JPS6332015B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電力系統に対する調相用進相コンデ
ンサの開閉を、サイリスタを逆並列接続して構成
されるサイリスタスイツチによつて行うサイリス
タ式コンデンサ開閉装置において、サイリスタの
点弧制御装置の故障等によつてサイリスタが、点
弧すべきでない期間に誤点弧した場合に発生する
ことのある過電圧からサイリスタ素子やコンデン
サを保護するための過電圧保護方式に関するもの
である。

一般にサイリスタ等の半導体デバイスは、その
耐圧以上の過電圧が印加されると瞬時に破壊を起
し、極めて過電圧に弱いという特性を持つてい
る。この為、サイリスタスイツチを含む装置、例
えば電力変換装置等においては、その運転状態で
サイリスタ素子に印加される電圧や、外部から侵
入するサージ電圧、装置の内部故障に起因する過
電圧によつてサイリスタ素子に印加される電圧
は、その耐圧より充分に小さい値に抑制されるよ
う配慮がなされなければならない。

一般に装置の運転状態で、サイリスタの消弧に
伴つて発生する過電圧は、サイリスタに並列接続
されたRCスナバ回路で抑制し、外部から侵入す
るサージ電圧はアレスタ等によつて抑制される。
また、装置に内部故障が発生した場合にも、サイ
リスタや装置の構成機器に過電圧が印加されない
ように手段を講じる必要があるが、この点に関
し、サイリスタ式コンデンサ開閉装置には後述の
ような問題点があつた。

第１図は一般的なサイリスタ式コンデンサ開閉
装置を示す回路図である。同図において、１は遮
断器、２はトランス、３はリアクトル、４は進相
コンデンサ、５はサイリスタスイツチ、Ｐは電力
系統、である。

第１図において、遮断器１を投入した後、電力
系統Ｐに対する進相コンデンサ４の開閉は、サイ
リスタスイツチ５のオン、オフにより行われる。

第２図は、第１図の回路における各部の電圧波
形または電流波形を示す波形図であり、ａは電力
系統Ｐより供給される電源電圧の波形、ｂはコン
デンサ４の両端間電圧（以下、コンデンサ電圧と
云う）の波形、ｃはコンデンサ４に流出入する電
流（コンデンサ電流）の波形、ｄはサイリスタス
イツチ５にかかる電圧の波形、をそれぞれ示す。

また第２図は、サイリスタスイツチ５が時刻t₁
でオン、時刻t₂でオフした場合に各部動作波形を
示している。この際サイリスタスイツチ５を時刻
t₁でオンする前に、コンデンサ４は、電源電圧の
ピーク値（−Vp）にまで充電されており、コン
デンサ電圧と電源電圧が逆極性で対向する位相を
とる時刻t₁で、サイリスタスイツチ５をオンする
ことにより過渡的な突入電流が極めて小さくスム
ーズにコンデンサ４を電力系統Ｐに対し投入する
ことができる。

このような、サイリスタ式コンデンサ開閉装置
において、サイリスタスイツチをオフし電流を流
さず待機している状態のもとで、その制御装置や
点弧装置の故障のために誤パルスが発生し、それ
によつてサイリスタが誤点弧したり、あるいは誘
導ノイズ等によつてサイリスタが誤点弧した場合
には、回路にコンデンサ４とリアクトル３による
大きな共振電流が流れ、サイリスタ及びコンデン
サに過電圧が印加される可能性がある。この様子
を第３図に示す。

第３図は、時刻t₁においてサイリスタの誤点弧
が発生し、共振電流ｃが流れ、時刻t₂においてサ
イリスタが消弧した場合の各部動作波形を示して
いる。この際に流れる共振電流ｃの大きさは、誤
点弧の発生する位相や、リアクトル３の大きさに
よつて変化する。通常進相コンデンサ４のシリー
ズリアクトル３は、コンデンサ４の容量の６〜14
％程度のインビータンスになるように決められる
が、仮にリアクトル３が６％のインビータンスを
もつとした場合に、コンデンサ電圧に対する電源
電圧の位相が最悪の位相となつた時点で誤点弧が
発生したとすると、流れる共振電流ｃのピーク値
は、定格電流のピーク値の約８倍にも達する。ま
た、時刻t₂においてサイリスタが消弧すると、コ
ンデンサは共振電流により充電され、コンデンサ
電圧ｂは最大電源電圧ピーク値の３倍の電圧にも
達し、さらにサイリスタスイツチ５には時刻t₃に
おいて、最大電源電圧ピーク値の４倍もの電圧ｄ
が印加されてしまう。

このような誤点弧によつて発生する過電圧に対
して、サイリスタスイツチが電圧破壊しない為に
は、サイリスタスイツチは電源電圧のピーク値の
４倍の電圧より、大きな耐圧容量を持つている必
要がある。しかしながら、サイリスタスイツチの
耐圧容量を高くすることは、装置の大形化、高価
格化を招き不経済である。また高耐圧化する為に
サイリスタの直列接続数を増すと、装置の損失が
増大してしまうという欠点がある。

