JPH02168520A

JPH02168520A - 電力用開閉装置

Info

Publication number: JPH02168520A
Application number: JP32055588A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Imaeda; 今枝　裕子; Masayuki Ishikawa; 雅之石川; Katsumi Suzuki; 克己鈴木; Hitoshi Mizoguchi; 均溝口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-21
Filing date: 1988-12-21
Publication date: 1990-06-28
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JP2597694B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、電力用開閉装置に関し、特に遅れ小電流遮断
に際して電圧増大現象が発生することを防止する目的で
改良を施した電ツノ用開閉装置に係る。

（従来の技杯ｎ電力送電線路においては、線路またはケーブルの持つ対
地静電容量を通じて流れる無効電力を補償して、系統の
力率を改善する目的でシャントリアクトルが接続される
ことが多い。また、電ツノ送電系統が変圧器に接続され
ることは通當行なわれることであり、その変圧器が無負
荷状態であることもしばしばでめる。このような場合、
前記シャントリアクトルや無負荷変圧器はほとんど純粋
に誘導性の負荷となり、電流の電気的位相は電圧のそれ
より電気角にして９０’遅れたものとなる。

こうした負荷を開閉することを目的として設置される遮
断器は、第５図に示す通り電圧の最大値付近で電流を遮
断することになる。このときの現象を第６図乃至第８図
を用いて説明する。

第６図にはシャントリアクトル回路の代表的溝成例を示
す。図中１はシャントリアクトルであり、このインダク
タンスを［［とする。２はシャントリアクトル開閉用ガ
ス遮断器であり、容器内に接点を収納し、消弧性ガスを
封入してなる開閉装置である。３および４は電流側およ
び負荷側の静電容量で、それぞれの値をＣｓおよびＣ１
とする。５および６は電流側および負荷側のインダクタ
ンスであり、それぞれの値を［Ｓおよび［１とする。ま
た、７は変圧器、８は爪統電圧を模擬した電源である。

第６図においてシャントリアクトルコを切離すためにガ
ス遮断器２を開極動作ざぜた場合の現象を第６図乃至第
８図を用いて逐次説明する。第７図にはシャントリアク
トル切離しの際のガス遮断器負荷側電圧（ａ）とガス遮
断器電流（ｂ）との過渡変化を示す。

■領域■　：　商用周波数の交流電流は電流零点へ向か
って減衰する。シャントリアクトル電流は通常数１００
Ａであるが、電力用ガス遮断器は最大４０〜５０ＫＡ＠
遮断する能力がおるため、本来の電流零点を迎える前に
電流を強制的に遮断してしまうことがある。これを、電
流裁断と呼び、第７図（ａ）に示した例では、時刻１１
で発生するものとする。

また、このときの電源電圧の瞬時値をＶｌとする。

■領域■　：　電流裁断が発生した時刻ｔ１は本来の電
流零点ではないため、この瞬間には、シャントリアクト
ルコに電流が流れている。この電流は、ガス遮断器２に
よって電流が裁断された後、シャントリアクトル１乃至
負荷側静電容量４を経て流れる。

この結果シャントリアクトルコに蓄えられた磁気エネル
ギーｌ２ＬＬ／２が電気エネルギーＶ２　Ｃ１／２に変
換され（ここで、■およびＶはシャントリアクトル１を
流れる電流および負荷側静電容量４の端子電圧である。

）、カス遮断器２の負荷側には、時刻ｔ２にてピークを
迎える裁断サージ電圧Ｖ２が発生する。この裁断サージ
電圧ｖ２は零電位を中心に数１００Ｈ２〜数ｋＨ２の周
波数で振動し、裁断電流値が大きい程大きな振幅を持つ
。

一方、カス遮断器２の電源側には商用周波数の電源電圧
が印加されている。このため、カス遮断器２の極間には
第７図中ｖ３に相当する電圧が印加されることになる。

ここで、前述の通りガス遮断器２の遮断能力はシャント
リアクトル電流に対し゛て充分に大きいため、電極間距
離が極間電圧Ｖ３に耐えるに光分なだけ開離する以前に
電流が裁断されることもある。

