JPWO2017098594A1 - 電力開閉制御装置 - Google Patents

Abstract

遮断器２は、遮断部３と、遮断部３に並列に接続された抵抗体４と、遮断部３に並列にかつ抵抗体４に直列に接続され、遮断部３に先行して投入されるスイッチ５とを備える。電力開閉制御装置１は、遮断器２の電源側電圧を計測する電圧計測部１１と、電源側電圧の計測値と抵抗体４の抵抗値とコンデンサ１０のインピーダンスとを用いて、スイッチ５の投入後かつ遮断部３の投入前に抵抗体４に流れる電流を算出し、この電流と抵抗値とを用いて、スイッチ５の投入後かつ遮断部３の投入前における遮断部３の極間電圧を算出する極間電圧算出部１２と、遮断部３の極間絶縁耐力減少率と極間電圧とを用いて、コンデンサ１０に応じて設定された遮断部３の目標投入位相を与える遮断部３の目標閉極時刻を決定する目標閉極時刻決定部１３と、目標閉極時刻に遮断部３が閉極するように遮断器２に制御信号を出力する閉極制御部１７と、を備える。

Description

本発明は、電力開閉装置である遮断器を開閉制御する電力開閉制御装置に関する。

調相器としてのコンデンサまたはリアクトルは、遮断器を介して系統に接続され、系統電圧の位相の調整に用いられる。

一般に、遮断器を介して調相器を系統に投入する際に、遮断器の投入タイミングによっては調相器にサージ電圧または突入電流が発生する可能性がある。

このようなサージ電圧または突入電流を抑制する方法として、遮断器をいわゆる投入抵抗付の遮断器とする方法が知られている。

例えば、特許文献１の図１０に記載された投入抵抗付の遮断器は、遮断器に並列に接続された抵抗体と、この抵抗体に直列にかつ遮断器に並列に接続されたスイッチとを備える。

このような従来の投入抵抗付の遮断器において、調相器としてのコンデンサを投入する場合、まずスイッチが投入され、コンデンサに電源電圧が印加される。この抵抗投入時の過渡的なサージ電圧により発生する電流は、抵抗体により急激に減衰する。従って、コンデンサには、電源電圧と同じ周波数で電源電圧よりも振幅が小さい電圧が印加される。この後、遮断器の主接点が投入されると、コンデンサには、電源電圧よりも振幅が小さい電圧が既に抵抗体を介して印加されているため、コンデンサへの突入電流が抑制される。

国際公開第２０００／００４５６４号

しかしながら、従来の投入抵抗付の遮断器では、抵抗体を投入するためのスイッチの投入後、遮断器の主接点が投入されるまでの間に、抵抗体の抵抗値と調相器のインピーダンスとで決まる電流が抵抗体に流れるため、抵抗体と並列な遮断器の極間には電位差が生ずる。従って、この電位差のため、遮断器を投入する際に依然としてサージ電圧または突入電流が発生する可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、サージ電圧または突入電流のさらなる抑制が可能な電力開閉制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力開閉制御装置は、遮断部と、前記遮断部に並列に接続された抵抗体と、前記遮断部に並列にかつ前記抵抗体に直列に接続され、前記遮断部に先行して投入されるスイッチとを備え、前記遮断部の一端が交流電源に接続され、前記遮断部の他端が調相器に接続された遮断器の開閉を制御する電力開閉制御装置であって、前記遮断器の電源側電圧を計測する電圧計測部と、前記電源側電圧の計測値と前記抵抗体の抵抗値と前記調相器のインピーダンスとを用いて、前記スイッチの投入後かつ前記遮断部の投入前に前記抵抗体に流れる電流を算出し、前記電流と前記抵抗値とを用いて、前記スイッチの投入後かつ前記遮断部の投入前における前記遮断部の極間電圧を算出する極間電圧算出部と、前記遮断部の極間絶縁耐力減少率と前記極間電圧とを用いて、前記調相器に応じて設定された前記遮断部の目標投入位相を与える前記遮断部の目標閉極時刻を決定する目標閉極時刻決定部と、前記目標閉極時刻に前記遮断部が閉極するように前記遮断器に制御信号を出力する閉極制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、サージ電圧または突入電流のさらなる抑制が可能になる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る電力開閉制御装置の構成を示す図 実施の形態１における遮断器の内部構成を示す断面図 実施の形態１において閉極動作時における遮断器の接点の入切状態を示す図 実施の形態１に係る電力開閉制御装置のハードウェア構成を示したブロック図 実施の形態１において遮断部およびスイッチの双方が開路状態にあるときの接点の模式図 実施の形態１においてスイッチが閉路状態に遮断部が開路状態にあるときの接点の模式図 実施の形態１において遮断部およびスイッチの双方が閉路状態にあるときの接点の模式図 実施の形態１において遮断器の閉極動作時における通電状態を示す第１の回路図 実施の形態１において遮断器の閉極動作時における通電状態を示す第２の回路図 実施の形態１において遮断器の閉極動作時における通電状態を示す第３の回路図 実施の形態１において遮断部の目標閉極時刻を説明するための図 実施の形態１において遮断部の目標閉極時刻を説明するための別の図 実施の形態２に係る電力開閉制御装置の構成を示す図 実施の形態２において遮断部およびスイッチの双方が開路状態にあるときの回路図 実施の形態２において遮断部の目標閉極時刻を説明するための図

