JPH02214422A - 調相設備用遮断器制御装置 - Google Patents

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） 本発明は調和設備用遮断器制御装置、特に再発弧を防止
するために遮断すべき電流の開極位相を制御するように
しだ調相設備用遮断器制御装置に関する。

（従来の技術） 電力系統の無効電力を調整するために系統の進み電力を
相殺するための分路リアクトルや系統の遅れ電力を相殺
するための分路コンデンサを、遮断器を介して系統に分
路に接続することは広く行われている。第５図は、その
ような系統構成の一例を示すものである。第５図の系統
においては、図示していないｘｉおよび負荷に接続され
ている電力系統１に、調相用の遅れ電力を流すための分
路リアクトル２が遮断器３を介して接続されている。分
路リアクトル２は例示的に示したものであって、−数的
には進み電力を流すこともできるように適当な開閉手段
を介して分路コンデンサも設けられる。このような調相
設備において、遮断器３により遅れ電流あるいは進み電
流を高頻度に開閉する場合、たとえば分路リアクトル２
に流れている遅れ電流を遮断器３により遮断すると、第
６図に電力系統１の電圧Ｖおよび電流ｉとして示すよう
に、電流遮断に際してアーク時間（開極後、電流ｉが零
になるまでの時間）が短いと、はとんど必ずと言ってい
いほど再発弧し、その時に発生する過大なサージ電圧に
より、：Ｓ断器接続ケーブルや分路リアクトル２の絶縁
部にストレスがかかり、それらの部分の劣化を早めると
いう問題がある。

以上述べた過大サージ電圧発生の理論を、後述の本発明
の説明の都合上、次に潮恒部ばか著「標準電気機器諧座
第９巻　しゃ断器・避雷器Ｊ　（東京電機大学出版局発
行）から抜粋してやや詳しく説明する。

実際の送配電系統において、遮断器が開閉しなければな
らない回路は、きわめて多岐にわたり、複雑なものであ
るが、集約的に考えると、第７図のような極めて簡単な
回路で代表することができる。ここで、Ｌは遮断器の遮
断する電流を制限するインダクタンスを集中的に示し、
Ｃは、回路に集中的に存在し、あるいは漂遊するキャパ
シタンスを集中的に示している。ここで、閉じられた遮
断器Ｓを通って流れる電流ｉを遮断器が遮断する場合の
現象を、アークプラズマの特性を考慮して、やや詳細に
考察する。

まず、上述のアークプラズマの切れ味がかなり良い場合
を考える。アークの電流が大電流期間がらその自然零値
に近づくと、ある所で強心は消滅して、電流は外炎にの
み依存して流れるが、外炎からのエネルギー損失が大き
く、がっコンダクタンス弯化の時定数が小さいので、ア
ークコンダクタンスの変化の影響が現われ、電流は、フ
ンダクタンス無限大、抵抗零という場合の自然波形から
変歪されて、いわゆる「絞り込み」あるいは「截断」を
受けることになる。その波形の一例は第８図（ａ）、　
　（ｂ）に見るようである。ここで、第８図（ａ）は、
遮断成功の場合を示し、同図（ｂ）は、火花再閃絡を生
じた場合を示している。この絞り込みは、アークの時定
数θが小さく、損失Ｎが大きいほど著しいが、これは同
時に、回路の定数と関連し、回路の固有振動周期２πＪ
ＬＣがθに比べて大きいほど、絞り込みが著しく、また
、端子容量Ｃが大きいほど截断しやすくなってくる。

電流の截断あるいは絞り込みが行なわれると同時に、ア
ークコンダクタンスは急速に減少し、遮断器の端子電圧
の波形は、比較的平坦なアーク電圧に続いて、いわゆる
消弧ピークを作ることになる。そして電流は、だいたい
時定数θの指数関数的経過をとって減少し、電流の遮断
が行われる。

