JP5575180B2

JP5575180B2 - 電力開閉装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP5575180B2
Application number: JP2012120040A
Authority: JP
Inventors: 智仁森; 治彦香山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2027-09-03
Also published as: JP2012182151A

Description

本発明は、電力用開閉機器の開極動作を効果的に制御する電力開閉装置およびその制御方法に関するものである。

遮断器などの電力用開閉機器において、無負荷送電線の充電電流あるいはコンデンサバンクの負荷電流などに代表される進み小電流を遮断する場合には、遮断過程における無再発弧が要求されている。従来、この責務を達成するための一手法として、電力用開閉機器の開極時から回復電圧の波高値が現れる約１０ｍｓまでの間、電力用開閉機器の絶縁回復速度が進み小電流遮断の回復電圧を上回るように、電力用開閉機器を高速に動かすことが行われていた。

例えば下記特許文献１には、遮断器の可動接触部と開閉駆動機構とを可動接触部の開極初期の段階で全開極ストロークの中で相対的に早くするようなカム機構を介して接続する技術が開示されている。また、この特許文献１では、可動接触部を必要な区間のみ高速で駆動することができるので、開極時の全ストロークに渡って高速に駆動する遮断器と比べて、トータル的な駆動エネルギーの低減が可能となり、機器の大型化を防止できるとの記載がなされている。

特開２００４−５５４２０号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される従来技術では、開極動作初期の速度を高速化するための手段として、接点部と操作装置との間にカム機構による連結機構部を追設する必要があるため、構成が複雑化し、開閉駆動機構の簡素化が図れないという課題があった。また、連結機構部には大きな操作力が印加されるので、カム機構自身も剛性の強い部品で構成する必要があり、コスト増やサイズ増に直結するという問題点があった。

また、上記従来技術では、開極動作の制御を通じて、無再発弧となる遮断時間にて遮断器を動作させることが可能ではあるものの、その適用範囲が各相を独立して開閉動作可能な単相操作形遮断器のみに限定されるという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、遮断過程における再発弧を効果的に防止することができる電力開閉装置をコストの増大やサイズの増大を抑制しつつ実現するとともに、単相操作形の開閉器のみに限定されない電力開閉装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電力開閉装置は、電源側回路と負荷回路との間に接続される遮断器と、前記電源側回路と前記遮断器との間に流れる各相電流を計測する電流計測部と、前記各相電流の電流零点を予測して開閉極位相を制御する開閉極位相制御部と、前記遮断器に設けられた三相消弧室の接触子を同時に駆動する操作装置と、を有する電力開閉装置において、前記開閉極位相制御部は、進み小電流を含む負荷電流を遮断する場合に、前記三相のうちのいずれか一つの相が電流零点を迎えた時点を基準時刻とし、該基準時刻から電気角で２０°〜４０°の間に前記遮断器の各接触子が開極動作となるように前記操作装置を制御することを特徴とする。

本発明にかかる電力開閉装置によれば、進み小電流を含む負荷電流を遮断する場合に、三相のうちのいずれか一つの相が電流零点を迎えた時点を基準時刻とし、この基準時刻から電気角で２０°〜４０°の間に遮断器の各接触子が開極動作となるように制御するので、遮断過程における再発弧を効果的に防止することができ電力開閉装置をコストの増大やサイズの増大を抑制しつつ実現することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の好適な実施の形態にかかる電力開閉装置の構成および遮断器の閉路状態を示す図である。図２は、図１に示す遮断器の開路状態を示す図である。図３は、本実施の形態の電力開閉装置における極間絶縁耐力特性の一例を示す図である。図４は、本実施の形態の電力開閉装置における開極位相制御の概念を説明するための図である。図５は、横軸を電気角として三相交流の電流波形を示した図である。

