JP2003346612A - 開閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い遮断性能を要求されることなく１つの強
制転流回路で主回路スイッチにおける両方向の電流を遮
断可能な開閉装置を提供する。 【解決手段】 主回路スイッチ１の正方向の主回路電流
と反対に高周波電流を重畳させるように充電されたコン
デンサ４、リアクトル１２、これらを主回路スイッチに
並列接続して高周波電流を主回路電流に重畳させる順方
向及び逆方向投入スイッチ１１，１１１を含む強制転流
回路６０と、閉ループを介し充放電によりコンデンサ４
を極性反転させる手段１１，１２，１と、主回路電流が
正方向なら主回路スイッチ開極指令後、所定時間経過後
に順方向投入スイッチ１１を投入し主回路スイッチに逆
方向高周波電流を流し、主回路電流が逆方向なら主回路
スイッチ開極指令と共に極性反転手段でコンデンサ４の
極性を反転させ、所定時間経過後に逆方向投入スイッチ
１１１を投入し正方向高周波電流を流す手段を有す。

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、電流の遮断を行
う開閉装置、特に強制転流遮断方式の開閉装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図６に従来のこの種の強制転流遮断式の
開閉装置の構成図を示す。図において、１は主回路スイ
ッチ、２は主回路電源、６は負荷でこれらが電力系統等
の主回路を構成する。７は主回路のインダクタンスを示
す。また、４は強制転流回路のコンデンサで３はこのコ
ンデンサ４を図示の極性に充電保持する強制転流回路の
直流電源、１１は転流のための順方向の投入スイッチ、
１１１は転流のための逆方向の投入スイッチ、１２は強
制転流回路のリアクトル、１５はエネルギー吸収素子で
これらが強制転流回路６０を構成し、コンデンサ４のＣ
とリアクトル１２のＬで決まる周波数の高周波電流を主
回路電流に重畳させて主回路電流に零クロス点を持たせ
る。また、１４は主回路電流の方向、異常等の検出のた
めの電流センサ、１３は強制転流遮断の制御を行う制御
装置、２２は主回路スイッチ１に流れる電流、２３は重
畳する高周波電流、２４は全電流を示す。

【０００３】また、図７には主回路スイッチ１の構成の
一例を示す。図において、９０は真空バルブ、９１は固
定接点、９２は可動接点、９３は開極用コイル、９４は
閉極用コイル、９５は反発板、９６は接圧発生開極保持
バネ、９７は上部端子、９８は下部端子、９９は可動軸
である。主回路電流は上部端子９７、固定接点９１、可
動接点９２、下部端子９８の順で流れ、反発板９５と開
極用コイル９３または閉極用コイル９４の間の磁力(斥
力)により、可動軸９９を含む可動接点９２から反発板
９５までの部分が上下に移動して、真空バルブ９０内で
固定接点９１と可動接点９２の接続切り離しが行われ
る。接圧発生開極保持バネ９６はこの際、閉極状態での
接圧の発生と開極時の開極保持の力を与えるバネであ
る。

【０００４】次に動作を説明する。機械スイッチである
主回路スイッチ１は自己消弧機能がなく、電流零点でな
いと主回路スイッチ１に流れる主回路電流の遮断ができ
ない。交流回路において自然電流零点を待たず遮断する
場合、または直流回路の場合、強制転流遮断式開閉装置
(ＨＳＳ)は電路の電流にリアクトル１２およびコンデン
サ４を含む強制転流回路６０から反対の方向(極性が反
対)の高周波電流を重畳させて強制的に電流零点をつく
ることにより電流を遮断する。交流回路では電流が流れ
る向きは変わり、直流回路でも事故時では電流の向きが
変わるので、両方向の転流回路が必要になる。しかしな
がら経済性から、例えば電流２２で示す方向の電流に逆
極性の高周波電流を重畳させるようにコンデンサ４が充
電される片方向のための強制転流回路６０のみを設け、
電流２２と逆方向の電流を遮断する場合には、１周期の
高周波電流を重畳することで、逆方向からの電流の零点
を作って遮断している。これにより、主回路スイッチ１
の接点間には主回路電流２２に加え、振幅が大きくかつ
変化が急峻な高周波電流２３が流れることになり、従っ
て主回路スイッチ１には高い遮断性能が要求される。

