続を必要としない簡単かつ便利な構成によって、直流電路を短絡電流から保護できるという効果がある。 According to the DC breaker of the present invention, when the short-circuit current flows in the DC circuit, the trip device opens the contact in a state where the current-limiting reactor limits the short-circuit current, so that the occurrence of arc discharge is suppressed. The electric circuit can be safely interrupted. Therefore, there is an effect that the DC circuit can be protected from a short-circuit current by a simple and convenient configuration that does not require the use of a fuse or a multi-contact serial connection.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1に示す直流遮断器1は、例えばデータセンターの配電盤に内装されるケーシング2を備えている。ケーシング2の外面には、直流電源(図示略)に接続される端子T1,T2と、多数のサーバーを含む負荷回路3に接続される端子T3,T4とが設けられている。プラス同士の端子T1,T3は電線4で接続され、マイナス同士の端子T2,T4が電線5で接続され、両方の電線4,5によって直流電路が形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. A
ケーシング2の内部には、直流電路を開閉する接点6と、接点6を駆動する限流ユニット7とが設けられている。接点6は、プラス電線4上に、またはマイナス電線5上に、あるいは2本の電線4,5上にそれぞれ設けることができる。限流ユニット7には、直流電路に流れた短絡電流を限流する限流リアクトル8と、限流リアクトル8の出力電流Isが規定値を超えたときに接点6を開く電磁引外し装置9とが直列に設けられている。電磁引外し装置9はリンク10を介して1つまたは2つの接点6に連結されている。限流リアクトル8は鉄心11上に第1コイルL1と第2コイルL2を備え、第2コイルL2の両端間にダイオードD1,D2が接続されている。
Inside the
図2に示すように、鉄心11の一部には磁石12が設けられ、磁石12側の鉄心11に第2コイルL2が巻き付けられ、磁石12と反対側の鉄心11に第1コイルL1が巻き付けられている。第1コイルL1は電磁引外し装置9に接続される可動端子T5を備え、可動端子T5の位置に応じて巻線部L1a,L1bの巻数比を調整可能に構成されている。そして、第1コイルL1は磁石12の磁束Maと反対方向の磁束を発生するように巻かれ、第2コイルL2が磁石12の磁束Maと同方向の磁束を発生するように巻かれ、直流電路に短絡電流が流れたときに、第1コイルL1が鉄心11に磁石12の磁束Maと反対向きの磁束Mbを発生するようになっている。
As shown in FIG. 2, a
上記構成の直流遮断器1において、電線4に通常値の母線電流Iが流れているときには、コイルL1,L2の巻数比が鉄心11に磁石12と同方向の磁束Maが発生するように設定されているため、磁石12の磁束Maが増強され、かつ直流電流が流れることでコイルL1,L2が低インダクタンス状態となり、母線電流Iが限流されないまま引外し装置9に出力され、引外し装置9が接点6を閉じた状態に保持する。電線4に過電流が流れたときには、従来と同様に、引外し装置9がその電流を保持したまま電磁コイルに流し、規定のタイミングで接点6を引き外す。
In the
一方、短絡電流が流れた場合は、第1コイルL1の磁束Mbが磁石12の磁束Maに打ち勝ち、磁束の方向が逆転し、限流リアクトル8の中央部の磁気ギャップを通過して大きな磁束の変化をもたらす。つまり、BH曲線の第3象限から第1象限に移行することで大きな磁束変化が生じる。この磁束変化は第1コイルL1の巻線部L1a,L1bの分圧、すなわちトランス相互誘導による電流増幅を伴い、引外し装置9のコイルに大電流が流れ、接点6が引外され、直流電路が遮断される。
On the other hand, when a short-circuit current flows, the magnetic flux Mb of the first coil L1 overcomes the magnetic flux Ma of the
電路遮断時には、接点6に流れる短絡電流が限流リアクトル8によって限流されているので、アーク放電の発生を抑えて、接点6を安全に引き外すことができる。また、限流リアクトル8の出力電流Isは、第1コイルL1における巻線部L1a,L1bの巻数比を調整することによって短絡電流相当値まで増幅させることができるので、電磁引外し装置9の動作特性を変えずに直流電路を限流遮断することが可能である。
Since the short-circuit current flowing through the contact 6 is limited by the current-limiting
例えば、第1コイルL1の巻数比を L1a:L1b=N:1 (=I:N×I) としたとき、限流リアクトル8の出力電流Isは (N+1)×I
となる。ただし、電流値の関係は、母線電流I<出力電流Is である。
For example, when the turns ratio of the first coil L1 is L1a: L1b = N: 1 (= I: N × I), the output current Is of the current limiting
It becomes. However, the relationship between the current values is bus current I <output current Is.
なお、本発明の直流遮断器は、データセンターにおける用途に限定されず、直流電力を使用する各種設備に適用できる。その他、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成を適宜に変更して実施することも可能である。 The DC circuit breaker of the present invention is not limited to the use in the data center, and can be applied to various facilities that use DC power. In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately changing the configuration of each part without departing from the spirit of the invention.
1 直流遮断器
3 負荷回路
6 接点
7 限流ユニット
8 限流リアクトル
9 電磁引外し装置
11 鉄心
12 磁石
L1 第1コイル
L2 第2コイル
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