JPH0620562A - 遮断器の回復電圧制御法 - Google Patents

遮断器の回復電圧制御法

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JPH0620562A
JPH0620562A JP4175218A JP17521892A JPH0620562A JP H0620562 A JPH0620562 A JP H0620562A JP 4175218 A JP4175218 A JP 4175218A JP 17521892 A JP17521892 A JP 17521892A JP H0620562 A JPH0620562 A JP H0620562A
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JP
Japan
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circuit breaker
recovery voltage
circuit
capacitance
voltage
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Pending
Application number
JP4175218A
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English (en)
Inventor
Yoichi Oshita
陽一 大下
Takashi Sato
隆 佐藤
Katsuichi Kashimura
勝一 樫村
Osamu Koyanagi
修 小柳
Yukio Kurosawa
幸夫 黒沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B20/00Read-only memory [ROM] devices
    • H10B20/27ROM only
    • H10B20/30ROM only having the source region and the drain region on the same level, e.g. lateral transistors
    • H10B20/38Doping programmed, e.g. mask ROM
    • H10B20/387Source region or drain region doping programmed

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  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】遮断部の極間に過大なキャパシタンスを装備す
ることなく、近距離線路故障遮断時の回復電圧の初期上
昇率を緩和して等価的な遮断性能を向上する。 【構成】対象とする遮断器の近傍に、遮断器の挿入され
る主回路に鎖交するよう、体積抵抗率の大きい磁性体を
装着する。 【効果】遮断器の極間インピーダンスと磁性体挿入によ
る等価な抵抗値によって回復電圧を分圧し、高い初期上
昇率を緩和できる効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回路の負荷電流,事故
時の短絡電流などを遮断する遮断器に係わり、特に電流
遮断時に遮断器の極間に現れる回復電圧の制御法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の遮断器における本発明と類似の例
として、特開平3−190028 号などに示される主回路に磁
性体を装着したものがある。この例では、磁性体をイン
ダクタンスとして作用させ、電流遮断零点直前の電流傾
斜を緩和させることにより、等価的な遮断性能増大を目
的としたものであり、本発明とは目的,効果が異なるも
のである。
【0003】他の類似例として、特開平3−82305号など
に示される、断路器を対象としてその主回路に磁性体を
装着したものがある。この例では、両端を切離された短
区間線路の浮遊キャパシタンスを遮断の負荷とし、数A
以下の微小な充電電流を遮断する際の、数MHzで振動
する再点弧サージ波高値を抑制するものであり、本発明
とは構成と作用が異なったものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】遮断器の使命の一つに