この場合はガス遮断器２の電極間にて再発弧と呼ばれる
絶縁破壊が生じ、再発弧サージ電圧が回路に現れる。第
７図（ａ）では時刻ｔ３において極間電圧ｖ４にて再発
弧が生じたものとし、再発弧サージ電圧をｖ５とする。

■領域■　：　再発弧が発生してガス遮断器２の電極間
が短絡状態となると、負荷側電圧は静電容量３および４
との比で決まる電圧Ｖ６を中心に（辰動しなからＶ６へ
収斂する。この際の最大搬幅１５は（Ｖ６＋Ｖｙ　）と
なり、裁断サージ電圧ｖ２が大ぎい程、および電源側キ
ャパシタンス４の値Ｃ３が大きい程大きな値となる。な
お、ここで電圧ｖ７は、通常０．８〜０．９５　Ｘ　（
裁断サージ電圧Ｖ２の値）である。一方、再発弧が生じ
ると、静電°＠ｍ３および４に蓄えられた電荷は電源側
静電容ω３〜電源側インダクタンス５〜ガス遮断器２〜
負荷側インダクタンス６〜負荷側静電容量４を経て放電
し、数１００ｋＨｚの高周波電流となる。また、電源側
から電源側インダクタンス５〜ガス遮断器２〜負荷側イ
ンダクタンス６〜シヤントリアクトル１を経て流れるシ
ャントリアクトル電流も再発弧によって発生する。従っ
て、カス遮断器２には商用周波数電流と尚周波電流が重
畳した電流か流れることになる。この高周波電流の初期
の振幅は数ｋＡとなり、ガス遮断器２投入時のりアクド
ル電流よりはるかに大ぎい。また、この高周波電流は、
ガス遮断器２電極間の再発弧アークの持つ抵抗成分・そ
の伯回路の持つ損失により漸次減衰していく。

この場合のガス遮断器電流を第７図（ｂ）に、再発弧が
発生した時刻ｔ３付近の電流波形の拡大図を第８図に、
それぞれ示す。シャントリアクトル電流に高周波電流が
重畳した結果、新たな電流零点（ｔ１１〜ｔ１５．・・
・）−が現れ、この点でガス遮断器電流が遮断される可
能性がある。この電流遮断現象を高周波消弧現象と呼ぶ
。

仮に、このような高周波消弧現象が発生したとすると、
その瞬時にはシャントリアクトル電流は零でないため、
前述の領域■における現象と同様の過程によりガス遮断
器２の負荷側に高周波消弧サージ電圧が発生する。その
値は高周波消弧の発生がシャントリアクトル電流のピー
クに近い程大きな値となり、場合によっては裁断サージ
電圧２を上回る可能性がある。

（発明か解決しようとする課題）ところで、以上のような過程により、再発弧〜高周波消
弧が繰返されると、シャントリアクトル１の端子電圧が
逐次増大し、非常に大きな値となる恐れがある。これを
電圧増大現象と呼ぶ。この電圧増大現象が発生すると、
場合によってはシャントリアクトルその他機器の絶縁が
脅かされる危険性もある。

また、再発弧が生じても、高周波消弧が発生しなかった
場合には、電流は商用周波数１／２サイクル後の零点に
て遮断される。従って、この場合には、大きな問題とは
ならない。

なお、以上のような高周波消弧現象および電圧増大現象
については、例えば、［Ｔｈｅ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅＯ
ｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　Ｊの１９８７年Ｗｉｎｔ
ｅｒ　Ｍｅｅｔｉｎｇにおける発表論文・８７　Ｗｌ（
１２０−９において、「■高周波電流の周波数か比較的
低く　５０ｋＨｚに満たない場合、電圧増大現象を伴っ
た高周波消弧が発生する可能性がおる。■高周波電流の
減衰時定数が非常に小さい場合、過渡回復電圧のピーク
値にて再発弧が発生すると、電圧増大現象を伴わない高
周波消弧が発生する可能性がある。」ことが明らかにさ
れている。

