JP4436023B2 - ３相高速限流遮断装置および電力系統の連系システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、商用系統や自家発電設備から３相の交流電力を受け、負荷に給電するための３相交流開閉装置、特に、負荷側に大電流事故が起きたときに事故電流をそれの零点を待たずに高速に遮断する限流形の３相交流開閉装置，すなわち，３相高速限流遮断装置、およびこの３相高速限流遮断装置を商用電源系統／自家用の分散型電源の系統間に介装した分離遮断器に適用して系統の保護性能，およびその応答性を高めるようにした電力系統の連系システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、従来における一般的な３相交流開閉装置の回路を図１３に示す。図において、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相よりなる３相の主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃが、それぞれ３相電源１に接続されるとともに点線で囲まれた３相交流開閉装置４を介して３相の負荷２Ａ，２Ｂ，２Ｃに接続されている。３相交流開閉装置４は、各相用の電流検出部５と遮断部７とで構成された点線で囲まれた部分である。各相の電流検出部５は、主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃに流れる電流の値に比例する電気信号５Ａ，５Ｂ，５Ｃをそれぞれ制御部８に送っている。制御部８は、電気信号５Ａ，５Ｂ，５Ｃが事故の発生を検出するレベル以上になったときに主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃの負荷２Ａ，２Ｂ，２Ｃ側で短絡や地絡事故が起きたものと判定して信号８Ａを各相の遮断部７の駆動部６に送る。この信号８Ａでもって、駆動部６が遮断部７の開閉電極を開極させ、主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃの電流を遮断し、主回路およびそれに繋がる電気機器を事故時の大電流から保護する。
【０００３】
なお、駆動部６には、蓄勢されたばねを機械的に放勢させることによって遮断部７を開極駆動するもの、あるいは、例えば特許第３１２７６７８号公報に示されるような、短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力でもって遮断部７の開閉電極を直接電磁的に開極駆動するものなどがある。
【０００４】
図１４は、図１３の３相交流開閉装置４の遮断動作を示すタイムチャートである。時間Ｔ０までは通常の負荷電流ＩＬが流れ、時間Ｔ０から地絡事故または短絡事故による事故電流ＩＳが流れ始めた例である。これは、１相分のタイムチャートであるが、他相の場合も同様である。遮断部７を機械的に駆動させる場合は事故電流ＩＳを検出してから機械機構における駆動力の伝達に時間がかかるので、事故電流ＩＳが２．５サイクル流れた後、時間Ｔ８の零点で遮断される。一方、遮断部７の開閉電極の駆動軸に結合した短絡リングに対向させて電磁コイルを設け、この電磁コイルに電流を流して励磁させ、その誘導磁界により短絡リング内に流れる渦電流と電磁コイルに流れる電流とによって生じる電磁反発力でもって遮断部７の開閉電極を直接電磁的に開極駆動する場合は、高速で遮断することができ、事故電流ＩＳが０．５サイクル流れた後、実線のように時間Ｔ７の零点で遮断される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の３相交流開閉装置は、事故電流の最大の波高値を過ぎた後に遮断することになるという問題があった。
【０００６】
すなわち、図１４に示されたように、従来の３相交流開閉装置は、事故時の事故電流をその零点でもって遮断するので、時間Ｔ６において事故電流ＩＳとして、最大となる波高値の電流が流れてしまう。そのために、主回路やそれに繋がる電気機器をその電流値に耐えるようにしておかねばならなかった。
【０００７】
そこで、この発明の第１の目的は、負荷側に大電流事故が起きたときに事故電流の零点を待たずに高速で遮断することのできる限流形の３相交流開閉装置，すなわち，３相高速限流遮断装置を提供することにある。
【０００８】
また、この発明の第２の目的は、前記の３相高速限流遮断装置を商用電源の系統と分散型電源の系統とを連系する連系母線に介装した分離遮断器に適用して系統の保護性能およびその応答性を高めるようにした電力系統の連系システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、この発明によれば、３相交流回路の各相に挿入された遮断部と、この遮断部の各相の開閉電極毎に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力によりそれぞれの開閉電極を開極駆動する第１駆動部と、前記遮断部の各相にそれぞれ前記３相交流回路の周波数より高い周波数の電流を重畳させる高周波電流発生回路と、この高周波電流発生回路を投入する投入部と、前記投入部の開閉電極に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力により開閉電極を閉極駆動する第２駆動部と、この第１駆動部および第２駆動部を制御する制御部と、前記制御部に前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号を送る電流検出部とを備え、前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号が事故の発生を検出するレベル以上になったとき前記制御部により前記第１駆動部および第２駆動部を駆動するようにするとともに、前記第１駆動部の各相の電磁コイルを直列接続して１つの駆動電源でもって一括して励磁するようにする。
【００１０】
これによって、事故が起きたときに、３相交流回路のそれぞれの遮断部に流れる交流電流に高周波電流が重畳され、事故電流の最大の波高値の電流が流れる前に零点が形成される。その零点でもって遮断部が電流を遮断するので、事故電流の零点を待たずに遮断できる限流形の３相交流開閉装置，すなわち，３相高速限流遮断装置となる。
【００１１】
また、第１駆動部の各相の第１電磁コイル、第２駆動部の各相の第２電磁コイルをそれぞれ直列接続して、それぞれ１つの第１駆動電源、１つの第２駆動電源でもって一括して励磁させるので、第１駆動部，第２駆動部とも、直列接続された各相の電磁コイルに同時に同じ大きさの電流が流れることになり、この電流により発生する電磁力の大きさも各相とも同じとなるので、第１駆動部による遮断部の開極駆動および第２駆動部による高周波電流発生回路の始動がそれぞれ各相間でバラつきなく同時に行われることになり、３相交流回路における高速の限流遮断をより確実に行うことができるようになる。
【００１２】
さらに、かかる構成において、前記制御部が、前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号のうち最も早く事故の発生を検出するレベル以上になったと判別された相でのその判別のタイミングでもって前記３相交流回路に事故が起きたものと判定してなるようにしてもよい。それによって、事故電流が最も早く最大の波高値になる相も含めて３相の実際に流れる事故電流が小さい電流値に抑制されるようになる。
【００１３】
さらにまた、前記第１駆動部と、第２駆動部との駆動のタイミングをずらして、第２の駆動部を第１の駆動部の駆動より遅れて駆動することにより、前記遮断部の電極が開極し始めた後、高周波電流の重畳により遮断部に流れる電流に零点が形成されるタイミングにおいて確実に遮断することができる電極間距離が確保されているようにすると、主回路の遮断部の開極過程にあわせて高周波電流を重畳させることができ限流遮断の効果を高めることができる。
【００１４】
また、第２の目的を達成するために、この発明によれば、商用電源系統と自家用の分散型電源とが分離遮断器を介装した連系母線を介して連系され、この連系母線に接続した負荷に商用電源系統，分散型電源から給電するように連系運用する電力系統の連系システムにおいて、
前記分離遮断器にこの発明による３相高速限流遮断装置を適用し、事故検出装置と組み合わせて系統内に事故が発生した際に、事故検出装置の検出信号を基に分離遮断器をトリップ動作させて事故電流を高速で限流遮断し、分散型電源の系統を瞬時に解列して事故発生点から切り離すようにする。
【００１５】
また、前記の電力系統の連系システムにおいては、分離遮断器を境にして重要負荷を分散型電源側の系統に接続し、商用電源側の系統で事故が発生した際に分離遮断器（この発明による３相高速限流遮断装置）を遮断して分散型電源より重要負荷への給電を継続して行うようにする。これにより、商用電源の系統側に地絡，短絡などの事故が発生した場合でも、早い応答性で重要負荷への給電を分散型電源から継続して行うことができて重要負荷の生き残り確保が図れる。また、自家用の分散型電源を商用電源系統に連係させた連系システムでは、商用電源側の系統の短絡容量に分散型電源側の系統の短絡容量が加わって構内の短絡容量が増加し、このために保護協調が崩れるといった問題の生ずる恐れがあるが、この発明による電力系統の連系システムでは、分離遮断器である３相高速限流遮断装置の遮断動作により事故電流の波高値を低く抑えることができ、これにより構内の短絡容量の増加を抑制することができ、合理的な保護協調を確保することができる。
【００１６】
また、前記の連系システムにおいて、分散型電源が原動機（例えばガスタービン）の出力軸とシェアピンを介して連結された発電機であれば、商用電源側の系統に事故が発生した際に前記分離遮断器（３相高速限流遮断装置）を遮断して分散型電源の系統を解列することにより、過渡的に前記シェアピンに掛かる軸捩じれトルクを低減してシェアピンの切断を回避することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を実施例に基づいて説明する。図１は、この発明の実施例にかかる３相高速限流遮断装置の構成を示す回路図である。
【００１８】
Ａ相，Ｂ相，Ｃ相よりなる３相の主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃが、それぞれ３相電源１に接続されるとともに３相分離遮断器３と３相高速限流遮断装置４０を介して３相の負荷２Ａ，２Ｂ，２Ｃに接続されている。３相高速限流遮断装置４０は、各相用の電流検出部５と遮断部７とを備えた点線で囲まれた部分である。各相の電流検出部５は、主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃに流れる電流の値に比例する電気信号５Ａ，５Ｂ，５Ｃをそれぞれ制御部８０に送っている。制御部８０は、電気信号５Ａ，５Ｂ，５Ｃが事故の発生を検出するレベル以上になったときに主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃの負荷２Ａ，２Ｂ，２Ｃ側で事故が起きたものと判定して信号８０Ｘ，８０Ｙをそれぞれ第１駆動電源１６，第２駆動電源１７に送っている。また、遮断部７に並列に、投入部１１とインダクタ１２とコンデンサ１３との直列共振回路からなる高周波電流発生回路と、消弧装置１５とが接続されている。コンデンサ１３は、充電装置１４によって直流充電されている。遮断部７、投入部１１は、図示しないその開閉電極の駆動軸に絶縁棒を介して結合された短絡リングをそれぞれ備えるとともに、この短絡リングに対向配置された第１電磁コイル１０，第２電磁コイル１００をそれぞれ備え、図２に示される第１駆動部６０，第２駆動部６１によって駆動される。なお、前記の短絡リングは絶縁棒により可動接点とは絶縁されているので、この短絡リングに対向配置される電磁コイルおよびその励磁回路は大地電位側に設けることができ、低電圧回路として構成することができる。
