JP2557492B2 - リアクトル電流遮断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は電力系統においてリアクトルを開閉する装置
に係り、特にリアクトルに流れる電流を遮断する際に発
生するサージ電圧を抑制したものに関する。

（従来の技術） 電力系統においては、その無効電力調整のためにシャ
ントリアクトルを設置し、必要に応じて系統に接続した
り切り離したりすることが行われている。この接続、切
り離しのために開閉機器が用いられる。第５図はシャン
トリアクトルが設置された変電所の例の簡略した単線結
線図を示す。BUSは母線、Reはシャントリアクトル、Tr
は変圧器、Line1,Line2は送電線路、CB1,CB2,CB3,CB4は
遮断器、CCは制御装置、Ａは制御装置CCに対する手動操
作指令、Ｂは制御装置CCに対する継電器からの自動操作
指令である。シャントリアクトルの接続切り離しは遮断
器CB1の開閉によって行われる。この際の開閉は手動操
作指令Ａによって行われる。事故の発生による緊急の開
閉は継電器からの自動操作指令Ｂによって行われる。

シャントリアクトルを遮断器によって切り離す際の単
相の電気的簡易等価回路を第６図に示す。第６図におい
て、１は遮断器、２はリアクトル、３はリアクトル２自
身および遮断器１とリアクトル２との間の線路の漂遊の
静電容量から主として成る負荷側静電容量、４は遮断器
１とリアクトル２との間の線路の漂遊インダクタンス、
５は遮断器１の電源側線路および電源側機器の漂遊静電
容量から主として成る電源側静電容量、６は遮断器１の
電源線路の漂遊インダクタンス、７は電源インダクタン
ス、８は電源、９は遮断器１の負荷側端子、10は遮断器
１の電源側端子である。

第７図は第６図における電圧、電流波形の説明図であ
る。v₁は遮断器１の負荷側端子９の電圧、v₂は遮断器１
の電源側端子10の電圧、ｉは遮断器１を流れる電流であ
る。遮断器１の遮断指令を手動で与えるとその都度開極
位相は変るが、例えば時刻t₁であるとする。時刻t₁で開
極すると発弧し、交流電流ｉの零点を待って時刻t2で遮
断が成立する。この際交流電流ｉの本来の零点よりも時
間的に前の遮断が完了し、電流截断が発生することがあ
る。i_cはこのときの截断電流値である。リアクトルに流
れる電流は、電圧に比べて90°位相が遅れているから、
時刻t₂で遮断が成立すると、このときリアクトル２の端
子電圧すなわち遮断器１の負荷側端子９の電圧v₁は電源
電圧の波高値V₀の近傍にある。時刻t₂以後リアクトル２
と負荷側静電容量３との間で電器振動が発生する。遮断
時に電流截断が発生するとこの電機振動の電圧の波高値
はv_cとなって、交流電源電圧波高値V₀よりも大きくな
る。

さて、時刻t₂で遮断が成立すると、上記のように、リ
アクトル２と負荷側静電容量３との間の振動によって遮
断器１の負荷側端子９には、第７図に示すように振動電
圧v₁が発生し、従って遮断器１の極間には、遮断器１の
電源側端子10の電圧v₂と負荷側端子９の電圧との差電
圧、すなわち第７図に斜線を施した部分の電圧が印加さ
れる。時刻t₂で遮断が成立した後の遮断器１の極間の絶
縁回復が上記の差電圧よりも大きいときには、極間で再
発弧せず、逆に小さければ再発弧する。

再発弧した場合の電圧、電流の説明図を第８図に示
す。第８図において時刻t₃は再発弧時点を、時刻t₁は開
極時点を、時刻t₂は交流電源零点近傍における一旦遮断
時点を示す。時刻t₃にて再発弧すると第６図における電
源側静電容量５、漂遊インダクタンス６、遮断器１、漂
遊インダクタンス４、負荷側静電容量３の回路で高周波
振動が発生し、第８図に示すように波高値v_sのサージ電
圧が発生する。このサージ電圧がリアクトルの絶縁を脅
かす場合がある。

一般に、開極時刻t₁から遮断時刻t₂までのアーク時間
が、第７図に示すように長いと、遮断時刻t₂における遮
断器極間の距離が大きくなって、時刻t₂以後の絶縁回復
速度が大きくなって再発弧しない。これに対し開極時刻
t₁から遮断時刻t₂までのアーク時間が第８図に示すよう
に短かいと遮断時刻t2における遮断器極間の距離が小さ
く、従って、時刻t₂以後の絶縁回復速度が充分でなく再
発弧が発生してしまう。