本発明は、上述のような従来技術の問題点を解
決するためになされたものであり、従つて本発明
の目的は、サイリスタスイツチの誤点弧が発生し
た場合において、装置の大形化、高価格化、損失
の増大等を招くことなしに、コンデンサやサイリ
スタ素子の保護を可能にするコンデンサ開閉用サ
イリスタスイツチの保護方式を提供することにあ
る。

本発明の構成の要点は、サイリスタを逆並列接
続して構成されるサイリスタスイツチによつて進
相コンデンサの電力系統に対する開閉を行うサイ
リスタ式コンデンサ開閉装置において、コンデン
サの過電圧を検出する手段と、過電圧が検出され
ている期間、サイリスタスイツチに点弧パルスを
供給して導通させる手段とを備えた点にある。

次に本発明の実施例を説明するわけであるが、
その前に、説明の都合上、第５図を参照して一般
的なサイリスタスイツチの点弧制御装置の構成例
を説明しておく。

第５図において、６はパルス発生器であり、図
示せざる手段から入力されるサイリスタスイツチ
のオン指令と電源電圧波形の同期信号に従つて、
サイリスタの点弧信号を発生する。ここで発生さ
れる点弧信号としてのパルスは、パルスアンプ８
ａ，８ｂで増幅され、パルストランス９ａ，９ｂ
を通してサイリスタ５に伝送される。この回路の
例では、コンデンサ４の過電流をCT（電流変成
器）１０及び、過電流検出器１１によつて検出
し、過電流が検出されたときは、フリツプフロツ
プ１２をセツトし、そのセツト出力によつて
ANDゲート７ａ，７ｂを閉じることにより、点
弧信号としてのパルスの送出阻止を行う。

第６図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。同図において、第５図におけるのと同じ符
号は同じものを示している。そのほか、１３は
DCPT（直流電圧変成器）、１４は過電圧検出器、
１５ａ，１５ｂはそれぞれORゲート、である。

すなわち、第６図に示した実施例では、コンデ
ンサ４の電圧を検出する為のDCPT１３と過電圧
検出器１４によつて、コンデンサ４の過電圧を検
出する機能を備えている。過電圧検出器１４の出
力は、ANDゲート７ａ，７ｂとパルスアンプ８
ａ，８ｂの間に挿入されたORゲート１５ａ，１
５ｂのそれぞれの片側の入力端子に接続されてい
る。

このように構成することにより、例えばパルス
発生器６あるいはその前段に接続された図示せざ
る回路の故障等によつて誤パルスが出力され、サ
イリスタスイツチ５が誤点弧し過電流が流れる
と、ANDゲート７ａ，７ｂが閉じることにより
パルスブロツクが行なわれ、その後コンデンサ４
が過電圧になつた場合は、コンデンサ４が過電圧
となつている期間の間、過電圧検出器１４の出力
により、サイリスタスイツチ５にゲートパルスが
供給されることになる（以下、このゲートパルス
による点弧を保護点弧、そのパルスを保護点弧パ
ルスとよぶ）。次に、サイリスタスイツチの誤点
弧が発生した場合に、本発明により上述の保護点
弧パルスがサイリスタスイツチ５に与えられる場
合の各部の電圧波形を説明する。第４図はその波
形説明図である。

第４図において、時刻t₁において誤点弧が発生
し、共振電流ｃが流れて時刻t₄〜t₅の間、コンデ
ンサ４の過電圧が検出され、同じ期間の間、サイ
リスタスイツチ５にゲートパルスｅが与えられて
いる。従つて共振電流ｃの正の半数が流れた後、
電流極性が反転する際、順逆両方向のサイリスタ
にゲートパルスが供給されている為、引き続き共
振電流ｃの負の半波が流れることになる。この
為、過電圧になつたコンデンサ４の電圧は低下
し、時刻t₆で再び共振電流ｃが零になりサイリス
タが消弧すると、コンデンサ電圧ｂは電源電圧の
ピーク値に近い値まで戻る事になる。このことに
よつてサイリスタスイツチ５に、第３図に示すよ
うな過電圧ｄが印加されるのを防止することがで
きる。

第７図は、本発明の別の実施例を示すブロツク
図である。同図に示す実施例は、保護点弧パルス
を正規のパルス伝送系と異つた経路で伝送するよ
うにした実施例である。

すなわち、過電圧検出器１４から出力される保
護点弧パルスは、別に設けられたパルスアンプ８
ｃ，８ｄおよびパルストランス９ｃ，９ｄによつ
てサイリスタスイツチ５に伝送される。この場合
には、誤点弧がパルスアンプ８ａ，８ｂあるいは
パルストランス９ａ，９ｂの故障に起因して起つ
た場合でも、保護点弧パルス専用の伝送系が用い
られている為サイリスタスイツチ５を保護点弧す
ることができる。