【００１９】
また、消弧装置１５は非線形素子からなり、高周波電流が流れたときに回路に存在するインダクタ１２を含むインダクタンスに蓄えられたエネルギーが過電圧となって遮断部７にかかるので、そのエネルギーを吸収するためのものである。また、３相分離遮断器３は、遮断部７が開極されても電源から消弧装置１５を介して交流の漏れ電流が負荷２Ａ，２Ｂ，２Ｃへ僅かに流れるので、この漏れ電流を無くすために介装されている。
【００２０】
図２の（ａ）は図１の遮断部７の第１駆動部の構成を示す回路図であり、（ｂ）は図１の投入部１１の第２駆動部の構成を示す回路図である。
【００２１】
図２の（ａ）において、第１駆動電源１６が、充電装置１８によって直流充電されたコンデンサ２０と半導体スイッチ２２との直列回路から構成されている。第１駆動部６０は、この第１駆動電源１６に、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相の第１電磁コイル１０の直列回路が接続されたものから構成されている。事故発生時に、制御部８０（図１）からの信号８０Ｘが第１駆動電源１６の半導体スイッチ２２に入力されると、半導体スイッチ２２が点弧しコンデンサ２０に充電されていた電荷が直列接続されたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の第１電磁コイル１０に流れ、各相とも同時に同じ大きさの電磁反発力が発生して、各相の遮断部７（図１）の開閉電極が同時に開極駆動される。
【００２２】
一方、図２の（ｂ）において、第２駆動電源１７が、充電装置１９によって直流充電されたコンデンサ２１と半導体スイッチ２３との直列回路から構成されている。第２駆動部６１は、この第２駆動電源１７に、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相の第２電磁コイル１００の直列回路が接続されたものから構成されている。また、その事故発生時に、制御部８０（図１）からのもう１つの信号８０Ｙが第２駆動電源１７の半導体スイッチ２３に入力され、半導体スイッチ２３が点弧しコンデンサ２１に充電されていた電荷が直列接続されたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の第２電磁コイル１００に流れ、各相とも同時に同じ大きさの電磁反発力が発生して各相の投入部１１（図１）の開閉電極が同時に閉極し、高周波電流発生回路が投入される。
【００２３】
なお、図２の（ａ），（ｂ）に示される第１駆動部，第２駆動部の構成は、それぞれ、第１駆動電源１６，第２駆動電源１７が３相共通の１台で済むものであり、簡素な構成となっている。
【００２４】
図３は、図１の３相高速限流遮断装置４０の遮断動作時のタイムチャートである。時間Ｔ０が事故の発生時点である。時間Ｔ０までは通常の負荷電流ＩＬが流れ、時間Ｔ０から事故電流ＩＳが流れ始める。これは、１相分のタイムチャートであるが、他相も位相遅れがあるだけで同様である。時間Ｔ４に高周波電流が重畳され、遮断器７に流れる電流が実線の波形２４のように減少し、零点となる時間Ｔ５で遮断される。
【００２５】
図３のその他は、図１４のタイムチャートと同じである。すなわち、遮断器７は事故電流ＩＳが零点になる時間Ｔ７を待たずに遮断され、事故電流ＩＳの最大となる時間Ｔ６における波高値の電流が流れることのない限流形の３相交流開閉装置，すなわち，３相高速限流遮断装置となる。これによって、主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃ（図１）やそれに繋がる電気機器の負担が軽減される。
【００２６】
図４は、図１の３相高速限流遮断装置４０の動作をさらに詳細に説明するためのタイムチャートである。
【００２７】
（ａ）の波形は、図３の波形を、横軸を拡大して示すものである。（ｂ）の波形は、信号８０Ｘであり、図１における事故電流ＩＳが事故の発生を検出するレベルになった時間Ｔ１に制御部８０から出力される。（ｃ）の波形は、信号８０Ｙであり、時間Ｔ１より所定の時間遅らせた時間Ｔ２に制御部８０から出力される。（ｄ）の波形は、遮断器７の開閉電極の開閉状態を示し、信号８０Ｘによって遮断器７の開閉電極が時間Ｔ３から開極し始め、時間ＴＭで最大の電極間距離となって開極を終了する。（ｅ）の波形は、投入部１１の開閉電極の開閉状態を示し、信号８０Ｙによって投入部１１が閉極動作を開始し、時間Ｔ４で閉極し、高周波電流発生回路が投入され事故電流ＩＳに波形２４のような高周波電流が重畳し始める。
【００２８】
遮断部７は、事故電流ＩＳをこれが最大の波高値となる図４における時間Ｔ６以前、すなわち、事故発生後２ないし３ｍｓで遮断する必要がある。この限流遮断条件を達成させるために、例えば、事故発生の時間Ｔ０から信号８０Ｘが出される時間Ｔ１までの検出時間（Ｔ１−Ｔ０）を０．５ｍｓ程度とし、時間Ｔ１から遮断部７の開閉電極が開極し始める時間Ｔ３までの接点開極時間（Ｔ３−Ｔ１）を１ｍｓ程度とし、時間Ｔ３から遮断部７が遮断を完了する時間Ｔ５までのアーク時間（Ｔ５−Ｔ３）を１ｍｓ程度とすれば、合計２．５ｍｓとなり、前記の限流遮断条件が満たされる。そのために、遮断部７，投入部１１を図２のようにそれぞれ第１電磁コイル１０，第２電磁コイル１００による電磁反発力でもって高速に動作させるとともに、高周波電流を遮断部７に流して電流の零点を作ることが不可欠である。
【００２９】
なお、３相交流回路における高速の限流遮断の場合、第１駆動部による遮断部の開極動作を各相の単独駆動で行ったのでは各相間の開極動作のタイミングにずれが生じるので、そのずれの大きさの程度によっては、３相全てで上述の限流遮断条件を満足させるために上記のアーク時間として確保できる時間がある相では短くなり過ぎることになり、その相では遮断部の電極間距離を充分確保することができなくなり、遮断できない可能性が生じる。したがって、３相交流回路における高速の限流遮断の場合、第１駆動部による遮断部の開極動作を各相同時に行うようにするとともに、これに対応して、第２駆動部による高周波電流発生回路の始動も各相同時に行うようにすることにより、遮断動作をより確実なものとすることができる。
【００３０】
そして、第１駆動部による遮断部の開極駆動および第２駆動部による高周波電流発生回路の始動のそれぞれのタイミングの各相間のばらつきをなくして前記開極駆動および前記始動がそれぞれ各相で同時に行われるようにするためには、上述の図２（ａ），（ｂ）のように、第１駆動部６０の各相の第１電磁コイル１０，第２駆動部６１の各相の第２電磁コイル１００をそれぞれ直列接続して、それぞれ１つの第１駆動電源１６，１つの第２駆動電源１７でもって一括して励磁させるようにする構成が好適である。
【００３１】
また、図４は、時間Ｔ４でその時の事故電流ＩＳの極性と異なる極性の半波から流れ始める高周波電流が重畳された場合を示しているが、事故電流ＩＳの極性と同じ極性の半波から流れ始める高周波電流が重畳された場合は、高周波電流の最初の半波の後に逆極性の半波の電流が重畳されることにより事故電流ＩＳの零点が形成され、同じ様に遮断完了する。高周波電流の周波数は、事故電流の商用周波数と比べて桁違いに高い周波数のものが選ばれているので、この場合、わずかの時間遅れのみで、全く問題にならない。また、遮断部７や投入部１１は、短時間で動作可能でかつ大電流を流すことできる真空開閉器が用いられる。さらに、真空開閉器は、絶縁回復特性が優れているとともにアーク抵抗もミリオームオーダであり、空気中やＳＦ６ガス中のアーク抵抗より１桁も小さい。そのために、高周波電流の減衰を早めないので零点を形成し易いという利点もある。
【００３２】
図５は、図１の３相高速限流遮断装置の制御方法を示すタイムチャートで、（ａ）ないし（ｃ）の波形は、上から下の順に３相とも地絡した場合にＡ相，Ｂ相，Ｃ相の主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃに流れる電流であり、事故の発生した時間Ｔ０より前には各相に負荷電流ＩＬが流れ、時間Ｔ０から各相に事故電流ＩＳが流れている。また、（ｄ）ないし（ｆ）の波形は、地絡後，地絡発生を検出するレベルＩ０に達する時間、すなわち、負荷電流ＩＬより確実に電流が増加したことが確認できる各相のＴ０からの時間ΔＴＡ，ΔＴＢ，ΔＴＣ後に制御部８０（図１）の内部で形成される信号ＸＡ，ＸＢ，ＸＣである。
【００３３】
さらに、（ｇ）および（ｈ）の波形は、制御部８０から出力される信号８０Ｘ，８０Ｙである。制御部８０は、信号ＸＡ，ＸＢ，ＸＣの内、最も早い信号ＸＢを選んでＴＢ後、すなわち、時間Ｔ１に信号８０Ｘを出力するとともに、所定時間ＴＲ遅らせて時間Ｔ２に信号８０Ｙを出力する。それによって、事故電流が最も早く最大の波高値になる相も含めて３相の実際に流れる事故電流が小さい電流値に抑制されるようになり、主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃ（図１）やそれに繋がる電気機器の負担がさらに軽減される。
【００３４】
なお、上記の所定時間ＴＲ，すなわち，時間（Ｔ２−Ｔ１）は、図１の遮断部７が開極し始めた後、高周波電流の重畳により遮断部に流れる電流に零点が形成されるタイミングにおいて確実に遮断することができるような電極間距離が確保されているようにすることを考慮して決定されるものである。
【００３５】
図６は、この発明の比較例として示す３相高速限流遮断装置の回路図であり、（ａ）は遮断部の第１駆動部６０、（ｂ）は図１の投入部の第２駆動部６１の構成を示す。
【００３６】
図６の（ａ）において第１駆動部６０の各相の第１電磁コイル１０が並列接続され、その両端が第１駆動電源１６に接続されている。また、図６の（ｂ）において第２駆動部６１の各相の第２電磁コイル１００が並列接続され、その両端が第２駆動電源１７に接続されている。
【００３７】
図６のその他は、図２の構成と同じである。各相の第１電磁コイル１０や第２電磁コイル１００は、図６の（ａ），（ｂ）のような並列接続の構成であっても、図２の（ａ），（ｂ）のような直列接続の構成と同様に１つの駆動電源１６，１７でもって励磁されるが、図６の（ａ），（ｂ）のような並列接続の構成は、駆動電源・電磁コイル間のリード線のインダクタンスの各相間でのばらつきなどにより、各相の電磁コイルに流れる電流の大きさがばらつき、これに対応して発生する電磁力の大きさも各相間でばらつくことから、第１駆動部による遮断部の開極駆動および第２駆動部による高周波電流発生回路の始動のそれぞれのタイミングが各相間でばらつくので、そのばらつきの大きさの程度にもよるが、３相交流回路における高速の限流遮断を確実に行うことができなくなるという問題がある。
