JP2704571B2

JP2704571B2 - 交流開閉装置

Info

Publication number: JP2704571B2
Application number: JP3351972A
Authority: JP
Inventors: 徹佐藤
Original assignee: Aichi Electric Co Ltd
Current assignee: Aichi Electric Co Ltd
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1998-01-26
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: JPH05166645A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、接点を有するスイッチ
とサイリスタとを並列接続して交流回路を略無アークで
開閉する交流開閉装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置として、交流回路
に、接点を有するスイッチ（以下単に、スイッチとい
う）と、トライアックあるいは逆並列接続した単方向性
サイリスタ等のサイリスタ（以下単に、サイリスタとい
う）とを並列接続して挿入し、このサイリスタのゲート
に制御電源から定電圧を供給されて動作する制御回路の
出力端子を接続した装置がある。この制御回路の信号入
力端子には、例えば接点間に生じたアークを検出する光
検出素子、電流を検出する変流器および開極により生じ
た接点間電圧を検出する計器用変圧器等のセンサーの出
力端子を、または、上記スイッチの接点の開閉に連動し
て開閉する補助スイッチの出力端子が接続される。そし
て上記センサーまたは補助スイッチから、上記スイッチ
の開極動作を検出した信号が出力されると、制御回路か
らゲート信号を送出してサイリスタを導通させ、上記ス
イッチに流れていた負荷電流をサイリスタに移行させた
後、ゲート信号の送出を停止して負荷電流をサイリスタ
で遮断するようにし、一方、負荷の投入は、上記スイッ
チの閉極により、スイッチを介して負荷電流を供給する
ことにより行うようにしたものがあった。

【０００３】また、上記スイッチに開極または閉極の指
令を送出すると共に、サイリスタにゲート信号を送出す
るようにした制御装置を備え、この制御装置の制御指令
により、負荷の投入は、まず、ゲート信号を送出してサ
イリスタを導通後にスイッチを閉極して、スイッチを介
して負荷電流を供給することにより行い、負荷の遮断
は、ゲート信号を送出してサイリスタを導通可能にした
後にスイッチを開極して負荷電流をサイリスタに移行後
ゲート信号を停止してサイリスタで負荷電流を遮断する
ようにしたものがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように構成した交流開閉装置にあっては、制御電源、制
御回路もしくは制御装置、あるいは補助スイッチ等を必
要とし、また、該装置を高電圧回路に適用した場合、即
ちスイッチとサイリスタを高電圧の交流回路に接続した
場合、制御電源と高電圧回路との絶縁、または、制御回
路もしくは制御装置と高電圧回路との絶縁が必要とな
り、構成が複雑となって信頼性低下の要因となるという
問題があった。

【０００５】また、スイッチの開極を検出するセンサー
または補助スイッチの出力信号を受けてからゲート信号
を送出してサイリスタを導通させるようにした上記交流
開閉装置にあっては、サイリスタは、ゲート信号を受け
てまずゲート近傍の局部を導通させ、この導通領域を接
合部全体に拡げて接合部全体が導通状態になるまでの時
間（ターンオン時間）を要する。そのためスイッチの開
極によりアークが発生して、スイッチの接点開離速度、
接点間距離、接点材料、電源電圧及び負荷電流の大きさ
等に起因した大きなアーク電圧がサイリスタの端子間に
印加され、ゲート信号が送出されることによって、負荷
電流が急峻な立上り（即ち高電流上昇率）でサイリスタ
に移行して上記ゲート近傍の局部に集中して流れ、この
局部を加熱させてサイリスタを破壊するおそれがあっ
た。そしてさらに、スイッチ開極後ゲート信号が送出さ
れるまでの時間遅れ、およびゲート信号を受けたサイリ
スタの上記ターンオン時間を要するので、負荷電流がス
イッチからサイリスタへ移行してしまうまでの時間が長
くなり、それだけスイッチ接点間のアークの持続時間が
長くなってスイッチ接点の消耗が大きくなるという問題
があった。

【０００６】また、スイッチの開極を検出しゲート信号
を送出して導通させたサイリスタに負荷電流を移行させ
た後、ゲート信号の送出を停止して負荷電流をサイリス
タで遮断する際、ゲート信号停止のタイミング調整を、
周囲温度の変動や電子部品の経年変化に関りなく一定に
することは困難であり、このため、ゲート信号の送出時
間が長くなった（例えば、スイッチ開極後、半サイクル
を越えた）場合は、この時間に比例してサイリスタの通
電時間が長くなるため、容量の大きなサイリスタ、さら
にはサイリスタ用放熱装置が必要となるという問題があ
った。

