JP2597694B2

JP2597694B2 - 電力用開閉装置

Info

Publication number: JP2597694B2
Application number: JP32055588A
Authority: JP
Inventors: 裕子今枝; 石川　　雅之; 克己鈴木; 均溝口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-21
Filing date: 1988-12-21
Publication date: 1997-04-09
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JPH02168520A

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、電力用開閉装置に関し、特に遅れ小電流遮
断に際して電圧増大現象が発生することを防止する目的
で改良を施した電力用開閉装置に係る。

（従来の技術）電力送電線路においては、線路またはケーブルの持つ
対地静電容量を通じて流れる無効電力を補償して、系統
の力率を改善する目的でシャントリアクトルが接続され
ることが多い。また、電力送電系統が変圧器に接続され
ることは通常行なわれることであり、その変圧器が無負
荷状態であることもしばしばである。このような場合、
前記シャントリアクトルや無負荷変圧器はほとんど純粋
に誘導性の負荷となり、電流の電気的位相は電圧のそれ
より電気角にして90゜遅れたものとなる。こうした負荷
を開閉することを目的として設置される遮断器は、第５
図に示す通り電圧の最大値付近で電流を遮断することに
なる。このときの現象を第６図乃至第８図を用いて説明
する。

第６図はシャントリアクリル回路の代表的構成例を示
す。図中１はシャントリアクトルであり、このインダク
タンスをLLとする。２はシャントリアクトル開閉用ガス
遮断器であり、容器内に接点を収納し、消弧性ガスを封
入してなる開閉装置である。３および４は電流側および
負荷側の静電容量で、それぞれの値をCsおよびClとす
る。５および６は電流側および負荷側のインダクタンス
であり、それぞれの値をLsおよびLlとする。また、７は
変圧器、８は系統電圧を模擬した電源である。

第６図においてシャントリアクトル１を切離すために
ガス遮断器２を開極動作させた場合の現象を第６図乃至
第８図を用いて逐次説明する。第７図にはシャントリア
クトル切離しの際のガス遮断器負荷側電圧（ａ）とガス
遮断器電流（ｂ）との過渡変化を示す。

領域I:商用周波数の交流電流は電流零点へ向かって減
衰する。シャントリアクトル電流は通常数100Aである
が、電力用ガス遮断器は最大40〜50KAを遮断する能力が
あるため、本来の電流零点を迎える前に電流を強制的に
遮断してしまうことがある。これを、電流裁断と呼び、
第７図（ａ）に示した例では、時刻t₁で発生するものと
する。また、このときの電源電圧の瞬時値V₁とする。

領域II:電流裁断が発生した時刻t₁は本来の電流零点
ではないため、この瞬間には、シャントリアクトル１に
電流が流れている。この電流は、ガス遮断器２によって
電流が裁断された後、シャントリアクトル１乃至負荷側
静電容量４を経て流れる。

この結果シャントリアクリル１に蓄えられた磁気エネ
ルギーI²LL/2が電気エネギーV²Cl/2に変換され（ここ
で、ＩおよびＶはシャントリアクトル１を流れる電流お
よび負荷側静電容量４の端子電圧である。）、ガス遮断
器２の負荷側には、時刻t₂にてピークを迎える裁断サー
ジ電圧V₂が発生する。この裁断サージ電圧V₂は零電位を
中心に数100Hz〜数kHzの周波数で振動し、裁断電流値が
大きい程大きな振幅を持つ。

一方、ガス遮断器２の電源側には商用周波数の電源電
圧が印加されている。このため、ガス遮断器２の極間に
は第７図中V₃に担当する電圧が印加されることになる。

ここで、前述の通りガス遮断器２の遮断能力はシャン
トリアクトル電流に対して充分に大きいため、電極間距
離が極間電圧V₃に耐えるに充分なだけ開離する以前に電
流が裁断されることもある。この場合はガス遮断器２の
電極間にて再発弧と呼ばれる絶縁破壊が生じ、再発弧サ
ージ電圧が回路に現れる。第７図（ａ）では時刻t₃にお
いて極間電圧V₄にて再発弧が生じたものとし、再発弧サ
ージ電圧をV₅とする。