【００３８】
これに対して、図２の（ａ），（ｂ）のような直列接続の構成は、駆動電源・電磁コイル間のリード線のインダクタンスが各相間でばらついていても、直列接続された各相の電磁コイルに流れる電流の大きさが同じであるため、これに対応して発生する電磁力の大きさも各相で同じとなり、第１駆動部による遮断部の開極駆動および第２駆動部による高周波電流発生回路の始動のそれぞれのタイミングが各相間でばらつくことがなく、３相交流回路における高速の限流遮断をより確実に行うことができる構成となっている。
【００３９】
一方、前記実施例の３相高速限流遮断装置を、商用電源系統とこれに連系させる自家用分散型電源の系統との間の連系母線に介装した分離遮断器に適用することにより、後記の実施例で述べるように、商用電源側の系統で短絡，地絡事故が発生した場合でも、事故電流の最大の波高値を通過すること無く小さな波高値に限流して１／４サイクル以内に分散型電源を商用電源系統から解列することができ、これにより分散型電源の系統に接続されている重要負荷への給電を中断することなく継続的に行うことが可能となり、分散型電源から給電する重要負荷（パワーエレクトロニクス機器など）が運転停止してしまうという問題を解消して連系系統の信頼性向上が図れる。
【００４０】
また、前記の分離遮断器の遮断動作で分散型電源の発電機から事故発生地点に供給される事故電流の波高値を小さく抑制することにより、発電機の駆動用原動機がガスタービンである場合にはガスタービンの羽根に加わる力も抑制されるので、これにより事故発生時に発電機の軸とガスタービンの出力軸との間を連結しているシェアピンに過渡的に掛かる軸捩じれトルクを低減してシェアピン切断を回避できる。
【００４１】
さらに加えて、自家用の分散型電源を商用電源系統に連系させて運用するよう構築した連系システムでは、商用電源側の系統の短絡容量に分散型電源側の系統の短絡容量が加わるために保護協調が崩れるといった問題があるが、商用電源の系統と分散型電源の系統との間に介装した分離遮断器にこの発明による３相高速限流遮断装置を適用し、事故発生時における遮断電流を高速限流してその波高値を小さく抑制することにより、連系系統の短絡容量の増加を抑制して保護協調の合理化に寄与できる。
【００４２】
次に、前記した電力系統の連系システムに対応する実施例を図７〜図１２で説明する。
【００４３】
まず、図７は特開２０００−１５２５０７，特開２００１−２５１７６９号公報などに開示されている電力系統の連系システムに対応する本発明の実施例を示すものである。図において２００は商用電源系統、２０１は受電用変圧器、２０２は構内に設備した自家用の分散型電源（例えばガスタービン発電機）、２０３は商用電源系統２００と分散型電源２０２とを連系する連系母線、２０４は連系母線２０３に介装した分離遮断器であり、該分離遮断器２０４を境にして連系母線２０３の商用電源系統側には一般負荷２０５が、また分散型電源の系統側には重要負荷（電力供給を安定かつ継続して行う必要があるパワーエレクトロニクス機器など）２０６がそれぞれフィーダ遮断器（図１３で述べた通常仕様の回路遮断器）２０７を介して分岐接続されている。また、２０８は構内系統に発生した事故を検出して分離遮断器２０４にトリップ信号を与える事故検出装置であり、図示のように連系母線２０３に配した電圧検出部（計器用変圧器）２０９，電流検出部（計器用変流器）２１０の出力信号を取り込み、その電圧，電流の変化から事故発生を検出する。なお、この事故検出装置２０８には、前記の特開２０００−１５２５０７号，特開２００１−２５１７６９号，あるいはこの発明と同一出願人より先に出願した特願２００１−２６５７９４号などで提案した電力系統の事故検出装置が採用できる。そして、前記の分離遮断器２０４には、図１〜図６で述べたこの発明による３相高速限流遮断装置を適用するものとする。
【００４４】
かかる電力系統の連系システムにおいて、常時は分離遮断器２０４をＯＮに投入して商用電源系統２００および分散型電源２０２を連系運用し、商用電源系統２００，分散型電源２０２から一般負荷２０５および重要負荷２０６に電力を供給している。
【００４５】
この給電状態で、図示のＥ地点（商用電源側の系統に接続されている一般負荷のき電回路）で短絡あるいは地絡事故が発生すると、事故発生点Ｅに向けて商用電源系統２００からは事故電流Ｉsが、また分散型電源２０２からは連系母線２０３に介装した分離遮断器２０４を経由して事故電流Ｉgが同時に流れ込むようになる。このために、事故発生直後は事故点Ｅのき電回路に接続されているフィーダ遮断器２０７には事故電流Ｉsに事故電流Ｉg が加わった大きな事故電流（Ｉs＋Ｉg）が流れるようになるが、一方では事故発生と同時に事故検出装置２０８が分散型電源２０２から連系母線２０３を経由して事故発生点Ｅに供給される事故電流Ｉgを検出して分離遮断器（３相高速限流遮断装置）２０４をトリップ動作させ、事故電流Ｉgを１／４サイクル未満の短い時間で限流遮断して分散型電源２０２を解列する。したがって、フィーダ遮断器２０７を通じて事故発生点Ｅに流れる事故電流は瞬時にＩs＋ＩgからＩs（フィーダ遮断器２０７の遮断能力範囲内）に低減する。これにより、分離遮断器２０４よりも数サイクル遅れてトリップ動作するフィーダ遮断器２０７で事故電流ＩＳを確実に遮断することができる。
【００４６】
また、図８(a) 〜(c)は前記動作を説明するための動作波形図であり、事故発生時点をｔ０として、それ以前は図７に示した一般負荷２０５，重要負荷２０６にはそれぞれ図８(a),(b)で示すように通常の負荷電流ＩＬが流れており、事故が発生すると事故発生点Ｅに向けて商用電源系統２００からは事故電流Ｉsが、また分散型電源２０２からは事故電流Ｉgがフィーダ遮断器２０７に流れるようになる。
【００４７】
この状態になると、図７における事故検出装置２０８が前記の事故電流Ｉgを検出して分離遮断器２０４にトリップ信号を出力する。これにより、分離遮断器２０４（図１〜図６で述べた３相高速限流遮断装置）がトリップ動作し、１／４サイクル未満の短時間で事故電流Ｉgを限流値ｉgpに限流して遮断し、時点ｔ１で分散型電源２０２を商用電源側の系統から解列する（図８(b)参照）。また、事故発生時点ｔ０からフィーダ遮断器２０７に流れる事故電流Ｉs＋Ｉgは図８(c)で表すように事故電流ＩＳの最大波高値よりも低い波高値ｉpに限流され、遮断終了時点ｔ１以降は商用電源から供給される事故電流Ｉsのみが流れ、この事故電流はフィーダ遮断器２０７のトリップ動作で遮断される。これにより、構内系統での短絡容量の増加を抑制して商用電源系統との保護協調が図れる。
【００４８】
なお、図７の構成において、商用電源側の系統に接続されている一般負荷２０５のき電回路（図示のＥ地点）で短絡あるいは地絡事故が発生した場合と同様に、分散型電源側の系統に接続されている重要負荷２０６のき電回路で短絡あるいは地絡事故が発生した場合も、構内系統での短絡容量の増加を抑制して合理的な保護協調が確保されるようにすることができる。すなわち、分散型電源側の系統に接続されている重要負荷２０６のき電回路で短絡あるいは地絡事故が発生すると、その事故発生点に向けて分散型電源２０２からは事故電流Ｉｇが、また商用電源系統２００からは連系母線２０３に介装した分離遮断器２０４を経由して事故電流Ｉｓが同時に流れ込むようになるため、事故発生直後は事故点のき電回路に接続されているフィーダ遮断器２０７には事故電流Ｉｇに事故電流Ｉｓが加わった大きな事故電流（Ｉｇ＋Ｉｓ）が流れるようになるが、一方で事故発生と同時に事故検出装置２０８が商用電源系統２００から連系母線２０３を経由して事故発生点に供給される事故電流Ｉｓを検出して分離遮断器（３相高速限流遮断装置）２０４をトリップ動作させ、事故電流Ｉｓを１／４サイクル未満の短い時間で限流遮断して商用電源系統２００を解列するようにすれば、フィーダ遮断器２０７を通じて事故発生点に流れる事故電流は瞬時にＩｇ＋ＩｓからＩｇ（フィーダ遮断器２０７の遮断能力範囲内）に低減し、これにより、分離遮断器２０４よりも数サイクル遅れてトリップ動作するフィーダ遮断器２０７で事故電流Ｉｇを確実に遮断することができる。
【００４９】
次に、図７に示した連系システムにおいて、系内での事故発生時に分散型電源２０２に接続した重要負荷２０６の生き残りを図るシステムおよびその保護動作を図９，図１０で説明する。すなわち、図９における商用電源系統側のＥ地点で短絡，地絡事故が発生すると、分離遮断器２０４を介装した連系母線２０３を経由して分散型電源２０２から事故発生点Ｅに向けて事故電流Ｉgが、また商用電源系統２００からは事故電流Ｉsが流れ込むようになる。なお、この実施例では事故検出装置２０８に接続した電流検出部（計器用変流器）２１０を分散型電源２０２の出力側に配置している。
【００５０】
この状態になると、分散型電源側では、母線電圧Ｖが図１０(a)の実線で表すように事故発生と同時に時点ｔ０で定常電圧値ａからｂに低下し、さらに母線インピーダンスの電圧降下分の波形に沿ってｂからｃに変化する。また、電流検出部２１０の一次側に流れる電流は、図１０(b)で表すように分散型電源２０２より重要負荷２０６に供給する負荷電流ＩＬに事故電流Ｉgが加わって増加するようになる。一方、この状態を事故検出装置２０８が検出して分離遮断器２０４にトリップ信号を出力し、これを基に先記実施例で述べたように分離遮断器２０４が１／４サイクル未満の時点ｔ１で電流ｉgpに限流して遮断動作すると、分散型電源２０２が解列して事故発生点Ｅから切り離される。これにより、分散型電源側での母線電圧がｃからｄに移行して定常値Ｖに回復する（図１０(a)参照）とともに、電流も定常時の負荷電流ＩＬ（図１０(b)参照）に復帰する。
【００５１】
したがって、分散型電源２０２に接続した重要負荷２０６が瞬時の給電中断も許されないパワーエレクトロニクス機器などであっても、商用電源側の系統に発生した短絡，地絡事故が原因で運転を中断のおそれなしに、電力を継続的に安定供給して重要負荷２０６の生き残りを確保できる。
【００５２】
次に、分散型電源がガスタービン発電機である電力系統の連系システムにおいて、発電機とガスタービンの出力軸との間を連結しているシェアピンが系内の事故発生に伴う発電機の出力電流増加によって切断するのを防ぐようにしたシステムの実施例を図１１および図１２で説明する。
【００５３】
すなわち、図１１の連系システムは基本的に図９と同様で、分散型電源２０２は発電機２０２ａとガスタービン（原動機）２０２ｂを組合せたガスタービン発電機であり、発電機２０２ａとガスタービン２０２ｂの出力軸が軸継手２０２ｃに設けたシェアピン２０２ｄを介して連結し、ガスタービン２０２ｂで発電機を駆動するようにしている。なお、シェアピン２０２ｄは、よく知られているように電力系統側での短絡，地絡事故発生などに伴う発電機の出力電流の増加が原因で発電機２０２ａとガスタービン２０２ｂとの連結軸に定格トルクを超える異常な軸捩じれトルクが加わった際に、ピン自身が破断してガスタービン２０２ｂを発電機２０２ａから切り離し、ガスタービン２０２ｂを保護する役目を果たすものである。
【００５４】
