JP2003132768A - ３相高速限流遮断装置および電力系統の連系システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】負荷側に大電流事故が起きたときに事故電流の
零点を待たずに高速で遮断する限流形の３相交流開閉装
置，すなわち，３相高速限流遮断装置を提供する。 【解決手段】遮断部７にそれぞれ３相交流回路の周波数
より高い周波数の電流を重畳させる高周波電流発生回路
と、制御部８０によって制御されるとともに高周波電流
発生回路をそれぞれ第２電磁コイル１００による電磁反
発力で始動させる第２駆動部６１とを備え、事故が起き
たときに、制御部８０が第２駆動部６１を駆動させて高
周波電流発生回路からの高周波電流を遮断部７に重畳さ
せ、遮断部７に流れる電流に零点を形成させて遮断部７
を開成させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、商用系統や自家
発電設備から３相の交流電力を受け、負荷に給電するた
めの３相交流開閉装置、特に、負荷側に大電流事故が起
きたときに事故電流をそれの零点を待たずに高速に遮断
する限流形の３相交流開閉装置，すなわち，３相高速限
流遮断装置、およびこの３相高速限流遮断装置を商用電
源系統／自家用の分散型電源の系統間に介装した分離遮
断器に適用して系統の保護性能，およびその応答性を高
めるようにした電力系統の連系システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、従来における一般的な３相交流開
閉装置の回路を図１３に示す。図において、Ａ相，Ｂ
相，Ｃ相よりなる３相の主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃが、そ
れぞれ３相電源１に接続されるとともに点線で囲まれた
３相交流開閉装置４を介して３相の負荷２Ａ，２Ｂ，２
Ｃに接続されている。３相交流開閉装置４は、各相用の
電流検出部５と遮断部７とで構成された点線で囲まれた
部分である。各相の電流検出部５は、主回路９Ａ，９
Ｂ，９Ｃに流れる電流の値に比例する電気信号５Ａ，５
Ｂ，５Ｃをそれぞれ制御部８に送っている。制御部８
は、電気信号５Ａ，５Ｂ，５Ｃが所定の値以上になった
ときに主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃの負荷２Ａ，２Ｂ，２Ｃ
側で短絡や地絡事故が起きたものと判定して信号８Ａを
各相の遮断部７の駆動部６に送る。この信号８Ａでもっ
て、駆動部６が遮断部７の開閉電極を開極させ、主回路
９Ａ，９Ｂ，９Ｃの電流を遮断し、主回路およびそれに
繋がる電気機器を事故時の大電流から保護する。

【０００３】なお、駆動部６には、蓄勢されたばねを機
械的に放勢させることによって遮断部７を開極駆動する
もの、あるいは、例えば特許第３１２７６７８号公報に
示されるような、短絡リングと電磁コイルによる電磁反
発力でもって遮断部７の開閉電極を直接電磁的に開極駆
動するものなどがある。

【０００４】図１４は、図１３の３相交流開閉装置４の
遮断動作を示すタイムチャートである。時間Ｔ０ まで
は通常の負荷電流ＩＬ が流れ、時間Ｔ０ から地絡事
故または短絡事故による事故電流ＩＳ が流れ始めた例
である。これは、１相分のタイムチャートであるが、他
相の場合も同様である。遮断部７を機械的に駆動させる
場合は事故電流ＩＳ を検出してから機械機構における
駆動力の伝達に時間がかかるので、事故電流ＩＳ が
２．５サイクル流れた後、時間Ｔ８ の零点で遮断され
る。一方、遮断部７の開閉電極の駆動軸に結合した短絡
リングに対向させて電磁コイルを設け、この電磁コイル
に電流を流して励磁させ、その誘導磁界により短絡リン
グ内に流れる渦電流と電磁コイルに流れる電流とによっ
て生じる電磁反発力でもって遮断部７の開閉電極を直接
電磁的に開極駆動する場合は、高速で遮断することがで
き、事故電流ＩＳ が０．５サイクル流れた後、実線の
ように時間Ｔ７ の零点で遮断される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の３相交流開閉装置は、事故電流の最大の
波高値を過ぎた後に遮断することになるという問題があ
った。

【０００６】すなわち、図１４に示されたように、従来
の３相交流開閉装置は、事故時の事故電流をその零点で
もって遮断するので、時間Ｔ６ において事故電流ＩＳ
として、最大となる波高値の電流が流れてしまう。そ
のために、主回路やそれに繋がる電気機器をその電流値
に耐えるようにしておかねばならなかった。

【０００７】そこで、この発明の第１の目的は、負荷側
に大電流事故が起きたときに事故電流の零点を待たずに
高速で遮断することのできる限流形の３相交流開閉装
置，すなわち，３相高速限流遮断装置を提供することに
ある。

【０００８】また、この発明の第２の目的は、前記の３
相高速限流遮断装置を商用電源の系統と分散型電源の系
統とを連系する連系母線に介装した分離遮断器に適用し
て系統の保護性能およびその応答性を高めるようにした
電力系統の連系システムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、この発明によれば、３相交流回路の各相に挿
入された遮断部と、この遮断部の各相の開閉電極毎に設
けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力によ
りそれぞれの開閉電極を開極駆動する第１駆動部と、前
記遮断部の各相にそれぞれ前記３相交流回路の周波数よ
り高い周波数の電流を重畳させる高周波電流発生回路
と、この高周波電流発生回路を投入する投入部と、前記
投入部の開閉電極に設けられた短絡リングと電磁コイル
による電磁反発力により開閉電極を閉極駆動する第２駆
動部と、この第１駆動部および第２駆動部を制御する制
御部と、前記制御部に前記３相交流回路の各相に流れる
電流の値に比例する電気信号を送る電流検出部とを備
え、前記電気信号が所定の値以上になったとき前記制御
部により前記第１駆動部および第２駆動部を駆動し、前
記遮断部を開極させるとともに前記投入部を閉極させる
ようにするとともに、前記第１駆動部の各相の電磁コイ
ルを直列接続して１つの駆動電源でもって一括して励磁
するようにする。