以下に、本発明の好適な実施の形態にかかる電力開閉装置および当該電力開閉装置の制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（装置の構成）
図１は、本発明の好適な実施の形態にかかる電力開閉装置の構成を模式的に示す図である。同図に示す電力開閉装置は、電源側回路と負荷回路との間を接続する送電線２０Ｒ，２０Ｓ，２０Ｔに挿入される遮断器１１と、例えばマイクロプロセッサであり、遮断器１１の開極／閉極動作を制御する開閉極位相制御部２８と、を備えている。なお、送電線２０Ｒ，２０Ｓ，２０Ｔの電源側回路側には、遮断器１１に流れる各相電流を計測する電流計測部２１Ｒ，２１Ｓ，２１Ｔが設けられており、開閉極位相制御部２８は、電流計測部２１Ｒ，２１Ｓ，２１Ｔからの計測出力および外部（例えば上位装置）からの開極指令信号３０および閉極指令信号３２に基づき、開閉極位相制御を含む演算処理を行うことによって遮断器１１の開極／閉極動作の制御を行う。

また、図１において、遮断器１１は、三相一括形の遮断器であり、各相ごとに設けられた消弧室２２Ｒ，２２Ｓ，２２Ｔ、消弧室２２Ｒ，２２Ｓ，２２Ｔ内の図示しない各接触子を同時に駆動する操作装置２３、および操作装置２３に設けられたレバー２４の連結点２６と各相消弧室２２Ｒ，２２Ｓ，２２Ｔの連結点２７Ｒ，２７Ｓ，２７Ｔとを連結する連結機構部２５を備えて構成される。なお、図１に示す状態は、遮断器１１が閉路状態を表しており、操作装置２３によって連結機構部２５がＸ方向に駆動されることにより開路動作が行われる。また、図２に示す状態は、遮断器１１が開路状態を表しており、操作装置２３によって連結機構部２５がＹ方向に駆動されることにより閉路動作が行われる。

（装置の動作）
つぎに、本実施の形態にかかる電力開閉装置の開極／閉極動作について説明する。外部からの開極指令信号３０が開閉極位相制御部２８に入力されると、開閉極位相制御部２８は、電流計測部２１Ｒ，２１Ｓ，２１Ｔからの出力信号に基づき各相に流れる電流を検出するとともに、遮断器１１を最適な位相で遮断するよう操作装置２３に対して開極制御信号３１を出力する。操作装置２３は、レバー２４を駆動して連結機構部２５をＸ方向に駆動し、遮断動作を実行する。遮断動作完了後、遮断器１１の状態は、図２に示すような開路状態にある。

一方、外部からの閉極指令信号３２が開閉極位相制御部２８に入力されると、開閉極位相制御部２８は、電流計測部２１Ｒ，２１Ｓ，２１Ｔからの出力信号に基づき各相に流れる電流を検出するとともに、遮断器１１を最適な位相で投入するよう操作装置２３に対して閉極制御信号３３を出力する。操作装置２３は、レバー２４を駆動して連結機構部２５をＹ方向に駆動し、投入動作を実行する。投入動作完了後、遮断器１１の状態は、図１に示すような閉路状態になる。

（本実施の形態にかかる開極位相制御）
つぎに、本実施の形態にかかる開極位相制御について説明する。無負荷送電線に対する充電電流あるいはコンデンサバンクの負荷電流などに代表される進み小電流を遮断する場合、消弧室内部の接触子には、開極する開極点から次の電流零点までの間、遮断器極間にはアークが発生する。なお、アークが発生している時間を、ここではアーク時間と定義する。

図３は、本実施の形態の電力開閉装置における極間絶縁耐力特性の一例を示す図である。図３において、横軸は電気角（°）、縦軸は極間回復電圧Ｖ_ＳＬを示しており、極間回復電圧曲線１はアーク時間０の場合の電圧特性を示している。また、同図には、遮断器が開極点Ａ（電気角θ＝０°）で開極した場合の２つの極間閃絡電圧曲線、すなわち極間閃絡電圧曲線１（実線波形）および極間閃絡電圧曲線２（一点鎖線波形）をそれぞれ示している。なお、これらの極間閃絡電圧曲線１，２は、開極点Ａで開極した後の極間絶縁性能、開極速度などによって決定される極間絶縁耐力特性を示すものである。

ここで、遮断器１１の極間絶縁耐力特性が、例えば図３に示す極間閃絡電圧曲線２のような場合を考える。この場合、両曲線が交差する点Ｃにおいて、極間閃絡電圧が極間回復電圧を下回るようになるので、極間閃絡（再発弧）が生起することになる。したがって、無再発弧が要求される進み小電流遮断責務では、必ず極間閃絡電圧曲線が極間回復電圧曲線を上回っている必要がある。