【０００７】また、負荷投入時のスイッチ閉極の際に、
スイッチのチャタリングにより負荷電流が断続されるこ
とがあり、このとき発生するアークによってスイッチ接
点が消耗したり、ノイズを発生したりするという問題が
あった。

【０００８】一方、制御装置から、スイッチの開極また
は閉極の指令と共にゲート信号を送出するようにした上
記制御装置にあっては、負荷を遮断する際には、スイッ
チ開極後、直ち（例えば半サイクル以内）にゲート信号
を停止して、または、負荷を投入する際には、ゲート信
号の送出後、直ち（例えば半サイクル以内）にスイッチ
を閉極して、サイリスタの通電時間を短くしサイリスタ
の小容量化を図る必要があるが、上記ゲート信号の停止
または送出のタイミングを、周囲温度の変動や、スイッ
チ接点あるいはその駆動機構の磨耗等に関わりなく一定
に保持することが困難であるという問題があった。

【０００９】本発明の目的は、上記課題を解決して、上
記のような制御電源、補助接点、制御回路もしくは制御
装置等を特に設ける必要がなく、また、高電圧回路に適
用した場合にも格別の絶縁処理を施す必要がなく、しか
もゲート信号の送出または停止のタイミングの調整をす
ることなく、スイッチ開極後スイッチに流れる負荷電流
を、その立上りが急峻であっても速やかに、かつ安全に
サイリスタを導通させて移行し、サイリスタに移行後は
瞬時に略無アークで負荷電流を遮断することはもちろ
ん、スイッチ投入時のチャタリングの弊害を抑制するこ
とのできる交流開閉装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、交流回路に、接点を有するスイッチと変流
器の一次巻線とを直列に接続した回路を挿入し、このス
イッチと変流器の直列回路にサイリスタを並列に接続
し、このサイリスタのゲートに上記変流器の二次巻線を
抵抗を介して接続すると共に、上記変流器の二次巻線に
非線形電圧電流特性を有するバイパスインピーダンスを
並列に接続して、上記サイリスタを上記変流器の二次巻
線出力電流によってオンオフ制御するようにした。

【００１１】

【作用】スイッチが閉極しているときは、負荷電流はす
べてスイッチを流れており、この負荷電流が変流器の１
次巻線で検出され、その二次巻線の出力電流をバイパス
インピーダンスが分流し、分流された残りの電流がゲー
ト電流としてサイリスタのゲートに送出されている。こ
れによりサイリスタは素子の接合部全体が導通可能な状
態で待機している（即ち、サイリスタの両端子間に所定
の電圧が印加されると直ちに導通する）ことになる。こ
の状態でスイッチが開極するとスイッチの接点間にアー
クが発生し、このアーク電圧がサイリスタの両端子間に
印加されて該サイリスタが導通する。その結果、負荷電
流はスイッチからサイリスタに瞬時に移行して上記接点
間のアークは消失する。アークが消失すると変流器の二
次巻線の出力電流即ちゲート電流が零となり、サイリス
タは移行した負荷電流の交流零点で負荷電流を遮断す
る。また、スイッチ閉極時、スイッチに通電すると、変
流器を介してゲート電流を受けたサイリスタは導通可能
状態となる。そのためスイッチにチャタリングが起こっ
て次の瞬間スイッチが開極してアークが生じても、瞬時
にサイリスタに電流が移行しアークが消失してサイリス
タのターンオフまでにスイッチは再閉極されるので、負
荷電流が途切れることもなく通電もされる。

【００１２】上記変流器の変流比は、負荷電流が小のと
き、サイリスタの導通に必要なゲート電流を供給できる
比に設定されているので、負荷電流が大きくなると二次
巻線の出力電流が大きくなる。そのため上記変流器の二
次巻線に、非線形電圧電流特性を有するバイパスインピ
ーダンスを並列接続すると共に、上記サイリスタのゲー
トに上記変流器の二次巻線と抵抗を直列に接続し、大き
な負荷電流が流れて変流器の二次巻線の出力電流が大き
くなっても、この出力電流をバイパスインピーダンスに
分流して変流器の二次巻線端子間を略定電圧に保持する
ため、負荷電流が大きく変動しても安定したゲート電流
を流すことができる。

