JPH0421319A - 過電圧抑制装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は交流電源に接続された電気機器に過電圧が発生
した際に、電気機器の各相導体間を電気的に短絡、また
は各相導体を電気的に接地して電気機器の過電圧を抑制
する過電圧抑制装置に関する。

（従来の技術） 電気機器の過電圧を抑制する過電圧抑制装置としては、
電気機器の各相導体間に形成される短絡回路に設けられ
たサイリスク素子（ＳＣＲ）により電気機器の各相導体
を電気的に短絡して、電気機器に発生する過電圧を抑制
する過電圧抑制装置が知られている。

第８図、第９図により従来技術について説明する。第８
図は５ＣＲ５３を用いた過電圧抑制装置５１を誘導機可
変速運転システムに適用した結線の一例を示したもので
ある。本システムでは、巻線形誘導機２０の二次巻線２
２をサイクロコンノく一夕１１により交流励磁して巻線
形誘導機２０の可変速運転を行なう。巻線形誘導機２０
の一次巻線２１は、主変圧器２３を介して交流電源回路
２５に接続される。サイクロコンバータ１］は、サイク
ロコンバータ電源用変圧器１２、主変圧器２３を介して
交流電源回路２５に接続される。交流電源回路２５に一
線地絡故障等が発生すると、巻線形誘導機２０の一次巻
線２１に発生する逆相分により二次巻線２２に過電圧が
発生する。過電圧発生時には、制御装置５２が過電圧を
検出し、ゲート信号を５ＣＲ５３に出力し、５ＣＲ５３
が点弧し、二次巻線２２を電気的に線間短絡して過電圧
を抑制し、二次巻線２２及びサイクロコンバータ１１等
を保護する。

第９図は二次巻線２２に過電圧か発生してから５ＣＲ５
３が動作し、二次巻線２２が線間短絡されるまでの二次
巻線２２の線間電圧の動きの例を示したものである。常
時運転中の二次巻線２２の線間電圧をＶ。、制御装置５
２か過電圧を検出し、ゲート信号を発生する時の二次巻
線２２の線間電圧を■１、二次巻線２２及びサイクロコ
ンバータ１１の耐電圧値をＶ３とする。二次巻線２２や
サイクロコンバータ１１を適切に保護するためには、ｙ
ｏ、Ｖ、、Ｖ３の値はＶ。＜Ｖｌくｖ３とする必要があ
る。交流電源回路２５に１線地絡等の故障が発生すると
、巻線形誘導機２０の一次巻線２１の逆相分により二次
巻線２２に過電圧が発生する。二次巻線２２の線間電圧
がｖｌに達すると、制御装置５２は過電圧を検出し、５
ＣＲ５３にゲート信号を出力する。制御装置５２が過電
圧を検出してからゲート信号を出力する時刻ｔ３まで時
間遅れがある。したかって、二次巻線２２が線間短絡さ
れる時刻ｔ４の二次巻線２２線間電圧はｖｌよりも高く
なるが、第９図の例では電圧上昇は緩やかであるため、
二次巻線２２の線間に発生する過電圧をＶ３以下に抑制
することができる。

（発明が解決しようとする課題） 第８図、第１０図及び第１１図により従来技術の課題に
ついて説明する。

第１０図は、第８図に示す制御装置５２の故障時に交流
電源回路２５て故障か発生した場合の二次巻線２２の線
間電圧の動きの例を示したものである。交流電源回路２
５に１線地絡等の故障が発生すると、巻線形誘導機２０
の一次巻線２１の逆相分により二次巻線２２に過電圧か
発生する。二次巻線２２の線間電圧がｖｌに達しても、
制御装置５２が故障しているために過電圧を検出するこ
とはできず、５ＣＲ５３にゲート信号は出力されない。

５ＣＲ５Ｂはゲート信号が入力されない場合には点弧し
ないため、二次巻線２２の線間電圧がＶｌを越えても二
次巻線２２は短絡されず、二次巻線２２の線間電圧はｖ
３よりも高い値となり、巻線形誘導機２０の二次巻線２
２やサイクロコンバータ１１等か破損するという課題を
有する。