電流遮断があり、通常の交流遮断器では電流零点におい
て電流を遮断した後、遮断器の接続された回路構成で決
まる回復電圧が極間に印加される。遮断器の極間絶縁回
復特性がこれを上回って耐圧することにより遮断が完了
する。特に回復電圧の初期上昇率の高い遮断責務に近距
離線路故障があり、その上昇率は十数kV/μsにも及
ぶ場合もある。通常の遮断器にとって、電流零点後の数
μs以内の領域は高温のアークプラズマが極間に残留し
ており、熱破壊領域として特に電圧上昇率に対する耐圧
性能の低い領域となっている。このような近距離線路故
障時の熱破壊領域の性能を向上する手段として、遮断部
の極間にキャパシタンスもしくは遮断抵抗を挿入し、回
復電圧の立上りを遅らせる、もしくは電圧上昇率を低減
して等価的な遮断性能を向上することが知られている。
しかし前者では、両端を遮断器によって開放された母線
区間で、その区間の浮遊容量と前述遮断器の並列キャパ
シタンスとの分圧によって発生する電圧が大きくなり、
系統制御上の問題が生ずることから装備可能なキャパシ
タンスに限界がある。また、後者の遮断抵抗を回路に挿
入する方法では、遮断器の性能が特に不足する遮断直後
の熱破壊領域のみ集中的に作用して、回復電圧を低減す
るということができないので効率が悪い。
【0005】以上述べた従来技術の課題に鑑み、本発明
の目的は、遮断部の極間に過大なキャパシタンスを装備
することなく、回復電圧の初期立上り部分を緩和して、
等価的な遮断性能を向上する手段を提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】対象とする遮断器の近傍
に、遮断器の挿入される主回路に鎖交するよう、体積抵
抗率の大きい磁性体を装着することにより上記課題は解
決できる。
【0007】
【作用】遮断器の電流遮断時に、電源から印加される交
流成分の回復電圧のほか、遮断器に接続された近距離線
路で往復反射する進行波による鋸歯状の高い上昇率の回
復電圧成分などが発生する。これらのすべての回復電圧
成分が重畳して遮断器の極間に印加され電圧波形が決ま
る。
【0008】一方、遮断器近傍の主回路に、主回路と鎖
交するよう装着された磁性体リングは等価的には1ター
ン変圧器の2次側に抵抗が接続されているものとみなす
ことができる。すなわち図2に示す磁性体2装着部にお
いて、導体1に流れる電流i1により磁性体2中に磁束
φが発生する。これを打消す向きにうず電流i2が磁性
体2中を流れる。従って、磁性体2が体積抵抗率の高い
材料でできているとき、うず電流i2が流れるルートの
抵抗値が大きくなる。この値は導体1側からみると、磁
性体2装着部両端A,B間の等価抵抗として認められ
る。
【0009】本発明の構成とすることにより、遮断器の
極間インピーダンスと前記磁性体挿入による等価な抵抗
値によって、電流遮断時に遮断器の極間に現れる前述の
回復電圧を分圧し、結果的に遮断部極間の電圧、特に初
期の立上り部分を緩和することが可能となる。
【0010】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。
【0011】図1に本発明の一実施例を示す。図は代表
的な近距離線路故障の状況を示しており、近距離送電線
3を介して地絡4が発生した場合で、発電機,変圧器及
び送電機器などからなる電源5により短絡電流i3が供
給される。遮断器6が短絡電流i3を遮断すると、電源
5で発生する主に商用周波数成分の回復電圧が一端7に
印加され、送電線3内で往復反射する進行波現象により
鋸歯状の回復電圧が他端8に印加される。後者は高い上
昇率を有するがこれを緩和するため遮断器6に磁性体リ
ング2を装着している。遮断器の遮断部は開放状態で通
常十数pF以下程度の浮遊キャパシタンス9を有する
が、本例では並列キャパシタンス10を装着している。
この結果、送電線3内で発生する高い上昇率が、磁性体
リング2による等価抵抗と浮遊キャパシタンス9及び並
列キャパシタンス10により緩和される。
【0012】この効果を図3に示す解析波形例を用いて
説明する。図は横軸に時間t,縦軸に電圧Vをとり各部
の電圧波形を比較したものである。図において電圧Vo
が送電線の進行波現象で発生する線路側電圧と電源側電
圧の重畳波形であり、キャパシタンスに分担される極間
電圧Vcと磁性体装着部に発生する電圧Vmの和であ
る。このように回路で決まる固有波形Voに対し、磁性
体装着時に実際に遮断部極間に印加される電圧はVcに