【０００５】図８には主回路スイッチ１の図６に示す電
流２２と逆方向の電流２２を遮断する場合に、電流２２
に１周期の高周波電流２３を重畳することで、逆方向か
らの電流零点を作って遮断する際の図６の各部の電流、
電圧のタイムチャートを示し、図６の矢印の方向を正と
して示されている。図８において、２２〜２４は図６に
示すものにそれぞれ対応し、２５はコンデンサ４の電
圧、２６は主回路スイッチ１の図７に示す接点９１、９
２のトラベル状態、５７は電流センサ１４により制御装
置１３が事故を判定して主回路スイッチ１に開極指令を
送るタイミング、５１は主回路スイッチ１の接点間が離
れるタイミング、５６は順方向、逆方向の投入スイッチ
１１，１１１を投入して高周波電流を１周期重畳させる
タイミングを示す。図８は結局、全電流２４は遮断でき
なかった状態を示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の強
制転流遮断式の開閉装置においては、経済性から片方向
の強制転流回路のみしか設けず、１周期の高周波電流を
重畳することで逆方向からの電流の零点も作って遮断し
ていた。これにより、高周波電流が１周期重畳された図
７の２２に示すような主回路スイッチが遮断するべき主
回路電流は、電流の振幅が大きくかつ変化が急峻である
ため、主回路スイッチの図７に示す真空バルブ９０内の
接点９１，９２間において、アーク発弧により接点から
噴き出すイオンや電子の密度が大きくなり、又、電流減
少速度に真空アーク消滅が追いつかないので、電流零点
での電流遮断が困難になっていた。従って主回路スイッ
チには高い遮断性能が要求されるという問題があった。

【０００７】この発明は上記の課題を解消するためにな
されたもので、高い遮断性能を要求されることなく１つ
の強制転流回路で主回路スイッチにおける両方向の電流
を遮断可能な強制転流遮断式の開閉装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的に鑑み、この
発明は、主回路に挿入された主回路スイッチと、主回路
に流れる電流を検出する電流センサと、この主回路スイ
ッチの第１の方向の主回路電流と反対の第２の方向に高
周波電流を重畳させるように充電されたコンデンサとこ
れに直列接続されたリアクトル、およびこれらを前記主
回路スイッチに並列に接続して高周波電流を前記主回路
電流に重畳させる逆並列接続された順方向および逆方向
の一対の投入スイッチを含む強制転流回路と、閉ループ
を介して充放電により電荷を入れ替え前記コンデンサの
極性を反転させる極性反転手段と、前記主回路電流の遮
断が要求された時に、前記電流センサにより主回路電流
の方向を検出する手段と、主回路電流の方向が前記第１
の方向であれば前記主回路スイッチに開極指令を発生
し、所定時間経過後に前記順方向の投入スイッチを投入
して主回路スイッチに前記第１の方向と反対の第２の方
向の高周波電流を流す手段と、主回路電流の方向が前記
第１の方向と反対の第２の方向であれば前記主回路スイ
ッチに開極指令を発生すると共に前記極性反転手段によ
りコンデンサの極性を反転させ、所定時間経過後に前記
逆方向の投入スイッチを投入して主回路スイッチに前記
第１の方向の高周波電流を流す手段と、を備えたことを
特徴とする開閉装置にある。

【０００９】また、前記極性反転手段が、前記強制転流
回路と主回路スイッチからなる閉ループからなり、前記
順方向の投入スイッチを投入し主回路スイッチを介して
極性反転を行うことを特徴とする。

【００１０】また、前記極性反転手段が、極性反転用ス
イッチを含む前記コンデンサの両端間に接続された閉ル
ープからなり、前記極性反転用スイッチを投入しこれを
介して極性反転を行うことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
一実施の形態による強制転流遮断式の開閉装置の構成図
を示す。図において、上記図６と同一もしくは相当部分
は同一符号で示す。１３ａはこの発明による強制転流遮
断制御を行う例えばプログラム制御によるマイクロコン
ピュータ等からなる制御装置、ＢＣは外部からスイッチ
(特に図示せず)のマニュアル操作等により入力される遮
断指令信号である。また図２にはこの発明による制御装
置１３ａの制御動作を示すフローチャート、図３には図
１に示す電流２２の方向の主回路電流を遮断する場合の
図１の各部の電流、電圧のタイムチャート、図４には図
１に示す電流２２と逆方向の主回路電流を遮断する場合
の図１の各部の電流、電圧のタイムチャートを示す。主
回路スイッチ１の構造は図７に示すものと同様である。

【００１２】図３および４において、２２〜２４は図１
に示すものにそれぞれ対応し、また各電流、電圧は図１
の矢印、符号の方向を正として示されている。２５はコ
ンデンサ４の電圧、２６は主回路スイッチ１の図７に示
す接点９１、９２のトラベル状態を示す。また図３にお
いて、５０は、例えば電流センサ１４からの電流検出に
基づき制御装置１３ａが事故を判定あるいは事故とは無
関係に外部から遮断指令信号ＢＣが制御装置１３ａに入
力されて主回路電流の遮断が要求され、電流センサ１４
からの電流検出に基づき主回路電流の方向を判断すると
共に主回路スイッチ１に開極指令を送るタイミング、５
１は主回路スイッチ１の接点間が離れるタイミング、５
２は順方向の投入スイッチ１１を投入して高周波電流を
重畳させるタイミング、５３は主回路スイッチ１の主回
路電流が零点になるタイミング、５４は遮断後、回生電
流が流れ終わるタイミングを示す。

