JP4889384B2

JP4889384B2 - 断路器位相制御システム

Info

Publication number: JP4889384B2
Application number: JP2006182903A
Authority: JP
Inventors: 茂雄藤井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-07-03
Also published as: JP2008016201A

Description

この発明は、断路器位相制御システム、特に、電力系統の回線切替時に開閉する断路器の動作開始タイミングの制御システムに関する。

従来のガス絶縁断路器は、断路器接点機構に永久磁石を用いて、その磁界を用いて遮断時のアーク電流経路を引き伸ばして、数ｋＡのアーク電流を遮断している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１９７９４９号公報（４−５頁、図１）

従来のガス絶縁断路器は、断路器接点機構に永久磁石を設置しているため、断路器接点機構の構成が複雑になるという問題点があった。
また、数ｋＡのアーク電流を遮断するため、接点の磨耗が早いという問題点があった。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、簡潔な構成で接点の摩耗を伴うことなく電流遮断を確実に行えるガス絶縁断路器を得ようとするものである。

この発明に係る断路器位相制御システムでは、絶縁ガスを封入した密閉容器内で開放動作を行う断路器接点と、前記断路器接点を開放する開指令と系統電流信号を入力して前記系統電流信号の所定の位相で前記断路器接点を開放するように前記開指令の出力タイミングを遅延させた位相制御信号を系統電流信号の位相と前記断路器接点の動作時間とに基づいて出力する位相制御部と、前記位相制御信号を入力して前記断路器接点を開放する断路器駆動コイルとを備え、前記動作時間は、複数の前記ガス絶縁断路器のそれぞれについて、それぞれの前記ガス絶縁断路器毎に設けられ前記断路器接点を駆動する前記断路器駆動コイルに印加される駆動電圧電源の電圧を検出する電圧センサの検出出力とそれぞれの前記ガス絶縁断路器毎に設けられ前記断路器駆動コイルの環境温度を検出する温度センサの検出出力に応じて補正されるものであって、複数の前記ガス絶縁断路器のうち前記位相制御信号の出力先となる前記ガス絶縁断路器の動作時間を出力先の前記ガス絶縁断路器に設けられた前記電圧センサおよび前記温度センサの検出出力に応じ補正するものである。

この発明によれば、電流のゼロ位相で断路器接点が電流を遮断するように、複数のガス絶縁断路器における駆動コイルへの位相制御信号の出力タイミングを調整する共通の位相制御部により、複数のガス絶縁断路器をそれぞれの駆動電源の電圧および環境温度に応じて制御できる断路器位相制御システムを得ることができる。

実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図について説明する。図１は実施の形態１におけるガス絶縁断路器の構成を示すブロック図である。図２は実施の形態１におけるガス絶縁断路器の動作を示すタイムチャートである。

図１において、ガス絶縁断路器１は、断路器駆動コイル２および断路器接点３ならびに位相制御部４を有している。
ガス絶縁断路器１における断路器駆動コイル２に位相制御信号５が入力されると、ＳＦ_６等の絶縁ガスを封入した密閉容器内で電流遮断を行う断路器接点３が開放される。断路器駆動コイル２に位相制御信号５が入力され、断路器接点３が開放するまでの時間を断路器接点３の動作時間と呼んでいる。
位相制御部４には系統電流信号６が入力される。また、開指令スイッチ７ａを介して開指令７が入力される。位相制御部４への開指令７の入力により、開指令スイッチ７ａを介して位相制御部４に入力された駆動コイル２を駆動するための駆動電圧電源８の電圧によるコイル駆動電圧が位相制御信号５として駆動コイル２に入力される。この位相制御信号５の入力タイミングは、位相制御部４へ電力系統に設けられた電流センサ（図示せず）から入力される系統電流信号６の位相と、事前に位相制御部４へ登録され設定・記憶されたガス絶縁断路器１における断路器接点３の動作時間に関するデータに基づいて決定される。