ところで、シェアピンは一旦切断すると、シェアピンを付け替える復旧作業に時間が掛かり、この間は分散型電源２０２の発電が停止することになる。そのために、機械的な重大事故発生などを除いて電力系統内の短絡，地絡事故発生に伴う発電機の出力電流増加に起因するシェアピンの切断を防ぐような対策が求められている。そこで、前記の連系システムにおいて、系内での事故発生時に分離遮断器をトリップ動作させて自家用の発電機を事故発生点から切り離し、ガスタービン（原動機）の出力軸に加わる軸捩じれトルクを低減させてシェアピンの切断を回避するようにした方式が従来より提案されているが、この場合に分離遮断器を高速で限流遮断しないと、事故電流を供給している発電機の出力電流が減少する以前にシェアピンが切断してしまうおそれがある。
【００５５】
そこで、この実施例では、図１１の連系母線２０３に介装した分離遮断器２０４として、先記の各実施例と同様にこの発明による３相高速限流遮断装置を適用し、商用電源系統側におけるＥ地点で短絡，地絡事故が発生した場合には、事故検出装置２０８の検出信号を基に分離遮断器２０４をトリップ動作させ、分散型電源２０２の発電機２０２ａから事故発生点Ｅに向けて流れる事故電流Ｉgを１／４サイクル未満の短時間で高速限流遮断し、シェアピン２０２ｄの切断を回避するようにしている。すなわち、事故検出装置２０８が系統内の事故発生を検出し、これを基に分離遮断器２０４に採用したこの発明の３相高速限流遮断装置をトリップ動作させると、分散型電源側での母線電圧，発電機の出力電流は図１２(a),(b)で表す動作波形を呈し、出力電流についてはシェアピン２０２ｄを切断する軸捩じれトルクに相当する電流値ｉ０よりも低い波高値ｉpに限流される。これにより、系統内での事故発生に起因してシェアピン２０２ｄが切断されるのを確実に回避できる。
【００５６】
また、商用電源系統側での事故発生時に、上述のようにシェアピン２０２ｄの切断が回避されることにより、分散型電源２０２の発電を継続することができるので、分散型電源２０２に接続された重要負荷２０６に電力を継続的に安定供給することができるようになる。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、３相交流回路の各相に挿入された遮断部と、この遮断部の各相の開閉電極毎に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力によりそれぞれの開閉電極を開極駆動する第１駆動部と、前記遮断部の各相にそれぞれ前記３相交流回路の周波数より高い周波数の電流を重畳させる高周波電流発生回路と、この高周波電流発生回路を投入する投入部と、前記投入部の開閉電極に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力により開閉電極を閉極駆動する第２駆動部と、この第１駆動部および第２駆動部を制御する制御部と、前記制御部に前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号を送る電流検出部とを備え、前記電気信号が事故の発生を検出するレベル以上になったとき前記制御部により前記第１駆動部および第２駆動部を駆動し、前記遮断部を開極させるとともに前記投入部を閉極させるようにするとともに、前記第１駆動部の各相の電磁コイルを直列接続して１つの駆動電源でもって一括して励磁するようにすることによって、事故電流の零点を待たずに高速で遮断できる限流形の３相交流開閉装置，すなわち，３相高速限流遮断装置となり主回路やそれに繋がる電気機器の負担が軽減される。また、第１駆動部の各相の第１電磁コイル、第２駆動部の各相の第２電磁コイルをそれぞれ直列接続して、それぞれ１つの第１駆動電源、１つの第２駆動電源でもって一括して励磁させることにより、第１駆動部による遮断部の開極駆動および第２駆動部による高周波電流発生回路の始動がそれぞれ各相間でばらつきがなく同時に行われるので、３相交流回路における高速の限流遮断をより確実に行うことができる。
【００５８】
また、かかる構成において、制御部が、各相のうち電気信号が最も早く所定の値以上になったと判別された相でのその判別のタイミングでもって３相交流回路に事故が起きたものと判定してなるようにすることによって、事故電流が最も早く最大の波高値になる相も含めて３相の実際に流れる事故電流が小さい電流値に抑制されるようになり、主回路やそれに繋がる電気機器の負担がさらに軽減される。
【００５９】
さらに、第２駆動部を第１駆動部の駆動より所定時間遅れて駆動するようにしたことにより、遮断部が開極し始めた後、高周波電流の重畳により遮断部に流れる電流に零点が形成されるタイミングにおいて開閉電極間の距離を確実に遮断することのできる距離とすることができる。
【００６０】
また、前記したこの発明による３相高速限流遮断装置を分離遮断器として商用電源系統と自家用の分散型電源とを連系させた上で、事故検出装置と組合せて電力系統の連系システムを構築し、系統内に短絡，地絡事故が発生した際に分離遮断器（３相高速限流遮断器）をトリップ動作させて分散型電源を解列するようにしたことにより、次記の効果を奏する。
【００６１】
(1) 分散型電源から事故発生点に向けて供給する事故電流をその最大波高値以下に抑えつつ、１／４サイクル未満の短時間で分散型電源を事故発生点と切り離すことができ、ここで重要負荷を分散型電源側に接続しておくことにより、事故発生時でも重要負荷に対する給電を中断することなく安定，かつ継続的に行うことができる。
【００６２】
(2) また、前記の分散型電源が例えばガスタービン発電機であり、ガスタービンの出力軸と発電機との間をシェアピンで連結している場合でも、分離遮断器である３相高速限流遮断器の遮断機能により、系統内での事故発生時における発電機の出力電流の増加を低く抑えて事故発生点から解列することができ、これにより系統内での短絡，地絡事故の発生に起因してシェアピンが切断するのを確実に回避できる。
【００６３】
(3) さらに、自家用の分散型電源を商用電源系統に連系させた連系システムでは、商用電源側の系統の短絡容量に分散型電源側の系統の短絡容量が加わって構内の短絡容量が増加し、このために保護協調が崩れるといった問題の生じるおそれがあるが、この発明によれば事故発生時における事故電流の波高値を小さく限流できるので、これにより構内の短絡容量の増加を抑制して合理的な保護協調を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例にかかる３相高速限流遮断装置の構成を示す回路図
【図２】 （ａ）は図１の遮断部の第１駆動部の構成を示す回路図であり、（ｂ）は図１の投入部の第２駆動部の構成を示す回路図
【図３】 図１の３相高速限流遮断装置の動作を示すタイムチャート
【図４】 図１の３相高速限流遮断装置の動作をさらに詳細に示すタイムチャート
【図５】 この発明の異なる実施例にかかる３相高速限流遮断装置の制御方法を示すタイムチャート
【図６】 この発明の比較例として示す３相高速限流遮断装置の回路図であり、（ａ）は遮断部の第１駆動部、（ｂ）は図１の投入部の第２駆動部
【図７】 この発明の実施例にかかる連系システムおよび系統内での短絡，地絡事故の発生状況を表したシステム回路図
【図８】 図７における事故発生時の動作を説明するための動作波形図
【図９】 この発明の実施例にかかる重要負荷生き残りのシステムおよび系統内での短絡，地絡事故発生状況を表したシステム回路図
【図１０】 図９における事故発生時の動作を説明するための動作波形図
【図１１】 この発明の実施例にかかるシェアピン切断防止のシステムおよび系統内での短絡，地絡事故発生状況を表したシステム回路図
【図１２】 図１１における事故発生時の動作を説明するための動作波形図
【図１３】 従来の３相交流開閉装置の構成を示す回路図
【図１４】 図１３の３相交流開閉装置の動作を示すタイムチャート
【符号の説明】
１ ３相電源
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 負荷
３ 分離遮断器
４ ３相交流開閉装置
４０ ３相高速限流遮断装置
５ 電流検出部
６０ 第１駆動部
６１ 第２駆動部
７ 遮断部
８，８０ 制御部
９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 主回路
１０ 第１電磁コイル
１００ 第２電磁コイル
１１ 投入部
１２ インダクタ
１３，２０，２１ コンデンサ
１４，１８，１９ 充電装置
１５ 消弧装置
１６ 第１駆動電源
１７ 第２駆動電源
２２，２３ 半導体スイッチ
２００ 商用電源系統
２０２ 分散型電源
２０２ａ 発電機
２０２ｂ ガスタービン（原動機）
２０２ｄ シェアピン
２０３ 連系母線
２０４ 分離遮断器（３相高速限流遮断装置）
２０５ 一般負荷
２０６ 重要負荷
２０７ フィーダ遮断器
２０８ 事故検出装置
【発明の属する技術分野】
この発明は、商用系統や自家発電設備から３相の交流電力を受け、負荷に給電するための３相交流開閉装置、特に、負荷側に大電流事故が起きたときに事故電流をそれの零点を待たずに高速に遮断する限流形の３相交流開閉装置，すなわち，３相高速限流遮断装置、およびこの３相高速限流遮断装置を商用電源系統／自家用の分散型電源の系統間に介装した分離遮断器に適用して系統の保護性能，およびその応答性を高めるようにした電力系統の連系システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、従来における一般的な３相交流開閉装置の回路を図１３に示す。図において、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相よりなる３相の主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃが、それぞれ３相電源１に接続されるとともに点線で囲まれた３相交流開閉装置４を介して３相の負荷２Ａ，２Ｂ，２Ｃに接続されている。３相交流開閉装置４は、各相用の電流検出部５と遮断部７とで構成された点線で囲まれた部分である。各相の電流検出部５は、主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃに流れる電流の値に比例する電気信号５Ａ，５Ｂ，５Ｃをそれぞれ制御部８に送っている。制御部８は、電気信号５Ａ，５Ｂ，５Ｃが事故の発生を検出するレベル以上になったときに主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃの負荷２Ａ，２Ｂ，２Ｃ側で短絡や地絡事故が起きたものと判定して信号８Ａを各相の遮断部７の駆動部６に送る。この信号８Ａでもって、駆動部６が遮断部７の開閉電極を開極させ、主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃの電流を遮断し、主回路およびそれに繋がる電気機器を事故時の大電流から保護する。
【０００３】
なお、駆動部６には、蓄勢されたばねを機械的に放勢させることによって遮断部７を開極駆動するもの、あるいは、例えば特許第３１２７６７８号公報に示されるような、短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力でもって遮断部７の開閉電極を直接電磁的に開極駆動するものなどがある。
【０００４】