第１１図は第８図に示す制御装置５２が正常に機能して
いる時に、雷サージなどのように電圧上昇が急峻な過電
圧が発生した場合の二次巻線２２の線間電圧の動きの例
を示したものである。交流電源回路２５に雷サージ等が
印加されると、巻線形誘導機２０の一次巻線２１から二
次巻線２２に過電圧が誘起される。二次巻線２２の線間
電圧か■、に達すると、制御装置５２は過電圧を検出す
る。第１１図の例では電圧上昇か急峻なのでケート信号
を出力する時刻（ｔ３）以前に二次巻線２２の線間電圧
は巻線形誘導機２０の二次巻線２２やサイクロコンバー
タ１１等の耐電圧値Ｖ３を越えてしまい、巻線形誘導機
２０の二次巻線２２やサイクロコンバータ１１等か破損
するという課題を有する。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
は制御装置の故障などにより、サイリスタにゲート信号
が入力されない場合や、雷サージなどのように電圧上昇
が急峻な過電圧が発生した場合でも過電圧値を電気機器
の耐電圧値以下に抑制することができる過電圧抑制装置
を提供することにある。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、交流電源に接続され
た電気機器の各線間に形成される短絡回路、または各線
と接地点間に形成される接地回路に設けられた自己点弧
機能を有するサイリスクと、前記電気機器に発生する過
電圧を検出すると前記サイリスクを点弧して前記短絡回
路または接地回路を導通させる過電圧検出手段とを備え
、前記サイリスタ素子の自己点弧電圧ｖ２は前記電気機
器の保護するための耐電圧をｖ３、前記過電圧検出手段
により検出される過電圧をＶ、としたとき、Ｖ、＜Ｖ２
＜Ｖ３の範囲にしたものである。

また、交流電源に接続された電気機器の各線間に形成さ
れる短絡回路、または各線と接地点間に形成される接地
回路に自己点弧機能を有するサイリスタを設け、このサ
イリスタの自己点弧電圧ｖ２は前記電気機器を保護する
ための耐電圧Ｖ。

以下にしたものである。

（作用） このような構成の過電圧抑制装置にあっては、自己点弧
機能を有するサイリスタの自己点弧電圧を電気機器の耐
電圧以下に定めておけば、電気機器に過電圧が発生し、
サイリスタの自己点弧電圧以上の過電圧が順方向にサイ
リスタに印加されると、ゲート信号が入力されなくても
サイリスク自身が点弧して電気機器の各線間が電気的に
短絡、または各線が電気的に接地されるので、制御装置
が故障した場合や、雷サージなどのように電圧上昇が急
峻な過電圧が発生した場合でも、過電圧を電気機器の耐
電圧以下に抑制することができる。

また、電気機器に発生する過電圧を検出する制御装置が
なくても自己点弧機能を有するサイリスタは、電気機器
の耐電圧以下の電圧で動作する過電圧保護機能があるの
で、自己点弧電圧として所定の電圧値のものを使用すれ
ば、前述同様の作用効果を期待することができる。

その結果、本発明では従来装置に比較して、信頼性を格
段に向上させることが可能となる。また、信頼性の向上
にともない、冗長度を減らすことが可能となるため、装
置全体の小形化を図ることができる。

（実施例） 以下本発明の第１の実施例を第１図〜第４図に基づいて
説明する。なお１第１図〜第４図中共通する部分には同
一符号を付している。

第１図は巻線形誘導機の二次巻線をサイクロコンバータ
により交流励磁して巻線形誘導機の可変速運転を行なう
可変速運転システムに、本発明による過電圧抑制装置を
適用した場合の結線図である。