以下に、本発明の実施の形態に係る電力開閉制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る電力開閉制御装置１の構成を示す図である。電力開閉制御装置１は、電力開閉装置である遮断器２に接続され、遮断器２の開閉を制御する。なお、図１では、電力開閉制御装置１の機能のうち遮断器２の閉極に関する機能のみを示し、開極に関する機能は省略している。

遮断器２は、いわゆる投入抵抗付のガス遮断器である。すなわち、遮断器２は、遮断部３と、遮断部３に並列に接続された投入抵抗である抵抗体４と、遮断部３に並列にかつ抵抗体４に直列に接続されたスイッチ５とを備える。抵抗体４の抵抗値は、５００Ωから１０００Ωが一般的である。

図２は、遮断器２の内部構成を示す断面図である。図２では、遮断器２は開極状態にある。遮断部３は、可動主接点３ａと、可動主接点３ａと対向する固定主接点３ｂと、可動主接点３ａと連動する可動アーク接点３ｃと、可動アーク接点３ｃと対向する固定アーク接点３ｄとを備える。ここで、可動主接点３ａ、固定主接点３ｂ、可動アーク接点３ｃおよび固定アーク接点３ｄは、消弧室２０内に配置される。スイッチ５は、可動主接点３ａと連動する可動抵抗接点５ａと、可動抵抗接点５ａと対向する固定抵抗接点５ｂとを備える。ここで、可動抵抗接点５ａおよび固定抵抗接点５ｂは、消弧室２０外でかつ金属容器２１内に配置される。なお、金属容器２１内には絶縁ガスが密封されている。また、遮断器２は、可動主接点３ａ、可動アーク接点３ｃおよび可動抵抗接点５ａを往復動作させるための操作機構２２を金属容器２１内に備える。

可動抵抗接点５ａは、操作機構２２を介して、可動主接点３ａおよび可動アーク接点３ｃと機械的に連結されている。この連結構造により、遮断器２の閉極に際しては、スイッチ５は遮断部３に先行して投入される。詳細には、可動抵抗接点５ａが固定抵抗接点５ｂと接触した時から一定時間経過した後に、可動主接点３ａが固定主接点３ｂと接触する。一定時間は例えば１０ｍｓである。

図３は、閉極動作時における遮断器２の接点の入切状態を示す図である。図３の上段は、遮断部３の入切を示し、図３の中段はスイッチ５の入切を示し、図３の下段は、電力開閉制御装置１から遮断器２に出力される制御信号の制御内容を示している。電力開閉制御装置１から閉極制御指令が出力されると、まずスイッチ５が切状態から入状態となり、さらに一定時間を経過した後、遮断部３が切状態から入状態となる。なお、詳細は省略するが、遮断器２の開極に際しては、スイッチ５は遮断部３に先行して開極する。

図１に示すように、遮断器２は、母線７を介して交流電源である電源８に接続される。具体的には、遮断部３の一端が電源８に接続される。また、遮断器２は、調相器であるコンデンサ１０に接続される。具体的には、遮断部３の他端がコンデンサ１０に接続される。コンデンサ１０の一端は遮断部３に接続され、コンデンサ１０の他端は接地される。図示例では、電源８は、送電線２５に接続されている。

なお、図１では、簡単のため単相の場合を示しているが、相分の構成を設けることで他相の場合にも容易に拡張できる。

次に、電力開閉制御装置１の機能構成について説明する。電力開閉制御装置１は、電圧計測部１１、極間電圧算出部１２、目標閉極時刻決定部１３、電流計測部１４、投入時刻検出部１５、閉極時間予測部１６および閉極制御部１７を備える。

電圧計測部１１は、電源８と遮断器２との間の電圧である電源側電圧を計測する。具体的には、電圧計測部１１は、母線７に取り付けられた計器用変圧器１８を介して電源側電圧を計測する。電圧計測部１１は、電源側電圧の計測値を極間電圧算出部１２に出力する。

極間電圧算出部１２は、電源側電圧の計測値と抵抗体４の抵抗値とコンデンサ１０のインピーダンスとを用いて、スイッチ５の投入後かつ遮断部３の投入前に抵抗体４に流れる電流Ｉｃを算出する。ここで、電源側電圧、すなわち電源８の電圧を電圧Ｖ、抵抗体４の抵抗値をＲ、コンデンサ１０のインピーダンスをＺとすると、極間電圧算出部１２は、電圧Ｖと抵抗体４の抵抗値Ｒとコンデンサ１０のインピーダンスＺとを用いて、電流Ｉｃを次式により算出する。
Ｉｃ＝Ｖ／（Ｒ＋Ｚ）・・・（１）
ここで、電源８の周波数をω、コンデンサ１０の容量をＣ、虚数単位をｊとすると、コンデンサ１０のインピーダンスＺは次式で与えられる。
Ｚ＝１／（ｊωＣ）・・・（２）