図１４は、図１３の３相交流開閉装置４の遮断動作を示すタイムチャートである。時間Ｔ０までは通常の負荷電流ＩＬが流れ、時間Ｔ０から地絡事故または短絡事故による事故電流ＩＳが流れ始めた例である。これは、１相分のタイムチャートであるが、他相の場合も同様である。遮断部７を機械的に駆動させる場合は事故電流ＩＳを検出してから機械機構における駆動力の伝達に時間がかかるので、事故電流ＩＳが２．５サイクル流れた後、時間Ｔ８の零点で遮断される。一方、遮断部７の開閉電極の駆動軸に結合した短絡リングに対向させて電磁コイルを設け、この電磁コイルに電流を流して励磁させ、その誘導磁界により短絡リング内に流れる渦電流と電磁コイルに流れる電流とによって生じる電磁反発力でもって遮断部７の開閉電極を直接電磁的に開極駆動する場合は、高速で遮断することができ、事故電流ＩＳが０．５サイクル流れた後、実線のように時間Ｔ７の零点で遮断される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の３相交流開閉装置は、事故電流の最大の波高値を過ぎた後に遮断することになるという問題があった。
【０００６】
すなわち、図１４に示されたように、従来の３相交流開閉装置は、事故時の事故電流をその零点でもって遮断するので、時間Ｔ６において事故電流ＩＳとして、最大となる波高値の電流が流れてしまう。そのために、主回路やそれに繋がる電気機器をその電流値に耐えるようにしておかねばならなかった。
【０００７】
そこで、この発明の第１の目的は、負荷側に大電流事故が起きたときに事故電流の零点を待たずに高速で遮断することのできる限流形の３相交流開閉装置，すなわち，３相高速限流遮断装置を提供することにある。
【０００８】
また、この発明の第２の目的は、前記の３相高速限流遮断装置を商用電源の系統と分散型電源の系統とを連系する連系母線に介装した分離遮断器に適用して系統の保護性能およびその応答性を高めるようにした電力系統の連系システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、この発明によれば、３相交流回路の各相に挿入された遮断部と、この遮断部の各相の開閉電極毎に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力によりそれぞれの開閉電極を開極駆動する第１駆動部と、前記遮断部の各相にそれぞれ前記３相交流回路の周波数より高い周波数の電流を重畳させる高周波電流発生回路と、この高周波電流発生回路を投入する投入部と、前記投入部の開閉電極に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力により開閉電極を閉極駆動する第２駆動部と、この第１駆動部および第２駆動部を制御する制御部と、前記制御部に前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号を送る電流検出部とを備え、前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号が事故の発生を検出するレベル以上になったとき前記制御部により前記第１駆動部および第２駆動部を駆動するようにするとともに、前記第１駆動部の各相の電磁コイルを直列接続して１つの駆動電源でもって一括して励磁するようにする。
【００１０】
これによって、事故が起きたときに、３相交流回路のそれぞれの遮断部に流れる交流電流に高周波電流が重畳され、事故電流の最大の波高値の電流が流れる前に零点が形成される。その零点でもって遮断部が電流を遮断するので、事故電流の零点を待たずに遮断できる限流形の３相交流開閉装置，すなわち，３相高速限流遮断装置となる。
【００１１】
また、第１駆動部の各相の第１電磁コイル、第２駆動部の各相の第２電磁コイルをそれぞれ直列接続して、それぞれ１つの第１駆動電源、１つの第２駆動電源でもって一括して励磁させるので、第１駆動部，第２駆動部とも、直列接続された各相の電磁コイルに同時に同じ大きさの電流が流れることになり、この電流により発生する電磁力の大きさも各相とも同じとなるので、第１駆動部による遮断部の開極駆動および第２駆動部による高周波電流発生回路の始動がそれぞれ各相間でバラつきなく同時に行われることになり、３相交流回路における高速の限流遮断をより確実に行うことができるようになる。
【００１２】
さらに、かかる構成において、前記制御部が、前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号のうち最も早く事故の発生を検出するレベル以上になったと判別された相でのその判別のタイミングでもって前記３相交流回路に事故が起きたものと判定してなるようにしてもよい。それによって、事故電流が最も早く最大の波高値になる相も含めて３相の実際に流れる事故電流が小さい電流値に抑制されるようになる。
【００１３】
さらにまた、前記第１駆動部と、第２駆動部との駆動のタイミングをずらして、第２の駆動部を第１の駆動部の駆動より遅れて駆動することにより、前記遮断部の電極が開極し始めた後、高周波電流の重畳により遮断部に流れる電流に零点が形成されるタイミングにおいて確実に遮断することができる電極間距離が確保されているようにすると、主回路の遮断部の開極過程にあわせて高周波電流を重畳させることができ限流遮断の効果を高めることができる。
【００１４】
また、第２の目的を達成するために、この発明によれば、商用電源系統と自家用の分散型電源とが分離遮断器を介装した連系母線を介して連系され、この連系母線に接続した負荷に商用電源系統，分散型電源から給電するように連系運用する電力系統の連系システムにおいて、
前記分離遮断器にこの発明による３相高速限流遮断装置を適用し、事故検出装置と組み合わせて系統内に事故が発生した際に、事故検出装置の検出信号を基に分離遮断器をトリップ動作させて事故電流を高速で限流遮断し、分散型電源の系統を瞬時に解列して事故発生点から切り離すようにする。
【００１５】
また、前記の電力系統の連系システムにおいては、分離遮断器を境にして重要負荷を分散型電源側の系統に接続し、商用電源側の系統で事故が発生した際に分離遮断器（この発明による３相高速限流遮断装置）を遮断して分散型電源より重要負荷への給電を継続して行うようにする。これにより、商用電源の系統側に地絡，短絡などの事故が発生した場合でも、早い応答性で重要負荷への給電を分散型電源から継続して行うことができて重要負荷の生き残り確保が図れる。また、自家用の分散型電源を商用電源系統に連係させた連系システムでは、商用電源側の系統の短絡容量に分散型電源側の系統の短絡容量が加わって構内の短絡容量が増加し、このために保護協調が崩れるといった問題の生ずる恐れがあるが、この発明による電力系統の連系システムでは、分離遮断器である３相高速限流遮断装置の遮断動作により事故電流の波高値を低く抑えることができ、これにより構内の短絡容量の増加を抑制することができ、合理的な保護協調を確保することができる。
【００１６】
また、前記の連系システムにおいて、分散型電源が原動機（例えばガスタービン）の出力軸とシェアピンを介して連結された発電機であれば、商用電源側の系統に事故が発生した際に前記分離遮断器（３相高速限流遮断装置）を遮断して分散型電源の系統を解列することにより、過渡的に前記シェアピンに掛かる軸捩じれトルクを低減してシェアピンの切断を回避することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を実施例に基づいて説明する。図１は、この発明の実施例にかかる３相高速限流遮断装置の構成を示す回路図である。
【００１８】
Ａ相，Ｂ相，Ｃ相よりなる３相の主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃが、それぞれ３相電源１に接続されるとともに３相分離遮断器３と３相高速限流遮断装置４０を介して３相の負荷２Ａ，２Ｂ，２Ｃに接続されている。３相高速限流遮断装置４０は、各相用の電流検出部５と遮断部７とを備えた点線で囲まれた部分である。各相の電流検出部５は、主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃに流れる電流の値に比例する電気信号５Ａ，５Ｂ，５Ｃをそれぞれ制御部８０に送っている。制御部８０は、電気信号５Ａ，５Ｂ，５Ｃが事故の発生を検出するレベル以上になったときに主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃの負荷２Ａ，２Ｂ，２Ｃ側で事故が起きたものと判定して信号８０Ｘ，８０Ｙをそれぞれ第１駆動電源１６，第２駆動電源１７に送っている。また、遮断部７に並列に、投入部１１とインダクタ１２とコンデンサ１３との直列共振回路からなる高周波電流発生回路と、消弧装置１５とが接続されている。コンデンサ１３は、充電装置１４によって直流充電されている。遮断部７、投入部１１は、図示しないその開閉電極の駆動軸に絶縁棒を介して結合された短絡リングをそれぞれ備えるとともに、この短絡リングに対向配置された第１電磁コイル１０，第２電磁コイル１００をそれぞれ備え、図２に示される第１駆動部６０，第２駆動部６１によって駆動される。なお、前記の短絡リングは絶縁棒により可動接点とは絶縁されているので、この短絡リングに対向配置される電磁コイルおよびその励磁回路は大地電位側に設けることができ、低電圧回路として構成することができる。
【００１９】
また、消弧装置１５は非線形素子からなり、高周波電流が流れたときに回路に存在するインダクタ１２を含むインダクタンスに蓄えられたエネルギーが過電圧となって遮断部７にかかるので、そのエネルギーを吸収するためのものである。また、３相分離遮断器３は、遮断部７が開極されても電源から消弧装置１５を介して交流の漏れ電流が負荷２Ａ，２Ｂ，２Ｃへ僅かに流れるので、この漏れ電流を無くすために介装されている。
【００２０】
図２の（ａ）は図１の遮断部７の第１駆動部の構成を示す回路図であり、（ｂ）は図１の投入部１１の第２駆動部の構成を示す回路図である。
【００２１】
図２の（ａ）において、第１駆動電源１６が、充電装置１８によって直流充電されたコンデンサ２０と半導体スイッチ２２との直列回路から構成されている。第１駆動部６０は、この第１駆動電源１６に、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相の第１電磁コイル１０の直列回路が接続されたものから構成されている。事故発生時に、制御部８０（図１）からの信号８０Ｘが第１駆動電源１６の半導体スイッチ２２に入力されると、半導体スイッチ２２が点弧しコンデンサ２０に充電されていた電荷が直列接続されたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の第１電磁コイル１０に流れ、各相とも同時に同じ大きさの電磁反発力が発生して、各相の遮断部７（図１）の開閉電極が同時に開極駆動される。
【００２２】
一方、図２の（ｂ）において、第２駆動電源１７が、充電装置１９によって直流充電されたコンデンサ２１と半導体スイッチ２３との直列回路から構成されている。第２駆動部６１は、この第２駆動電源１７に、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相の第２電磁コイル１００の直列回路が接続されたものから構成されている。また、その事故発生時に、制御部８０（図１）からのもう１つの信号８０Ｙが第２駆動電源１７の半導体スイッチ２３に入力され、半導体スイッチ２３が点弧しコンデンサ２１に充電されていた電荷が直列接続されたＡ相，Ｂ相，Ｃ相の第２電磁コイル１００に流れ、各相とも同時に同じ大きさの電磁反発力が発生して各相の投入部１１（図１）の開閉電極が同時に閉極し、高周波電流発生回路が投入される。