【００１３】また図４において、５１、５３、５４は図
３に示すものに相当するものであり、５５は、例えば電
流センサ１４からの電流検出に基づき制御装置１３ａが
事故を判定あるいは事故とは無関係に外部から遮断指令
信号ＢＣが制御装置１３ａに入力されて主回路電流の遮
断が要求され、電流センサ１４からの電流検出に基づき
主回路電流の方向を判断しこれが反対方向(図１の２２
と逆方向)である場合に順方向の投入スイッチ１１を投
入して半周期の高周波電流を重畳させてコンデンサ４の
極性を判定させ、さらに主回路スイッチ１に開極指令を
送るタイミング、５６は逆方向の投入スイッチ１１１を
投入して高周波電流を重畳させるタイミング、結局、全
電流２４は遮断できなかった状態を示している。

【００１４】すなわち、この発明においては、主回路電
流が図１の２２に示す方向(第１の方向：正方向)である
場合には基本的に従来と同様の遮断動作を行い、主回路
電流が図１の２２と反対の方向(第２の方向：逆方向)で
ある場合には、主回路スイッチ１に開極指令が与えられ
その接点間が実際に離れる前に、例えば図１の順方向の
投入スイッチ１１を半周期投入して投入スイッチ１１、
リアクトル１２、主回路スイッチ１からなる閉ループ回
路を介してコンデンサ４の電荷を入れ替えて極性を反転
させるようにしておくことで、１つの強制転流回路６０
で図１の２２と反対の方向の主回路電流に対しても、こ
れと極性の反対の高周波電流を重畳させて零点をつくっ
て遮断を行えるようにした。

【００１５】以下、図１〜４に従って動作を説明する。
例えば電流センサ１４からの電流検出に基づき制御装置
１３ａが事故を判定した場合(主回路電流値が所定値を
越え主回路スイッチ遮断が必要な状態等)、あるいは事
故とは無関係に外部から遮断指令信号ＢＣが制御装置１
３ａに入力されて主回路電流の遮断が要求されると(ス
テップＳ１)、電流センサ１４からの電流検出に基づき
主回路電流の方向を判断する(ステップＳ２)。

【００１６】主回路電流が図１の２２に示す方向(第１
の方向：正方向)である場合には基本的に従来と同様の
遮断動作を行い、主回路スイッチ１に開極指令を与え
(ステップＳ３)、主回路スイッチ１の接点間が実際に離
れ始めた(主回路スイッチ１はスイッチングの機械的時
間遅れがある)後の所定時間経過後に順方向の投入スイ
ッチ１１を投入して、主回路スイッチ１に電流２２(第
１の方向)と反対方向(第２の方向)の高周波電流２３を
流して重畳させる(ステップＳ３)。これにより、主回路
スイッチ１の電流２２すなわち主回路電流は遮断される
(以上図３参照)。

【００１７】一方、主回路電流が図１の２２に示す方向
と反対(第２の方向：逆方向)である場合には、まず順方
向の投入スイッチ１１を投入して高周波電流を半周期流
しコンデンサ４の極性を反転させる。なおこれは、後の
主回路スイッチ１に開極指令を与えその接点間が実際に
離れ始める前までに行えばよい(ステップＳ５)。以降は
上記正方向の時と基本的同様で、主回路スイッチ１に開
極指令を与え(ステップＳ６)、主回路スイッチ１の接点
間が実際に離れ始めた後の所定時間経過後に逆方向の投
入スイッチ１１１を投入して、主回路スイッチ１に電流
２２(第２の方向)と反対方向(第１の方向)の高周波電流
２３を流して重畳させる(ステップＳ７)。これにより、
主回路スイッチ１の電流２２すなわち主回路電流は遮断
される(以上図４参照)。

【００１８】このように、主回路スイッチ１に流れる電
流が逆方向の場合には、遮断する前に、強制転流回路６
０のコンデンサ４の極性を充放電により反転させておく
ことにより、正方向の電流と同様に強制転流遮断するこ
とが可能であり、特にコンデンサ４を主回路スイッチ１
を介して充放電させて極性反転を行うことにより、基本
的に制御の変更のみで実施が可能となる。

【００１９】実施の形態２．図２はこの発明の別の実施
の形態による強制転流遮断式の開閉装置の構成図を示
す。この実施の形態では、極性反転用スイッチ１１２お
よびリアクトル１１３を含む、コンデンサ４の極性反転
専用の閉ループ１１４を設け、主回路スイッチ１の電流
２２が図１と逆方向である場合には極性反転用スイッチ
１１２を投入して反転させるようにした。その他は上記
実施の形態と同様である。

