JP2602935B2

JP2602935B2 - リアクトル開閉用ガス遮断器

Info

Publication number: JP2602935B2
Application number: JP31371288A
Authority: JP
Inventors: 哲哉中本; 弘明戸田; 進西脇
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-14
Filing date: 1988-12-14
Publication date: 1997-04-23
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JPH02160329A

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ガス
遮断器に係り、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ガス遮断器に関す
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は遮断器を動かす制御装置、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Re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、通常の開閉は手動操作指令Ａによって行われるが、
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Re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に遮断が完了
し、電流截断が発生することがある。icはこのときの截
断電流値である。一方、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との間で電気振動が発生する。遮断時に電流截断が
発生するとこの電気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は交流電流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
（T₂−T₁）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が発生しない。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発生する
場合を第10図に示す。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上記のように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。この時交流電流の零点で一旦遮断が成立し、開極後
間もないので再発弧してしまう。すると、第８図或いは
第10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。

これを解決する有効な手段の１つとして、手動で指令
を与える場合、遮断器の開極位相を制御する方法があ
る。これは交流電球の零点が、遮断器が再発弧しないよ
うな開極位置にくるように遮断器の指令を与えるタイミ
ングをコントロールする方法である。

しかるに、油圧で駆動する遮断器の場合、動作する時
の高圧油の圧力により駆動力が決るため、遮断器の開極
速度は高圧油の圧力に依存する。一般に遮断器の油圧は
ある幅を持った値で管理されており、開極指令を受ける
ときの油圧の値もこの幅の中にあり、常に一定でない。
その結果、交流電流の零点が適切な開極位置にくるよう
に遮断器の動き出しのタイミングを電流の零点のくるタ
イミングだけをみてコントロールしても、遮断器の動作
開始時の油圧が異なっていると、その望む位置で零点が
こないことがある。特に、１回遮断器が動作した後など
の定格の値よりも低い油圧力であった場合スピードは遅
くなり、電流の零点が所定の開極位置よりも前にきて、
再発弧する確率が大きくなってくる。この油圧の低下を
見越して所定の開極位置を充分後にすれば問題ないが、
交流電流の零点の間隔が60Hzで8.3ms、或いは50Hzで10m
sと限られているため、あまり後にすると、遮断器の動
き出しのばらつきを考えた場合、少し動き出しが早かっ
たりすると、開極直後に、予想した電流の零点の半サイ
クル前の零点がきて、逆に再発弧が生じる。つまり、電
流の零点を抑える適切なストローク位置は交流電流の零
点の時間のタイミングから、ある幅に制限されている。
この幅は、３相同時に動かす遮断器の場合の３相交流の
電流の零点の間隔は電気角60°とさらに狭いため、いっ
そうそのコントロールは難しく、油圧力が想定の圧力よ
りも低かったりすると、再発弧する確率は大変大きくな
る。

また、ガス遮断器にはSF₆ガス等の絶縁性能の良いガ
スが封入されており、このガスの漏れは遮断器のガス密
度を監視することで管理されている。通常遮断器の定格
ガス圧値と、ガスが漏れた場合遮断器をロックするガス
圧値は約1kg/cm²/gの差が設けてあり、遮断器はこのガ
ス圧の間で動作し得る。しかし、ガス圧が1kg/cm²/g違
った場合のガスの絶縁性能には差があり、定格ガス圧で
は再発弧しないストローク位置でもガス圧が1kg/cm²/g
低い場合は、再発弧が起こる可能性がある。

本発明の目的は、上記問題点を鑑み、ガス遮断器の開
極位相をより正確に制御し、よって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、ひいては
系統に高周波の大きなサージ電圧が発生するのを最小に
抑えたガス遮断器を提供することにある。

［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開閉用ガス遮断器は、第１図に示
すシーケンスのように、リアクトルを切離すよう手動操
作指令が入った場合、ガス遮断器のガス密度と駆動源の
圧力を基にガス遮断器のリアクトル遮断時に再発弧が起
こらないストローク位置と開極から前記ストローク位置
までの時間とを演算して求め、その結果に基づいて前記
ストローク位置で交流電流の零点がくるように遮断器の
トリップ信号を制御するように構成したものである。

（作用）上記の様な構成を有する本発明においては、ガス圧
力、油圧力を基に演算して遮断器をコントロールする結
果、常に適切なストローク位置で電流零点が抑えられる
ので、ガス流の冷却力も充分得られ、且つ固定アーク接
触子、可動アーク接触子も充分離れているので極間の絶
縁回復力が大きくなる。従って、リアクトル電流を遮断
する際遮断器の極間で再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）＊実施例の構成＊以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図により説
明する。なお、本実施例の制御装置部分のシーケンスを
第１図に、その時の時間に対する各部の動きを第２図
に、第３図にガス遮断器の具体的構成の一例を示す。