【００１０】これによって、事故が起きたときに、３相
交流回路のそれぞれの遮断部に流れる交流電流に高周波
電流が重畳され、事故電流の最大の波高値の電流が流れ
る前に零点が形成される。その零点でもって遮断部が電
流を遮断するので、事故電流の零点を待たずに遮断でき
る限流形の３相交流開閉装置，すなわち，３相高速限流
遮断装置となる。

【００１１】また、第１駆動部の各相の第１電磁コイ
ル、第２駆動部の各相の第２電磁コイルをそれぞれ直列
接続して、それぞれ１つの第１駆動電源、１つの第２駆
動電源でもって一括して励磁させるので、第１駆動部，
第２駆動部とも、直列接続された各相の電磁コイルに同
時に同じ大きさの電流が流れることになり、この電流に
より発生する電磁力の大きさも各相とも同じとなるの
で、第１駆動部による遮断部の開極駆動および第２駆動
部による高周波電流発生回路の始動がそれぞれ各相間で
バラつきなく同時に行われることになり、３相交流回路
における高速の限流遮断をより確実に行うことができる
ようになる。

【００１２】さらに、かかる構成において、前記制御部
が、各相のうち前記電気信号が最も早く所定の値以上に
なったと判別された相でのその判別のタイミングでもっ
て前記３相交流回路に事故が起きたものと判定してなる
ようにしてもよい。それによって、事故電流が最も早く
最大の波高値になる相も含めて３相の実際に流れる事故
電流が小さい電流値に抑制されるようになる。

【００１３】さらにまた、前記第１駆動部と、第２駆動
部との駆動のタイミングをずらして、第２の駆動部を第
１の駆動部の駆動後所定時間遅れて駆動するようにする
と、主回路の遮断部の開極過程にあわせて高周波電流を
重畳させることができ限流遮断の効果を高めることがで
きる。

【００１４】また、第２の目的を達成するために、この
発明によれば、商用電源系統と自家用の分散型電源とが
分離遮断器を介装した連系母線を介して連系され、この
連系母線に接続した負荷に商用電源系統，分散型電源か
ら給電するように連系運用する電力系統の連系システム
において、前記分離遮断器にこの発明による３相高速限
流遮断装置を適用し、事故検出装置と組み合わせて系統
内に事故が発生した際に、事故検出装置の検出信号を基
に分離遮断器をトリップ動作させて事故電流を高速で限
流遮断し、分散型電源の系統を瞬時に解列して事故発生
点から切り離すようにする。

【００１５】また、前記の電力系統の連系システムにお
いては、分離遮断器を境にして重要負荷を分散型電源側
の系統に接続し、商用電源側の系統で事故が発生した際
に分離遮断器（この発明による３相高速限流遮断装置）
を遮断して分散型電源より重要負荷への給電を継続して
行うようにする。これにより、商用電源の系統側に地
絡，短絡などの事故が発生した場合でも、早い応答性で
重要負荷への給電を分散型電源から継続して行うことが
できて重要負荷の生き残り確保が図れる。また、自家用
の分散型電源を商用電源系統に連係させた連系システム
では、商用電源側の系統の短絡容量に分散型電源側の系
統の短絡容量が加わって構内の短絡容量が増加し、この
ために保護協調が崩れるといった問題の生ずる恐れがあ
るが、この発明による電力系統の連系システムでは、分
離遮断器である３相高速限流遮断装置の遮断動作により
事故電流の波高値を低く抑えることができ、これにより
構内の短絡容量の増加を抑制することができ、合理的な
保護協調を確保することができる。

【００１６】また、前記の連系システムにおいて、分散
型電源が原動機（例えばガスタービン）の出力軸とシェ
アピンを介して連結された発電機であれば、商用電源側
の系統に事故が発生した際に前記分離遮断器（３相高速
限流遮断装置）を遮断して分散型電源の系統を解列する
ことにより、過渡的に前記シェアピンに掛かる軸捩じれ
トルクを低減してシェアピンの切断を回避することがで
きる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明を実施例に基づい
て説明する。図１は、この発明の実施例にかかる３相高
速限流遮断装置の構成を示す回路図である。

【００１８】Ａ相，Ｂ相，Ｃ相よりなる３相の主回路９
Ａ，９Ｂ，９Ｃが、それぞれ３相電源１に接続されると
ともに３相分離遮断器３と３相高速限流遮断装置４０を
介して３相の負荷２Ａ，２Ｂ，２Ｃに接続されている。
３相高速限流遮断装置４０は、各相用の電流検出部５と
遮断部７とを備えた点線で囲まれた部分である。各相の
電流検出部５は、主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃに流れる電流
の値に比例する電気信号５Ａ，５Ｂ，５Ｃをそれぞれ制
御部８０に送っている。制御部８０は、電気信号５Ａ，
５Ｂ，５Ｃが所定の値以上になったときに主回路９Ａ，
９Ｂ，９Ｃの負荷２Ａ，２Ｂ，２Ｃ側で事故が起きたも
のと判定して信号８０Ｘ，８０Ｙをそれぞれ第１駆動電
源１６，第２駆動電源１７に送っている。また、遮断部
７に並列に、投入部１１とインダクタ１２とコンデンサ
１３との直列共振回路からなる高周波電流発生回路と、
消弧装置１５とが接続されている。コンデンサ１３は、
充電装置１４によって直流充電されている。遮断部７、
投入部１１は、図示しないその開閉電極の駆動軸に絶縁
棒を介して結合された短絡リングをそれぞれ備えるとと
もに、この短絡リングに対向配置された第１電磁コイル
１０，第２電磁コイル１００をそれぞれ備え、図２に示
される第１駆動部６０，第２駆動部６１によって駆動さ
れる。なお、前記の短絡リングは絶縁棒により可動接点
とは絶縁されているので、この短絡リングに対向配置さ
れる電磁コイルおよびその励磁回路は大地電位側に設け
ることができ、低電圧回路として構成することができ
る。