電流の遮断が行われた後、遮断器の端子の電圧は、電源
の交流電圧に移行するが、この場合、回路固有の過渡振
動を伴い、いわゆる再起電圧振動が発生する。アークプ
ラズマのコンダクタンスはほとんど完全に消滅している
ので、再起電圧振動の減衰は、回路に固有の損失のみに
よって決定される。

遮断器の端子間は、この再起電圧振動の発生する時期に
は、もはやほとんど完全な絶縁物となっているので、こ
の空間の純粋な「絶縁耐力」が再起電圧に対して維持て
きさえすれば、電流の遮断は完全に成功である。しかし
ながら、再起電圧振動の途中において遮断器端子間の絶
縁耐力が十分でないと、ここに閃絡が起こり、再び電流
が流れてコンダクタンスの高いアークプラズマの形成が
行われる。かかる場合、遮断器は遮断に失敗したという
ことになる。

この現象は、純然たる火花再点弧であるが、従来、遮断
器の遮断現象を説明する場合、その遮断の成否は、もっ
ばらこのような純然たる火花閃絡の可能性のいかんにあ
ると１２、遮断現象を、再起電圧と極間の絶縁耐力との
競争という素朴な見方からのみ解釈しようとしていたこ
とがあるが、そのような考え方は、今の場合のようにア
ークプラズマに対する消弧力がかなり大きい場合、ある
いは、再起電圧の固有周波数が比較的低い場合にのみ成
立するものであって、その場合アーク電圧には必ず消弧
ビークを伴い、電流には必ず、有限な零期間を伴うもの
である。

ところが、遮断器の電流零点近傍の現象としては、これ
とは全く違った次のような場合がある。

アークに対する消弧力があまり大きくない場合、すなわ
ち、アーク時定数が大きく、損失Ｎがあまり大きくない
場合は、電流の自然零値前での絞り込みはあまり有効に
行われない。それと同時に、アーク電圧にも消弧ビーク
は顕著に現われない。

そのような場合、電流零値以後の現象として、第９図（
ａ）〜（ｅ）のようないろいろな場合が現われる。

第９図において、（ａ）は−数的な残留電流が存在する
場合を示し、以下、（ｂ）は長い残留電流が流れた場合
を、（Ｃ）、　　（ｄ）はそれぞれ熱的再点弧を生じた
場合を、（ｅ）はなめらかな熱破壊を生じた場合を、い
ずれも遮断器Ｓの電圧Ｖおよび電流ｉについて図示した
ものである。

（発明が解決しようとする課題） 以上の説明から分かるように、遮断器極間の絶縁耐力が
開極時の極間電圧に耐えられない場合に再発弧する。第
６図は、このような再発弧を生じた場合の例を示すもの
である。再発弧によって生じたサージ電圧は遮断器の負
荷側や電源側の線路および機器の漂遊キャパシタンスや
インダクタンスに影響される。３００ＫＶのＧＩＳ変電
所の例では、電源側のキャパシタンスにより最大で３倍
程度のサージ電圧が発生したことが確認されている。

したがって、本発明は、調相用無効電力装置の開路時に
再発弧が起きないように、遮断器の開極を制御する調相
設備用遮断器制御装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明の調和設備用遮断器制
御装置は、遮断すべき電流が流れている電力系統の交流
電気量を検出する検出手段と、この検出手段によって検
出された交流電気量の位相零点を算出する演算手段と、
遮断器の開極時間、■びにアーク時間および電気回路の
動作時間を設定する設定手段と、演算手段によって算出
された位相零点並びに設定手段によって設定された各時
間に基づいて電流の零点でアークが消滅するように計算
された時点で引き外し指令を出力する引き外し指令手段
とを備えたことを特徴とする。

