JPS5989522A - 交流限流形半導体しや断器 - 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】 本発明は交流配電線路あるいは交流送電線路等の電力系
統内の地絡又は短絡等の故障時に発生する過渡的な故障
電流を抑制限流して交流電力系統をしゃ断する交流限流
形半導体しゃ断器に関する。

一般に半導体しゃ断器は機械接点式しゃ断器等に比べて
物理的な可動部分及び消耗部分がないため無騒音で多頻
度の開閉が可能であり、かつ寿命が極めて長く保守点検
が大変容易である。又、回路の開閉が純電気的に制御で
き無操作音で事故発生から短時間（例えば半サイクル以
内）に高速度し中断が出来るなど多くの特長を有してい
る。また、半導体しゃ断器は投入位相を外部から任意に
制御することができるので電圧零点での投入が可能とな
り投入サージを大きく低減出来、また、電流零点でしゃ
断することが出来るため電流の裁断が無く、シゃ断時の
過渡回復電圧が小さく緩やかである等の利点を有しこれ
がために系統機器の絶縁強度の軽減を図る事が出来る特
長を有している。

しかし、系統内に地絡や短絡等の故障が発生すると、そ
の事故電流が本来系統を保護する筈の保護機器であるサ
イリスター等の半導体や他の直列。

被保護機器にそのまま流れるため例え高速度のしゃ断で
あってもこれらの機器が受ける瞬時あ熱−９機械的スト
レスのために相当の損傷をこうむる。

また、この様な瞬時の過電流に対してはサイリスターの
所要個数を増大させ、許容サージ電流値を確保するため
に前記サイリスター等を並列に接続せねばならず、電流
設計指数（ＣＤＦ）が大きくなり不経済となるを免れ得
ない。例えば−例として定格電流がＩＡＡ、短絡電流が
３０ＡＡの系−へ定格電流がＩ　ＡＡ　、許容サージ電
流がｌ０ＡＡのサイリスターを使用ジる場合にサイリス
ターは３個並列に使用することになるが、定常通電々流
がＩＡＡで良いところ余裕３倍の３　ＡＡとなり、電流
設計指数は３となり大変不経済となる等の欠点を有して
いた。また、最近定格電流あるいはある程度の過電流の
開閉が可能な半導体スイッチも出現しているが、事故電
流の開閉が可能ないわゆる半導体しゃ断器はまだ用途が
限定されている状況にある。

本発明は、上記のような従来回路の欠点を除去すやため
になされたもので、変圧器とコンデンサーーと・を直列
に接続して構成した第１回路と、前記第１回路に並列に
リアクトルと抵抗とを直列に接続して構成した第３回路
を接続し、上記変圧器の２次巻線側に抵抗と投入装置例
えばギャップ又はサイリスター等の半導体スイッチを直
列に接続して構成した第２回路を接続し、定常時は上記
第２回路は開放状態に保ち２次巻線側が開路状態の上記
変圧器と上記コンデンサーとの間で直列共振回路を形成
させ、上記第１回路の合成インピーダンスが零の状態で
通電し系統線路の短絡故障時には上記第２回路の投入装
置を作動させ、上記変圧器の２次巻線側の回路を閉路し
て上記変圧器の１次巻線側から見たインピーダンスを零
の状態にする事により上記直列共振回路の共振点を外し
、上記コンデンサーと第３回路のりアクドルとの間で並
列共振回路を形成して総合インピーダンス値を太きくシ
、短絡故障の過電流を定常の通電々流の数倍近くまで抑
制限流し、前記第１回路と前記第３回路とが並列に接続
構成されてなる回路にサイリスター等の半導体素子で構
成された半導体開閉しゃ断部を直列に接続した交流限流
形半導体しゃ断器を提供することを目的とする。