【００１３】

【実施例】本発明を負荷時タップ切換器の切換開閉器に
実施した例について説明する。図１は、例えば三相用の
負荷時タップ切換器１の一相分の回路構成を示してい
る。この負荷時タップ切換器１は、変圧器のタップ巻線
２と、例えば星形結線の中性点Ｎ接続された出力端子１
０との間に、タップ選択器３、限流インピーダンス（本
例では限流抵抗）４及び切換開閉器５を備えて構成され
ている。

【００１４】図１において、上記タップ選択器３は、上
記変圧器のタップ巻線２に設けた複数のタップにそれぞ
れ接続した固定接触子２１，２３―――及び２２，２４
――とそれぞれ切換接続可能な一対の可動接触子３１及
び３２とを有している。そしてこの一対の可動接触子３
１，３２は、図示しない制御装置のタップ切換指令によ
り、上記切換開閉器５の開閉動作と連動して動作するよ
うに形成されている。

【００１５】次に、上記切換開閉器５について説明する
と、６ａ，６ｂは一対の短絡スイッチで、上記一対の可
動接触子３１，３２にそれぞれ接続された固定接点６ａ
_１，６ｂ_１と、出力端子１０にそれぞれ接続された固定
接点６ａ_２，６ｂ_２と、これら固定接点６ａ_１，６ａ_２
並びに固定接点６ｂ_１，６ｂ_２のいずれか一方に切換接
続する可動接点６ａ_３，６ｂ_３からそれぞれ構成されて
いる。７は補助スイッチで、上記短絡スイッチ６ａ，６
ｂの可動接点６ａ_３，６ｂ_３にそれぞれ接続された固定
接点７ａ，７ｂと、これら固定接点７ａ，７ｂのいずれ
か一方に切換接続する可動接点７ｃとから構成されてい
る。

【００１６】８は、例えば、ロータリ式の切換スイッチ
で、上記補助スイッチ７の可動接点７ｃに限流抵抗４を
介して接続された固定接点８ｃと、上記短絡スイッチ６
ａ，６ｂにそれぞれ接続された固定接点８ａ，８ｂと、
出力端子１０に接続された可動接点８ｄとから構成され
ている。そして、上記可動接点８ｄは、短絡スイッチ６
ａ，６ｂ及び補助スイッチ７と連動して回動し、隣接す
る固定接点８ａ・８ｃ間を一旦橋絡した後、隣接する固
定接点８ａ，８ｂまたは８ｃに切換接続するようになっ
ている。

【００１７】ＣＴａ，ＣＴｂは変流器で、その一次巻線
Ｃａ_１，Ｃｂ_１は、短絡スイッチ６ａの可動接点６ａ_３
と切換スイッチ８の固定接点８ａとの間、及び短絡スイ
ッチ６ｂの可動接点６ｂ_３と切換スイッチ８の固定接点
８ｂとの間にそれぞれ挿入されている。そして図５に示
すように、上記変流器ＣＴａの二次巻線と抵抗Ｒｇは直
列に接続され、その直列回路は、出力端子１０に端子Ｔ
ａ_２が接続されたサイリスタ（本例ではトライアック）
ＴｈａのゲートＧａと短絡スイッチ６ａの可動接点６ａ
_３に接続された端子Ｔａ_１との間に接続されている。変
流器ＣＴｂの二次巻線も、上述同様、抵抗Ｒｇと直列に
接続され、その直列回路は、出力端子１０に端子Ｔｂ_２
が接続されたサイリスタＴｈｂのゲートＧｂと短絡スイ
ッチ６ｂの可動接点６ｂ_３に接続された端子Ｔｂ_１との
間に接続されている。その結果変流器ＣＴａ，ＣＴｂの
一次巻線Ｃａ_１，Ｃｂ_１に電流が流れると、二次巻線か
ら変流比に対応する電流が出力され、サイリスタＴｈ
ａ，Ｔｈｂが導通されることになる。