示すように低減されたものとなり、特に電圧立上り部で
の電圧緩和効果が大きい。
【0013】このような電圧軽減効果は、作用の項で説
明したように遮断部極間のインピダンスと磁性体部の等
価抵抗による電圧分担によるものである。従って、磁性
体の等価抵抗は大きいほどよく、かつ後述するように磁
性体の必要断面積を決める要員に飽和の問題があるた
め、高飽和磁束密度のものが望まれる。一般にこのよう
な特性を簡単に得る材料としてフェライトが知られてい
る。フェライト系の材料でも実装容積を考えると体積抵
抗率の大きい材料が望ましく、実際に遮断器に装着でき
る容積から概算した値では体積抵抗率が0.1Ωm 以上
ということになる。磁性材の抵抗率は周波数特性を有す
るため、対象とする回復電圧もしくは遮断性能の周波数
領域で評価する必要があるが、例えば電力用遮断器とし
て多用されているガス遮断器では電流零点後1μsにお
いてほぼ遮断性能が決定されるといわれており、その程
度の時間領域で評価する必要がある。すなわち1MHz
程度の領域での周波数特性が問題となる。
【0014】上記の解析では、磁性体2は飽和しないも
のとして解析した結果であるが、実用上は遮断性能が回
復電圧の初期上昇率に顕著に影響を受ける、電流遮断後
数μs以下の領域で回復電圧を緩和することにより十分
な性能向上効果が得られる。回復電圧領域における磁性
体の飽和特性は以下のように考えることができる。すな
わち、磁性体リング2の断面積をS、磁性体の飽和磁束
密度をBsとすると飽和磁束φは
【0015】
【数1】
【0016】磁性体内部の起電力は、前述のように磁性
体回路を1ターン変圧器とみなすとVmに等しいから電
磁気の基礎方程式より
【0017】
【数2】
【0018】従って
【0019】
【数3】
【0020】となるので、磁性体部の電圧降下の積分を
飽和磁束束密度で割った値を磁性体の断面積とする関係
より、大まかな磁性体面積を設計することができる。な
お、磁性体は単体で構成する必要はなく、必要に応じて
複数の磁性体リングに分割配置しても全体で所期断面積
を確保できれば同様の効果が得られる。
【0021】一方、望ましい遮断器側のインピーダンス
特性は以下のようである。遮断時に極間に抵抗体のない
構造においては、極間のキャパシタンスCと磁性体の等
価抵抗Rとで時定数CRの積分回路が形成される。従っ
て、回復電圧を軽減するという目的からはCの値は可能
な限り大きい方がよい。実際上、熱破壊領域における遮
断性能が決まるのは電流遮断後1μs程度といわれてお
り、磁性体の等価抵抗Rの値は10kΩ程度が実用上の
限界であるので、時定数を1μs程度を確保するために
は極間キャパシタンスを100pF以上とする必要があ
る。通常の遮断器では、極間に数十pFの浮遊キャパシ
タンスがあるので、さらに数十pF以上の極間キャパシ
タンスを付加する必要がある。
【0022】遮断器の熱破壊領域で顕著な性能改善効果
を得るためには、前述のようにCRで決まる時定数を1
μs程度以上とする必要があるが、性能不足を補う程度
の補助的な性能向上であれば、時定数0.1μs 程度と
なるインピダンスでも有為な効果を認めることができ
る。
【0023】図4は抵抗遮断方式の遮断器11に本発明
を適用した場合の実施例を示しており、遮断器11は主
遮断部12と並列に抵抗体14と抵抗接点部13を装備
したものとなっている。抵抗体14はすくなくとも主遮
断部12の電流遮断時に抵抗接点部13を投入すること
により回路に挿入される方式である。従って、本実施例
においては抵抗体2と磁性体2の等価抵抗Rによって印
加電圧を分圧する方式であり、回復電圧の緩和効果は非
常に大きくなる。
【0024】図5は、誘導性負荷を遮断する回路に接続
された遮断器に本発明を適用した例を示す。ここでは遮
断器11が分路リアクトル15の回路に接続されてい
る。電源5からリアクトル15のインダクタンスLに流
れる電流を遮断するとインダクタンスLとキャパタシタ
ンスClの間で数kHzオーダの共振電圧振動が発生す
る。通常の遮断器ではこの高周波電圧に耐圧できず、極
間に再発弧が発生する場合がある。その結果、キャパタ
シタンスClに蓄えられた電荷が線路に漂遊するリアク
タンスl1,l2及び電源側浮遊キャパタシタンスCs
を通して放電し、数MHzの振動を伴う電圧サージとな
って、分炉リアクトル15を含む周辺の機器の絶縁性能
をおびやかすことになる。これを避けるため本実施例で