（作　用） 電力系統の交流電気量、例えば交流電流の位相零点を検
出し、その検出値と遮断器の開極時間並びにアーク時間
および電気回路の動作時間とに基づいて計算された、再
発弧を生じないような適切な引き外し指令時点に引き外
し指令を出すことにより、再発弧を生じない理想的な遮
断動作を行わせ、それにより過大なサージを防止し、遮
断器接続ケーブルや調相設備の絶縁劣化を防止すること
ができる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すものである。

第１図に示す調相設備用遮断器制御装置５は、電力系統
１に遮断器３を介して接続された分路リアクトル２に流
れる電流ｉを遮断器３によって遮断するために、電流ｉ
を電流検出器４によって検出し、その適切な位相点で遮
断器３に引き外し指名を送出する装置である。電流検出
器４は例えば変流器によって構成され、その出力信号は
入力変換器５１に導かれる。入力変換器５１は電流検出
器４からの電流信号を信号処理に適したレベルに変換す
る。入力変換器５１の出力信号はフィルタ（ＦＩＬ）５
２によって波形整形された後、ホールド回路を有するサ
ンプリング回路（ＳＨ）５３によってサンプリング周期
ΔＴ１例えば電気角３０度ごとにサンプリングされる。

このサンプリング回路５３によってサンプリングされホ
ールドされたサンプル値はマルチプレクサ（ＭＰＸ）５
４を介して時系列的に順次出力されＡ／Ｄ変換器（アナ
ログ／ディジタル変換器）５５に入力され、ここでディ
ジタル量に変換される。このディジタル量はデュアルポ
ートＲＡＭ　（ＤＰＲＡＭ）５６１：ｌ”よって記憶さ
れる。このＤＰＲＡＭ５６に記憶されたディジタル量は
バス５７を介して接続された中央処理装置（ＣＰＵ）５
８によってデータ処理される。ＣＰＯ５８にはバス５７
を介して、遮断器引き外し指令を外部から人力するため
のディジタル入力回路（Ｄ／Ｉ）５９、遮断器３に引き
外し指令を送出するためのディジタル出力回路（Ｄｌｏ
）６０、および遮断器３の開極時間Ｔ１を設定するため
の整定回路６１がそれぞれ接続されている。なお、この
実施例においては、制御信号発生回路６２が設けられて
おり、ここから割込み信号をバス５７を介してＣＰＯ５
８に送出するとともに、Ａ／Ｄ変換器５５に送出するこ
とにより、ＣＰＯ５８はサンプリング回路５３のサンプ
リング周期ΔＴと同一の時間間隔でデータの読み込みを
行う。

次に、周波数ｆ　　［ＩＩｚ］の交流電源のもとてサン
プリング周期ΔＴをもってサンプリングを行うものとし
て、第１図の制御装置の作用を説明する。

あるサンプリング時点ｔ　に読み込んだ電流ｉの瞬時値
をｉ　とする。サンプリング周期ΔＴだ膳 は経過した次のサンプリング時点ｔ！ｌ＋１に読み込ん
だ電流の値を’ａｌｌとすると、両者を乗算して１Ｄら
れる積ｉ、φｉｍ＋１の値が正から負に変化した時点で
、ｉＩＢ＋１〉０　　であれば、第２図（ｂ）に示すよ
うに、ｒｏ−ｓｌｎ　ωｔ　（第２図（ａ）参照）が負
から正に変化した、と判断することができる。すなわち
、時点ｔｌｌｌとｔｍａｌとの間に電流零点が存在する
ことが分かる。また、両型流の積ｉ、・’　ｍａｌの値
が正から負に変化した時点で、１ｆｆｉ＋１く０　であ
れば、■ｏ”ｓＩｎωｔ　　が正から負に変化した、と
判断することができる。ここで、第２図（１））の正弦
波の零点近傍を第２図（ｃ）に示すような直角三角形で
近似させる（因みに電気角の小さい範囲では、この近似
は、かなり正確である）と、電流零点から時点１、まで
の時間をＸとして、次の関係式が成り立つ。