【００１８】換言すれば、交流回路の一部をなす、可動
接触子３１と出力端子１０との間に、短絡スイッチ６ａ
を介して、変流器ＣＴａの一次巻線Ｃａ_１と、切換スイ
ッチ８の固定接点８ａ及び可動接点８ｄによって形成さ
れるスイッチＳａとを直列に接続した回路が形成され
る。そしてこの変流器ＣＴａの一次巻線Ｃａ_１とスイッ
チＳａの直列回路にサイリスタＴｈａを並列に接続する
と共に、このサイリスタＴｈａのゲートＧａ・端子Ｔａ
_１間には上記変流器ＣＴａの二次巻線と抵抗Ｒｇを直列
に接続し、上記変流器ＣＴａの二次巻線の端子間にはバ
イパスインピーダンスＺｂを接続し交流開閉器９ａが構
成される。そして、同様に、可動接触子３２と出力端子
１０との間には、短絡スイッチ６ｂを介して、変流器Ｃ
Ｔｂの一次巻線Ｃｂ_１と、切換スイッチ８の固定接点８
ｂ及び可動接点８ｄによって形成されるスイッチＳｂと
を直列に接続した回路が形成される。そして、この変流
器ＣＴｂの一次巻線Ｃｂ_１とスイッチＳｂの直列回路に
サイリスタＴｈｂを並列に接続すると共に、このサイリ
スタＴｈｂのゲートＧｂ・端子Ｔｂ_１間には上記変流器
ＣＴｂの二次巻線と抵抗Ｒｇを直列に接続し、上記変流
器ＣＴｂの二次巻線の端子間にはバイパスインピーダン
スＺｂを接続し交流開閉器９ｂが構成される。

【００１９】そして、上記スイッチＳａ及びＳｂの接点
８ａ・８ｄ間及び８ｃ・８ｄ間の電圧降下は、上記サイ
リスタＴｈａ及びＴｈｂの導通に要する端子Ｔａ_１・Ｔ
ａ_２間及び端子Ｔｂ_１・Ｔｂ_２間の電圧（例えば１．５
Ｖ）よりも極めて小さくなるように設定されている。

【００２０】変流器ＣＴａは負荷電流が小のときでもサ
イリスタＴｈａを導通させるに十分なゲート電流が得ら
れるようにその変流比が設定されているので、大きい負
荷電流により変流器ＣＴａの二次巻線の出力電流が大き
くなり、二次電圧が変流器の鉄心を飽和させるまで大き
くなると出力電流が零となる。この結果ゲート点弧失敗
し負荷電流をスイッチＳａからサイリスタＴｈａに移行
できなくなる。そのため、上記のように、変流器ＣＴａ
の二次巻線端子に、並列にバイパスインピーダンスＺｂ
及び抵抗Ｒｇを接続することにより、変流器ＣＴａの一
次巻線Ｃａ _１に流れる負荷電流の変動範囲が大きい場合
でも、その出力電流をバイパスインピーダンスＺｂに分
流し出力電圧を略一定（Ｖ _ｃｐ）に保ち、変流器ＣＴａ
の鉄心の飽和を防ぐと共に、安定したゲート電流を供給
する。さらに、変流器ＣＴａの鉄心の飽和を防ぐ、即ち
磁束を一定値以下に抑制するので鉄心の小形化、即ち変
流器ＣＴａの小形化を図ることができる。変流ＣＴｂに
ついても上記変流器ＣＴａと同様である。

【００２１】次に、上記のように構成した負荷時タップ
切換器１の動作を図２〜図４と共に説明する。例えば、
タップ２１を中性点Ｎに接続する場合は、図１に示すよ
うに、タップ選択器３の可動接触子３１及び３２が固定
接触子２１に及び２２に、短絡スイッチ６ａの可動接点
６ａ_３が固定接点６ａ_１に、短絡スイッチ６ｂの可動接
点６ｂ_３が固定接点６ｂ_２に、補助スイッチ７の可動接
点７ｃが固定接点７ｂにそれぞれ切換接続され、切換ス
イッチ８の可動接点８ｄが固定接点８ａに接続（即ちス
イッチＳａは閉極）されることになる。そのため、この
ときの負荷電流は、図１の回路中の太線で示すように、
タップ巻線２と中性点Ｎの間を、可動接触子３１、短絡
スイッチ６ａの固定接点６ａ_１と可動接点６ａ_３、変流
器ＣＴａの一次巻線Ｃａ_１、固定接点８ａと可動接点８
ｄ（即ちスイッチＳａ）、出力端子１０によって形成さ
れる電流回路で流れている。

【００２２】そして上記負荷電流により変流器ＣＴａ
は、２次巻線から電流を出力し、これをゲート電流とし
てサイリスタＴｈａに送出しているが、閉極しているス
イッチＳａの接点８ａ・８ｄ間の電圧降下は、サイリス
タＴｈａの導通に要する端子Ｔａ_１・Ｔａ_２間電圧より
極めて小さいので、負荷電流は、サイリスタＴｈａに流
れずに全てスイッチＳａを流れる（図２のｔ_１時点より
前）。このため、サイリスタＴｈａは、素子の接合部全
体で導通可能な状態で待機していることになる。このと
き、サイリスタＴｈａの両端子Ｔａ_１・Ｔａ_２間はスイ
ッチＳａを介して、また、サイリスタＴｈｂの両端子Ｔ
ｂ_１・Ｔｂ_２間は短絡スイッチ６ｂを介してそれぞれ短
絡されている。そのため変圧器巻線２からサージ電圧等
が該負荷時タップ切換器１に侵入しても、これがサイリ
スタＴｈａ，Ｔｈｂの端子間に印加されることなく、サ
イリスタＴｈａ，Ｔｈｂが破壊するようなことは全くな
い。