【００１９】また、消弧装置１５は非線形素子からな
り、高周波電流が流れたときに回路に存在するインダク
タ１２を含むインダクタンスに蓄えられたエネルギーが
過電圧となって遮断部７にかかるので、そのエネルギー
を吸収するためのものである。また、３相分離遮断器３
は、遮断部７が開極されても電源から消弧装置１５を介
して交流の漏れ電流が負荷２Ａ，２Ｂ，２Ｃへ僅かに流
れるので、この漏れ電流を無くすために介装されてい
る。

【００２０】図２の（ａ）は図１の遮断部７の第１駆動
部の構成を示す回路図であり、（ｂ）は図１の投入部１
１の第２駆動部の構成を示す回路図である。

【００２１】図２の（ａ）において、第１駆動電源１６
が、充電装置１８によって直流充電されたコンデンサ２
０と半導体スイッチ２２との直列回路から構成されてい
る。第１駆動部６０は、この第１駆動電源１６に、Ａ
相，Ｂ相，Ｃ相の第１電磁コイル１０の直列回路が接続
されたものから構成されている。事故発生時に、制御部
８０（図１）からの信号８０Ｘが第１駆動電源１６の半
導体スイッチ２２に入力されると、半導体スイッチ２２
が点弧しコンデンサ２０に充電されていた電荷が直列接
続されたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の第１電磁コイル１０に流
れ、各相とも同時に同じ大きさの電磁反発力が発生し
て、各相の遮断部７（図１）の開閉電極が同時に開極駆
動される。

【００２２】一方、図２の（ｂ）において、第２駆動電
源１７が、充電装置１９によって直流充電されたコンデ
ンサ２１と半導体スイッチ２３との直列回路から構成さ
れている。第２駆動部６１は、この第２駆動電源１７
に、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相の第２電磁コイル１００の直列回
路が接続されたものから構成されている。また、その事
故発生時に、制御部８０（図１）からのもう１つの信号
８０Ｙが第２駆動電源１７の半導体スイッチ２３に入力
され、半導体スイッチ２３が点弧しコンデンサ２１に充
電されていた電荷が直列接続されたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の
第２電磁コイル１００に流れ、各相とも同時に同じ大き
さの電磁反発力が発生して各相の投入部１１（図１）の
開閉電極が同時に閉極し、高周波電流発生回路が投入さ
れる。

【００２３】なお、図２の（ａ），（ｂ）に示される第
１駆動部，第２駆動部の構成は、それぞれ、第１駆動電
源１６，第２駆動電源１７が３相共通の１台で済むもの
であり、簡素な構成となっている。

【００２４】図３は、図１の３相高速限流遮断装置４０
の遮断動作時のタイムチャートである。時間Ｔ０ が事
故の発生時点である。時間Ｔ０ までは通常の負荷電流
ＩＬが流れ、時間Ｔ０ から事故電流ＩＳ が流れ始め
る。これは、１相分のタイムチャートであるが、他相も
位相遅れがあるだけで同様である。時間Ｔ４ に高周波
電流が重畳され、遮断器７に流れる電流が実線の波形２
４のように減少し、零点となる時間Ｔ５ で遮断され
る。

【００２５】図３のその他は、図１４のタイムチャート
と同じである。すなわち、遮断器７は事故電流ＩＳ が
零点になる時間Ｔ７ を待たずに遮断され、事故電流Ｉ
Ｓの最大となる時間Ｔ６ における波高値の電流が流れ
ることのない限流形の３相交流開閉装置，すなわち，３
相高速限流遮断装置となる。これによって、主回路９
Ａ，９Ｂ，９Ｃ（図１）やそれに繋がる電気機器の負担
が軽減される。

【００２６】図４は、図１の３相高速限流遮断装置４０
の動作をさらに詳細に説明するためのタイムチャートで
ある。

【００２７】（ａ）の波形は、図３の波形を横軸を拡大
して示すものである。（ｂ）の波形は、信号８０Ｘであ
り、図１における事故電流ＩＳ が所定の値になった時
間Ｔ１ に制御部８０から出力される。（ｃ）の波形
は、信号８０Ｙであり、時間Ｔ１ より所定の時間遅ら
せた時間Ｔ２ に制御部８０から出力される。（ｄ）の
波形は、遮断器７の開閉電極の開閉状態を示し、信号８
０Ｘによって遮断器７の開閉電極が時間Ｔ３ から開極
し始め、時間ＴＭ で最大の電極間距離となって開極を
終了する。（ｅ）の波形は、投入部１１の開閉電極の開
閉状態を示し、信号８０Ｙによって投入部１１が閉極動
作を開始し、時間Ｔ４ で閉極し、高周波電流発生回路
が投入され事故電流ＩＳ に波形２４のような高周波電
流が重畳し始める。

【００２８】遮断部７は、事故電流ＩＳ をこれが最大
の波高値となる図４における時間Ｔ６ 以前、すなわ
ち、事故発生後２ないし３ｍｓで遮断する必要がある。
この限流遮断条件を達成させるために、例えば、事故発
生の時間Ｔ０ から信号８０Ｘが出される時間Ｔ１ ま
での検出時間（Ｔ１ −Ｔ０ ）を０．５ｍｓ程度と
し、時間Ｔ１ から遮断部７の開閉電極が開極し始める
時間Ｔ３ までの接点開極時間（Ｔ３ −Ｔ１ ）を１
ｍｓ程度とし、時間Ｔ３ から遮断部７が遮断を完了す
る時間Ｔ５ までのアーク時間（Ｔ５ −Ｔ３ ）を１
ｍｓ程度とすれば、合計２．５ｍｓとなり、前記の限流
遮断条件が満たされる。そのために、遮断部７，投入部
１１を図２のようにそれぞれ第１電磁コイル１０，第２
電磁コイル１００による電磁反発力でもって高速に動作
させるとともに、高周波電流を遮断部７に流して電流の
零点を作ることが不可欠である。

【００２９】なお、３相交流回路における高速の限流遮
断の場合、第１駆動部による遮断部の開極動作を各相の
単独駆動で行ったのでは各相間の開極動作のタイミング
にずれが生じるので、そのずれの大きさの程度によって
は、３相全てで上述の限流遮断条件を満足させるために
上記のアーク時間として確保できる時間がある相では短
くなり過ぎることになり、その相では遮断部の接点間距
離を充分確保することができなくなり、遮断できない可
能性が生じる。したがって、３相交流回路における高速
の限流遮断の場合、第１駆動部による遮断部の開極動作
を各相同時に行うようにするとともに、これに対応し
て、第２駆動部による高周波電流発生回路の始動も各相
同時に行うようにすることにより、遮断動作をより確実
なものとすることができる。