巻線形誘導機２０の一次巻線２１は、主変圧器２３を介
して交流電源回路２５に接続される。巻線形誘導機２０
の二次巻線２２は、サイクロコンバータ１１に接続され
、サイクロコンバータ１１により交流励磁される。サイ
クロコンバータ１１は、サイクロコンバータ電源用変圧
器１２及び主変圧器２３を介して交流電源回路２５に接
続される。過電圧抑制装置１は制御装置２とＶＢＯフリ
ー光サイリスタ３とから構成され、巻線形誘導機２０の
二次巻線２２の各線間に接続される。このＶＢＯフリー
光サイリスタ３は順方向に所定の電圧値以上の過電圧が
印加されると自己点弧する機能を有しており、逆方向過
電圧に対しては点弧機能はない。したがって、二次巻線
２２の各線間にＶＢＯフリー光サイリスタ３を接続する
に際しては、一対のＶＢＯフリー光サイリスタ３を逆並
列にして接続し、またＭ御装置２により二次巻線２２に
発生する過電圧が検出されると、これら各線間の一対の
ＶＢＯフリー光サイリスタ３に対して光点弧信号が与え
られるようになっている。

次に第１の実施例の作用について述べる。

第２図〜第４図は二次巻！ｓ２２に過電圧が発生してか
らＶＢＯフリー光サイリスタ３が動作し。

二次巻線２２が線間短絡されるまでの二次巻線２２の線
間電圧の動きの例を示したものである。

常時運転中に二次巻線２２の線間電圧をＶ。、制御装Ｗ
２が過電圧を検出して光点弧信号を発生する時の二次巻
線２２の線間電圧をＶ、　、ＶＢＯフリー光サイリスタ
３が自己点弧する電圧をｖ２、二次巻線２２及びサイク
ロコンバータ１１の耐電圧値をＶ、とする。二次巻線２
２やサイクロコンバータ１１を適切に保護するためには
、■。

Ｖ、、Ｖ２．Ｖ、の値はｖ。＜ｖ、くＶ２く■。

とする必要がある。

まず、制御装置２が正常に機能しており、過電圧の電圧
上昇が比較的緩やかな場合について第１図及び第２図を
用いて説明する。交流電源回路２５に１線地絡等の故障
が発生すると、巻線形誘導機２０の一次巻線２１の逆相
性により二次巻線２２に過電圧が発生する。二次巻線２
２の線間電圧がＶ、に達すると、制御装置２は過電圧を
検出し、ＶＢＯフリー光サイリスタ３に光点弧信号を出
力する。制御袋ｆｔ２が過電圧を検出してから光点弧信
号を出力す払時刻ｔ３まで時間遅れがある。

したがって、二次巻線２２が線間短絡される時刻ｔ、の
二次巻線２２の線間電圧はｖｌよりも高くなるが、第２
図の例では電圧上昇は緩やかであるため、ｖ２よりも低
い値となる。

次に制御装置２が正常に機能しており、雷サージなどの
ように電圧上昇が急峻な過電圧が発生した場合について
第１図及び第３図を用いて説明する。交流電源回路２５
に雷サージ等が印加されると、巻線形誘導機２０の一次
巻線２１から二次巻線２２に過電圧が誘起される。二次
巻線２２の線間電圧が■１に達すると、制御装置２は過
電圧を検出してＶＢＯフリー光サイリスタ３に光点弧信
号を出力する。第３図の例では電圧上昇が急峻なので光
点弧信号を出力する時刻ｔ３以前に、二次巻線２２の線
間電圧はｖ２に達する。二次巻線２２の線間電圧がｖ２
となった段階でＶＢＯフリー光サイリスタ３が自己点弧
し、二次巻線２２を線間短絡するため過電圧をｖ２以下
に抑制することができる。

最後に制御装置２が故障した場合について第１図及び第
４図を用いて説明する。交流電源回路２５に１線地絡等
の故障が発生すると、巻線形誘導機２０の一次巻線２１
の逆相性により二次巻線２２に過電圧が発生する。二次
巻線２２の線間電圧が■１に達しても、制御装置２が故
障しているために過電圧を検出することはできず、ＶＢ
Ｏフリー光サイリスタ３に光点弧信号は出力されない。