【００２３】そして、図示しない制御装置から、固定接
触子２１から２２のタップへ切換えるタップ切換指令が
送出されると、まず、短絡スイッチ６ｂの可動接点６ｂ
_３を固定接点６ｂ_１に切換接続し、次に切換スイッチ８
の可動接点８ｄが回動して固定接点８ａ・８ｃ間を一時
的に橋絡する（図４の（１））。これによって、上記負
荷電流に加えて、タップ間循環電流が、可動接触子３
２，短絡スイッチ６ｂの固定接点６ｂ_１と可動接点６ｂ
_３，補助スイッチ７の固定接点７ｂと可動接点７ｃ，限
流抵抗４、固定接点８ｃの可動接点８ｄ，固定接点８
ａ，短絡スイッチ６ａ，可動接触子３１および固定接触
子２１によって形成される電流回路を流れる。

【００２４】次に、可動接点８ｄが固定接点８ａから開
離（即ちスイッチＳａが開極）して固定接点８ｃのみに
接続される瞬間においては、接点８ａ・８ｄ間にアーク
が生じ、このアーク電圧が、既にゲート電流を受けて導
通可能な状態にあるサイリスタＴｈａの端子Ｔａ _１・Ｔ
ａ _２間に印加される。このアーク電圧はサイリスタＴｈ
ａの導通に必要な端子間電圧より大であるため、サイリ
スタＴｈａは瞬時に導通して負荷電流及びタップ間循環
電流がスイッチＳａからサイリスタＴｈａに移行する
（図４の（２）、図２のｔ _１時点）。

【００２５】そして、電流がスイッチＳａからサイリス
タＴｈａへ全て移行すると、アークの消失とともに変流
器ＣＴａの一次巻線Ｃａ_１に流れる電流が零になってサ
イリスタＴｈａのゲート電流も零となるので、サイリス
タＴｈａは移行した電流を交流零点で遮断する（図２の
ｔ_２時点、図４の（３））。

【００２６】切換スイッチ８の可動接点８ｄがさらに回
動して固定接点８ｃと８ｂを橋絡すると、固定接点８ｃ
に流れていた電流は全て固定接点８ｂに移行し、固定接
点８ｃの電流は零になる。この際、可動接点８ｄと固定
接点８ｂが接続（即ちスイッチＳｂが閉極）される瞬間
（図２のｔ_３時点）に、上記接点８ｄ・８ｂ間にチャタ
リングが発生すると、これに伴いアークも発生する。し
かしスイッチＳｂに一旦通電されるとサイリスタＴｈｂ
は、変流器ＣＴｂを介してゲート電流を受け導通可能な
状態となっている。即ち、チャタリングによってアーク
が発生するとその瞬間スイッチＳｂはその接点間にアー
ク電流が流れ閉極状態となる。そして、それと同時にア
ーク電圧も発生し、この電圧により瞬時にサイリスタＴ
ｈｂも導通状態になり負荷電流がサイリスタＴｈｂにも
分流し、やがてアークが消失すると負荷電流は全てスイ
ッチＳｂを流れる。そのため、チャタリングによって負
荷電流が断続されることなく、また、アークも極く微小
にすることができ、チャタリングの弊害を殆どなくする
ことが可能となる。

【００２７】可動接点８ｄがさらに動いて接点８ｄ・８
ｂ間のみが接続されると、接点８ｃ・８ｄ間は電流零で
開極され、このとき、接点８ｃ・８ｄ間にアークは発生
しない。そして、負荷電流が、切換えたタップに接続さ
れた固定接触子２２，可動接触子３２，短絡スイッチ６
ｂの固定接点６ｂ_１と可動接点６ｂ_３，変流器ＣＴｂの
一次巻線Ｃｂ_１，スイッチＳｂ及び出力端子１０で形成
される電流回路を流れると、この負荷電流により変流器
ＣＴｂからサイリスタＴｈｂのゲートＧｂにゲート電流
が送出される（図２のｔ_３時点より後、図４の
（４））。そして、短絡スイッチ６ａの可動接点６ａ_３
を固定接点６ａ_２に切換接続して非通電側のサイリスタ
Ｔｈａの端子Ｔａ_１・Ｔａ_２間を短絡し、サイリスタＴ
ｈａを異常電圧から保護する。さらに続いて、補助スイ
ッチ７の可動接点７ｃを固定接点７ａに切換接続して次
のタップ切換動作に備える（図４の（５））。以上でタ
ップ切換動作の一行程が終了する。