【００３０】そして、第１駆動部による遮断部の開極駆
動および第２駆動部による高周波電流発生回路の始動の
それぞれのタイミングの各相間のばらつきをなくして前
記開極駆動および前記始動がそれぞれ各相で同時に行わ
れるようにするためには、上述の図２（ａ），（ｂ）の
ように、第１駆動部６０の各相の第１電磁コイル１０，
第２駆動部６１の各相の第２電磁コイル１００をそれぞ
れ直列接続して、それぞれ１つの第１駆動電源１６，１
つの第２駆動電源１７でもって一括して励磁させるよう
にする構成が好適である。

【００３１】また、図４は、時間Ｔ４ でその時の事故
電流ＩＳ の極性と異なる極性の半波から流れ始める高
周波電流が重畳された場合を示しているが、事故電流Ｉ
Ｓの極性と同じ極性の半波から流れ始める高周波電流が
重畳された場合は、高周波電流の最初の半波の後に逆極
性の半波の電流が重畳されることにより事故電流ＩＳ
の零点が形成され、同じ様に遮断完了する。高周波電流
の周波数は、事故電流の商用周波数と比べて桁違いに高
い周波数のものが選ばれているので、この場合、わずか
の時間遅れのみで、全く問題にならない。また、遮断部
７や投入部１１は、短時間で動作可能でかつ大電流を流
すことできる真空開閉器が用いられる。さらに、真空開
閉器は、絶縁回復特性が優れているとともにアーク抵抗
もミリオームオーダであり、空気中やＳＦ６ガス中のア
ーク抵抗より１桁も小さい。そのために、高周波電流の
減衰を早めないので零点を形成し易いという利点もあ
る。

【００３２】図５は、図１の３相高速限流遮断装置の制
御方法を示すタイムチャートで、（ａ）ないし（ｃ）の
波形は、上から下の順に３相とも地絡した場合にＡ相，
Ｂ相，Ｃ相の主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃに流れる電流であ
り、事故の発生した時間Ｔ０より前には各相に負荷電流
ＩＬ が流れ、時間Ｔ０ から各相に事故電流ＩＳが流
れている。また、（ｄ）ないし（ｆ）の波形は、地絡
後，地絡発生を検出するレベルＩ０ に達する時間、す
なわち、負荷電流ＩＬ より確実に電流が増加したこと
が確認できる各相のＴ０ からの時間△ＴＡ ，△ＴＢ
，△ＴＣ後に制御部８０（図１）の内部で形成される
信号ＸＡ ，ＸＢ ，ＸＣ である。

【００３３】さらに、（ｇ）および（ｈ）の波形は、制
御部８０から出力される信号８０Ｘ，８０Ｙである。制
御部８０は、信号ＸＡ ，ＸＢ ，ＸＣ の内、最も早
い信号ＸＢ を選んで△ＴＢ 後、すなわち、時間Ｔ１
に信号８０Ｘを出力するとともに、所定時間ＴＲ 遅
らせて時間Ｔ２ に信号８０Ｙを出力する。それによっ
て、事故電流が最も早く最大の波高値になる相も含めて
３相の実際に流れる事故電流が小さい電流値に抑制され
るようになり、主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃ（図１）やそれ
に繋がる電気機器の負担がさらに軽減される。

【００３４】なお、上記の所定時間ＴＲ ，すなわち，
時間（Ｔ２ −Ｔ１ ）は、図１の遮断部７が開極し始
めた後、高周波電流の重畳により遮断部に流れる電流に
零点が形成されるタイミングにおいて確実に遮断するこ
とができるような電極間距離が確保されているようにす
ることを考慮して決定されるものである。

【００３５】図６は、この発明の比較例として示す３相
高速限流遮断装置の回路図であり、（ａ）は遮断部の第
１駆動部６０、（ｂ）は図１の投入部の第２駆動部６１
の構成を示す。

【００３６】図６の（ａ）において第１駆動部６０の各
相の第１電磁コイル１０が並列接続され、その両端が第
１駆動電源１６に接続されている。また、図６の（ｂ）
において第２駆動部６１の各相の第２電磁コイル１００
が並列接続され、その両端が第２駆動電源１７に接続さ
れている。

【００３７】図６のその他は、図２の構成と同じであ
る。各相の第１電磁コイル１０や第２電磁コイル１００
は、図６の（ａ），（ｂ）のような並列接続の構成であ
っても、図２の（ａ），（ｂ）のような直列接続の構成
と同様に１つの駆動電源１６，１７でもって励磁される
が、図６の（ａ），（ｂ）のような並列接続の構成は、
駆動電源・電磁コイル間のリード線のインダクタンスの
各相間でのばらつきなどにより、各相の電磁コイルに流
れる電流の大きさがばらつき、これに対応して発生する
電磁力の大きさも各相間でばらつくことから、第１駆動
部による遮断部の開極駆動および第２駆動部による高周
波電流発生回路の始動のそれぞれのタイミングが各相間
でばらつくので、そのばらつきの大きさの程度にもよる
が、３相交流回路における高速の限流遮断を確実に行う
ことができなくなるという問題がある。

【００３８】これに対して、図２の（ａ），（ｂ）のよ
うな直列接続の構成は、駆動電源・電磁コイル間のリー
ド線のインダクタンスが各相間でばらついていても、直
列接続された各相の電磁コイルに流れる電流の大きさが
同じであるため、これに対応して発生する電磁力の大き
さも各相で同じとなり、第１駆動部による遮断部の開極
駆動および第２駆動部による高周波電流発生回路の始動
のそれぞれのタイミングが各相間でばらつくことがな
く、３相交流回路における高速の限流遮断をより確実に
行うことができる構成となっている。