領域III:再発弧が発生してガス遮断器２の電極間が短
絡状態となると、負荷側電圧は静電容量３および４との
比で決まる電圧V₆を中心に振動しながらV₆へ収斂する。
この際の最大振幅15は（V₆＋V₇）となり、裁断サージ電
圧V₂が大きい程、および電源側キャパシタンス４の値Cs
が大きい程大きな値となる。なお、ここで電圧V₇、通常
0.8〜0.95×（裁断サージ電圧V₂の値）である。一方、
再発弧が生じると、静電容量３および４に蓄えられた電
荷は電源側静電容量３〜電源側インダクタンス５〜ガス
遮断器２〜負荷側インダクタンス６〜負荷側静電容量４
を経て放電し、数100kHzの高周波電流となる。また、電
源側から電源側インダクタンス５〜ガス遮断器２〜負荷
側インダクタンス６〜シャントリアクトル１を経て流れ
るシャントリアクトル電流も再発弧によって発生する。
従って、ガス遮断器２には商用周波数電流と高周波電流
が重畳した電流が流れることになる。この高周波電流の
初期の振幅は数kAとなり、ガス遮断器２投入時のリアク
トル電流よりはるかに大きい。また、この高周波電流
は、ガス遮断器２電極間の再発弧アークの持つ抵抗成分
・その他回路の持つ損失により漸次減衰していく。

この場合のガス遮断器電流を第７図（ｂ）に、再発弧
が発生した時刻t₃付近の電流波形の拡大図を第８図に、
それぞれ示す。シャントリアクトル電流に高周波電流が
重畳した結果、新たな電流零点（t₁₁〜t₁₅,…）が現
れ、この点でガス遮断器電流が遮断される可能性があ
る。この電流遮断現象を高周波消弧現象と呼ぶ。

仮に、このような高周波消弧現象が発生したとする
と、その瞬時にはシャントリアクトル電流は零でないた
め、前述の領域IIにおける現象と同様の過程によりガス
遮断器２の負荷側に高周波消弧サージ電圧が発生する。
その値は高周波消弧の発生がシャントリアクトル電流の
ピークに近い程大きな値となり、場合によっては裁断サ
ージ電圧V₂を上回る可能性がある。

（発明が解決しようとする課題）ところで、以上のような過程により、再発弧〜高周波
消弧が繰返されると、シャントリアクトル１の端子電圧
が逐次増大し、非常に大きな値となる恐れがある。これ
を電圧増大現象と呼ぶ。この電圧増大現象が発生する
と、場合によってはシャントリアクトルその他機器の絶
縁が脅かされる危険性もある。

また、再発弧が生じても、高周波消弧が発生しなかっ
た場合には、電流は商用周波数1/2サイクル後の零点に
て遮断される。従って、この場合には大きな問題とはな
らない。

なお、以上のような高周波消弧現象および電圧増大現
象については、例えば、「The Institute of Electrica
l and Electronics Engineers」の1987年Winter Meetin
gにおける発表論文…87WM120−９において、「高周波
電流の周波数が比較的低く50kHzに満たない場合、電圧
増大現象を伴った高周波消弧が発生する可能性がある。
高周波電流の減衰時定数が非常に小さい場合、過渡回
復電圧のピーク値にて再発弧が発生すると、電圧増大現
象を伴わない高周波消弧が発生する可能性がある。」こ
とが明らかにされている。

本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するた
めに提案されたものであり、その目的は、電流の遮断に
際し、再発弧による高周波消弧現象および電流増大現象
を防止し、機器の絶縁が脅かされることのないような、
優れた電力用開閉装置を提供することである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明による電力用開閉装置は、電圧波形と電流波形
をモニターし、電圧波形のピークおよび電流波形の零点
を検出して比較する手段と、電圧波形のピークと電流波
形の零点が一致したときにトリップ指令を発生する手段
とを備えたことを特徴としている。

そして、請求の範囲第１項記載の発明においては、前
記の基本構成に加えて、電圧波形のピークと電流波形の
零点が一致しないときに、設定時間内において繰返し比
較を行い、設定時間経過後にも一致しない場合には警告
信号を発生する手段を備えている。

また、請求の範囲第２項記載の発明においては、トリ
ップ指令を発生する手段として、電圧波形のピークと電
流波形の零点が一致したときに、アーク時間が８〜9ms
の間にくるように位相を調整してトリップ指令を発生す
る手段を使用し、さらに、電圧波形および電流波形を検
出していない他の相に対して、60度ずつずれた位相でト
リップ指令を発生する手段を備えている。

（作用）以上のような構成を有する本発明においては、電流の
遮断に際し、電流零点で接点を同期して開くことができ
るため、電流裁断による再発弧を防止でき、従って再発
弧による高周波消弧現象および電流増大現象を防止する
ことができる。

そして、第１項記載の発明においては、電圧波形のピ
ークと電流波形の零点が一致しないときに、設定時間内
において繰返し比較を行い、設定時間経過後にも一致し
ない場合には警告信号を発生できるため、再発弧の恐れ
がある状態でその遮断を確実に防止できる利点がある。

また、第２項記載の発明においては、開閉装置におけ
る最適なアーク時間８〜9msで電流零点がくるように位
相制御し、且つ他の相に対しても、60度ずつずれた位相
でトリップ指令を発生して開極させるため、より効果的
に再発弧を防止できる。