第７図は開極時点t₁における交流電流ｉの極性が正の
場合で再発弧が発生しない場合を示しているが、電圧、
電流の極性がこれと反対で、再発弧が発生しない場合を
第９図に示す。第８図は開極時点t₁における交流電流ｉ
の極性が負の場合で再発弧が発生する場合を示している
が、電圧電流の極性がこれと反対で再発弧が発生する場
合を第10図に示す。

さらに、パッファ形SF₆ガス遮断器の消弧室とリアク
トル電流のような小電流遮断時のその動作の例を第11図
に、他の例を第12図に示す。第11図において、11はパッ
ファピストン、12はパッファシリンダ、13はパッファシ
リンダ圧縮室、14は可動電極側接触子、15は固定電極側
接触子、16は絶縁材料から成るノズル、17は圧縮ガスの
上流側通路、18はパッファシリンダ12およびノズル16と
一体となっている操作棒、19は操作棒18の内部の圧縮ガ
ス下流側通路、20はノズル16の圧縮ガス下流側通路、21
はノズル16のスロート、22は可動電極側接触子14のスロ
ート、23はアーク、f₁はパッファシリンダ圧縮室13から
圧縮ガスの上流側通路17へのガス流、f₂は圧縮ガスの上
流側通路17から可動電極側接触子のスロート22を通って
操作棒内部の圧縮ガス下流側通路19へ至るガス流、f₃は
圧縮ガスの上流側通路17からノズルスロート21を通って
ノズルの圧縮ガス下流通路20に至るガス流である。第11
図（ａ）は投入状態を示す可動電極側接触子14と固定電
極側接触子15とが接触し、通電状態となっている。開極
指令を与え、図示していない操作機構によって操作棒18
を右方向に駆動すると第11図（ｂ）に示すように可動電
極側接触子14と固定電極側接触子15とは離れて、これら
の間にアーク23が発生する。これと同時にパッファシリ
ンダ圧縮室13が圧縮される。ノズルスロート21が可動電
極側接触子14の先端をぬける前は主としてガス流f1とf2
が形成される。アーク23は主としてガス流f₂によって冷
却される。ノズルスロート21が可動電極側接触子14の先
端をぬけた後は、第11図（ｃ）に示すように、ガス流
f₁,f₂とf₃が形成され、アーク23は主としてガス流f₂とf
₃によって冷却される。アークはこのようなガス流の冷
却によって消弧され、その後最終開極位置となる。

パッファ形SF₆ガス遮断器の消弧室の他の例である第1
2図において、25は操作棒18に設けた穴、26は操作棒18
の内部の圧縮ガス下流側通路に設けられたガス流障壁、
f₄はパッファシリンダ圧縮室13から操作棒に設けた穴25
を通って操作棒内部の圧縮ガス下流側通路19へ至るガス
流、f₅は操作棒内部の圧縮ガス下流側通路19から操作棒
に設けた穴25を通ってパッファシリンダ12の外部に至る
ガス流である。第12図（ａ）は投入状態を示す。可動電
極側接触子14と固定電極側接触子15とが接触し、通電状
態となっている。操作棒18を右方向に駆動すると第12図
（ｂ）に示すように可動電極側接触子14と固定電極側接
触子とは離れて、これらの間にアークが発生する。これ
と同時にパッファシリンダ室13が圧縮される。パッファ
ピストン11が操作棒に設けた穴25を通過する前は主とし
てガス流f₁,f₄が形成される。パッファピストン11が操
作棒に設けた穴25を通過した後は第12図（ｃ）に示すよ
うにガス流f₁,f₂,f₅が形成され、さらに、ノズルスロー
ト21が可動電極側接触子14の先端をぬけた後は、ガス流
f₁,f₃が形成される。アーク23は主としてガス流f₂およ
びf₃によって冷却され、消弧される。

（発明が解決しようとする課題） 上記のような従来技術において、シャントリアクトル
に流れる電流を遮断器で遮断する際、開極指令を手動で
与えると、遮断電流に対する開極位相は定まらない。従
って、開極後、すぐに、交流電流の零点を迎える確率は
かなり大きい。このとき、交流電流の零点で一旦遮断が
成立し、開極後まもないので再発弧してしまう。する
と、第８図あるいは第９図に示すように高周波の大きな
サージ電圧が発生してしまう。このサージ電圧によって
シャントリアクトルまたは他の機器の絶縁が脅かされ
る。