【００３９】一方、前記実施例の３相高速限流遮断装置
を、商用電源系統とこれに連系させる自家用分散型電源
の系統との間の連系母線に介装した分離遮断器に適用す
ることにより、後記の実施例で述べるように、商用電源
側の系統で短絡，地絡事故が発生した場合でも、事故電
流の最大の波高値を通過すること無く小さな波高値に限
流して１／４サイクル以内に分散型電源を商用電源系統
から解列することができ、これにより分散型電源の系統
に接続されている重要負荷への給電を中断することなく
継続的に行うことが可能となり、分散型電源から給電す
る重要負荷（パワーエレクトロニクス機器など）が運転
停止してしまうという問題を解消して連系系統の信頼性
向上が図れる。

【００４０】また、前記の分離遮断器の遮断動作で分散
型電源の発電機から事故発生地点に供給される事故電流
の波高値を小さく抑制することにより、発電機の駆動用
原動機がガスタービンである場合にはガスタービンの羽
根に加わる力も抑制されるので、これにより事故発生時
に発電機の軸とガスタービンの出力軸との間を連結して
いるシェアピンに過渡的に掛かる軸捩じれトルクを低減
してシェアピン切断を回避できる。

【００４１】さらに加えて、自家用の分散型電源を商用
電源系統に連系させて運用するよう構築した連系システ
ムでは、商用電源側の系統の短絡容量に分散型電源側の
系統の短絡容量が加わるために保護協調が崩れるといっ
た問題があるが、商用電源の系統と分散型電源の系統と
の間に介装した分離遮断器にこの発明による３相高速限
流遮断装置を適用し、事故発生時における遮断電流を高
速限流してその波高値を小さく抑制することにより、連
系系統の短絡容量の増加を抑制して保護協調の合理化に
寄与できる。

【００４２】次に、前記した電力系統の連系システムに
対応する実施例を図７〜図１２で説明する。

【００４３】まず、図７は特開２０００−１５２５０
７，特開２００１−２５１７６９号公報などに開示され
ている電力系統の連系システムに対応する本発明の実施
例を示すものである。図において２００は商用電源系
統、２０１は受電用変圧器、２０２は構内に設備した自
家用の分散型電源（例えばガスタービン発電機）、２０
３は商用電源系統２００と分散型電源２０２とを連系す
る連系母線、２０４は連系母線２０３に介装した分離遮
断器であり、該分離遮断器２０４を境にして連系母線２
０３の商用電源系統側には一般負荷２０５が、また分散
型電源の系統側には重要負荷（電力供給を安定かつ継続
して行う必要があるパワーエレクトロニクス機器など）
２０６がそれぞれフィーダ遮断器（図１３で述べた通常
仕様の回路遮断器）２０７を介して分岐接続されてい
る。また、２０８は構内系統に発生した事故を検出して
分離遮断器２０４にトリップ信号を与える事故検出装置
であり、図示のように連系母線２０３に配した電圧検出
部（計器用変圧器）２０９，電流検出部（計器用変流
器）２１０の出力信号を取り込み、その電圧，電流の変
化から事故発生を検出する。なお、この事故検出装置２
０８には、前記の特開２０００−１５２５０７号，特開
２００１−２５１７６９号，あるいはこの発明と同一出
願人より先に出願した特願２００１−２６５７９４号な
どで提案した電力系統の事故検出装置が採用できる。そ
して、前記の分離遮断器２０４には、図１〜図６で述べ
たこの発明による３相高速限流遮断装置を適用するもの
とする。

【００４４】かかる電力系統の連系システムにおいて、
常時は分離遮断器２０４をＯＮに投入して商用電源系統
２００および分散型電源２０２を連系運用し、商用電源
系統２００，分散型電源２０２から一般負荷２０５およ
び重要負荷２０６に電力を供給している。

【００４５】この給電状態で、図示のＥ地点（商用電源
側の系統に接続されている一般負荷のき電回路）で短絡
あるいは地絡事故が発生すると、事故発生点Ｅに向けて
商用電源系統２００からは事故電流Ｉsが、また分散型
電源２０２からは連系母線２０３に介装した分離遮断器
２０４を経由して事故電流Ｉgが同時に流れ込むように
なる。このために、事故発生直後は事故点Ｅのき電回路
に接続されているフィーダ遮断器２０７には事故電流Ｉ
sに事故電流Ｉg が加わった大きな事故電流（Ｉs ＋
Ｉg ）が流れるようになるが、一方では事故発生と同
時に事故検出装置２０８が分散型電源２０２から連系母
線２０３を経由して事故発生点Ｅに供給される事故電流
Ｉg を検出して分離遮断器（３相高速限流遮断装置）
２０４をトリップ動作させ、事故電流Ｉgを１／４サイ
クル未満の短かい時間で限流遮断して分散型電源２０２
を解列する。したがって、フィーダ遮断器２０７を通じ
て事故発生点Ｅに流れる事故電流は瞬時にＩs＋Ｉgから
Ｉs（フィーダ遮断器２０７の遮断能力範囲内）に低減
する。これにより、分離遮断器２０４よりも数サイクル
遅れてトリップ動作するフィーダ遮断器２０７で事故電
流ＩＳ を確実に遮断することができる。

【００４６】また、図８(a) 〜(c) は前記動作を説明す
るための動作波形図であり、事故発生時点をｔ０ とし
て、それ以前は図７に示した一般負荷２０５，重要負荷
２０６にはそれぞれ図８(a),(b) で示すように通常の負
荷電流ＩＬ が流れており、事故が発生すると事故発生
点Ｅに向けて商用電源系統２００からは事故電流Ｉs
が、また分散型電源２０２からは事故電流Ｉgがフィー
ダ遮断器２０７に流れるようになる。

【００４７】この状態になると、図７における事故検出
装置２０８が前記の事故電流Ｉgを検出して分離遮断器
２０４にトリップ信号を出力する。これにより、分離遮
断器２０４（図１〜図６で述べた３相高速限流遮断装
置）がトリップ動作し、１／４サイクル未満の短時間で
事故電流Ｉgを限流値ｉgpに限流して遮断し、時点ｔ１
で分散型電源２０２を商用電源側の系統から解列する
（図８(b) 参照）。また、事故発生時点ｔ０ からフィ
ーダ遮断器２０７に流れる事故電流Ｉs＋Ｉgは図８(c)
で表すように事故電流ＩＳ の最大波高値よりも低い波
高値ｉpに限流され、遮断終了時点ｔ１ 以降は商用電
源から供給される事故電流Ｉsのみが流れ、この事故電
流はフィーダ遮断器２０７のトリップ動作で遮断され
る。これにより、構内系統での短絡容量の増加を抑制し
て商用電源系統との保護協調が図れる。