したがって、この段階では二次巻線２２は線間短絡され
ない。さらに、二次巻＆１１２２の線間電圧が上昇を続
けＶ２に達すると、ＶＢＯフリー光サイリスタ３が自己
点弧し、二次巻線２２を線間短絡するため過電圧をｖ２
以下に抑制することができる。

第３図〜第４図から分かるように、雷サージなどの如く
電圧上昇が急峻な過電圧が発生した場合や制御装置２の
故障などによりＶＢＯフリー光サイリスタ３に光点弧信
号が入力されない場合でも、本実施例による過電圧抑制
袋ばを適用すれば、ＶＢＯフリー光サイリスタ３に印加
される電圧がｖ２となった段階でＶＢＯフリー光サイリ
スタ３が自己点弧し、二次巻線２２の各線間を短絡する
ため、二次巻線２２に発生する過電圧をｖ２以下に抑制
することができる。

第５図は本発明の第２の実施例による過電圧抑制装置を
第１図と同様の可変速運転システムに適用した場合の結
線図を示すものである。第５図ては巻線形誘導機２０の
二次巻線２２と本実施例による過電圧抑制装置６１とは
、二次巻線２２に流れる電流を整流するためのダイオー
ドブリッジ回路６４を介して接続される。この回路構成
によれば、ｖＢＯフリー光サイリスタ３はダイオードブ
リッジ回路６４の直流出力側の正極回路６５と負極回路
６６の間に１個のＶＢＯフリー光サイリスタ３を設ける
だけで、第１の実施例と同様の効果を得ることができる
ので、経済的に有利な構成となし得る。

即ち、第５図に示すようにダイオードブリッジ回路６４
の直流出力側に過電圧が発生すると、制御装置６２によ
り過電圧が検出され、光点弧信号がＶＢＯフリー光サイ
リスタ３に与えられる。すると、このＶＢＯフリー光サ
イリスタ３の点弧により、二次巻線２２の各線間が短絡
され、過電圧を抑制する。また、制御袋Ｗ６２の故障な
どにより、ＶＢＯフリー光サイリスタ３に光点弧信号が
入力されない場合や、雷サージなどのように電圧上昇が
急峻な過電圧が発生した場合でも、過電圧を抑制するこ
とができる。

第６図は本発明の第３の実施例による過電圧抑制装置を
第１図と同様の可変速運転システムに適用した場合の結
線図を示すものである。第６図では第１図に示す制御装
置を省略した場合の構成を示したものである。本実施例
では制御装置が無いため、ＶＢＯフリー光サイリスタ３
に光点弧信号は入力されない。しかし、ＶＢＯフリー光
サイリスタ３は自己点弧機能を有しているため、ＶＢＯ
フリー光サイリスタ３に印加される電圧か自己点弧電圧
に達すると、ＶＢＯフリー光サイリスタ３が自己点弧し
、二次巻線２２の各線間を短絡することにより過電圧を
抑制することができ、第１図の実施例と同様の効果を得
ることができる。この場合、過電圧を検出する制御装置
がないため、二次巻線２２やサイクロコンバータ１１を
適切に保護するためには、ＶＢＯフリー光サイリスタ３
の自己点弧電圧Ｖ２を耐電圧Ｖ、以下にしておけばよい
。

第７図は本発明の第４の実施例による過電圧抑制装置を
発電所の主回路の過電圧抑制用に適用した場合の結線図
である。第７図において、発電機７８は主変圧器７６を
介して電力系統７５に接続され、過電圧抑制装置７１は
第１図のそれとほぼ同様に構成され、発電所の主回路７
７と対地間に接続される。

したがって、発電機７８の出力側の各線間に過電圧が発
生し、この過電圧が制御装置７２により検出されると、
光点弧信号の出力によりＶＢＯフリー光サイリスタ３が
点弧するので、発電所の主回路７７が電気的に接地され
、過電圧が抑制される。また、制御装置２の故障などに
より、ＶＢＯフリー光サイリスタ３にゲート信号が入力
されない場合や、雷サージなどのように電圧上昇が急峻
な過電圧が発生した場合でも、ＶＢＯフリー光サイリス
タ３に有する自己点弧機能により点弧するので、過電圧
を抑制することができる。