第１図において、Ａは手動で行うリアクトルの遮断指
令、Ｂは継電器から自動で行う事故遮断指令、Ｃは遮断
器のトリップ信号、41はガス遮断器のガス密度センサ、
42はガス遮断器の油圧センサ、43は電流波形測定装置、
44はガス密度センサ41、油圧センサ42、電流波形測定装
置43からの信号を処理し、遮断器へのトリップ信号を出
力する演算・制御装置である。ガス密度センサ41は常に
遮断器のガス密度を測定しており、油圧センサ42も常に
遮断器の油圧値を計っている。また、電流波形測定装置
43は常に電流の位相を計っている。そして、演算・制御
装置44は常にこれらの信号を読み込むことができるよう
になっている。

第２図において、それぞれの横軸は時間を、Ａはリア
クトルの遮断指令の信号、Ｃは遮断器のトリップ信号を
第１図に対応して示している。また、Ｄはリアクトルを
流れる電流ｉ、Ｅは遮断器の開極の動き、時間に対する
ストロークの変化を示している。

一方、上記の様な制御装置を設けた油圧操作のパッフ
ァー形ガス遮断器の一例を第３図（Ａ）〜（Ｃ）を用い
て説明する。第３図において11はガス容器、12はSF₆等
の絶縁性ガス、13はパッファーピストン、14はパッファ
ーシリンダ、15はパッファーシリンダ圧縮室、16は可動
アーク接触子、17は固定アーク接触子、18は絶縁材料か
らなるノズル、19は圧縮ガス上流側通路、20はパッファ
ーシリンダ14及びノズル18と一体になっている操作棒、
21は絶縁操作棒、22は油圧シリンダ、23は開路用主弁、
24は閉路用主弁、25はアキュムレータ、26はポンプユニ
ット、27は高圧油、28は低圧油、29は操作棒20の内部の
圧縮ガス下流側通路、30はノズル18内の圧縮ガス下流側
通路、31はアーク、32は油圧シリンダ22内の油圧ピスト
ンである。また、f₁はパッファーシリンダ圧縮室15から
圧縮ガス上流側通路19のガス流、f₂は圧縮ガス上流通路
19から可動アーク接触子16をへて操作棒20内部の圧縮ガ
ス下流側通路29へ至るガス流、f₃は圧縮ガス上流側通路
19からノズルの圧縮ガス下流側通路30へ至るガス流であ
る。

第３図（Ａ）は閉路状態、第３図（Ｂ）は開路途中の
状態、第３図（Ｃ）は開路状態を示す。第３図（Ａ）の
閉路状態では、可動アーム接触子16と固定アーク接触子
17は接触しており、通電状態である。

第３図のガス遮断器において、開極指令が与えられる
と、開路用主弁23が開となり、シリンダ22の開路側が低
圧となり、低圧油28はポンプユニット26内に排油され
る。これと同時にアキュムレータ25内の高圧油27は油圧
シリンダ22の閉路側へ流入する。高圧油の油圧の値をP₁
kg/cm²・ｇとし、低圧油の油圧の値は0kg/cm²・ｇとみ
なせるので、油圧シリンダ22内の油圧ピストン32の高圧
油の受圧面積をＳとすると、油圧ピストン32はＦ＝P₁S
の力で開路方向（第３図（Ｂ）の矢印の方向）へ動かさ
れる。このピストンの駆動力は絶縁操作棒21より操作棒
20、可動アーム接触子16、パッファーシリンダ14、ノズ
ル18へと伝達される。そして、固定アーク接触子17と可
動アーク接触子16が離れ、アーク31が形成される。これ
と同時にパッファーシリンダ圧縮室15が圧縮される。こ
の結果、ガス流f₁，f₂，f₃が生じ、アーク31は主として
ガス流f₂，f₃によって冷却されて、消弧される。

＊実施例の作用＊次に、上記の様な構成を有する本実施例の作用を説明
する。

今、第１図、第２図においてシャントリアクトルを切
離すため手動で指令を与え、その時刻をt₀とする。通
常、このシャントリアクトルの開閉は制御所において手
動で開閉され、この指令が演算・制御装置44に入る。こ
れを受けて演算・制御装置44はガス密度センサ41から現
在のガス遮断器のガス密度のデータを得、このデータと
予め工場出荷時に組込まれている演算・制御装置44内に
組込まれているガス遮断器のデータとから現在のガス密
度で最適のストローク位置l₀を決定する。これと同時に
油圧力センサ42からガス遮断器の現在の油圧値のデータ
を得、このデータと演算・制御装置44内のデータとによ
り現在のガス遮断器の状態で開極した場合のスピードを
予測する。この場合第２図において遮断器の動き出しの
時刻をt₂、開極時刻をt₃、開極位置に達する時刻をt₅、
ストロークl₀に達する時刻をt₄とすると、開極スピード
が推定できたことより、演算・制御装置44は遮断器の動
き出しから停止までの時間（t₅−t₂）を求め、同時に、
開極からストロークl₀までの時間（t₄−t₃）を求める。
遮断器の開極時間（t₃−t₁）は各条件下において工場出
荷時のデータから得られているので、演算・制御装置44
は時刻t4にリアクトル電流ｉの零点が来るように時間
（t₄−t₁）を計算して、電流波形測定装置43から入力さ
れるリアクトル電流ｉの位相と同期をとり、最適な時刻
t₁に遮断器のトリップ指令を与える。その結果、計算通
り時刻t₂に遮断器は動作し始め、時刻t₃に開極する。