【００４８】なお、図７の構成において、商用電源側の
系統に接続されている一般負荷２０５のき電回路（図示
のＥ地点）で短絡あるいは地絡事故が発生した場合と同
様に、分散型電源側の系統に接続されている重要負荷２
０６のき電回路で短絡あるいは地絡事故が発生した場合
も、構内系統での短絡容量の増加を抑制して合理的な保
護協調が確保されるようにすることができる。すなわ
ち、分散型電源側の系統に接続されている重要負荷２０
６のき電回路で短絡あるいは地絡事故が発生すると、そ
の事故発生点に向けて分散型電源２０２からは事故電流
Ｉｇが、また商用電源系統２００からは連系母線２０３
に介装した分離遮断器２０４を経由して事故電流Ｉｓが
同時に流れ込むようになるため、事故発生直後は事故点
のき電回路に接続されているフィーダ遮断器２０７には
事故電流Ｉｇに事故電流Ｉｓが加わった大きな事故電流
（Ｉｇ＋Ｉｓ）が流れるようになるが、一方で事故発生
と同時に事故検出装置２０８が商用電源系統２００から
連系母線２０３を経由して事故発生点に供給される事故
電流Ｉｓを検出して分離遮断器（３相高速限流遮断装
置）２０４をトリップ動作させ、事故電流Ｉｓを１／４
サイクル未満の短い時間で限流遮断して商用電源系統２
００を解列するようにすれば、フィーダ遮断器２０７を
通じて事故発生点に流れる事故電流は瞬時にＩｇ＋Ｉｓ
からＩｇ（フィーダ遮断器２０７の遮断能力範囲内）に
低減し、これにより、分離遮断器２０４よりも数サイク
ル遅れてトリップ動作するフィーダ遮断器２０７で事故
電流Ｉｇを確実に遮断することができる。

【００４９】次に、図７に示した連系システムにおい
て、系内での事故発生時に分散型電源２０２に接続した
重要負荷２０６の生き残りを図るシステムおよびその保
護動作を図９，図１０で説明する。すなわち、図９にお
ける商用電源系統側のＥ地点で短絡，地絡事故が発生す
ると、分離遮断器２０４を介装した連系母線２０３を経
由して分散型電源２０２から事故発生点Ｅに向けて事故
電流Ｉgが、また商用電源系統２００からは事故電流Ｉs
が流れ込むようになる。なお、この実施例では事故検出
装置２０８に接続した電流検出部（計器用変流器）２１
０を分散型電源２０２の出力側に配置している。

【００５０】この状態になると、分散型電源側では、母
線電圧Ｖが図１０(a) の実線で表すように事故発生と同
時に時点ｔ０ で定常電圧値ａからｂに低下し、さらに
母線インピーダンスの電圧降下分の波形に沿ってｂから
ｃに変化する。また、電流検出部２１０の一次側に流れ
る電流は、図１０(b) で表すように分散型電源２０２よ
り重要負荷２０６に供給する負荷電流ＩＬ に事故電流
Ｉgが加わって増加するようになる。一方、この状態を
事故検出装置２０８が検出して分離遮断器２０４にトリ
ップ信号を出力し、これを基に先記実施例で述べたよう
に分離遮断器２０４が１／４サイクル未満の時点ｔ１
で電流ｉgpに限流して遮断動作すると、分散型電源２０
２が解列して事故発生点Ｅから切り離される。これによ
り、分散型電源側での母線電圧がｃからｄに移行して定
常値Ｖに回復する（図１０(a) 参照）とともに、電流も
定常時の負荷電流ＩＬ （図１０(b) 参照）に復帰す
る。

【００５１】したがって、分散型電源２０２に接続した
重要負荷２０６が瞬時の給電中断も許されないパワーエ
レクトロニクス機器などであっても、商用電源側の系統
に発生した短絡，地絡事故が原因で運転を中断するおそ
れなしに、電力を継続的に安定供給して重要負荷２０６
の生き残りを確保できる。

【００５２】次に、分散型電源がガスタービン発電機で
ある電力系統の連系システムにおいて、発電機とガスタ
ービンの出力軸との間を連結しているシェアピンが系内
の事故発生に伴う発電機の出力電流増加によって切断す
るのを防ぐようにしたシステムの実施例を図１１および
図１２で説明する。

【００５３】すなわち、図１１の連系システムは基本的
に図９と同様で、分散型電源２０２は発電機２０２ａと
ガスタービン（原動機）２０２ｂを組合せたガスタービ
ン発電機であり、発電機２０２ａとガスタービン２０２
ｂの出力軸が軸継手２０２ｃに設けたシェアピン２０２
ｄを介して連結し、ガスタービン２０２ｂで発電機を駆
動するようにしている。なお、シェアピン２０２ｄは、
よく知られているように電力系統側での短絡，地絡事故
発生などに伴う発電機の出力電流の増加が原因で発電機
２０２ａとガスタービン２０２ｂとの連結軸に定格トル
クを超える異常な軸捩じれトルクが加わった際に、ピン
自身が破断してガスタービン２０２ｂを発電機２０２ａ
から切り離し、ガスタービン２０２ｂを保護する役目を
果たすものである。

【００５４】ところで、シェアピンは一旦切断すると、
シェアピンを付け替える復旧作業に時間が掛かり、この
間は分散型電源２０２の発電が停止することになる。そ
のために、機械的な重大事故発生などを除いて電力系統
内の短絡，地絡事故発生に伴う発電機の出力電流増加に
起因するシェアピンの切断を防ぐような対策が求められ
ている。そこで、前記の連系システムにおいて、系内で
の事故発生時に分離遮断器をトリップ動作させて自家用
の発電機を事故発生点から切り離し、ガスタービン（原
動機）の出力軸に加わる軸捩じれトルクを低減させてシ
ェアピンの切断を回避するようにした方式が従来より提
案されているが、この場合に分離遮断器を高速で限流遮
断しないと、事故電流を供給している発電機の出力電流
が減少する以前にシェアピンが切断してしまうおそれが
ある。