次に、動作について図２を用いて説明する。電力系統では地絡事故等がない限り、系統電流の位相は安定しているので、位相制御部４は入力した系統電流信号６のタイミング周期と、直近の系統電流位相も同一周波数かつ同一位相とみなすことができる。よって、位相制御部４は、入力した系統電流信号６から検出した電流ゼロ位相をもとに、将来の電流ゼロ位相タイミングを予測することができる。また、ガス絶縁断路器１における断路器接点３の動作時間は位相制御部４に設定されており既知である。
位相制御部４に開指令７が入力されると、ガス絶縁断路器１は位相制御信号５が入力されることによって断路器接点３の断路器駆動コイル２へ駆動電圧電源８の電圧によるコイル駆動電圧が印加されるのを待つ待機状態となる。位相制御部４は位相制御部４への開指令７の入力によって予測した将来の電流ゼロ位相と、ガス絶縁断路器１における断路器接点３の動作時間から、位相制御信号５の出力タイミングを算出するとともに、位相制御信号５の出力タイミングまで出力を待つ。この遅延時間経過後、位相制御部４は位相制御信号５を断路器駆動コイル２に出力する。断路器駆動コイル２への位相制御信号５の入力により断路器接点３は開放動作を行い、電力系統を開路状態として絶縁を確保する。
このような制御を行うことにより、断路器接点３は系統電流のゼロ位相で系統電流を遮断する。系統電流が数ｋＡ流れていたとしても、電流ゼロ位相で遮断するため断路器接点３の遮断電流能力は小さくて済み、断路器接点３の摩耗を伴うことなく電流遮断を確実に行えるので、電流遮断容量の小さな断路器接点３で、系統電流が数ｋＡの場合でも遮断することができ、ガス絶縁断路器１の寿命を延ばすとともに遮断機能の信頼性を向上することができる。
よって、遮断能力を向上させるために断路器に永久磁石を組み込むような複雑な構成にする必要がなくなる。

この発明による実施の形態１によれば、絶縁ガスを封入した密閉容器内で開放動作を行う断路器接点３と、前記断路器接点３を開放する開指令７と系統電流信号６を入力して前記系統電流信号６の所定の位相で前記断路器接点３を開放するように前記開指令７の出力タイミングを遅延させた位相制御信号５を系統電流信号６の位相と前記断路器接点３の動作時間とに基づいて出力する位相制御部４と、前記位相制御信号５を入力して前記断路器接点３を開放する断路器駆動コイル２と、を備えたので、所定の系統電流位相である電流のゼロ位相で断路器接点３が電流遮断を行うことにより、永久磁石などを要しない簡潔な構成で断路器接点３の摩耗を伴うことなく電流遮断を確実に行えるガス絶縁断路器を得ることができる。

実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図３について説明する。図３は実施の形態２におけるガス絶縁断路器の構成を示すブロック図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

実施の形態１では、ガス絶縁断路器１は位相制御部４に断路器接点３の動作時間に関するデータを設定・記憶していたが、この実施の形態２では、駆動電圧電源８の電圧変動および断路器駆動コイル２の環境温度変動により影響を受けるガス絶縁断路器１における断路器接点３の動作時間の変動を補正することにより、一層高精度な断路器接点３の動作時間予測が可能となる。

図３において、電圧センサ９は断路器駆動コイル２に印加される駆動電圧電源８の電圧を検出し、位相制御部４に出力する。温度センサ１０は、断路器駆動コイル２の近傍に設置され、その環境温度を検出し、位相制御部４に出力する。また、位相制御部４には、位相制御信号５の出力タイミングを最適化して調整し電流ゼロ位相で断路器接点３を開放動作させるためのデータ、例えば、駆動電圧電源８の電圧の変動と断路器駆動コイル２の環境温度によりガス絶縁断路器１における断路器接点３の動作時間にどのような影響を与えるかを示す温度―コイル駆動電圧特性に関するデータがあらかじめ設定・記憶されている。

次に、動作について説明する。位相制御部４には電圧センサ９により検出されたコイル駆動電圧電源８の電圧が入力される。また、温度センサ１０の信号から環境温度を検出する。位相制御部４に開指令７が入力されると、電圧センサ９により検出された駆動電圧電源８の電圧と温度センサ１０により検出された断路器駆動コイル２の環境温度をもとに、駆動電圧電源８の電圧状況と位相制御部４に事前に設定されたガス絶縁断路器１における断路器接点３の動作時間の温度―コイル駆動電圧特性を含むデータからガス絶縁断路器１における断路器接点３のその時点での環境条件下の動作時間を予測する。
この手法で予測したガス絶縁断路器１における断路器接点３の動作時間と、系統電流６から予測した将来の電流ゼロ位相タイミングから実施の形態１と同様な位相制御信号５の出力タイミング制御を行う。

この実施の形態２による制御を行うことにより、断路器駆動コイル２に印加される駆動電圧電源８の電圧の変化や断路器駆動コイル２の環境温度といった環境変化によるガス絶縁断路器１における断路器接点３の動作時間の変動を補正し、より精度の高い電流ゼロ位相での遮断を実現することができる。