本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するため
に提案されたものであり、その目的は、電流の遮断に際
し、再発弧による高周波消弧現象および電流増大現象を
防止し、機器の絶縁が脅かされることのないような、侵
れだ電力用開閉装置を提供することである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明による電力用開閉装置は、電圧波形と電流波形を
モニターし、電圧波形のピークおよび電流波形の零点を
検出して比較する手段と、電圧波形のピークと電流波形
の零点が一致したときにトリップ指令を発生する手段と
を面えたことを特徴としている。

そして、請求の範囲第１項記載の発明においては、前記
の基本偶成に加えて、電圧波形のピークと電流波形の零
点が一致しないときに、設定時間内において繰返し比較
を行い、設定時間経過後にも一致しない場合には警告信
号を発生する手段を備えている。

また、請求の範囲第２項記載の発明においては、トリッ
プ指令を発生する手段として、電圧波形のピークと電流
波形の零点が一致したときに、アーク時間が８〜９ｍｓ
の間にくるように位相を調整してトリップ指令を発生す
る手段を使用し、ざらに、電圧波形および電流波形を検
出していない仙の相に対して、６０度ずつずれた位相で
トリップ指令を発生する手段を備えている。

（作用）以上のような構成を有する本発明においては、電流の遮
断に際し、電流零点で接点を同期して開くことかできる
ため、電流裁断による再発弧を防止でき、従って再発弧
による高周波消弧現象および電流増大現象を防止するこ
とができる。

そして、第１項記載の発明においては、電圧波形のピー
クと電流波形の零点が一致しないときに、設定時間内に
おいて繰返し比較を行い、設定時間経過後にも一致しな
い場合には警告信号を発生できるため、再発弧の恐れが
ある状態での遮断を確実に防止できる利点がある。

また、第２項記載の発明においては、開閉装置における
最適なアーク時間８〜９ｍＳで電流零点がくるように位
相制御し、且つ他の相に対しても、６０度ずつずれた位
相でトリップ指令を発生して開極ざぜるため、より効果
的に再発弧を防止できる。

（実施例）以下に、本発明による電力用開閉装置の実施例を図面を
参照して具体的に説明する。なお、第６図に示した従来
技術と同一部分には同一符号を付し説明を省略する。

■第１実施例・・・第１図、第２図本発明の第１実施例を第１図および第２図に示す。ここ
で、第１図は回路図、第２図は簡単なシーケンス図であ
る。

第１図に示すように、シャントリアクトルコに接続され
たガス遮断、器２の電源８側には、流れる電流を検出す
る電流波形モニター１１と電圧を検出する電圧波形モニ
ター１２とが設置され、電流零点と電圧ピークとを検出
するために、電流零点検出回路１３と電圧ピーク検出回
路１４にそれぞれ接続されている。ざらに、電流零点検
出回路１３と電圧ピーク検出回路１４は、比較回路１５
に接続されている。この比較回路１５は、信号発生回路
１６に接続され、信号発生回路１６はガス遮断器２の操
作機構１７の遮断コイルに接続されており、電圧波形の
ピークと電流零点が一致した場合には信号発生回路１６
が遮断器トリップ指令信号を発するようになっている。

また、比較回路１５においては、比較のための時間が設
定されており、電圧波形のピークと電流零点が一致しな
い場合には、この設定時間の間再度比較がなされるよう
になっており、ざらに、設定時間内において一致しない
場合には、信号発生回路１６が警告信号を発生するよう
になっている。

以上のような構成を有する本実施例の作用について第２
図を用いて説明する。

即ら、本実施例の装置においては、ガス遮断器２の投入
状態で遮断指令を受けると、系統に設置された電流波形
モニター１１および電圧波形上皿ター１２により、系統
に流れる電流お・よび発生する電圧をモニターする。ざ
らに、電流零点検出回路１３により、電流零点の位相を
検出すると共に、電圧ピーク検出回路１４により、電圧
ピークの位相を検出する。検出した位相を比較回路１５
により比較し、電圧ピークと電流零点が一致するか否か
の比較を行う。そして、電圧波形のピークと電流零点が
一致した場合には信号発生回路１６が遮断器トリップ指
令信号を発し、操作機４Ｍ１７が始動する。また、電圧
波形のピークと電流零点が一致しない場合には、再度、
電圧°波形のピークと電流零点の比較がなされ、設定時
間内において一致しない場合には信号発生回路１６が警
告信号を発生する。