’ｔｘ　”　ｍＧ　−（ΔＴ−ｘ）：ｘこの式をＸにつ
いて解いた形に変形すると次式のようになる。

Ｘ−ΔＴ−ｔ、＋１／　（ｉ、　＋　ｉｌ、＋、　）−
Ｈ）ここで求められた時間Ｘは、現時点すなわちサンプ
リング時点ｔｌ＋１が零点から時間Ｘだけ経過している
ことを意味する。

次に第２図（ａ）に示すように、ねらいとするアーク時
間をＴ　（ただし、０＜Ｔ　　＜１／２ｆ’ａｃ　　　
　　　　　　　　　　　　　ａｃとする）であるとして
、遮断器３に対する引き外し指令を、いかなる時点で出
すのが適切であるかについて検討す４゜この引、き外し
指令は遮断器３の開極時間をＴ１、引き外し指令を出す
制御回路の動作時間をｔｌとすると、その次のサイクル
で適切な遮断を実現させるとものとして、零点検出の時
点を基準とし、それから次の時間Ｔ　だけ経ｔ「 過した時点ｔ　で制御回路に対して引き外し指令【「 を出すための制御信号を送出すればよいことになる。

Ｔｔｒ−（ｔ／ｒ）＋　（（１／２ｆ’）−Ｔａｃ］Ｔ
　ｌｊ　ＩＸ −＜３７２１’）−Ｔ、ｅ−Ｔ、　−ｔｔ−Ｘ−（２）
いま、（１）式において、サンプリング周期の一具体例
として、ΔＴ−３０”　−＝　５／３［ａ＋ｓｌとすれ
ば、ｘ＝（５／３）　　　・　ｉ　　１．＋ｔ　　／　
　（ｉ、　　＋　　ｉ　ｍａｌ　　）　　［ｏ＋ｓコ・
・・　（３） また（２）式において、ｆ　＝５０１１ｚ、　Ｔ　　−
０，４ｃＣ −８［ｍｓｌとおけば、 Ｔ　　−（３０００／１００）−８−Ｔ、−ｔｌ−Ｘｔ
「 −２２−Ｔ、　−ｔ　、　−ｘ　［ｓｓｌ　　−（４）
となる。

ここで、ねらいとするアーク時間Ｔ　がサンプＣ リング周期ΔＴの１／２の誤差を許容できるものとすれ
ば、’ａ＋”ｆｆｉｌＩ　とおくことができ、したがっ
て、（１）式は、 Ｘ十ΔＴ／２　　　　　　　　　　　・・・（５）とな
り、これに、ΔＴ−５７３　　を代入すれば、ｘ４＝５
７８　　＋０．８　　　［ｒＩｓコとなり、（４）式は
、 Ｔ　　−４４２−０，８−Ｔ、　−ｔ、　　［ｍｓｌ【
「 −２１，２−Ｔｌ−ｔ　、　　［ＩＳ］　　　”・（６
）と変形することができ、演算を容易にすることができ
る。