【００２３】
なお、図２の（ａ），（ｂ）に示される第１駆動部，第２駆動部の構成は、それぞれ、第１駆動電源１６，第２駆動電源１７が３相共通の１台で済むものであり、簡素な構成となっている。
【００２４】
図３は、図１の３相高速限流遮断装置４０の遮断動作時のタイムチャートである。時間Ｔ０が事故の発生時点である。時間Ｔ０までは通常の負荷電流ＩＬが流れ、時間Ｔ０から事故電流ＩＳが流れ始める。これは、１相分のタイムチャートであるが、他相も位相遅れがあるだけで同様である。時間Ｔ４に高周波電流が重畳され、遮断器７に流れる電流が実線の波形２４のように減少し、零点となる時間Ｔ５で遮断される。
【００２５】
図３のその他は、図１４のタイムチャートと同じである。すなわち、遮断器７は事故電流ＩＳが零点になる時間Ｔ７を待たずに遮断され、事故電流ＩＳの最大となる時間Ｔ６における波高値の電流が流れることのない限流形の３相交流開閉装置，すなわち，３相高速限流遮断装置となる。これによって、主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃ（図１）やそれに繋がる電気機器の負担が軽減される。
【００２６】
図４は、図１の３相高速限流遮断装置４０の動作をさらに詳細に説明するためのタイムチャートである。
【００２７】
（ａ）の波形は、図３の波形を、横軸を拡大して示すものである。（ｂ）の波形は、信号８０Ｘであり、図１における事故電流ＩＳが事故の発生を検出するレベルになった時間Ｔ１に制御部８０から出力される。（ｃ）の波形は、信号８０Ｙであり、時間Ｔ１より所定の時間遅らせた時間Ｔ２に制御部８０から出力される。（ｄ）の波形は、遮断器７の開閉電極の開閉状態を示し、信号８０Ｘによって遮断器７の開閉電極が時間Ｔ３から開極し始め、時間ＴＭで最大の電極間距離となって開極を終了する。（ｅ）の波形は、投入部１１の開閉電極の開閉状態を示し、信号８０Ｙによって投入部１１が閉極動作を開始し、時間Ｔ４で閉極し、高周波電流発生回路が投入され事故電流ＩＳに波形２４のような高周波電流が重畳し始める。
【００２８】
遮断部７は、事故電流ＩＳをこれが最大の波高値となる図４における時間Ｔ６以前、すなわち、事故発生後２ないし３ｍｓで遮断する必要がある。この限流遮断条件を達成させるために、例えば、事故発生の時間Ｔ０から信号８０Ｘが出される時間Ｔ１までの検出時間（Ｔ１−Ｔ０）を０．５ｍｓ程度とし、時間Ｔ１から遮断部７の開閉電極が開極し始める時間Ｔ３までの接点開極時間（Ｔ３−Ｔ１）を１ｍｓ程度とし、時間Ｔ３から遮断部７が遮断を完了する時間Ｔ５までのアーク時間（Ｔ５−Ｔ３）を１ｍｓ程度とすれば、合計２．５ｍｓとなり、前記の限流遮断条件が満たされる。そのために、遮断部７，投入部１１を図２のようにそれぞれ第１電磁コイル１０，第２電磁コイル１００による電磁反発力でもって高速に動作させるとともに、高周波電流を遮断部７に流して電流の零点を作ることが不可欠である。
【００２９】
なお、３相交流回路における高速の限流遮断の場合、第１駆動部による遮断部の開極動作を各相の単独駆動で行ったのでは各相間の開極動作のタイミングにずれが生じるので、そのずれの大きさの程度によっては、３相全てで上述の限流遮断条件を満足させるために上記のアーク時間として確保できる時間がある相では短くなり過ぎることになり、その相では遮断部の電極間距離を充分確保することができなくなり、遮断できない可能性が生じる。したがって、３相交流回路における高速の限流遮断の場合、第１駆動部による遮断部の開極動作を各相同時に行うようにするとともに、これに対応して、第２駆動部による高周波電流発生回路の始動も各相同時に行うようにすることにより、遮断動作をより確実なものとすることができる。
【００３０】
そして、第１駆動部による遮断部の開極駆動および第２駆動部による高周波電流発生回路の始動のそれぞれのタイミングの各相間のばらつきをなくして前記開極駆動および前記始動がそれぞれ各相で同時に行われるようにするためには、上述の図２（ａ），（ｂ）のように、第１駆動部６０の各相の第１電磁コイル１０，第２駆動部６１の各相の第２電磁コイル１００をそれぞれ直列接続して、それぞれ１つの第１駆動電源１６，１つの第２駆動電源１７でもって一括して励磁させるようにする構成が好適である。
【００３１】
また、図４は、時間Ｔ４でその時の事故電流ＩＳの極性と異なる極性の半波から流れ始める高周波電流が重畳された場合を示しているが、事故電流ＩＳの極性と同じ極性の半波から流れ始める高周波電流が重畳された場合は、高周波電流の最初の半波の後に逆極性の半波の電流が重畳されることにより事故電流ＩＳの零点が形成され、同じ様に遮断完了する。高周波電流の周波数は、事故電流の商用周波数と比べて桁違いに高い周波数のものが選ばれているので、この場合、わずかの時間遅れのみで、全く問題にならない。また、遮断部７や投入部１１は、短時間で動作可能でかつ大電流を流すことできる真空開閉器が用いられる。さらに、真空開閉器は、絶縁回復特性が優れているとともにアーク抵抗もミリオームオーダであり、空気中やＳＦ６ガス中のアーク抵抗より１桁も小さい。そのために、高周波電流の減衰を早めないので零点を形成し易いという利点もある。
【００３２】
図５は、図１の３相高速限流遮断装置の制御方法を示すタイムチャートで、（ａ）ないし（ｃ）の波形は、上から下の順に３相とも地絡した場合にＡ相，Ｂ相，Ｃ相の主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃに流れる電流であり、事故の発生した時間Ｔ０より前には各相に負荷電流ＩＬが流れ、時間Ｔ０から各相に事故電流ＩＳが流れている。また、（ｄ）ないし（ｆ）の波形は、地絡後，地絡発生を検出するレベルＩ０に達する時間、すなわち、負荷電流ＩＬより確実に電流が増加したことが確認できる各相のＴ０からの時間ΔＴＡ，ΔＴＢ，ΔＴＣ後に制御部８０（図１）の内部で形成される信号ＸＡ，ＸＢ，ＸＣである。
【００３３】
さらに、（ｇ）および（ｈ）の波形は、制御部８０から出力される信号８０Ｘ，８０Ｙである。制御部８０は、信号ＸＡ，ＸＢ，ＸＣの内、最も早い信号ＸＢを選んでＴＢ後、すなわち、時間Ｔ１に信号８０Ｘを出力するとともに、所定時間ＴＲ遅らせて時間Ｔ２に信号８０Ｙを出力する。それによって、事故電流が最も早く最大の波高値になる相も含めて３相の実際に流れる事故電流が小さい電流値に抑制されるようになり、主回路９Ａ，９Ｂ，９Ｃ（図１）やそれに繋がる電気機器の負担がさらに軽減される。
【００３４】
なお、上記の所定時間ＴＲ，すなわち，時間（Ｔ２−Ｔ１）は、図１の遮断部７が開極し始めた後、高周波電流の重畳により遮断部に流れる電流に零点が形成されるタイミングにおいて確実に遮断することができるような電極間距離が確保されているようにすることを考慮して決定されるものである。
【００３５】
図６は、この発明の比較例として示す３相高速限流遮断装置の回路図であり、（ａ）は遮断部の第１駆動部６０、（ｂ）は図１の投入部の第２駆動部６１の構成を示す。
【００３６】
図６の（ａ）において第１駆動部６０の各相の第１電磁コイル１０が並列接続され、その両端が第１駆動電源１６に接続されている。また、図６の（ｂ）において第２駆動部６１の各相の第２電磁コイル１００が並列接続され、その両端が第２駆動電源１７に接続されている。
【００３７】
図６のその他は、図２の構成と同じである。各相の第１電磁コイル１０や第２電磁コイル１００は、図６の（ａ），（ｂ）のような並列接続の構成であっても、図２の（ａ），（ｂ）のような直列接続の構成と同様に１つの駆動電源１６，１７でもって励磁されるが、図６の（ａ），（ｂ）のような並列接続の構成は、駆動電源・電磁コイル間のリード線のインダクタンスの各相間でのばらつきなどにより、各相の電磁コイルに流れる電流の大きさがばらつき、これに対応して発生する電磁力の大きさも各相間でばらつくことから、第１駆動部による遮断部の開極駆動および第２駆動部による高周波電流発生回路の始動のそれぞれのタイミングが各相間でばらつくので、そのばらつきの大きさの程度にもよるが、３相交流回路における高速の限流遮断を確実に行うことができなくなるという問題がある。
【００３８】
これに対して、図２の（ａ），（ｂ）のような直列接続の構成は、駆動電源・電磁コイル間のリード線のインダクタンスが各相間でばらついていても、直列接続された各相の電磁コイルに流れる電流の大きさが同じであるため、これに対応して発生する電磁力の大きさも各相で同じとなり、第１駆動部による遮断部の開極駆動および第２駆動部による高周波電流発生回路の始動のそれぞれのタイミングが各相間でばらつくことがなく、３相交流回路における高速の限流遮断をより確実に行うことができる構成となっている。
【００３９】
一方、前記実施例の３相高速限流遮断装置を、商用電源系統とこれに連系させる自家用分散型電源の系統との間の連系母線に介装した分離遮断器に適用することにより、後記の実施例で述べるように、商用電源側の系統で短絡，地絡事故が発生した場合でも、事故電流の最大の波高値を通過すること無く小さな波高値に限流して１／４サイクル以内に分散型電源を商用電源系統から解列することができ、これにより分散型電源の系統に接続されている重要負荷への給電を中断することなく継続的に行うことが可能となり、分散型電源から給電する重要負荷（パワーエレクトロニクス機器など）が運転停止してしまうという問題を解消して連系系統の信頼性向上が図れる。
【００４０】
また、前記の分離遮断器の遮断動作で分散型電源の発電機から事故発生地点に供給される事故電流の波高値を小さく抑制することにより、発電機の駆動用原動機がガスタービンである場合にはガスタービンの羽根に加わる力も抑制されるので、これにより事故発生時に発電機の軸とガスタービンの出力軸との間を連結しているシェアピンに過渡的に掛かる軸捩じれトルクを低減してシェアピン切断を回避できる。
【００４１】
さらに加えて、自家用の分散型電源を商用電源系統に連系させて運用するよう構築した連系システムでは、商用電源側の系統の短絡容量に分散型電源側の系統の短絡容量が加わるために保護協調が崩れるといった問題があるが、商用電源の系統と分散型電源の系統との間に介装した分離遮断器にこの発明による３相高速限流遮断装置を適用し、事故発生時における遮断電流を高速限流してその波高値を小さく抑制することにより、連系系統の短絡容量の増加を抑制して保護協調の合理化に寄与できる。
【００４２】
次に、前記した電力系統の連系システムに対応する実施例を図７〜図１２で説明する。
【００４３】
まず、図７は特開２０００−１５２５０７，特開２００１−２５１７６９号公報などに開示されている電力系統の連系システムに対応する本発明の実施例を示すものである。図において２００は商用電源系統、２０１は受電用変圧器、２０２は構内に設備した自家用の分散型電源（例えばガスタービン発電機）、２０３は商用電源系統２００と分散型電源２０２とを連系する連系母線、２０４は連系母線２０３に介装した分離遮断器であり、該分離遮断器２０４を境にして連系母線２０３の商用電源系統側には一般負荷２０５が、また分散型電源の系統側には重要負荷（電力供給を安定かつ継続して行う必要があるパワーエレクトロニクス機器など）２０６がそれぞれフィーダ遮断器（図１３で述べた通常仕様の回路遮断器）２０７を介して分岐接続されている。また、２０８は構内系統に発生した事故を検出して分離遮断器２０４にトリップ信号を与える事故検出装置であり、図示のように連系母線２０３に配した電圧検出部（計器用変圧器）２０９，電流検出部（計器用変流器）２１０の出力信号を取り込み、その電圧，電流の変化から事故発生を検出する。なお、この事故検出装置２０８には、前記の特開２０００−１５２５０７号，特開２００１−２５１７６９号，あるいはこの発明と同一出願人より先に出願した特願２００１−２６５７９４号などで提案した電力系統の事故検出装置が採用できる。そして、前記の分離遮断器２０４には、図１〜図６で述べたこの発明による３相高速限流遮断装置を適用するものとする。