（実施例）以下に、本発明による電力用開閉装置の実施例を図面
を参照して具体的に説明する。なお、第６図に示した従
来技術と同一部分には同一符号を付し説明を省略する。

第１実施例……第１図、第２図本発明の第１実施例を第１図および第２図に示す。こ
こで、第１図は回路図、第２図は簡単なシーケンス図で
ある。

第１図に示すように、シャントリアクトル１に接続さ
れたガス遮断器２の電源８側には、流れる電流を検出す
る電流波形モニター11と電圧を検出する電圧波形モニタ
ー12とが設置され、電流零点と電圧ピークとを検出する
ために、電流零点検出回路13と電圧ピーク検出回路14に
それぞれ接続されている。さらに、電流零点検出回路13
と電圧ピーク検出回路14は、比較回路15に接続されてい
る。この比較回路15は、信号発生回路16に接続され、信
号発生回路16はガス遮断器２の操作機構17の遮断コイル
に接続されており、電圧波形のピークと電流零点が一致
した場合には信号発生回路16が遮断器トリップ指令信号
を発するようになっている。また、比較回路15において
は、比較のための時間が設定されており、電圧波形のピ
ークと電流零点が一致しない場合には、この設定時間の
間再度比較がなされるようになっており、さらに、設定
時間内において一致しない場合には、信号発生回路16が
警告信号を発生するようになっている。

以上のような構成を有する本実施例の作用について第
２図を用いて説明する。

即ち、本実施例の装置においては、ガス遮断器２の投
入状態で遮断指令を受けると、系統に設置された電流波
形モニター11および電圧波形モニター12により、系統に
流れる電流および発生する電圧をモニターする。さら
に、電流零点検出回路13により、電流零点の位相を検出
すると共に、電圧ピーク検出回路14により、電圧ピーク
の位相を検出する。検出した位相を比較回路15により比
較し、電圧ピークと電流零点が一致するか否かの比較を
行う。そして、電圧波形のピークと電流零点が一致した
場合には信号発生回路16が遮断器トリップ指令信号を発
し、操作機構17が始動する。また、電圧波形のピークと
電流零点が一致しない場合には、再度、電圧波形のピー
クと電流零点の比較がなされ、設定時間内において一致
しない場合には信号発生回路16が警告信号を発生する。

以上のように、本実施例においては、電流の遮断に際
し、電流零点で接点を同期して開くことができるため、
従来技術では解決できなかった電流裁断による再発弧を
防止でき、従って再発弧による高周波消弧現象および電
流増大現象を防止することができる。特に本実施例は、
電圧波形のピークと電流波形の零点が一致しないとき
に、設定時間内において繰返し比較を行い、設定時間経
過後にも一致しない場合には警告信号を発生する構成で
あるため、再発弧の恐れがある場合には、そのことを確
実に認識して、なんらかの対策を講じることができる。

第２実施例…第３図、第４図本発明の第２実施例を第３図および第４図に示す。こ
こで、第３図は回路図、第４図は簡単なシーケンス図で
ある。

第３図で示すように、本実施例の基本的構成は前記実
施例と同様である。即ち、ガス遮断器２の電源８側に
は、電流波形モニター11および電圧波形モニター12が設
置され、電流零点と電圧ピークとを検出するために、電
流零点検出回路13と電圧ピーク検出回路14にそれぞれ接
続されている。さらに、電流零点検出回路13と電圧ピー
ク検出回路14は、比較回路15に接続されている。

そして、本実施例においては、比較回路15に、位相調
整回路18が接続されている。この位相調整回路18は、ガ
ス遮断器２のアーク時間が８〜9msとなるような位相に
電流零点がくるように位相を調整する回路である。この
位相調整回路18は、まずＡ相信号発生回路16Aに接続さ
れている。Ａ相信号発生回路16Aは、Ａ相のガス遮断器
２の操作機構17Aの遮断コイルに接続されており、電圧
波形のピークと電流零点が一致した場合には、位相調整
回路18にてアーク時間を調整された信号を、ガス遮断器
２のトリップ指令信号に変換して遮断コイルに送るよう
になっている。さらに、Ａ相信号発生回路16Aは、Ｂ相
信号発生回路16BおよびＣ相信号発生回路16Cに接続され
ている。Ｂ相信号発生回路16BおよびＣ相信号発生回路1
6Cは、Ａ相信号発生回路16Aで発生させたトリップ指令
信号を、60度、120度ずつ位相をずらして、Ｂ相の操作
機構17BおよびＣ相の操作機構17Cにそれぞれ送る回路で
ある。