本発明は、シャントリアクトル遮断の際に、再発弧が
発生する確率を小さくして、従って高周波の大きなサー
ジ電圧が発生する確率を小さくしたリアクトル電流遮断
装置を提供することを目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のリアクトル電流遮断装置は、 中空円筒状可動接触子とその内部に挿入される棒状の
固定電極側接触子とを有し、リアクトルに流れる電流を
遮断するパッファ形ガス遮断器と、 このパッファ形ガス遮断器の消弧室において、開極時
に前記中空円筒状接触子の開口部の面積に比べて、前記
棒状の固定電極側接触子の先端部と前記中空円筒状の可
動電極側接触子先端との間で構成される開口面積の方が
大きくなったときに、アーク電流零点が来るように開極
位相を制御して電流遮断する位相制御装置を設けたこと
を構成上の特徴とするものである。

（作用） 上記のような構成のパッファ形ガス遮断器の開極時に
は、中空円筒状接触子の開口部の面積に比べて、棒状の
固定電極側接触子の先端部と前記中空円筒状の可動電極
側接触子先端との間で構成される開口面積の方が大きく
なったときに、両接触子間を流れる消弧ガス流が充分発
生する。そこで、その後において電流零点を迎えそこで
遮断を成立させると、ガス流によるアークの大きな冷却
力が得られ、極間の絶縁回復が大きくなる。従って、発
弧することがなく、高周波の大きなサージ電圧の発生を
防止することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図に示す。第１図
（ａ）はシャントリアクトル開閉の単線結線図、第１図
（ｂ）は遮断器消弧室の電流零点を迎える電極位置を示
す。

＊実施例の構成＊ 第１図（ａ）において、BUSは母線、Reはシャントリ
アクトル、CBは遮断器、CCは制御装置、PCは位相制御装
置、VPは電圧位相検出器、Ａは位相制御装置PCに対する
手動操作指令、Ｂは制御装置CCに対する継電器からの自
動操作指令である。

前記遮断器CBの構造を示す第１図（ｂ）において、11
はパッファピストン、12はパッファシリンダ、13はパッ
ファシリンダ圧縮室、14は可動電極側接触子、15は固定
電極側接触子、16は絶縁材料から成るノズル、17は圧縮
ガスの上流側通路、18はパッファシリンダ12およびノズ
ル16と一体となっている操作棒、19は操作棒18の内部の
圧縮ガス下流側通路、20はノズル16の圧縮ガス下流側通
路、21はノズル16のスロート、22は可動電極側接触子14
のスロート、S₁は可動電極側接触子のスロート22の開口
面積、S₂は可動電極側接触子14の先端と固定電極側接触
子15の先端部との間で構成される、操作棒内部の圧縮ガ
ス下流側通路19に向っての開口面積である。

このような構造のパッファ形ガス遮断器を制御する位
相制御装置PCは、手動の遮断指令Ａを与えられて開極位
相を制御し、遮断器の開極途中においてS₂>S₁となった
ときにリアクトルアーク電流の電流零点がくるように制
御するものである。

＊実施例の作用＊ 実施例の作用の説明図を第２図に示す。第２図は開極
途上の遮断器消弧室を示している。23はアーク、f₁はパ
ッファシリンダ圧縮室13から圧縮ガスの上流側通路17へ
のガス流、f₂は圧縮ガスの上流側通路17から可動電極側
スロート22を通って操作棒内部の圧縮ガス下流側通路19
へ至るガス流である。

開極途上の遮断器消弧室において、可動電極側接触子
14と固定電極側接触子15が離れるとアーク23が発生し、
ガス流f₁およびf₂が発生する。アーク23はガス流f2によ
って冷却される。ガス流f₂は第１図に示すS₂とS₁の関係
がS₂<S₁のときはS₂によって制限される。開極途上にお
いてはS₂が次第に大きくなるのでガス流f₂も次第に強力
になる。S₂>S₁となるとガス流f₂はS₁によって制限され
るようになる。S₁は一定であるからガス流f₂も一定とな
ってこのときガス流は最強となる。本発明によればこの
状態で電流零点を迎えるので、この電流零点で遮断後の
極間の絶縁回復が大きく、従って再発弧の発生を迎える
ことができる。