図４は、本実施の形態の電力開閉装置における開極位相制御の概念を説明するための図であり、図３に示す極間回復電圧曲線１に代えて、所定時間のアーク（図３の例では、アーク時間ｔ）が発生した場合の極間回復電圧曲線２を示している。

図３と図４とを比較することから明らかなように、アーク時間０の場合には、開極と同時に極間回復電圧が立ち上がるため遮断責務としては最も厳しい条件となる。一方、ある一定のアーク時間が確保される場合には、アーク時間の分だけ極間回復電圧の立ち上がりが遅れるため要求される絶縁性能に裕度が生じることになる。

図５は、横軸を電気角として三相交流の電流波形を示した図である。図５において、三相のうちのいずれか一つの相が電流零点を迎えた時点、例えばＲ相の電流零点を迎えた時点を電気角αとし、電気角αから２０°経過した時点を電気角βとし、電気角βから２０°経過した時点を電気角γとし、さらに電気角γから２０°経過した時点を電気角δとし、さらに電気角δから６０°経過した時点を電気角εとすると、Ｒ相が電気角αで電流零点を迎えた直後のＳ相，Ｔ相の電流零点は、それぞれ電気角ε，δとなる。Ｒ相が電流零点を迎えた時点（電気角α）から電気角で２０〜４０°の範囲、つまり電気角βからγの範囲で三相同時に開極することにより、Ｒ相のアーク時間は電気角１４０°（＝３００°−（１２０°＋４０°））以上が確保され、Ｓ相のアーク時間は電気角８０°（＝２４０°−（１２０°＋４０°））以上が確保され、アーク時間の最も短いＴ相においてもアーク時間は電気角２０°（＝１８０°−（１２０°＋４０°））以上が確保されることになる。

このように、本実施の形態にかかる電力開閉装置およびその制御方法では、三相一括形の遮断器の開極位相を制御する場合に、所定時間以上のアーク時間を確保した開極位相制御を行うようにしているので、極間回復電圧発生時点での遮断器極間の絶縁性能を十分に確保することができ、無再発弧での遮断を容易かつ効果的に実現することができる。

また、本実施の形態にかかる電力開閉装置およびその制御方法では、極間回復電圧に関する遮断器極間の絶縁性能に裕度が生じるため、開極動作速度を低減することができ、消弧室の小型化、操作力の低減、連結機構部の簡素化等が可能となる。

以上のように、本発明にかかる電力開閉装置およびその制御方法は、遮断過程における再発弧を効果的に防止することができる電力開閉装置として有用であり、特に、三相一括形の遮断器に好適である。

１１遮断器
２０Ｒ，２０Ｓ，２０Ｔ送電線
２１Ｒ，２１Ｓ，２１Ｔ電流計測部
２２Ｒ，２２Ｓ，２２Ｔ消弧室
２３操作装置
２４レバー
２５連結機構部
２６，２７Ｒ，２７Ｓ，２７Ｔ連結点
２８開閉極位相制御部
３０開極指令信号
３１開極制御信号
３２閉極指令信号
３３閉極制御信号

Claims

電源側回路と負荷回路との間に接続される遮断器と、
前記電源側回路と前記遮断器との間に流れる各相電流を計測する電流計測部と、
前記各相電流の電流零点を予測して開閉極位相を制御する開閉極位相制御部と、
前記遮断器に設けられた三相消弧室の接触子を同時に駆動する操作装置と、
を有する電力開閉装置において、
前記開閉極位相制御部は、進み小電流を含む負荷電流を電流零点で遮断する場合に、三相のうちのいずれか一つの相が電流零点を迎えた時点を基準時刻とし、該基準時刻から電気角で２０°〜４０°の間に前記遮断器の各接触子が開極動作となるように前記操作装置を制御することを特徴とする電力開閉装置。
電源側回路と負荷回路との間に接続される三相一括形遮断器の開閉極動作を、該電源側回路と該三相一括形遮断器との間に流れる各相電流に基づいて制御する電力開閉装置の制御方法において、
進み小電流を含む負荷電流を電流零点で遮断する場合に、前記三相一括形遮断器の接点の開極時刻が、三相のうちのいずれか一つの相の電流零点を基準に電気角で２０°〜４０°の範囲となるよう開極動作を制御することを特徴とする電力開閉装置の制御方法。