【００４４】
かかる電力系統の連系システムにおいて、常時は分離遮断器２０４をＯＮに投入して商用電源系統２００および分散型電源２０２を連系運用し、商用電源系統２００，分散型電源２０２から一般負荷２０５および重要負荷２０６に電力を供給している。
【００４５】
この給電状態で、図示のＥ地点（商用電源側の系統に接続されている一般負荷のき電回路）で短絡あるいは地絡事故が発生すると、事故発生点Ｅに向けて商用電源系統２００からは事故電流Ｉsが、また分散型電源２０２からは連系母線２０３に介装した分離遮断器２０４を経由して事故電流Ｉgが同時に流れ込むようになる。このために、事故発生直後は事故点Ｅのき電回路に接続されているフィーダ遮断器２０７には事故電流Ｉsに事故電流Ｉg が加わった大きな事故電流（Ｉs＋Ｉg）が流れるようになるが、一方では事故発生と同時に事故検出装置２０８が分散型電源２０２から連系母線２０３を経由して事故発生点Ｅに供給される事故電流Ｉgを検出して分離遮断器（３相高速限流遮断装置）２０４をトリップ動作させ、事故電流Ｉgを１／４サイクル未満の短い時間で限流遮断して分散型電源２０２を解列する。したがって、フィーダ遮断器２０７を通じて事故発生点Ｅに流れる事故電流は瞬時にＩs＋ＩgからＩs（フィーダ遮断器２０７の遮断能力範囲内）に低減する。これにより、分離遮断器２０４よりも数サイクル遅れてトリップ動作するフィーダ遮断器２０７で事故電流ＩＳを確実に遮断することができる。
【００４６】
また、図８(a) 〜(c)は前記動作を説明するための動作波形図であり、事故発生時点をｔ０として、それ以前は図７に示した一般負荷２０５，重要負荷２０６にはそれぞれ図８(a),(b)で示すように通常の負荷電流ＩＬが流れており、事故が発生すると事故発生点Ｅに向けて商用電源系統２００からは事故電流Ｉsが、また分散型電源２０２からは事故電流Ｉgがフィーダ遮断器２０７に流れるようになる。
【００４７】
この状態になると、図７における事故検出装置２０８が前記の事故電流Ｉgを検出して分離遮断器２０４にトリップ信号を出力する。これにより、分離遮断器２０４（図１〜図６で述べた３相高速限流遮断装置）がトリップ動作し、１／４サイクル未満の短時間で事故電流Ｉgを限流値ｉgpに限流して遮断し、時点ｔ１で分散型電源２０２を商用電源側の系統から解列する（図８(b)参照）。また、事故発生時点ｔ０からフィーダ遮断器２０７に流れる事故電流Ｉs＋Ｉgは図８(c)で表すように事故電流ＩＳの最大波高値よりも低い波高値ｉpに限流され、遮断終了時点ｔ１以降は商用電源から供給される事故電流Ｉsのみが流れ、この事故電流はフィーダ遮断器２０７のトリップ動作で遮断される。これにより、構内系統での短絡容量の増加を抑制して商用電源系統との保護協調が図れる。
【００４８】
なお、図７の構成において、商用電源側の系統に接続されている一般負荷２０５のき電回路（図示のＥ地点）で短絡あるいは地絡事故が発生した場合と同様に、分散型電源側の系統に接続されている重要負荷２０６のき電回路で短絡あるいは地絡事故が発生した場合も、構内系統での短絡容量の増加を抑制して合理的な保護協調が確保されるようにすることができる。すなわち、分散型電源側の系統に接続されている重要負荷２０６のき電回路で短絡あるいは地絡事故が発生すると、その事故発生点に向けて分散型電源２０２からは事故電流Ｉｇが、また商用電源系統２００からは連系母線２０３に介装した分離遮断器２０４を経由して事故電流Ｉｓが同時に流れ込むようになるため、事故発生直後は事故点のき電回路に接続されているフィーダ遮断器２０７には事故電流Ｉｇに事故電流Ｉｓが加わった大きな事故電流（Ｉｇ＋Ｉｓ）が流れるようになるが、一方で事故発生と同時に事故検出装置２０８が商用電源系統２００から連系母線２０３を経由して事故発生点に供給される事故電流Ｉｓを検出して分離遮断器（３相高速限流遮断装置）２０４をトリップ動作させ、事故電流Ｉｓを１／４サイクル未満の短い時間で限流遮断して商用電源系統２００を解列するようにすれば、フィーダ遮断器２０７を通じて事故発生点に流れる事故電流は瞬時にＩｇ＋ＩｓからＩｇ（フィーダ遮断器２０７の遮断能力範囲内）に低減し、これにより、分離遮断器２０４よりも数サイクル遅れてトリップ動作するフィーダ遮断器２０７で事故電流Ｉｇを確実に遮断することができる。
【００４９】
次に、図７に示した連系システムにおいて、系内での事故発生時に分散型電源２０２に接続した重要負荷２０６の生き残りを図るシステムおよびその保護動作を図９，図１０で説明する。すなわち、図９における商用電源系統側のＥ地点で短絡，地絡事故が発生すると、分離遮断器２０４を介装した連系母線２０３を経由して分散型電源２０２から事故発生点Ｅに向けて事故電流Ｉgが、また商用電源系統２００からは事故電流Ｉsが流れ込むようになる。なお、この実施例では事故検出装置２０８に接続した電流検出部（計器用変流器）２１０を分散型電源２０２の出力側に配置している。
【００５０】
この状態になると、分散型電源側では、母線電圧Ｖが図１０(a)の実線で表すように事故発生と同時に時点ｔ０で定常電圧値ａからｂに低下し、さらに母線インピーダンスの電圧降下分の波形に沿ってｂからｃに変化する。また、電流検出部２１０の一次側に流れる電流は、図１０(b)で表すように分散型電源２０２より重要負荷２０６に供給する負荷電流ＩＬに事故電流Ｉgが加わって増加するようになる。一方、この状態を事故検出装置２０８が検出して分離遮断器２０４にトリップ信号を出力し、これを基に先記実施例で述べたように分離遮断器２０４が１／４サイクル未満の時点ｔ１で電流ｉgpに限流して遮断動作すると、分散型電源２０２が解列して事故発生点Ｅから切り離される。これにより、分散型電源側での母線電圧がｃからｄに移行して定常値Ｖに回復する（図１０(a)参照）とともに、電流も定常時の負荷電流ＩＬ（図１０(b)参照）に復帰する。
【００５１】
したがって、分散型電源２０２に接続した重要負荷２０６が瞬時の給電中断も許されないパワーエレクトロニクス機器などであっても、商用電源側の系統に発生した短絡，地絡事故が原因で運転を中断のおそれなしに、電力を継続的に安定供給して重要負荷２０６の生き残りを確保できる。
【００５２】
次に、分散型電源がガスタービン発電機である電力系統の連系システムにおいて、発電機とガスタービンの出力軸との間を連結しているシェアピンが系内の事故発生に伴う発電機の出力電流増加によって切断するのを防ぐようにしたシステムの実施例を図１１および図１２で説明する。
【００５３】
すなわち、図１１の連系システムは基本的に図９と同様で、分散型電源２０２は発電機２０２ａとガスタービン（原動機）２０２ｂを組合せたガスタービン発電機であり、発電機２０２ａとガスタービン２０２ｂの出力軸が軸継手２０２ｃに設けたシェアピン２０２ｄを介して連結し、ガスタービン２０２ｂで発電機を駆動するようにしている。なお、シェアピン２０２ｄは、よく知られているように電力系統側での短絡，地絡事故発生などに伴う発電機の出力電流の増加が原因で発電機２０２ａとガスタービン２０２ｂとの連結軸に定格トルクを超える異常な軸捩じれトルクが加わった際に、ピン自身が破断してガスタービン２０２ｂを発電機２０２ａから切り離し、ガスタービン２０２ｂを保護する役目を果たすものである。
【００５４】
ところで、シェアピンは一旦切断すると、シェアピンを付け替える復旧作業に時間が掛かり、この間は分散型電源２０２の発電が停止することになる。そのために、機械的な重大事故発生などを除いて電力系統内の短絡，地絡事故発生に伴う発電機の出力電流増加に起因するシェアピンの切断を防ぐような対策が求められている。そこで、前記の連系システムにおいて、系内での事故発生時に分離遮断器をトリップ動作させて自家用の発電機を事故発生点から切り離し、ガスタービン（原動機）の出力軸に加わる軸捩じれトルクを低減させてシェアピンの切断を回避するようにした方式が従来より提案されているが、この場合に分離遮断器を高速で限流遮断しないと、事故電流を供給している発電機の出力電流が減少する以前にシェアピンが切断してしまうおそれがある。
【００５５】
そこで、この実施例では、図１１の連系母線２０３に介装した分離遮断器２０４として、先記の各実施例と同様にこの発明による３相高速限流遮断装置を適用し、商用電源系統側におけるＥ地点で短絡，地絡事故が発生した場合には、事故検出装置２０８の検出信号を基に分離遮断器２０４をトリップ動作させ、分散型電源２０２の発電機２０２ａから事故発生点Ｅに向けて流れる事故電流Ｉgを１／４サイクル未満の短時間で高速限流遮断し、シェアピン２０２ｄの切断を回避するようにしている。すなわち、事故検出装置２０８が系統内の事故発生を検出し、これを基に分離遮断器２０４に採用したこの発明の３相高速限流遮断装置をトリップ動作させると、分散型電源側での母線電圧，発電機の出力電流は図１２(a),(b)で表す動作波形を呈し、出力電流についてはシェアピン２０２ｄを切断する軸捩じれトルクに相当する電流値ｉ０よりも低い波高値ｉpに限流される。これにより、系統内での事故発生に起因してシェアピン２０２ｄが切断されるのを確実に回避できる。
【００５６】
また、商用電源系統側での事故発生時に、上述のようにシェアピン２０２ｄの切断が回避されることにより、分散型電源２０２の発電を継続することができるので、分散型電源２０２に接続された重要負荷２０６に電力を継続的に安定供給することができるようになる。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、３相交流回路の各相に挿入された遮断部と、この遮断部の各相の開閉電極毎に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力によりそれぞれの開閉電極を開極駆動する第１駆動部と、前記遮断部の各相にそれぞれ前記３相交流回路の周波数より高い周波数の電流を重畳させる高周波電流発生回路と、この高周波電流発生回路を投入する投入部と、前記投入部の開閉電極に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力により開閉電極を閉極駆動する第２駆動部と、この第１駆動部および第２駆動部を制御する制御部と、前記制御部に前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号を送る電流検出部とを備え、前記電気信号が事故の発生を検出するレベル以上になったとき前記制御部により前記第１駆動部および第２駆動部を駆動し、前記遮断部を開極させるとともに前記投入部を閉極させるようにするとともに、前記第１駆動部の各相の電磁コイルを直列接続して１つの駆動電源でもって一括して励磁するようにすることによって、事故電流の零点を待たずに高速で遮断できる限流形の３相交流開閉装置，すなわち，３相高速限流遮断装置となり主回路やそれに繋がる電気機器の負担が軽減される。また、第１駆動部の各相の第１電磁コイル、第２駆動部の各相の第２電磁コイルをそれぞれ直列接続して、それぞれ１つの第１駆動電源、１つの第２駆動電源でもって一括して励磁させることにより、第１駆動部による遮断部の開極駆動および第２駆動部による高周波電流発生回路の始動がそれぞれ各相間でばらつきがなく同時に行われるので、３相交流回路における高速の限流遮断をより確実に行うことができる。