以上の各演算はＣＰＵ５８によって実行される。

次に第４図のフローチャートを参照して第１図の制御装
置の動作について説明する。

制御装置の電源投入によってスタートがかかり、まずイ
ニシャライズの処理が行われる（ステップＳｌ）。次に
制御信号発生回路６２からの割り込み信号が無いかどう
かの判断が行われ（ステ・ツブＳ２）、無ければ（“Ｎ
”）ここで待機し、有れば（“Ｙ“）サンプリング回路
５３を介してサンプリング処理を行い（ステップＳ３）
、そこで遮断器引き外し指令の有無の判断が行われる（
ステップＳ４）。引き外し指令が無い場合（“Ｎ“）は
、再びステップＳ２の割り込み待ちの状態となる。ステ
ップＳ４で引き外し指令あり、の場合（“Ｙ″）はサン
プリングデータの読み出しが行われ（ステップＳ５）、
位相零点の検出が行われる（ステップＳ６）。次いて（
１）式および（２）式による時間Ｔｔｒの算出が行われ
る（ステップＳ７）。時間”ｔｒが求められると、現在
時点が時間Ｔ　との比較において指令時点かどうかの判
断がｔｒ 行われる（ステップＳ８）。指令時点ではないという場
合（“Ｎ”）は、引き外し指令の送出処理は行わずにス
テップＳ２の割り込み待ちの状態になる。指令時点であ
れば、対象とする遮断器（ＣＢ）３が閉成状態にあるか
どうの判断が行われ（ステップＳ９）、閉成状態になけ
れば（“Ｎ”）ステップＳ２の割り込み待ちの状態にな
り、開成状態にあれば（“Ｙ″）、その対象遮断器（Ｃ
Ｂ）３に対して引き外し指令が発せられる（ステップ５
１０）。この処理の後は再びステップＳ２に戻って待機
状態に入る。

以上のような引き外し制御は、各相の遮断器ごとに行わ
れる。

以上述べたところから明らかなように、電流位相の零点
を検出し、それに基づいて適切な位相点で開極が行われ
るように引き外し指令が発せられることになるので、再
発弧を生じることなく、望ましい遮断動作を遂行させる
ことができる。

以上述べた実施例においては、分路リアクトルに流れる
電流を遮断するものとして説明したが、進相用として設
けられる電力用コンデンサに流れる電流を遮断する場合
であっても本発明が適用可能であることはもちろんであ
る。

上述の実施例の場合のように電圧と電流との間に特定の
位相関係がある場合には、電流の零点検出によらずに、
電圧の零点検出を行い、それを電流の零点に換算するよ
うな方式によっても、上述のものと同一の作用効果を達
成することができる。

さらに本発明の制御装置の出力として得られる引き外し
指令を、フェイルセーフ要素として外部からの引き外し
指令とのＡＮＤ条件で最終的な引き外し指令を出力する
ようにすることもできる。

こうすることにより、本発明の制御装置に対して暴走対
策を付加したことになり、信頼性の向上を達成し、また
二重化などの対策を不要にして安価な装置を構成するこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、検出された電流零点および対象遮断器
の開極時間を考慮した引き外し指令を発し、ここに再発
弧を生ずることのない理想的な遮断動作を行わせること
ができる。それにより過大なサージを防止し、遮断器接
続ケーブルや調和設備の絶縁劣化を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図（
ａ）、　　（ｂ）、（Ｃ）は第１図の制御装置の作用を
説明するための波形図、第３図は電流遮断時の電圧・電
流の波形図、第４図は第１図の作用を説明するためのフ
ローチャート、第５図は調和設備の基本構成を示す接続
図、第６図は電流遮断に際して再発弧を生じた場合の電
圧・電流の波形図、第７図は過大サージ電圧発生の理論
を説明するための回路図、第８図（ａ）、　　（ｂ）は
自然零値前の電流遮断時の絞り込み及び裁断の現象を説
明するための説明図、第９図（ａ）〜（ｅ）は自然零値
後の電流遮断時の種々の現象を説明するための説明図で
ある。 １・・・電力系統、２・・・分路リアクトル、３・・・
遮断器、４・・・電流検出器、５・・・調相設備用遮断
器制御装置、５３・・・サンプリング回路、５５・・・
Ａ／Ｄ変換器、 ５８・・・ＣＰＵ。 ６１・・・整定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 遮断すべき電流が流れている電力系統の交流電気量を検
   出する検出手段と、この検出手段によって検出された交
   流電気量の位相零点を算出する演算手段と、遮断器の開
   極時間並びにアーク時間および電気回路の動作時間を設
   定する設定手段と、前記演算手段によって算出された位
   相零点並びに前記設定手段によって設定された各時間に
   基づいて前記電流の零点でアークが消滅するように計算
   された時点で引き外し指令を出力する引き外し指令手段
   とを備えた調相設備用遮断器制御装置。