【００２８】そして、次に、固定接触子２２から２３の
タップへ切換えるタップ切換指令が送出されると、タッ
プ選択器３の可動接触子３１を固定接触子２３に切換接
続して、短絡スイッチ６ａの可動接点６ａ_３を固定接点
６ａ_１に切換接続し、切換スイッチ８を上記タップ切換
動作の場合とは逆の方向に回動し（図４の（６））、上
記と同様の行程を経てタップ切換動作が行われることに
よる。

【００２９】上述したように、可動接点８ｄが固定接点
８ａから開離（即ちスイッチＳａが開極）する際、接点
８ｄ・８ａ間にはアークが発生して、スイッチＳａに流
れていた電流がサイリスタＴｈａへ移行するが、これに
ついて説明する（スイッチＳｂの開極の場合についても
同様）。上記電流の移行中、スイッチＳａ，一次巻線Ｃ
ａ_１，サイリスタＴｈａ，出力端子１０，及びこれらを
接続する導体でループが形成されるので、このループの
面積に比例した大きさのインダクタンスが生じる。その
ため図２の（ハ）のｔ_１時点でサイリスタＴｈａに移行
する電流の立上り時間（図３の（ｔ_１ｂ−ｔ_１ａ））
は、上記インダクタンスの大きさに比例して長くなる。
接点８ａ・８ｄ間に発生したアークは、上記立上り時間
（ｔ_１ｂ−ｔ_１ａ）だけ持続し、図３のｔ_１ｂ時点で電
流がサイリスタＴｈａへ移行し終ると同時に消失する。

【００３０】上記ループを形成する各部材のうち、スイ
ッチＳａの固定接点８ａと一次巻線Ｃａ_１とサイリスタ
Ｔｈａの端子Ｔａ_１とを接続する導体、及びスイッチＳ
ａの可動接点８ｄとサイリスタＴｈａの端子Ｔａ_２と出
力端子１０とを接続する導体をそれぞれ必要最小限の長
さにするなどして、ループの面積を小さくすると、イン
ダクタンスが小さくなり、スイッチＳａに生ずるアーク
の持続時間（ｔ_１ｂ−ｔ_１ａ）が短くなるので、アーク
エネルギーが小さくなり、接点８ａ，８ｄの消耗を少な
くすることができる。

【００３１】また、上記サイリスタＴｈａは、最大でも
交流半サイクルの期間だけ通電して初めて接合部の温度
が上昇することになるので、タップ切換時以外は電力損
失を発生せず、サイリスタＴｈａの接合部の温度は略周
囲温度に等しく、サイリスタＴｈａは、タップ切換時に
瞬間的に流れるサージオン電流のみを考慮して選択する
ことができ小容量のサイリスタＴｈａを使用することが
でき、かつ放熱装置も不要となる。このため、上記ルー
プを形成する各部材をさらに近接配置してループを小さ
くすることが可能となり、アーク持続時間をさらに短く
することができる。

【００３２】上記のように、ループの面積を小さくする
とループのインダクタンスが小さくなり、サイリスタＴ
ｈａに移行する電流の立上り時間（ｔ_１ｂ−ｔ_１ａ）が
短くなるが、サイリスタＴｈａは、電流の立上り前から
ゲート電流が供給されて素子の接合部全体が導通可能な
状態にあり、端子Ｔａ_１・Ｔａ_２間に電圧が印加される
と電流は瞬時に接合部全体に流れるようになっている。
それに対し、一般的なサイリスタの使用方法では、端子
Ｔａ_１・Ｔａ_２間に電圧を印加した状態でゲート電流を
加えて導通するので、このときの電流の立上りが急峻
で、この電流がゲート近傍に集中して過熱しサイリスタ
を破壊するというおそれがある。従って、本発明では、
急峻な立上りの電流がサイリスタＴｈａに流れる場合で
も、電流上昇率抑制用のリアクトルをサイリスタＴｈａ
と直列に設けたり、大きな電流上昇率に比例したゲート
電流を流すようにした（いわゆるハイゲートドライブ）
回路を設けたりする必要がない。