以下、本発明の一実施例を図について説明する。

第１図は系統線路の１相分を取り出し簡略化して示した
もので、１は１次側巻線Ｎ１と２次側巻線Ｎ２とを備え
た変圧器、２は前記変圧器１と直列に接続されたコンデ
ンサーで前記の変圧器１とコンデンサー２とで第１回路
を形成する。また、５はリアクトル、６は前記リアクト
ル５と直列に接続された抵抗で、上記リアクトル５と抵
抗６とで第３回路を形成し、前記第１回路とは並列に接
続して構成される。更［３は第２図ａで示すギャップ或
いは同図すで示すサイリスター等の半導体スイッチ等で
構成される投入装置、４は前記投入装置３に直列に接続
された抵抗で、上記投入装置３と抵抗４とで第２回路を
形成し、前記第２回路は変圧器１０２次側巻線Ｎ２の回
路に挿入接続されて、いる。そして前記第１回路と第２
回路とが並列に接続して構成された回路と直列にサイリ
スター等の半導体素子で構成された開閉部７が接続され
ている。

この様に構成された本発明において以下動作１ついて説
明する。第１図においてまず定常時通電においては変圧
器１０２次側巻線Ｎ２の端子電圧が低いため投入装置３
は不動作状態にあり、従って変圧器１０２次巻線゛側は
開放状態で変圧器１とコンデンサー２とは直列共振回路
を形成し系統線路の交流周波数に対して共振している。

このとき第１回路と第２回路で構成される並列回路の総
合インピーダンスは零の状態で系統線路を連系通電して
いる。次に系統線路に地絡短絡等の事故が発生して線路
に過渡大電流が流れると、変圧器１０２次側巻線Ｎ２の
端子間電圧が急上昇して投入装置３がギャップの場合に
は自動的に放電し、サイリスタースイッチ等の場合には
外部からの制御により閉路する。従って前記変圧器１は
２次側巻線Ｎ２に抵抗４を負荷とする閉回路が形成され
、該変圧器１０１次巻線Ｎ１側から見たインピーダンス
値を零の状態にして上記直列共振回路の共振点を外ずし
、コンデンサー２と第３回路を構成しているリアクトル
６との間で並列共振回路を形成する事によって第１回路
と第３回路とが並列に接続して構成された回路の総合イ
ンピーダンスを大にして系統線路に流れる過電流を定常
通電々流の数倍付近まで抑制限流し、最終的にサイリス
ター等の半導体で構成された開閉部７でしゃ断する。

次に上述の動作原理を理論的に下記に説明する。

今、変圧器１０１次及び２次側巻線内の抵抗漏洩磁束に
よる漏洩インピーダンスを無視し、また変圧器１の鉄心
の磁気抵抗を線形回路と見なす。このとき定常時におけ
る第１回路と第３回路の並列回路の総合インピーダンス
２は複素数で表わすと（１）式で与えることができる。

ただし ω　：　系統線路の電源の角周波数 ｎｌ：　　変圧器１０１次側巻線Ｎ１の巻数ｒ呵：　変
圧器１の鉄心の磁気抵抗 Ｃ：　コンデンサー２の容量 ｒ３：　　抵抗６の抵抗値 Ｌ３：　　リアクトル５のインピーダンスで与えられ、 のとき、すなわち第１回路の変圧器１とコンデンサー２
とが直列共振状態を形成しているときｚ　＝　Ｑ　　　
　　　　　　　・・・曲曲曲（３）となり、しゃ断器１
００の一部を構成している第１回路と第３回路の総合イ
ンピーダンスは零の状態で系統線路を連系している。