以上のように、本実施例においては、電流の遮断に際し
、電流零点で接点を同期して開くことができるため、従
来技術では解決できなかった電流裁断による再発弧を防
止でき、従って再発弧による高周波消弧現象および電流
増大現象を防止することができる。特に本実施例は、電
圧波形のピークと電流波形の零点が一致しないときに、
設定時間内において繰返し比較を行い、設定時間経過後
にも一致しない場合には警告信号を発生する構成である
ため、再発弧の恐れがある場合には、そのことを確実に
認識して、なんらかの対策を講じることができる。

■第２実施例・・・第３図、第４図本発明の第２実施例を第３図および第４図に示す。ここ
で、第３図は回路図、第４図は筒中なシーケンス図であ
る。

第３図に示すように、本実施例の基本的構成は前記実施
例と同様である。即ち、ガス遮断器２の電源８側には、
電流波形モニター１１および電圧波形モニター１２が設
置され、電流零点と電圧ピークとを検出するために、電
流零点検出回路１３と電圧ピーク検出回路１４にそれぞ
れ接続されている。ざらに、電流零点検出回路１３と電
圧ピーク検出回路１４は、比較回路１５に接続されてい
る。

そして、本実施例においては、比較回路１５に、位相調
整回路１８が接続されている。この位相調整回路１８は
、ガス遮断器２のアーク時間が８〜９ｍｓとなるような
位相に電流零点がくるように位相を調整する回路である
。この位相調整回路］８は、まずＡ相信号発生回路１６
氏に接続されている。Ａ相信号発生回路１６Ａは、Ａ相
のガス遮断器２の操作機構１７Ａの遮断コイルに接続さ
れており、電圧波形のピークと電流零点が一致した場合
には、位相調整回路１８にてアーク時間を調整された信
号を、ガス遮断器２のトリップ指令信号に変換して遮断
コイルに送るようになっている。

ざらに、Ａ相信号発生回路１６Ａは、Ｂ相信号発生回路
１６ＢおよびＣ相信号発生回路１６Ｃに接続されている
。Ｂ相信号発生回路１６ＢおよびＣ相信号発生回路１６
Ｃは、Ａ相信号発生回路１６Ａで発生させたトリップ指
令信号を、６０Ｆ３３．１２０度ずつ位相をずらして、
Ｂ相の操作機ｐＪ１７ＢおよびＣ相の操作機構１７Ｇに
それぞれ送る回路である。

以上のような構成を有する本実施例の作用について、第
４図を用いて説明する。

即ち、本実施例の装置においては、ガス遮断器２の投入
状態で遮断指令を受けると、系統に設置された電流波形
モニター１１および電圧波形モニター１２により、系統
に流れる電流および発生する電圧をモニターする。、さ
らに、電流零点検出回路１３により、電流零点の位相を
検出すると共に、電圧ピーク検出回路１４により、電圧
ピークの位相を検出する。検出した位相を比較回路１５
により比較し、電圧ピークと電流零点が一致するか否か
の比較を行う。電圧ピークと電流零点が一致した場合に
は、信号が発生するが、その信号は、位相調整回路１８
にて、ガス遮断器２のアーク時間が８〜９ｍＳとなるよ
うに調整され、Ａ相信号発生回路１６ＡからＡ相の操作
機構１７Ａの遮断コイルへとトリップ指令信号が送られ
る。Ａ相信号発生回路１６Ａのトリップ指令信号は、ま
た、Ｂ相信号発生回路１６Ｂに同時に送られ、Ａ相のト
リップ指令信号と６０ｎ度（ｎは整数〉ずれた位相とな
るように変換される。Ａ相信号発生回路１６Ａのトリッ
プ指令信号は、ざらに、Ｃ相信号発生回路１６Ｇにも同
時に送られ、Ａ相の信号と１２０ｎ度（ｎは整数）ずれ
た位相となるように変換される。そして、Ｂ相信号発生
回路１６ＢおよびＣ相信号発生回路１６Ｇからも各相の
操作機構１７Ｂおよび１７Ｃにトリップ指令信号が送ら
れる。