開極位相の制御は、第１図（ａ）に示すように主回路
電圧を検出することによって、またリアクトルの電流を
検出することによって行なわれるもので、これらは従来
技術として既に公知の手段である。

また、シャントリアクトルを開閉する遮断器で事故発
生による緊急の開閉を行うときには、継電器からの自動
指令Ｂによって、位相制御装置PCを介さずにこれを行う
ことができる。

＊実施例の効果＊ 以上にように、シャントリアクトル電流をパッファ形
SF₆ガス遮断器で遮断する際に開極途上の遮断器の消弧
室のガス流の変化に着目して、遮断電流アークの電流零
点の到着する時点を制御することによって、再発弧の発
生を抑制し、大きな高周波サージ電圧の発生を抑制する
ことができる。

＊他の実施例＊ 次に、本発明の他の実施例を第３図に示す。

第３図（ａ），（ｂ）は遮断器の他の消弧室の電流零
点を抑える電極位置を示す。第３図において25は操作棒
18に設けた穴、26は操作棒18の内部の圧縮ガス下流側通
路に設けられたガス流障壁、S₃はノズルスロート21の開
口面積、S₄は固定電極側接触子15の先端とノズルスロー
ト21との間で構成される、ノズルの圧縮ガス下流側通路
20に向っての開口面積、S₁は可動電極側接触子のスロー
ト22の開口面積、S₂は可動電極側接触子14の先端と固定
電極側接触子15の先端部との間で構成される操作棒内部
の圧縮ガス下流側通路19に向っての開口面積である。

第１図（ａ）に示す位相制御装置PCに手動の遮断指令
Ａを与えて開極位相を制御し、遮断器の開極途中におい
て、第３図（ａ）に示すようにパッファピストン11が操
作棒に設けた穴25を通過する前においてはS₄>S₃となっ
たときにリアクトルの電流零点がくるように制御し、ま
たは第３図（ｂ）に示すようにパッファピストン11が操
作棒に設けた穴25を通過した後においては、S₂>S₁とな
ったときにリアクトルの電流零点がくるように制御す
る。

＊他の実施例の作用＊ 他の実施例の作用の説明図を第４図に示す。第４図は
開極途上の遮断器消弧室を示している。23はアーク、f₁
はパッファシリンダ圧縮室13から圧縮ガスの上流側通路
17へのガス流、f₄はパッファシリンダ圧縮室13から操作
棒に設けた穴25を通って操作棒内部の圧縮ガス下流側通
路19へ至るガス流、f₆はノズルスロート21を通ってノズ
ルの圧縮ガス下流側通路20へ至るガス流、f2は圧縮ガス
の上流側通路17から可動電極側接触子スロート22を通っ
て操作棒内部の圧縮ガス下流側通路19へ至るガス流、f₃
は圧縮ガス上流側通路17からノズルスロート21を通って
ノズルの圧縮ガス下流側通路20に至るガス流、f₅は操作
棒内部の圧縮ガス下流側通路19からの操作棒に設けた穴
25を通ってパッファシリンダ12の外部に至るガス流であ
る。

開極途上の遮断器消弧室において、可動電極側接触子
14と固定電極側接触子15が離れるとアーク23が発生し、
パッファピストン11が操作棒の穴25を通過する前におい
てはガス流f₁,f₄およびf₆が発生する。アーク23はガス
流f₆によって冷却される。ガス流f₆は第３図に示すS₃と
S₄の関係がS₄<S₃のときはS₂によって制限される。開極
途上においてはS₄が次第に大きくなるのでガス流f₆も次
第に強力になる。S₄S>₃となるとガス流f₆はS₃によって
制限されるようになる。S₃は一定であるからガス流f₆も
一定となってこのときガス流は最強となる。本発明によ
れば、この状態で電流零点を迎えるので、この電流零点
で遮断後の極間絶縁回復が大きく従って再発弧の発生を
抑えることができる。