【００５８】
また、かかる構成において、制御部が、各相のうち電気信号が最も早く所定の値以上になったと判別された相でのその判別のタイミングでもって３相交流回路に事故が起きたものと判定してなるようにすることによって、事故電流が最も早く最大の波高値になる相も含めて３相の実際に流れる事故電流が小さい電流値に抑制されるようになり、主回路やそれに繋がる電気機器の負担がさらに軽減される。
【００５９】
さらに、第２駆動部を第１駆動部の駆動より所定時間遅れて駆動するようにしたことにより、遮断部が開極し始めた後、高周波電流の重畳により遮断部に流れる電流に零点が形成されるタイミングにおいて開閉電極間の距離を確実に遮断することのできる距離とすることができる。
【００６０】
また、前記したこの発明による３相高速限流遮断装置を分離遮断器として商用電源系統と自家用の分散型電源とを連系させた上で、事故検出装置と組合せて電力系統の連系システムを構築し、系統内に短絡，地絡事故が発生した際に分離遮断器（３相高速限流遮断器）をトリップ動作させて分散型電源を解列するようにしたことにより、次記の効果を奏する。
【００６１】
(1) 分散型電源から事故発生点に向けて供給する事故電流をその最大波高値以下に抑えつつ、１／４サイクル未満の短時間で分散型電源を事故発生点と切り離すことができ、ここで重要負荷を分散型電源側に接続しておくことにより、事故発生時でも重要負荷に対する給電を中断することなく安定，かつ継続的に行うことができる。
【００６２】
(2) また、前記の分散型電源が例えばガスタービン発電機であり、ガスタービンの出力軸と発電機との間をシェアピンで連結している場合でも、分離遮断器である３相高速限流遮断器の遮断機能により、系統内での事故発生時における発電機の出力電流の増加を低く抑えて事故発生点から解列することができ、これにより系統内での短絡，地絡事故の発生に起因してシェアピンが切断するのを確実に回避できる。
【００６３】
(3) さらに、自家用の分散型電源を商用電源系統に連系させた連系システムでは、商用電源側の系統の短絡容量に分散型電源側の系統の短絡容量が加わって構内の短絡容量が増加し、このために保護協調が崩れるといった問題の生じるおそれがあるが、この発明によれば事故発生時における事故電流の波高値を小さく限流できるので、これにより構内の短絡容量の増加を抑制して合理的な保護協調を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例にかかる３相高速限流遮断装置の構成を示す回路図
【図２】 （ａ）は図１の遮断部の第１駆動部の構成を示す回路図であり、（ｂ）は図１の投入部の第２駆動部の構成を示す回路図
【図３】 図１の３相高速限流遮断装置の動作を示すタイムチャート
【図４】 図１の３相高速限流遮断装置の動作をさらに詳細に示すタイムチャート
【図５】 この発明の異なる実施例にかかる３相高速限流遮断装置の制御方法を示すタイムチャート
【図６】 この発明の比較例として示す３相高速限流遮断装置の回路図であり、（ａ）は遮断部の第１駆動部、（ｂ）は図１の投入部の第２駆動部
【図７】 この発明の実施例にかかる連系システムおよび系統内での短絡，地絡事故の発生状況を表したシステム回路図
【図８】 図７における事故発生時の動作を説明するための動作波形図
【図９】 この発明の実施例にかかる重要負荷生き残りのシステムおよび系統内での短絡，地絡事故発生状況を表したシステム回路図
【図１０】 図９における事故発生時の動作を説明するための動作波形図
【図１１】 この発明の実施例にかかるシェアピン切断防止のシステムおよび系統内での短絡，地絡事故発生状況を表したシステム回路図
【図１２】 図１１における事故発生時の動作を説明するための動作波形図
【図１３】 従来の３相交流開閉装置の構成を示す回路図
【図１４】 図１３の３相交流開閉装置の動作を示すタイムチャート
【符号の説明】
１ ３相電源
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 負荷
３ 分離遮断器
４ ３相交流開閉装置
４０ ３相高速限流遮断装置
５ 電流検出部
６０ 第１駆動部
６１ 第２駆動部
７ 遮断部
８，８０ 制御部
９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 主回路
１０ 第１電磁コイル
１００ 第２電磁コイル
１１ 投入部
１２ インダクタ
１３，２０，２１ コンデンサ
１４，１８，１９ 充電装置
１５ 消弧装置
１６ 第１駆動電源
１７ 第２駆動電源
２２，２３ 半導体スイッチ
２００ 商用電源系統
２０２ 分散型電源
２０２ａ 発電機
２０２ｂ ガスタービン（原動機）
２０２ｄ シェアピン
２０３ 連系母線
２０４ 分離遮断器（３相高速限流遮断装置）
２０５ 一般負荷
２０６ 重要負荷
２０７ フィーダ遮断器
２０８ 事故検出装置
Claims (8)
- ３相交流回路の各相に挿入された遮断部と、この遮断部の各相の開閉電極毎に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力によりそれぞれの開閉電極を開極駆動する第１駆動部と、前記遮断部の各相にそれぞれ前記３相交流回路の周波数より高い周波数の電流を重畳させる高周波電流発生回路と、この高周波電流発生回路を投入する投入部と、前記投入部の開閉電極に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力により開閉電極を閉極駆動する第２駆動部と、この第１駆動部および第２駆動部を制御する制御部と、前記制御部に前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号を送る電流検出部とを備え、かつ、前記第１駆動部の各相の電磁コイルを直列接続して１つの駆動電源に接続して構成され、前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号が事故の発生を検出するレベル以上になったとき前記制御部により前記第１駆動部および第２駆動部を駆動するようにしたことを特徴とする３相高速限流遮断装置。
- ３相交流回路の各相に挿入された遮断部と、この遮断部の各相の開閉電極毎に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力によりそれぞれの開閉電極を開極駆動する第１駆動部と、前記遮断部の各相にそれぞれ前記３相交流回路の周波数より高い周波数の電流を重畳させる高周波電流発生回路と、この高周波電流発生回路を投入する投入部と、前記投入部の開閉電極に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力により開閉電極を閉極駆動する第２駆動部と、この第１駆動部および第２駆動部を制御する制御部と、前記制御部に前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号を送る電流検出部とを備え、かつ、前記第２駆動部の各相の電磁コイルを直列接続して１つの駆動電源に接続して構成され、前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号が事故の発生を検出するレベル以上になったとき前記制御部により前記第１駆動部および第２駆動部を駆動するようにしたことを特徴とする３相高速限流遮断装置。
- ３相交流回路の各相に挿入された遮断部と、この遮断部の各相の開閉電極毎に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力によりそれぞれの開閉電極を開極駆動する第１駆動部と、前記遮断部の各相にそれぞれ前記３相交流回路の周波数より高い周波数の電流を重畳させる高周波電流発生回路と、この高周波電流発生回路を投入する投入部と、前記投入部の開閉電極に設けられた短絡リングと電磁コイルによる電磁反発力により開閉電極を閉極駆動する第２駆動部と、この第１駆動部および第２駆動部を制御する制御部と、前記制御部に前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号を送る電流検出部とを備え、かつ、前記第１駆動部の各相の電磁コイルを直列接続して１つの駆動電源に接続して構成されるとともに前記第２駆動部の各相の電磁コイルを直列接続して１つの駆動電源に接続して構成され、前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号が事故の発生を検出するレベル以上になったとき前記制御部により前記第１駆動部および第２駆動部を駆動するようにしたことを特徴とする３相高速限流遮断装置。
- 請求項１ないし３の何れか１項に記載の３相高速限流遮断装置において、前記制御部が、前記３相交流回路の各相に流れる電流の値に比例する電気信号のうち最も早く事故の発生を検出するレベル以上になったと判別された相でのその判別のタイミングでもって前記３相交流回路に事故が起きたものと判定してなることを特徴とする３相高速限流遮断装置。
- 請求項１ないし４の何れか１項に記載の３相高速限流遮断装置において、前記第２駆動部を前記第１駆動部の駆動より前記遮断部の電極が開極し始めた後、高周波電流の重畳により遮断部に流れる電流に零点が形成されるタイミングにおいて確実に遮断することができる電極間距離が確保されているような時間遅れて駆動することを特徴とする３相高速限流遮断装置。
- 商用電源系統と自家用の分散型電源とが分離遮断器を介装した連系母線を介して連系され、この連系母線に接続した負荷に商用電源系統，分散型電源から給電するように連系運用する電力系統の連系システムにおいて、前記の分離遮断器に請求項１ないし５の何れか１項に記載の３相高速限流遮断装置を適用し、事故検出装置と組み合わせて系統内に事故が発生した際に、事故検出装置の検出信号を基に分離遮断器を遮断させて分散型電源の系統を解列するようにしたことを特徴とする電力系統の連系システム。
- 請求項６に記載の電力系統の連系システムにおいて、分離遮断器を境にして重要負荷を分散型電源側の系統に接続し、商用電源側の系統で事故が発生した際に分離遮断器を遮断して分散型電源より重要負荷への給電を継続して行うようにしたことを特徴とする電力系統の連系システム。
- 請求項６または７に記載の電力系統の連系システムにおいて、分散型電源が原動機の出力軸とシェアピンを介して連結された発電機であり、商用電源側の系統に事故が発生した際に分離遮断器を遮断して分散型電源を解列し、過渡的に前記シェアピンに掛かる軸捩じれトルクを低減してシェアピンの切断を回避するようにしたことを特徴とする電力系統の連系システム。
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