第８図は、本発明の更に別の実施例を示すブロ
ツク図である。同図において、単安定マルチバイ
ブレータ１６の入力側は、過電流検出器１１の出
力側に接続され、単安定マルチバイブレータ１６
の出力及び、過電圧検出器１４の出力はANDゲ
ート７ｃの２つの入力端子に接続されている。さ
らに、そのANDゲート７ｃの出力は、保護点弧
用のパルスアンプ８ｃ，８ｄに接続されている。

ここで単安定マルチバイブレータ１６の設定時
間は、リアクトル３及びコンデンサ４の共振周期
と同程度の時間に決められている。このように構
成した場合には、過電流が発生してから単安定マ
ルチバイブレータ１６によつて決まる一定時間の
間に引き続きコンデンサの過電圧が発生した場合
のみ、保護点弧パルスが伝送されることになる。

以上の実施例では、コンデンサ電圧の検出は
DCPT１３によつて行つているが、このDCPTの
入出力は絶縁されていなくてはならず、高い耐圧
を必要とするこのようなDCPTは一般に高価なも
のである。

第９図は、演算によつてコンデンサ過電圧を検
出する手段の一例を示したブロツク図である。こ
の例では、リアクトル３とコンデンサ４の中間の
点の対アース電圧をACPT（交流電圧変成器）１
７によつて検出し、またサイリスタスイツチ５に
かかる電圧をDCPT１３によつて検出している。
この場合、DCPT１３はサイリスタスイツチ５の
片側が接地されている為、入出力の間の耐圧は比
較的小さくて良い。

ACPT１７及びDCPT１３の出力は減算器１８
の入力に接続され、リアクトル３とコンデンサ４
の中間点の対アース電圧から、サイリスタスイツ
チにかかる電圧を差引いた電圧、すなわちコンデ
ンサ４の電圧が減算器１８から出力されることに
なる。

第１０図は、コンデンサ電圧を演算によつて求
める別の手段を示したブロツク図である。同図に
おいて、１７は電源電圧を検出する為のACPTで
ある。CT１０の出力は微分演算器１９に接続さ
れ、その出力とACPT１７の出力は減算器１８の
入力に接続されている。

ここで、微分演算器１９のゲインはリアクトル
３の発生する電圧（Ｌdi／dt）に相当するように調 整されている。従つて電源電圧からリアクトルの
電圧を差引いた電圧が、減算器１８から出力され
る。この出力電圧は、サイリスタスイツチ５がオ
フしている場合には、電流が流れないので電源電
圧と同じ電圧であり、サイリスタスイツチ５がオ
ンしている場合にはサイリスタスイツチ５にかか
る電圧はほぼ零であるので、電源電圧からリアク
トル電圧を引いた値、すなわちコンデンサ電圧と
なる。従つて、サイリスタスイツチが誤点弧した
際には、減算器１８はコンデンサ電圧を出力する
ことになり、回路１４によつてコンデンサの過電
圧を検出することができる。

この発明によれば、サイリスタスイツチが誤点
弧した場合にコンデンサが過電圧になつた事を検
出して、コンデンサが過電圧になつている期間
中、サイリスタスイツチにゲートパルスを供給す
るようにしたことにより、共振電流の半波を流し
た後、引き続き逆の半波電流が流れ、その為にサ
イリスタスイツチ及びコンデンサが過電圧となる
のを、簡単な手段でコスト低廉に防止できるとい
う利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なサイリスタ式コンデンサ開閉
装置を示す回路図、第２図は第１図の回路におけ
る各部の電圧波形または電流波形を示す波形図、
第３図は第１図の回路においてサイリスタの誤点
弧により発生する過電圧波形を示す波形図、第４
図は本発明の一実施例において、サイリスタの誤
点弧により発生する過電圧波形を示す波形図、第
５図は一般的なサイリスタスイツチの点弧制御装
置の構成例を示すブロツク図、第６図は本発明の
一実施例を示すブロツク図、第７図および第８図
はそれぞれ本発明の他の実施例を示すブロツク
図、第９図および第１０図は、それぞれ本発明に
おいて使用可能なコンデンサ過電圧検出手段の他
の例を示すブロツク図、である。 符号説明、１……遮断器、２……トランス、３
……リアクトル、４……進相コンデンサ、５……
サイリスタスイツチ、６……パルス発生器、７…
…ANDゲート、８……アンプ、９……パルスト
ランス、１０……CT、１１……過電流検出器、
１２……フリツプフロツプ、１３……DCPT、１
４……過電圧検出器、１５……ORゲート、１６
……単安定マルチバイブレータ、１７……
ACPT、１８……減算器、１９……微分演算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ サイリスタを逆並列接続して構成されるサイ
   リスタスイツチによつて進相コンデンサの電力系
   統に対する開閉を行うサイリスタ式コンデンサ開
   閉装置において、前記コンデンサの過電圧を検出
   する手段と、過電圧が検出されている期間、前記
   サイリスタスイツチに点弧パルスを供給して導通
   させる手段と、を備えて成ることを特徴とするコ
   ンデンサ開閉用サイリスタスイツチの保護方式。