次に系統に事故が発生して系統線路に過渡大電流が流れ
ると、変圧器１０２次側巻線Ｎ２の端子電圧が急上昇し
投入装置３が作動し第２回路が閉路されると、しゃ断器
１００の一部を構成する第１回路と第３回路が並列接続
された回路の総合のインピーダンス；′は ２′＝ 尚、 ただし、 ｎ２：　　変圧器１０２次側巻線Ｎ２の巻数ｒ２：　　
抵抗４の抵抗値 で与えられ、式（２）　、　（４）よりの条件が満足さ
れるとき、すなわちコンデンサー２と第３回路のりアク
ドル５との間で並列共振状態を形成しているとき、式（
４）、（５１よりとなり、ｒ２’：：＝Ｑ、　　ｒ３’
：：Ｏのときは；′＝　■　　　　・・・・・・・・・
・・・・・・（力となり、インピーダンスが犬の形で系
統線路を連系することによって系統線路に流れる過電流
を抑制限流して最終的に開閉部７でしゃ断する。また、
第３図は本発明による交流限流形半導体しゃ断器を系統
線路に挿入し、定常通電して事故電流をしゃ断させた場
合の電子計算機によるシミュレーション結果の例である
。図中、Ｖｓは系統線路の電源の電圧波形、ＶＴＩ　、
　ＶＴ２は変圧器１０１次側巻線Ｎ１及び２次側巻線Ｎ
２の端子電圧、Ｖｃはコンデンサー２の端子電圧、■１
は第１回路の総合の端子電圧、■３は第３回路の総合の
端子電圧、ＶＳＷはサイリスター等の電子素子開閉部７
の端子間の電圧波形、ωＴは変圧器１の鉄心磁束の波形
、ＩＯは定常時の通電々流の波形、Ｉｓはしゃ断器１０
０が挿入されていないときの短絡事故電流の波形、ＩＴ
はしゃ断器１００を挿入したときの抑制限流の波形、Ｉ
ｆ、　Ｉ２．　Ｉ３はし中断器１００内の第１、第２．
第３回路それぞれに流れる電流の波形である。尚、説明
では第１回路の構成をコンデンサー２と変圧器１とが直
列接続された事例について述べたが、変圧器１の代わり
に第４図（ａ）の如く単巻変圧器もしくは（ｂ）のよう
なりアクドルであってもよく、また本発明を構成する変
圧器、リアクトル、コンデンサー、抵抗、投入装置及び
半導体開閉部をＳＦａガス等の絶縁媒体を封入した筐体
内に１相一括又は３相一括に収納してもよい。

以上の様に本発明によれば上述の式（５）が満足される
とき式（６）で与えられているようにしゃ断器１００の
一部を構成している、第１及び第３回路の総合インピー
ダンスがりアクタンス部零で、抵抗成分のみとなるので
限流電流は抵抗性となり系統連系線路の過渡安定度に極
めて良い効果をもたらすとともに、しゃ断時の再起電圧
が低くなるために、開閉部７のしゃ断責務が軽減される
効果がある。また、開閉部７は半導体制御であるため電
圧零点での投入ができ、電流の裁断がなくしゃ断は電流
零点でできるために投入又はしゃ断時の再起電圧が低く
なり、系統機器の絶縁強度ストレスを軽減する事が出来
る。更に過渡過電流は定常時通電々流の数倍付近まで限
流し、高速度しゃ断するのでしゃ断部のしゃ断責務、系
統機器の電磁反発力等による機械的なストレス、熱的な
ストレス等が軽減される。また過渡過電流も定常時通電
々流の数倍まで限流されるので半導体素子の電流設計指
数（ＣＤＦ）が小さくなり経済設計かり能になるなど優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す交流限流形半導体しゃ
断器の１相分を取出した回路構成図、第２図（ａ）、Φ
）は投入装置の具体的な略図、第３図はしゃ断時性のシ
ミュレーション波形図、第４図は変圧器に代わる他の実
施例を示す回路図である。 １・・・変圧器、　２・・・コンデンサ　　３・・・投
入装置、　　４．６・・・抵抗、　　５・・・リアクト
ル、　　７・・・開閉部、　　１００・・・しゃ断器。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　　　葛　　野　　信　　−（＃１か１名）ｌγ
６ ｉｌＩｌ　　　図 第　　２　　図 （ａ）（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 変圧器とコンデンサとを直列に接続して構成した第１回
   路と、前記第１回路に並列にリアクトルと抵抗とを直列
   に接続して構成した第３回路と、前記変圧器の２次巻線
   側に抵抗と投入装置とを直列に接続して構成した第２回
   路と、前記並列に接続された第１回路及び第２回路に直
   列に接続された電子素子開閉部とからなり定常時は前記
   第２回路は開放状態に保ち前記変圧器と前記コンデンサ
   との間で直列共振回路を形成させ、系統線路の短絡故障
   時には前記第２回路の投入装置を作動させ、前記変圧器
   の２次巻線側を閉路し前記直列共振回路の共振点を外し
   前記コンデンサと第３回路のりアクドルとの間で並列共
   振回路を形成し、電子素子開閉部でしゃ断する様にした
   ことを特徴とする交流限流形半導体しゃ断器。