以上のような構成を有する本実施例の作用について、
第４図を用いて説明する。

即ち、本実施例の装置においては、ガス遮断器２の投
入状態で遮断指令を受けると、系統に設置された電流波
形モニター11および電圧波形モニター12により、系統に
流れる電流および発生する電圧をモニターする。さら
に、電流零点検出回路13により、電流零点の位相を検出
すると共に、電圧ピーク検出回路14により、電圧ピーク
の位相を検出する。検出した位相を比較回路15により比
較し、電圧ピークと電流零点が一致するか否かの比較を
行う。電圧ピークと電流零点が一致した場合には、信号
が発生するが、その信号は、位相調整回路18にて、ガス
遮断器２のアーク時間が８〜9msとなるように調整さ
れ、Ａ相信号発生回路16AからＡ相の操作機構17Aの遮断
コイルへとトリップ指令信号が送られる。Ａ相信号発生
回路16Aのトリップ指令信号は、また、Ｂ相信号発生回
路16Bに同時に送られ、Ａ相のトリップ指令信号と60n度
（ｎは整数）ずれた位相となるように変換される。Ａ相
信号発生回路16Aのトリップ指令信号は、さらに、Ｃ相
信号発生回路16Cにも同時に送られ、Ａ相の信号と120n
度（ｎは整数）ずれた位相となるように変換される。そ
して、Ｂ相信号発生回路16BおよびＣ相信号発生回路16C
からも各相の操作機構17Bおよび17Cにトリップ指令信号
が送られる。

以上の作用により、本実施例においては、特にガス遮
断器の最適なアーク時間８〜9msで電流零点がくるよう
に位相を制御できる上、他の相に対しても60度および12
0度ずつずらした位相の信号を発生させて開極できるた
め、電流裁断による再発弧をより効果的に防止でき、再
発弧による高周波消弧現象および電圧増大現象の発生を
防止できる。

他の実施例なお、本発明は前記各実施例に限定されるものではな
く、例えば、電流波形モニターおよび電圧波形モニター
をシャントリアクトル側に設置する構成も可能であり、
同様の作用を得られる。また、本発明は、ガス遮断器に
限定されるものではなく、同様に再発弧によって絶縁を
脅かされる危険性を有する電力用開閉装置一般に適用可
能である。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の電力用開閉装置におい
ては、電圧および電流の波形をモニターし、電流零点と
電圧ピークとを比較して、一致した場合にトリップ指令
を出すように構成したことにより、電流の遮断に際して
再発弧を確実に防止でき、従来問題となっていた再発弧
による高周波消弧現象および電流増大現象を効果的に防
止することができ、機器の絶縁信頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示すシャントリアクトル
回路図、第２図は第１実施例の簡単な開極動作シーケン
ス図、第３図は本発明の第２実施例を示すシャントリア
クトル回路図、第４図は第２実施例の簡単な開極動作シ
ーケンス図、第５図はシャントリアクトル開閉現象を説
明するための電流・電圧の時間関係を示す波形図、第６
図は従来のシャントリアクトル回路の構成を説明するた
めの回路図、第７図はシャントリアクトル切離しの際の
電気的現象を説明するための波形図であり、（ａ）は電
圧波形図、（ｂ）は電流波形図、第８図は第７図の電流
波形の部分拡大図である。１……シャントリアクトル、２……ガス遮断器、３……
電源側静電容量、４……負荷側静電容量、５……電源側
インダクタンス、６……負荷側インダクタンス、７……
変圧器、８……電源、11……電流波形モニター、12……
電流波形モニター、13……電流零点検出回路、14……電
圧ピーク検出回路、15……比較回路、16……信号発生回
路、16A……Ａ相信号発生回路、16B……Ｂ相信号発生回
路、16C……Ｃ相信号発生回路、17,17A〜17C……操作機
構、18……位相調整回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に接点を収納し、消弧性ガスを封入
した電力用開閉装置において、電圧波形と電流波形をモ
ニターし、電圧波形のピークおよび電流波形の零点を検
出して比較する手段と、電圧波形のピークと電流波形の
零点が一致したときにトリップ指令を発生する手段と、
電圧波形のピークと電流波形の零点が一致しないとき
に、設定時間内において繰返し比較を行い、設定時間経
過後にも一致しない場合には警告信号を発生する手段と
を備えたことを特徴とする電力用開閉装置。
【請求項２】容器内に接点を収納し、消弧性ガスを封入
した電力用開閉装置において、電圧波形と電流波形をモ
ニターし、電圧波形のピークおよび電流波形の零点を検
出して比較する手段と、電圧波形のピークと電流波形の
零点が一致したときに、アーク時間が８〜9msの間にく
るように位相を調整してトリップ指令を発生する手段
と、電圧波形および電流波形を検出していない他の相に
対して、60度ずつずれた位相でトリップ指令を発生する
手段とを備えたことを特徴とする電力用開閉装置。