【００２０】主回路スイッチ１に大きな電流が流れると
図７に示す主回路スイッチ１の接点９１、９２間が離れ
ようとする力が発生するが、通常これを接圧発生開極保
持バネ９６で接点間を押し付けるようにしている。この
実施の形態では、コンデンサ４の極性反転の際、上記実
施の形態のように図４の２２に示すように主回路電流２
２に同極性の高周波電流が重畳して流れることがないの
で押し付け力を低減でき、主回路スイッチ１の接圧発生
開極保持バネ９６等の構造をより簡単なものにできる。

【００２１】なお、主回路電流の遮断が必要な状態とし
て、電流センサ１４からの電流検出に基づき制御装置１
３ａが事故を判定した場合、事故とは無関係に外部から
遮断指令信号ＢＣが制御装置１３ａに入力された場合を
例に挙げたが、例えば電流センサ１４からの電流検出に
基づく場合、例えば、電流レベルをチェックする、メモ
リ(特に図示せず)等に基準となる電流波形を格納してお
き電流波形をチェックする等がある。また、さらに主回
路電圧測定用の電圧計(特に図示せず)を設け、同様に、
電圧レベルをチェックする、メモリ(特に図示せず)等に
基準となる電圧波形を格納しておき電圧波形をチェック
する等としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施の形態による強制転流遮断
式の開閉装置の構成を示す図である。

【図２】 この発明による制御装置の制御動作を示すフ
ローチャートである。

【図３】 この発明による装置の正方向の主回路電流を
遮断する場合の図１の各部の電流、電圧のタイムチャー
トである。

【図４】 この発明による装置の逆方向の主回路電流を
遮断する場合の図１の各部の電流、電圧のタイムチャー
トである。

【図５】 この発明の別の実施の形態による強制転流遮
断式の開閉装置の構成を示す図である。

【図６】 従来のこの種の強制転流遮断式の開閉装置の
構成を示す図である。

【図７】 主回路スイッチの構成の一例を示す図であ
る。

【図８】 従来の動作を説明するための図６の各部の電
流、電圧のタイムチャートである。

【符号の説明】

１ 主回路スイッチ、２ 主回路電源、３ 強制転流回
路の直流電源、４ 強制転流回路のコンデンサ、６ 負
荷、７ 主回路のインダクタンス、１１ 順方向の投入
スイッチ、１２ 強制転流回路のリアクトル、１３ａ
制御装置、１４電流センサ、１５ エネルギー吸収素
子、６０ 強制転流回路、１１１ 逆方向の投入スイッ
チ。

フロントページの続き (72)発明者 小山 健一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 中山 靖 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 香川 和彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 上野 洋一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5G028 AA08 FC01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主回路に挿入された主回路スイッチと、 主回路に流れる電流を検出する電流センサと、 この主回路スイッチの第１の方向の主回路電流と反対の
   第２の方向に高周波電流を重畳させるように充電された
   コンデンサとこれに直列接続されたリアクトル、および
   これらを前記主回路スイッチに並列に接続して高周波電
   流を前記主回路電流に重畳させる逆並列接続された順方
   向および逆方向の一対の投入スイッチを含む強制転流回
   路と、 閉ループを介して充放電により電荷を入れ替え前記コン
   デンサの極性を反転させる極性反転手段と、 前記主回路電流の遮断が要求された時に、前記電流セン
   サにより主回路電流の方向を検出する手段と、 主回路電流の方向が前記第１の方向であれば前記主回路
   スイッチに開極指令を発生し、所定時間経過後に前記順
   方向の投入スイッチを投入して主回路スイッチに前記第
   １の方向と反対の第２の方向の高周波電流を流す手段
   と、 主回路電流の方向が前記第１の方向と反対の第２の方向
   であれば前記主回路スイッチに開極指令を発生すると共
   に前記極性反転手段によりコンデンサの極性を反転さ
   せ、所定時間経過後に前記逆方向の投入スイッチを投入
   して主回路スイッチに前記第１の方向の高周波電流を流
   す手段と、 を備えたことを特徴とする開閉装置。
2. 【請求項２】 前記極性反転手段が、前記強制転流回路
   と主回路スイッチからなる閉ループからなり、前記順方
   向の投入スイッチを投入し主回路スイッチを介して極性
   反転を行うことを特徴とする請求項１に記載の開閉装
   置。
3. 【請求項３】 前記極性反転手段が、極性反転用スイッ
   チを含む前記コンデンサの両端間に接続された閉ループ
   からなり、前記極性反転用スイッチを投入しこれを介し
   て極性反転を行うことを特徴とする請求項１に記載の開
   閉装置。