【００３３】次に、スイッチの接点の消耗に直接影響す
るアークエネルギーを、上記交流開閉器９ａを用いて電
流を遮断した場合と、スイッチＳａ単独で遮断した場合
とを、例えば周波数６０Ｈｚ、実効値３００Ａの負荷電
流を電流の波高値時点で遮断した場合について計算し、
スイッチＳａの接点寿命を比較してみる。

【００３４】スイッチＳａの接点８ａ・８ｄ間のアーク
エネルギーは下記の数式１で示される。

【００３５】

【数１】

【００３６】但し、上記数式１においてＥａはアークエ
ネルギー（Ｊ），ｔａはアーク持続時間（Ｓ），Ｉａは
アーク電流（Ａ），Ｖａはアーク電圧（Ｖ）をそれぞれ
示す。

【００３７】また、接点８ａ・８ｄ間にアークを介して
流れる電流の減少率は下記の数式２で示される。

【００３８】

【数２】

【００３９】但し、Ｌはインダクタンス（本例では、ス
イッチＳａ、変流器ＣＴａの一次巻線Ｃａ_１、サイリス
タＴｈａ、出力端子１０で形成されるループのインダク
タンス）（Ｈ）を示す。

【００４０】上記インダクタンスＬは実測例では略２μ
Ｈであり、アーク電圧Ｖａを５０Ｖ一定とみなせば、ア
ーク持続時間ｔａ（図３におけるｔ_２ｂ−ｔ_２ａ）は、
上記の数式２から、下記の数式３のようにして求められ
る。

【００４１】

【数３】

【００４２】このときのアークエネルギーＥａは、上記
の数式１，数式２，数式３から下記の数式４のようにし
て求められる。

【００４３】

【数４】

【００４４】一方、スイッチＳａのみで遮断した場合の
アークエネルギーＥａは、アーク電圧Ｖａを上記と同様
に５０Ｖ一定とみなせば、上記の数式１から、下記の数
式５のようにして求められる。

【００４５】

【数５】

【００４６】上記のように、負荷電流をスイッチＳａ単
独で遮断した場合のアークエネルギーＥａ（数式５）
は、交流開閉器９ａで遮断した場合のアークエネルギー
Ｅａ（数式４）の約３００倍となる。アークによる接点
８ａ，８ｄの消耗は、アークエネルギーＥａに比例する
ので、スイッチＳａの電気的寿命は、アークエネルギー
Ｅａに略反比例し、上記計算結果によれば、例えば５千
回寿命のスイッチＳａを上記交流開閉器９ａの部材とし
て使用すれば３００倍の１５０万回まで使用可能とな
る。

【００４７】上記実施例においては、サイリスタＴｈａ
（及びＴｈｂ）はトライアックとし、これらにゲート電
流を送出する変流器ＣＴａ（及びＣＴｂ）は一つの二次
巻線を有するものとしてそれぞれ説明したが、上記トラ
イアックに代えて、二個の単方向性のサイリスタを逆並
列に接続し、変流器ＣＴａ（及びＣＴｂ）は、二つの二
次巻線を備えて、この二つの二次巻線を上記二個のサイ
リスタのゲートにそれぞれ接続するようにしてもよい。

【００４８】また、上記実施例は、図１に示すような負
荷時タップ切換器１の切換開閉器に実施した例である
が、図１に示した負荷時タップ切換器１に限定すること
なく、制御装置のタップ切換指令により、連動してタッ
プ巻線の隣接タップを橋絡しつつ複数のタップを選択す
る一対の可動接触子と、この一対の可動接触子のうち一
方の可動接触子と出力端子間に、接点を有するスイッチ
と変流器の一次巻線とを直列に接続した回路を挿入し、
このスイッチと変流器の直列回路にサイリスタを並列に
接続し、このサイリスタのゲートに上記変流器の二次巻
線を接続して負荷電流を導通又は遮断するようにした交
流開閉器を接続し、上記一対の可動接触子のうち他方の
可動接触子と出力端子間にタップ間循環電流を制限する
限流抵抗を接続して、タップ切換指令により、上記一対
の可動接触子と連動して上記交流開閉器で負荷電流を導
通又は遮断してタップ切換を行うようにした負荷時タッ
プ切換器が可能である。さらに、上記と同様の一対の可
動接触子のうち一方の可動接触子と出力端子間に上記と
同様に交流開閉器を挿入し、一対の可動接触子のうち他
方の可動接触子と出力端子間に、限流抵抗と上記交流開
閉器を直列に接続して挿入しこの限流抵抗と交流開閉器
の直列回路に上記交流開閉器を並列に接続して形成した
負荷時タップ切換器等の抵抗式負荷時タップ切換器、上
記と同様の一対の可動接触子のそれぞれと出力端子間に
上記交流開閉器と限流リアクトルを直列に接続して挿入
し、上記二つの限流リアクトルは、タップ切換時以外の
負荷電流通電時はそのリアクタンスを互いに打消すよう
に形成されているリアクトル式の負荷時タップ切換器等
にも実施できる。