【００５５】そこで、この実施例では、図１１の連系母
線２０３に介装した分離遮断器２０４として、先記の各
実施例と同様にこの発明による３相高速限流遮断装置を
適用し、商用電源系統側におけるＥ地点で短絡，地絡事
故が発生した場合には、事故検出装置２０８の検出信号
を基に分離遮断器２０４をトリップ動作させ、分散型電
源２０２の発電機２０２ａから事故発生点Ｅに向けて流
れる事故電流Ｉgを１／４サイクル未満の短時間で高速
限流遮断し、シェアピン２０２ｄの切断を回避するよう
にしている。すなわち、事故検出装置２０８が系統内の
事故発生を検出し、これを基に分離遮断器２０４に採用
したこの発明の３相高速限流遮断装置をトリップ動作さ
せると、分散型電源側での母線電圧，発電機の出力電流
は図１２(a),(b) で表す動作波形を呈し、出力電流につ
いてはシェアピン２０２ｄを切断する軸捩じれトルクに
相当する電流値ｉ０ よりも低い波高値ｉpに限流され
る。これにより、系統内での事故発生に起因してシェア
ピン２０２ｄが切断されるのを確実に回避できる。

【００５６】また、商用電源系統側での事故発生時に、
上述のようにシェアピン２０２ｄの切断が回避されるこ
とにより、分散型電源２０２の発電を継続することがで
きるので、分散型電源２０２に接続された重要負荷２０
６に電力を継続的に安定供給することができるようにな
る。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
３相交流回路の各相に挿入された遮断部と、この遮断部
の各相の開閉電極毎に設けられた短絡リングと電磁コイ
ルによる電磁反発力によりそれぞれの開閉電極を開極駆
動する第１駆動部と、前記遮断部の各相にそれぞれ前記
３相交流回路の周波数より高い周波数の電流を重畳させ
る高周波電流発生回路と、この高周波電流発生回路を投
入する投入部と、前記投入部の開閉電極に設けられた短
絡リングと電磁コイルによる電磁反発力により開閉電極
を閉極駆動する第２駆動部と、この第１駆動部および第
２駆動部を制御する制御部と、前記制御部に前記３相交
流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号を送
る電流検出部とを備え、前記電気信号が所定の値以上に
なったとき前記制御部により前記第１駆動部および第２
駆動部を駆動し、前記遮断部を開極させるとともに前記
投入部を閉極させるようにするとともに、前記第１駆動
部の各相の電磁コイルを直列接続して１つの駆動電源で
もって一括して励磁するようにすることによって、事故
電流の零点を待たずに高速で遮断できる限流形の３相交
流開閉装置，すなわち，３相高速限流遮断装置となり主
回路やそれに繋がる電気機器の負担が軽減される。ま
た、第１駆動部の各相の第１電磁コイル、第２駆動部の
各相の第２電磁コイルをそれぞれ直列接続して、それぞ
れ１つの第１駆動電源、１つの第２駆動電源でもって一
括して励磁させることにより、第１駆動部による遮断部
の開極駆動および第２駆動部による高周波電流発生回路
の始動がそれぞれ各相間でばらつきがなく同時に行われ
るので、３相交流回路における高速の限流遮断をより確
実に行うことができる。

【００５８】また、かかる構成において、制御部が、各
相のうち電気信号が最も早く所定の値以上になったと判
別された相でのその判別のタイミングでもって３相交流
回路に事故が起きたものと判定してなるようにすること
によって、事故電流が最も早く最大の波高値になる相も
含めて３相の実際に流れる事故電流が小さい電流値に抑
制されるようになり、主回路やそれに繋がる電気機器の
負担がさらに軽減される。

【００５９】さらに、第２駆動部を第１駆動部の駆動よ
り所定時間遅れて駆動するようにしたことにより、遮断
部が開極し始めた後、高周波電流の重畳により遮断部に
流れる電流に零点が形成されるタイミングにおいて開閉
電極間の距離を確実に遮断することのできる距離とする
ことができる。

【００６０】また、前記したこの発明による３相高速限
流遮断装置を分離遮断器として商用電源系統と自家用の
分散型電源とを連系させた上で、事故検出装置と組合せ
て電力系統の連系システムを構築し、系統内に短絡，地
絡事故が発生した際に分離遮断器（３相高速限流遮断
器）をトリップ動作させて分散型電源を解列するように
したことにより、次記の効果を奏する。

【００６１】(1) 分散型電源から事故発生点に向けて供
給する事故電流をその最大波高値以下に抑えつつ、１／
４サイクル未満の短時間で分散型電源を事故発生点と切
り離すことができ、ここで重要負荷を分散型電源側に接
続しておくことにより、事故発生時でも重要負荷に対す
る給電を中断することなく安定，かつ継続的に行うこと
ができる。

【００６２】(2) また、前記の分散型電源が例えばガス
タービン発電機であり、ガスタービンの出力軸と発電機
との間をシェアピンで連結している場合でも、分離遮断
器である３相高速限流遮断器の遮断機能により、系統内
での事故発生時における発電機の出力電流の増加を低く
抑えて事故発生点から解列することができ、これにより
系統内での短絡，地絡事故の発生に起因してシェアピン
が切断するのを確実に回避できる。

【００６３】(3) さらに、自家用の分散型電源を商用電
源系統に連系させた連系システムでは、商用電源側の系
統の短絡容量に分散型電源側の系統の短絡容量が加わっ
て構内の短絡容量が増加し、このために保護協調が崩れ
るといった問題の生じるおそれがあるが、この発明によ
れば事故発生時における事故電流の波高値を小さく限流
できるので、これにより構内の短絡容量の増加を抑制し
て合理的な保護協調を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例にかかる３相高速限流遮断装
置の構成を示す回路図