また、パッファピストン11が操作棒の穴25を通過した
後においては、第２と同じようにガス流f₁,f₂が形成さ
れるので、第１図に示した実施例と同様にしてS₂>S₁の
とき電流零点を迎え、そこで遮断すると大きな極間絶縁
回復を得、再発弧を抑えることができる。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明のリアクトル電流遮断装置によれ
ば、開極途上の遮断器の消弧室のガス流の変化に着目し
て遮断電流アークの電流零点の到着する時点を制御する
という簡単な手段によって、再発弧の発生を抑制し、大
きな高周波サージ電圧の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明のリアクトル電流遮断装置の一実
施例を示す単線結線図、第１ず（ｂ）は第１図（ａ）の
実施例に使用される遮断器の一例を示す断面図、第２図
は第１図（ｂ）の遮断器の作用を説明する断面図、第３
図（ａ）（ｂ）は本発明の他の実施例における遮断器の
構造を示す断面図で、第３図（ａ）は開極動作の前半、
第３図（ｂ）は開極動作の後半を示す。第４図（ａ）
（ｂ）は第３図（ａ）（ｂ）の遮断器の作用を示す断面
図で、第４図（ａ）は開極動作の前半、第４図（ｂ）は
開極動作の後半を示す。 第５図は従来のリアクトルを設置した変電所の簡易単線
結線図、第６図はリアクトル電流遮断時の等価回路、第
７図及び第９図は再発弧しない場合の電圧、電流波形
図、第８図及び第10図は再発弧が発生した場合の電圧、
電流波形図、第11図（ａ）（ｂ）（ｃ）はパッファ形ガ
ス遮断器の消弧室の動作を順に説明する断面図、第12図
（ａ）（ｂ）（ｃ）は他のパッファ形ガス遮断器の消弧
室の動作順に説明する断面図である。 １……遮断器、２……リアクトル、３……負荷側静電容
量、４……線路の漂遊インダクタンス、５……電源側静
電容量、６……漂遊インダクタンス、７……電源インダ
クタンス、８……電源、９……遮断器負荷側端子、10…
…遮断器電源側端子、v₁……遮断器の負荷側端子の電
圧、v₂……遮断器電源側端子の電圧、ｉ……遮断器電
流、t₁……開極時刻、t₂……交流電流遮断時刻、t₃……
再発弧発生時刻、V₀……電源電圧波高値、v_c……電流截
断による電圧波高値、v_s……再発弧時のサージ電圧波高
値、11……パッファピストン、12……パッファシリン
ダ、13……パッファシリンダ圧縮室、14……可動電極側
接触子、15……固定電極側接触子、16……ノズル、17…
…圧縮ガスの上流側通路、18……操作棒、19……操作棒
内部の圧縮ガス下流側通路、20……ノズルの圧縮ガス下
流側通路、21……ノズルのスロート、22……可動電極側
接触子のスロート、23……アーク、25……操作棒に設け
た穴、26……ガス流障壁、f₁,f₂,f₃,f₄,f₅,f₆……ガス
流、BUC……母線、CB……遮断器、Re……リアクトル、C
C……制御装置、PC……位相制御装置、VP……電圧位相
検出器、Ａ……手動操作指令、Ｂ……自動操作指令。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】消弧性ガスを充填した容器内に、接離可能
   な固定電極部と可動電極部を有し、 固定電極部には棒状の固定電極側接触子を備え、 可動電極部には中空円筒状の可動電極側接触子、パッフ
   ァピストン、パッファシリンダ、絶縁ノズル、中空円筒
   状の操作棒を備え、 前記可動電極側接触子、パッファシリンダ、絶縁ノズ
   ル、操作棒を一体となし、 前記中空円筒状の操作棒の先端部に同軸状に前記中空円
   筒状の可動電極側接触子を接続し、 投入時には前記棒状の固定電極側接触子の先端を前記中
   空円筒状の可動電極側接触子を包むようにして接触さ
   せ、 開極時には前記操作棒を駆動して前記パッファシリンダ
   とパッファピストンの相対運動によってガスを圧縮し、
   前記パッファシリンダに接続し且つ前記中空円筒状の可
   動電極側接触子の周囲に配置した絶縁ノズルを用いてガ
   ス流とし、 前記中空円筒状の可動電極側接触子の開口部とそれに続
   く中空円筒状の操作棒の内部を前記ガス流の一つの排気
   口とし、 前記絶縁ノズルの開口部を前記ガス流の他の排気口と
   し、 前記ガス流を前記固定と可動の両電極接触子間に発生す
   るアークに吹付けて消弧するパッファ形ガス遮断器と、 開極時に前記中空円筒形接触子の開口部の面積に比べ
   て、前記棒状の固定電極側接触子の先端部と前記中空円
   筒状の可動電極側接触子先端との間で構成される開口面
   積の方が大きくなったときに、アーク電流零点が来るよ
   うに、開極位相を制御する位相制御装置を設けたことを
   特徴とするリアクトル電流遮断装置。