【００４９】

【発明の効果】サイリスタのオン（またはオフ）制御
は、スイッチの閉（または開）に対応して送出（または
停止）される変流器の二次巻線の出力電流によって行う
ようになっているので、この二次巻線の出力電流、即ち
ゲート電流を送出（または停止）するための制御電源お
よび制御回路を格別に設けることなくサイリスタをオン
（またはオフ）制御して交流回路を開路（又は閉路）さ
せることができる。しかも、スイッチに流れる電流を、
変流器の一次巻線で検出し、変流器の二次巻線からサイ
リスタのゲートに送出しているので、この交流開閉装置
を高電圧回路に適用した場合でも上記変流器とスイッ
チ、サイリスタとの間に高耐圧の絶縁が不要となり、構
成が簡素化して、故障率が低下すると共に、コストを低
減することができる。

【００５０】また、交流回路を閉路、即ちスイッチを閉
極して負荷電流を通電している間、サイリスタは常時ゲ
ート電流を受けて導通可能な状態で待機するようになっ
ている。そして、交流回路を開路、即ち負荷電流を遮断
するためスイッチを開極すると同時に、瞬時に、かつ的
確にサイリスタが導通され、スイッチに流れるこの負荷
電流は速やかにサイリスタに移行される。そのためスイ
ッチ接点間に発生するアークは持続時間が極めて短く、
略無アークで負荷電流をしゃ断することができ、かつ、
そのアークエネルギーは非常に小さいので、スイッチ接
点の消耗を防止して接点の長寿命化をはかることができ
る。そして常時ゲート電流を受けて導通可能な状態で待
機しているので、スイッチ開極時にサイリスタに移行す
る負荷電流の立上りが急峻であっても、この電流がゲー
ト近傍に集中して局部を加熱してサイリスタを破壊させ
るようなことなく、サイリスタを素子の接合面全体で導
通させて負荷電流を安全に移行させることができる。

【００５１】さらに、スイッチが閉極時にチャタリング
を起こしても、スイッチが閉極したときスイッチに並列
接続したサイリスタが導通可能な状態となり、次の瞬間
スイッチが開極するときには、すでに負荷電流はサイリ
スタに移行しているので、チャタリングによって生ずる
アークを抑制することができると共に、負荷電流が断続
することはなく、ノイズを発生させないようにすること
が可能となる。

【００５２】また、大きな負荷電流が流れて変流器の二
次巻線の出力電流が大きくなっても、この出力電流はバ
イパスインピーダンスに分流するので変流器の二次巻線
端子間電圧は略一定に保持される。そのため負荷電流が
大きく変動しても、安定したゲート電流を流してサイリ
スタを的確に動作させることができると共に、変流器の
鉄心の磁束を一定値以下に抑制するので変流器の小形化
を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を適用した負荷時タップ切換器
の回路構成図である。

【図２】本発明の実施例の動作を示すタイミング図であ
る。

【図３】図２のｔ_１付近を拡大して動作を示すタイミン
グ図である。

【図４】本発明の実施例を適用した負荷時タップ切換器
の動作の説明図である。

【図５】本発明の詳細を示す図である。

【図６】図５のバイパスインピーダンスの電圧電流特性
を示す図である。

【符号の説明】

９ａ，９ｂ交流開閉器Ｓａ，ＳｂスイッチＣＴａ，ＣＴｂ変流器Ｃａ_１，Ｃｂ_１変流器の一次巻線Ｔｈａ，ＴｈｂサイリスタＧａ，ＧｂゲートＺｂバイパスインピーダンスＲｇ抵抗

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】交流回路に、接点を有するスイッチと変
流器の一次巻線とを直列に接続した回路を挿入し、この
スイッチと変流器の直列回路にサイリスタを並列に接続
し、このサイリスタのゲートに上記変流器の二次巻線を
抵抗を介して接続し、上記変流器の二次巻線に、非線形
電圧電流特性を有するバイパスインピーダンスを並列に
接続して、上記サイリスタを上記変流器の二次巻線出力
電流によってオンオフ制御するようにしたことを特徴と
する交流開閉装置。