は遮断器11に遮断部12と直列に磁性体リング2を装
着している。この結果、高周波振動回路に磁性体リング
2の効果により等価的に抵抗が挿入されたことになり、
LC振動回路が、Rで制動された非振動回路となってサ
ージ電圧波高値を低減し、周辺機器の絶縁信頼性を向上
することが可能となる。
【0025】
【発明の効果】以上述べたように本発明に従えば、対象
とする遮断器の近傍に、遮断器の挿入される主回路に鎖
交するよう、体積抵抗率の大きい磁性体を装着したこと
により、遮断部の極間に過大なキャパシタンスを装備す
ることなく、遮断器の極間インピーダンスと磁性体挿入
による等価な抵抗値によって回復電圧を分圧し、高い初
期上昇率を緩和できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を説明する結線図であ
る。
【図2】本発明の原理を説明する断面図である。
【図3】本発明の効果を説明する特性図である。
【図4】本発明の異なる実施例を説明する結線図であ
る。
【図5】本発明のさらに異なる実施例を説明する結線図
である。
【符号の説明】
1…主回路(導体)、2…磁性体、9…浮遊キャパシタ
ンス、10…並列キャパシタンス、11…遮断器、12
…主遮断部、13…抵抗接点部、14…抵抗体、15…
分路リアクトル、R…等価抵抗。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小柳 修 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 黒沢 幸夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回路の負荷電流,事故時の短絡電流などを
    遮断する遮断器において、 主回路と鎖交するように磁性体を装着したことを特徴と
    する遮断器の回復電圧制御法。
  2. 【請求項2】請求項1記載において、 磁性体は体積抵抗率が対象とする周波数において0.1
    Ωm 以上であることを特徴とする遮断器の回復電圧制
    御法。
  3. 【請求項3】請求項2記載において、 対象とする周波数は1MHzであることを特徴とする遮
    断器の回復電圧制御法。
  4. 【請求項4】請求項1記載において、 磁性体は素材がフェライトからなることを特徴とする遮
    断器の回復電圧制御法。
  5. 【請求項5】請求項1記載において、 磁性体は複数の磁性体リングを直列に配置したものであ
    ることを特徴とする遮断器の回復電圧制御法。
  6. 【請求項6】請求項1記載において、 遮断器は固定電極と可動電極とからなる遮断部を有し、
    該遮断部の開路時に極間にインピーダンスを有するもの
    であることを特徴とする遮断器の回復電圧制御法。
  7. 【請求項7】請求項5記載において、 遮断部極間のインピーダンスはキャパシタンスもしくは
    抵抗もしくはキャパシタンスと抵抗の並列体であること
    を特徴とする遮断器の回復電圧制御法。
  8. 【請求項8】請求項6記載において、 キャパシタンスは、遮断部極間に浮遊するキャパシタン
    スと遮断部に並列に装着された回復電圧調整用のキャパ
    シタンスであり、その合計が100pF以上であること
    を特徴とする遮断器の回復電圧制御法。
  9. 【請求項9】請求項7記載において、 キャパシタンスは、主回路からみた磁性体の等価抵抗と
    の積で定義される時定数が0.1μs 以上であることを
    特徴とする遮断器の回復電圧制御法。
  10. 【請求項10】請求項6記載において、 遮断部極間の抵抗は、遮断部と並列に接続された、抵抗
    体と補助遮断部の直列体で、少なくとも電流遮断時に回
    路に挿入されるものであることを特徴とする遮断器の回
    復電圧制御法。
  11. 【請求項11】請求項1記載において、 磁性体は前記遮断部と同一の容器内に装着されたことを
    特徴とする遮断器の回復電圧制御法。
  12. 【請求項12】請求項1記載において、 遮断器は分路リアクトルなどの誘導性負荷の回路に接続
    されていることを特徴とする遮断器の回復電圧制御法。
JP4175218A 1992-07-02 1992-07-02 遮断器の回復電圧制御法 Pending JPH0620562A (ja)

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