以上の作用により、本実施例においては、特にガス遮断
器の最適なアーク時間８〜９ｍＳで電流零点がくるよう
に位相を制御できる上、他の相に対しても６０度および
１２０度ずつずらした位相の信号を発生させて開極でき
るため、電流裁断による再発弧をより効果的に防止でき
、再発弧による凸周波瀾弧現象および電圧増大現象の発
生を防止できる。

■他の実施例なお、本発明は前記各実施例に限定されるものではなく
、例えば、電流波形モニターおよび電圧波形モニターを
シャントリアクトル側に設置する構成も可能であり、同
様の作用を得られる。また、本発明は、ガス遮断器に限
定されるものではなく、同様に再発弧によって絶縁を脅
かされる危険性を有する電力用開閉装置一般に適用可能
である。

［発明の効果」ノス上説明したように、本発明の電力用開閉装置におい
ては、電圧および電流の波形をモニターし、電流零点と
電圧ピークとを比較して、一致した場合にトリップ指令
を出すように構成したことにより、電流の遮断に際して
再発弧を確実に防止でき、従来問題となっていた再発弧
による高周波消弧現象および電流増大現象を効果的に防
止することができ、機器の絶縁信頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示すシャントリアクトル
回路図、第２図は第１実施例の簡単な開極動作シーグン
ス図、第３図は本発明の第２実施例を示すシャントリア
クトル回路図、第４図は第２実施例の簡単な開極動作シ
ーケンス図、第５図はシャントリアクトル開閉現象を説
明するための電流・電圧の時間関係を示す波形図、第６
図は従米のシャントリアクトル回路の構成を説明するた
めの回路図、第７図はシャントリアクトル切離しの際の
電気的現象を説明するための波形図であり（ａ＞は電圧
波形図、（ｂ）は電流波形図、第８図は第７図の電流波
形の部分拡大図である。１・・・シャントリアクトル、２・・・ガス遮断器、３
・・・電源側静電容量、４・・・負荷側静電容量、５・
・・電源側インダクタンス、６・・・負荷側インダクタ
ンス７・・・変圧器、８・・・電源、１］・・・電流波
形モニター１２・・・電圧波形モニター　１３・・・電
流零点検出回路、１４・・・電圧ピーク検出回路、１５
・・・比較回路１６・・・信号発生回路、１６Ａ・・・
Ａ相信号発生回路１６Ｂ・・・Ｂ相信号発生回路、１６
Ｃ・・・Ｃ相信号発生回路、１７．１７Ａ〜１７Ｃ・・
・操作機構、１８・・・位相調整回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）容器内に接点を収納し、消弧性ガスを封入した電
力用開閉装置において、電圧波形と電流波形をモニター
し、電圧波形のピークおよび電流波形の零点を検出して
比較する手段と、電圧波形のピークと電流波形の零点が
一致したときにトリップ指令を発生する手段と、電圧波
形のピークと電流波形の零点が一致しないときに、設定
時間内において繰返し比較を行い、設定時間経過後にも
一致しない場合には警告信号を発生する手段とを備えた
ことを特徴とする電力用開閉装置。
（２）容器内に接点を収納し、消弧性ガスを封入した電
力用開閉装置において、電圧波形と電流波形をモニター
し、電圧波形のピークおよび電流波形の零点を検出して
比較する手段と、電圧波形のピークと電流波形の零点が
一致したときに、アーク時間が８〜９ｍｓの間にくるよ
うに位相を調整してトリップ指令を発生する手段と、電
圧波形および電流波形を検出していない他の相に対して
、６０度ずつずれた位相でトリップ指令を発生する手段
とを備えたことを特徴とする電力用開閉装置。