【図２】（ａ）は図１の遮断部の第１駆動部の構成を示
す回路図であり、（ｂ）は図１の投入部の第２駆動部の
構成を示す回路図

【図３】図１の３相高速限流遮断装置の動作を示すタイ
ムチャート

【図４】図１の３相高速限流遮断装置の動作をさらに詳
細に示すタイムチャート

【図５】この発明の異なる実施例にかかる３相高速限流
遮断装置の制御方法を示すタイムチャート

【図６】この発明の比較例として示す３相高速限流遮断
装置の回路図であり、（ａ）は遮断部の第１駆動部、
（ｂ）は図１の投入部の第２駆動部

【図７】この発明の実施例にかかる連系システムおよび
系統内での短絡，地絡事故の発生状況を表したシステム
回路図

【図８】図７における事故発生時の動作を説明するため
の動作波形図

【図９】この発明の実施例にかかる重要負荷生き残りの
システムおよび系統内での短絡，地絡事故発生状況を表
したシステム回路図

【図１０】図９における事故発生時の動作を説明するた
めの動作波形図

【図１１】この発明の実施例にかかるシェアピン切断防
止のシステムおよび系統内での短絡，地絡事故発生状況
を表したシステム回路図

【図１２】図１１における事故発生時の動作を説明する
ための動作波形図

【図１３】従来の３相交流開閉装置の構成を示す回路図

【図１４】図１３の３相交流開閉装置の動作を示すタイ
ムチャート

【符号の説明】

１ ３相電源 ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 負荷 ３ 分離遮断器 ４ ３相交流開閉装置 ４０ ３相高速限流遮断装置 ５ 電流検出部 ６０ 第１駆動部 ６１ 第２駆動部 ７ 遮断部 ８，８０ 制御部 ９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 主回路 １０ 第１電磁コイル １００ 第２電磁コイル １１ 投入部 １２ インダクタ １３，２０，２１ コンデンサ １４，１８，１９ 充電装置 １５ 消弧装置 １６ 第１駆動電源 １７ 第２駆動電源 ２２，２３ 半導体スイッチ ２００ 商用電源系統 ２０２ 分散型電源 ２０２ａ 発電機 ２０２ｂ ガスタービン（原動機） ２０２ｄ シェアピン ２０３ 連系母線 ２０４ 分離遮断器（３相高速限流遮断装置） ２０５ 一般負荷 ２０６ 重要負荷 ２０７ フィーダ遮断器 ２０８ 事故検出装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中井 裕二 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株 式会社内 (72)発明者 岩井 弘美 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式 会社内 (72)発明者 磯崎 優 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式 会社内 (72)発明者 昆野 康二 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式 会社内 (72)発明者 鈴木 伸夫 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式 会社内 Ｆターム(参考） 5G004 AA02 AB02 BA04 DA01 DC05 EA02 GA01 5G028 AA21 FB01 FC01 5G034 AA07 AA09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３相交流回路の各相に挿入された遮断部
   と、この遮断部の各相の開閉電極毎に設けられた短絡リ
   ングと電磁コイルによる電磁反発力によりそれぞれの開
   閉電極を開極駆動する第１駆動部と、前記遮断部の各相
   にそれぞれ前記３相交流回路の周波数より高い周波数の
   電流を重畳させる高周波電流発生回路と、この高周波電
   流発生回路を投入する投入部と、前記投入部の開閉電極
   に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力
   により開閉電極を閉極駆動する第２駆動部と、この第１
   駆動部および第２駆動部を制御する制御部と、前記制御
   部に前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例す
   る電気信号を送る電流検出部とを備え、前記電気信号が
   所定の値以上になったとき前記制御部により前記第１駆
   動部および第２駆動部を駆動し、前記遮断部を開極させ
   るとともに前記投入部を閉極させるようにするととも
   に、前記第１駆動部の各相の電磁コイルを直列接続して
   １つの駆動電源でもって一括して励磁するようにしたこ
   とを特徴とする３相高速限流遮断装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の３相高速限流遮断装置に
   おいて、さらに前記第２駆動部の各相の電磁コイルを直
   列接続して１つの駆動電源でもって一括して励磁するよ
   うにしたことを特徴とする３相高速限流遮断装置。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の３相高速限流遮
   断装置において、前記制御部が、各相のうち前記電気信
   号が最も早く所定の値以上になったと判別された相での
   その判別のタイミングでもって前記３相交流回路に事故
   が起きたものと判定してなることを特徴とする３相高速
   限流遮断装置。
4. 【請求項４】請求項１ないし３の何れかに記載の３相高
   速限流遮断装置において、前記第２駆動部を前記第１駆
   動部の駆動より所定時間遅れて駆動することを特徴とす
   る３相高速限流遮断装置。
5. 【請求項５】商用電源系統と自家用の分散型電源とが分
   離遮断器を介装した連系母線を介して連系され、この連
   系母線に接続した負荷に商用電源系統，分散型電源から
   給電するように連系運用する電力系統の連系システムに
   おいて、前記の分離遮断器に請求項１ないし４の何れか
   に記載の３相高速限流遮断装置を適用し、事故検出装置
   と組み合わせて系統内に事故が発生した際に、事故検出
   装置の検出信号を基に分離遮断器を遮断させて分散型電
   源の系統を解列するようにしたことを特徴とする電力系
   統の連系システム。
6. 【請求項６】請求項５に記載の電力系統の連系システム
   において、分離遮断器を境にして重要負荷を分散型電源
   側の系統に接続し、商用電源側の系統で事故が発生した
   際に分離遮断器を遮断して分散型電源より重要負荷への
   給電を継続して行うようにしたことを特徴とする電力系
   統の連系システム。
7. 【請求項７】請求項５または６に記載の電力系統の連系
   システムにおいて、分散型電源が原動機の出力軸とシェ
   アピンを介して連結された発電機であり、商用電源側の
   系統に事故が発生した際に分離遮断器を遮断して分散型
   電源を解列し、過渡的に前記シェアピンに掛かる軸捩じ
   れトルクを低減してシェアピンの切断を回避するように
   したことを特徴とする電力系統の連系システム。