この発明による実施の形態２によれば、実施の形態１における構成において、前記動作時間は、前記断路器接点３を駆動する断路器駆動コイル２に印加される駆動電圧電源８の電圧を検出する電圧センサ９の検出出力と前記断路器駆動コイル２の環境温度を検出する温度センサ１０の検出出力に応じて補正されるようにしたので、所定の系統電流位相である電流のゼロ位相で断路器接点３が電流を遮断するように、断路器駆動コイル２への位相制御信号の出力タイミングを調整する位相制御部４へ駆動電圧電源８の変動や断路器駆動コイル２の環境温度の変動に基づく温度―コイル駆動電圧特性による断路器接点３の動作時間への影響を考慮するよう前記駆動電圧センサ９の出力と温度センサ１０の出力を導入することによって、より高精度な断路器接点３の動作時間の予測を行うことができるため、所定の系統電流位相である電流ゼロ点での精度の高い電流遮断を実現することができるガス絶縁断路器１を得ることができる。

実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図４について説明する。図４は実施の形態３における断路器位相制御システムの構成を示すブロック図である。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１または実施の形態２における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

実施の形態１および実施の形態２では、一つのガス絶縁断路器１に位相制御部４を設けて実現していたが、この実施の形態３では、二つのガス絶縁断路器１Ａ，１Ｂを一つの位相制御部４Ａで実現する構成を示す。

図４において、二つのガス絶縁断路器１Ａ，１Ｂを共通の位相制御部４Ａで制御する構成を示している。
図４では、二つのガス断路器１Ａ，１Ｂに対応して、構成物の記号(数字)の後ろにＡまたはＢをつけて２系の構成物に例えば２Ａ，２Ｂ等の符号をつけ区別している。
選択切替指令手段を構成するセレクト指令部１５は、選択切替指令信号により、どちらのガス絶縁断路器１Ａか１Ｂかが開路動作を行うかを指定するものである。信号切替手段を構成するセレクトスイッチ１１，１２，１３，１４はセレクト指令部１５からの信号を入力して、指定されたガス絶縁断路器１Ａまたは１Ｂ側の信号を選択するように切り替わる。
セレクトスイッチ１１は開指令スイッチ７Ａａによる開指令７Ａまたは開指令スイッチ７Ｂａによる開指令７Ｂの切替、セレクトスイッチ１２は電圧センサ９Ａ，９Ｂの検出出力の切替、セレクトスイッチ１３は温度センサ１０Ａ，１０Ｂの検出出力の切替を行い、セレクトスイッチ１４は位相制御部４Ａからの位相制御信号５を断路器駆動コイル２Ａ，２Ｂのどちらへ供給するかを切り替える。
位相制御部４Ａは、二つのガス絶縁断路器１Ａ，１Ｂにおける断路器接点３Ａ，３Ｂの動作時間に影響を与える温度―コイル駆動電圧特性などのデータをあらかじめ設定・記憶しており、またセレクト指令部１５の信号を入力して、動作するガス絶縁断路器が１Ａか１Ｂかを判断する。

次に、動作について説明する。セレクト指令部１５の信号により、セレクトスイッチ１１，１２，１３，１４は、動作させるガス絶縁断路器１Ａ，１Ｂのいずれかを判断し、スイッチ接点の切替を設定する。
図４はガス絶縁断路器１Ｂの断路器駆動コイル２Ｂを動作させようとした時のセレクトスイッチ１１，１２，１３，１４の状態を示している。この状態で、開指令スイッチ７Ｂａが閉合され開指令７Ｂが入力されると、この開指令７Ｂはセレクトスイッチ１１を介して位相制御部４Ａに入力される。
位相制御部４Ａはセレクト指令部１５からの信号で、ガス絶縁断路器１Ｂの断路器接点３の動作時間に影響を与える温度―コイル駆動電圧特性などに関するデータ、セレクトスイッチ１２から入力するガス絶縁断路器１の断路器駆動コイル２Ｂへ印加される駆動電圧電源８の電圧を検出した電圧センサ９Ｂの検出出力値、セレクトスイッチ１３から入力する断路器駆動コイル２Ｂの環境温度を検出する温度センサ１０Ｂの検出出力値から、断路器駆動コイル２Ｂにより駆動される断路器接点３Ｂによって開路動作が行われるガス絶縁断路器１Ｂの断路器接点３の動作時間を予測する。
実施の形態１および実施の形態２と同じ制御手法で出力された位相制御信号５は、セレクトスイッチ１４を介して断路器駆動コイル２Ｂに出力される。以降の動作は実施の形態１および実施の形態２と同じである。

この発明による実施の形態３では、信号切替操作および二つのガス絶縁断路器１Ａ，１Ｂのどちらかの開路動作を行うかの切替判断処理を行うことにより、一つの位相制御部４Ａで複数のガス絶縁断路器１Ａ，１Ｂを制御することを特徴とする断路器位相制御システムが構成されている。
したがって、セレクトスイッチ１１，１２，１３，１４からなる信号切替手段およびセレクト指令部１５からなる選択切替指令手段を設けることにより、一つの位相制御部４Ａで、複数のガス絶縁断路器１Ａ，１Ｂを制御することが可能となる。
位相制御部４Ａは比較的高価となるため、この方式によりコスト低減を図ることができるという効果がある。