なお、前述した各実施例では過電圧抑制装置の構成要素
としてＶＢＯフリー光サイリスタを例に述べたが、本発
明はサイリスクに自己点弧機能を有するものであれば、
前述同様に適用実施できるものである。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、交流電源に接続され
た電気機器の各線間に形成される短絡回路、または各線
と接地点間に形成される接地回路に自己点弧機能を有す
るサイリスク素子を設け、電気機器に過電圧か発生した
場合には電気機器の各線間を電気的に短絡、または接地
するようにしたので、次のような効果が得られる。

（１）制御装置が故障した場合や、雷サージなどのよう
に電圧上昇が急峻な過電圧が発生した場合でも、過電圧
値を電気機器の耐電圧値以下に抑制することができるの
で、過電圧抑制装置としての信頼性が格段に向上する。

（２）従来のようにＳＣＲを用いた過電圧抑制装置に比
較して、信頼性が格段に向上するため、過電圧抑制装置
の冗長度を減らすことが可能となりしかも回路構成及び
制御装置を簡略化し、過電圧抑制装置の小形化を図るこ
とができる。。

【図面の簡単な説明】

第１図は巻線形誘導機の可変速運転システムに本発明に
よる過電圧抑制装置の一実施例を適用した場合の結線図
、第２図〜第４図は第１図の実施例において過電圧が発
生してからＶＢＯフリー光サイリスクが動作するまでの
電圧の動きを示した図、第５図および第６図は本発明の
第２乃至第３の実施例をそれぞれ第１図と同様の可変速
運転システムに適用した場合の結線図、第７図は本発明
の第４の実施例を発電所の主回路の過電圧抑制用に適用
した場合の結線図、第８図は従来の過電圧抑制装置を巻
線形誘導機の可変速運転システムに適用した場合の結線
図、第９図乃至第１１図は過電圧が発生してからＳＣＲ
が動作するまでの電圧の動きを示した図である。 １．５１．６１，７１．８１・・・過電圧抑制装置、２
．６２．７２・・・制御装置、３・・・ＶＢＯフリー光
サイリスタ、１１・・・サイクロコンバータ、１２・・
・サイクロコンバータ電源用変圧器、２０・・・巻線形
誘導機、２１・・・−次巻線、２２・・・二次巻線、２
３・・・主変圧器、２５・・・交流電源回路、６４・・
・ダイオードブリッジ回路、６５・・・直流出力側の正
極回路、６６・・・直流出力側の負極回路、７５・・・
電力系統、７６・・・主変圧器、７７・・・発電所の主
回路、７８・・・発電機、Ｖｏ・・・常時運転中の二次
巻線線間電圧、■、・・・制御装置が過電圧を検出する
電圧値、Ｖ２・・・ＶＢＯフリー光サイリスタが自己点
弧する電圧値、■、・・・巻線形誘導機の二次巻線及び
サイクロコンバータ１１の耐電圧値。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電源に接続された電気機器の各線間に形成さ
   れる短絡回路、または各線と接地点間に形成される接地
   回路に設けられた自己点弧機能を有するサイリスタと、
   前記電気機器に発生する過電圧を検出すると前記サイリ
   スタを点弧して前記短絡回路または接地回路を導通させ
   る過電圧検出手段とを備え、前記サイリスタの自己点弧
   電圧Ｖ＿２は前記電気機器の保護するための耐電圧をＶ
   ＿３、前記過電圧検出手段により検出される過電圧をＶ
   ＿１としたとき、Ｖ＿１＜Ｖ＿２＜Ｖ＿３の範囲にした
   ことを特徴とする過電圧抑制装置。
2. （２）交流電源に接続された電気機器の各線間に形成さ
   れる短絡回路、または各線と接地点間に形成される接地
   回路に自己点弧機能を有するサイリスタを設け、このサ
   イリスタの自己点弧電圧Ｖ＿２は前記電気機器を保護す
   るための耐電圧Ｖ＿３以下にしたことを特徴とする過電
   圧抑制装置。