その結果、第３図において、遮断器は開極と同時に固
定アーク接触子17と可動アーク接触子16との間にアーク
31を発生するとともにパッファーシリンダ圧縮室15が圧
縮されガス流f₁が生じ、アーク31に吹付け始める。時刻
t₄、ストロークl₀の位置で電流零点を迎えた時、ガス流
f₁，f₂，f₃は充分強く、また固定アーク接触子17と可動
アーク接触子16の距離も充分離れているので、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。

一方、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時は継電器からの事故遮断
指令Ｂが演算・制御装置44を通ることなく、すぐに遮断
器のトリップ信号を出し、すみやかに開閉を行い事故を
除去する。

＊実施例の効果＊以上のように本実施例によれば、シャントリアクトル
電流をガス遮断器で遮断する際に、遮断器のガス密度、
油圧値を診断し、そのデータに基き、電流零点で遮断の
最適ストロークとなるようトリップ信号をコントロール
して電流を遮断することができるので、リアクトル遮断
時の再発弧を防ぐことができ、再発弧によって生じる大
きな高周波サージの発生を防ぐことができる。

＊他の実施例＊以下、本発明の他の実施例を第４図に示す。第４図は
単相操作形のガス遮断器の場合で、それぞれの相を独立
して動かす場合である。41a,41b,41cはそれぞれＡ相、
Ｂ相、Ｃ相のガス遮断器のガス密度センサ、42a,42b,42
cはそれぞれＡ相、Ｂ相、Ｃ相のガス遮断器の油圧セン
サ、43a,43b,43cはそれぞれＡ相、Ｂ相、Ｃ相の電流波
形測定装置、Ca,Cb,CcはそれぞれＡ相,B相,C相のガス遮
断器へのトリップ信号である。

リアクトルの遮断指令Ａが入力されると、前記と同様
に演算・制御装置44が各相の遮断器の状態から最適のス
トロークを求め、前記実施例と同じ過程にて計算し、各
相独立に最適な時刻でそれぞれトリップ信号を出す。

この結果、一括して３相動かす場合に比べ、各相のス
トロークの最適位置を独立して得ることができるので、
より容易に再発弧の発生する確立を抑えるようコントロ
ールすることができる。

また、本実施例は油圧で動作するガス遮断器について
説明したが、本発明は空気圧で動作するガス遮断器につ
いても全く同じ様に適用できる。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、シャントリアクトル電
流を、ガス遮断器で遮断する際に遮断器が運転上どのよ
うな状態にあろうとも、自己の状態をすみやかに判断し
て遮断器の開極を適切にコントロールすることができる
ので、リアクトル遮断時の再発弧を防ぐことができ、再
発弧によって生じる系統の大きな高周波サージの発生を
防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシーケンス図、第２図
は第１図のシーケンスの時間的流れを説明する図、第３
図（Ａ）乃至（Ｃ）は第１図の実施例の装置を組込んだ
ガス遮断器の閉路、開路途中、開路状態を示す断面図、
第４図は本発明の他の実施例を示すシーケンス図、第５
図は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図、第７図及び
第９図は開極時に再発弧しない場合の電圧、電流波形
図、第８図及び第10図は開極時に再発弧が発生した場合
の電圧、電流波形図である。１……遮断器、２……リアクトル、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、13……パッファー
ピストン、14……パッファーシリンダ、15……パッファ
ーシリンダ圧縮室、16……可動アーク接触子、17……固
定アーク接触子、18……ノズル、20……操作棒、21……
絶縁操作棒、22……油圧シリンダ、23……開路用主弁、
24……閉路用主弁、25……アキュムレータ、26……ポン
プユニット、27……高圧油、28……低圧油、31……アー
ク、32……油圧ピストン、41……ガス密度センサ、42…
…油圧センサ、43……電流波形測定装置、44……演算装
置、Ａ……リアクトル遮断指令（手動操作指令）、Ｂ…
…事故遮断指令（自動操作指令）、Ｃ……遮断器のトリ
ップ信号、t₀…リアクトル遮断指令が出た時刻、t₁……
トリップ信号が出た時刻、t₂……遮断器の動き出しの時
刻、t₃……開極時刻、t₄……ストロークl₀に達する時刻
で交流電流遮断時刻、t₅……遮断器が開極位置に達した
時刻。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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、この可動電極部には容
器外部の流体圧駆動装置によって駆動される絶縁操作棒
を連結して成るリアクトル開閉用ガス遮断器において、容器内のガス密度を検出するセンサと、駆動装置の流体
圧を検出するセンサと、リアクトルの遮断指令を受けて、前記各センサからの遮
断器容器のガス密度と駆動装置の圧力値より、リアクト
ル遮断の際の再発弧が起きないストローク位置と開極か
ら前記ストローク位置までの時間とを求め、前記ストロ
ーク位置にてリアクトル電流の零点がくるように遮断器
の開極をコントロールする演算制御装置とを備えたこ
と、を特徴とするリアクトル開閉用ガス遮断器。