この発明による実施の形態３によれば、絶縁ガスを封入した密閉容器内で開放動作を行う断路器接点３Ａ，３Ｂと位相制御信号５を入力して前記断路器接点３Ａ，３Ｂを開放する断路器駆動コイル２Ａ，２Ｂとを具備する複数のガス絶縁断路器１Ａ，１Ｂに対して共通に設けられ、前記断路器接点３Ａ，３Ｂとを開放する開指令７Ａ，７Ｂと系統電流信号６を入力して前記系統電流信号６の所定の位相で前記断路器接点３Ａ，３Ｂを開放するように前記開指令７Ａ，７Ｂの出力タイミングを遅延させた位相制御信号５を系統電流信号６の位相と前記断路器接点３Ａ，３Ｂの動作時間とに基づいて出力する位相制御部４Ａと、前記位相制御信号５の出力先を切り替える切替信号を出力するセレクト指令部１５からなる切替信号出力手段と、前記切替信号と前記位相制御信号５を入力し、前記切替信号に基づいて前記位相制御信号５の出力先を複数のガス絶縁断路器１Ａ，１Ｂのいずれかのガス絶縁断路器に切り替えるセレクトスイッチ１１，１２，１３，１４からなる信号切替手段と、を備えたので、電流のゼロ位相で断路器接点３Ａ，３Ｂが電流を遮断するように、駆動コイル２Ａ，２Ｂへの位相制御信号５の出力タイミングを調整する共通の位相制御部４Ａにより複数のガス絶縁断路器１Ａ，１Ｂを制御できる経済的な断路器位相制御システムを得ることができる。

この発明による実施の形態１におけるガス絶縁断路器の構成を示すブロック図である。この発明による実施の形態１におけるガス絶縁断路器の動作を示すタイムチャートである。この発明による実施の形態２におけるガス絶縁断路器の構成を示すブロック図である。この発明による実施の形態３における断路器位相制御システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ガス絶縁断路器、２断路器駆動コイル、３断路器接点、４位相制御部、５位相制御信号、６系統電流信号、７開指令、８駆動電圧電源、９電圧センサ、１０温度センサ、１Ａ，１Ｂガス絶縁断路器、２Ａ，２Ｂ断路器駆動コイル、３Ａ，３Ｂ断路器接点、４Ａ位相制御部、７Ａ，７Ｂ開指令、８Ａ，８Ｂ駆動電圧電源、９Ａ，９Ｂ電圧センサ、１０Ａ，１０Ｂ温度センサ、１１，１２，１３，１４セレクトスイッチ、１５セレクト指令部。

Claims

絶縁ガスを封入した密閉容器内で開放動作を行う断路器接点と位相制御信号を入力して前記断路器接点を開放する断路器駆動コイルとを具備する複数のガス絶縁断路器に対して共通に設けられ、前記断路器接点を開放する開指令と系統電流信号を入力して前記系統電流信号の所定の位相で前記断路器接点を開放するように前記開指令の出力タイミングを遅延させた位相制御信号を系統電流信号の位相と前記断路器接点の動作時間とに基づいて出力する位相制御部と、
前記位相制御信号の出力先を切り替える切替信号を出力する切替信号出力手段と、
前記切替信号と前記位相制御信号を入力し、前記切替信号に基づいて前記位相制御信号の出力先を複数のガス絶縁断路器のいずれかのガス絶縁断路器に切り替える信号切替手段とを備え、
前記動作時間は、複数の前記ガス絶縁断路器のそれぞれについて、それぞれの前記ガス絶縁断路器毎に設けられ前記断路器接点を駆動する前記断路器駆動コイルに印加される駆動電圧電源の電圧を検出する電圧センサの検出出力とそれぞれの前記ガス絶縁断路器毎に設けられ前記断路器駆動コイルの環境温度を検出する温度センサの検出出力に応じて補正されるものであって、複数の前記ガス絶縁断路器のうち前記位相制御信号の出力先となる前記ガス絶縁断路器の動作時間を出力先の前記ガス絶縁断路器に設けられた前記電圧センサおよび前記温度センサの検出出力に応じ補正することを特徴とする断路器位相制御システム。
切替信号出力手段からの切替信号により、複数の前記ガス絶縁断路器について開指令信号を切り替える第１のセレクトスイッチと、複数の前記ガス絶縁断路器について前記電圧センサの検出出力を切り替える第２のセレクトスイッチと、複数の前記ガス絶縁断路器について前記温度センサの検出出力を切り替える第３のセレクトスイッチとを設けたことを特徴とする請求項１に記載の断路器位相制御システム。