なお、容量Ｃに関する情報は、予め極間電圧算出部１２に付与される。周波数ωに関する情報は、系統条件から既知である場合には予め極間電圧算出部１２に付与されるが、電源側電圧の計測値から求めることもできる。電圧Ｖは、振幅については電源側電圧の計測値の極大値および極小値から、位相については電源側電圧の計測値のゼロクロス点から、周波数ωについては電源側電圧のゼロクロス点間の間隔から求めることができる。

さらに、極間電圧算出部１２は、電流Ｉｃと抵抗体４の抵抗値Ｒとを用いて、抵抗体４の投入後かつ遮断部３の投入前における遮断部３の極間電圧ΔＶを算出する。極間電圧算出部１２は、極間電圧ΔＶを次式により算出する。
ΔＶ＝Ｉｃ×Ｒ・・・（３）
極間電圧算出部１２は、極間電圧ΔＶを目標閉極時刻決定部１３に出力する。

目標閉極時刻決定部１３は、極間電圧ΔＶと遮断部３の極間絶縁耐力減少率（ＲＤＤＳ：Rate of Decrease of Dielectric Strength）とを用いて、遮断部３を目標位相で投入するための目標閉極時刻を決定する。遮断部３の極間絶縁耐力は、遮断器２の閉極過程において遮断部３の極間距離が減少するに伴って減少する。極間絶縁耐力減少率はこの極間の絶縁耐力の減少率を与える。極間絶縁耐力減少率に関する情報は予め目標閉極時刻決定部１３に付与される。

なお、目標位相は遮断部３が電気的に投入される時の目標位相である。目標閉極時刻は、遮断部３が機械的に投入される時刻である。ここで、遮断部３が電気的に投入された状態とは、極間に先行アークが発生し、極間が機械的には非接触の状態にあるが、電気的には導通している状態をいう。また、遮断部３が機械的に投入された状態とは、極間が機械的に接触した状態、すなわち、可動主接点３ａと固定主接点３ｂとが接触し、投入動作を終えた状態をいう。なお、以下では、単に投入というときは電気的な投入を、単に閉極というときには機械的な投入を意味するものとする。

電流計測部１４は、電源８と遮断器２との間に流れる電流である電源側電流を計測する。具体的には、電流計測部１４は、母線７に取り付けられた計器用変流器１９を介して電源側電流を計測する。電流計測部１４は、電源側電流の計測値を投入時刻検出部１５に出力する。

投入時刻検出部１５は、電源側電流の計測値から投入時刻を検出する。投入時刻は、遮断部３が電気的に投入される時刻である。投入時刻検出部１５は、投入時刻を閉極時間予測部１６に出力する。

閉極時間予測部１６は、遮断器２の動作条件に応じて閉極時間を予測する。ここで、遮断器２の動作条件は、遮断器２の環境温度、制御電圧および操作圧力である。閉極時間は、遮断器２が動作を開始してから遮断器２が閉極するまで、すなわち機械的に投入されるまでの時間である。

具体的には、閉極時間予測部１６には、動作条件の基準値と動作条件の基準値に対応する閉極時間の基準値とに関する情報が予め与えられている。そして、閉極時間予測部１６は、電力開閉性制御装置１の外部から実際の動作条件が入力されると、実際の動作条件の値と動作条件の基準値とを比較し、動作条件の基準値からの実際の動作条件の変動に応じて閉極時間の基準値からの補正分を算出し、閉極時間の基準値に当該補正分を加えた時間を閉極時間の予測値とする。

なお、閉極時間は、遮断器２の接点摩耗および経時変化を含む遮断器２の個別の動作履歴によっても変動する。そのため、閉極時間予測部１６は、動作履歴に応じて閉極時間の予測値を補正する。詳細には、閉極時間予測部１６は、後述する目標投入時刻と実際の投入時刻との誤差を算出し、この誤差を解消するように閉極時間の予測値を補正する。例えば、過去複数回の誤差を求め、より近時の誤差に付与する重みをより大きくして過去複数回の誤差の加重平均を求め、この誤差の加重平均が解消されるように閉極時間の予測値を補正することができる。

目標投入時刻は目標閉極時刻決定部１３から閉極時間予測部１６に出力される。閉極時間予測部１６は、閉極時間の予測値を閉極制御部１７に出力する。

閉極制御部１７は、電力開閉制御装置１の外部から遮断器２の閉極指令を受けると、遮断部３が目標閉極時刻に閉極するように遮断器２に制御信号を出力する。すなわち、閉極制御部１７は、目標閉極時刻から閉極時間の予測値だけ前の時刻に、遮断器２に閉極制御指令を出力する。

図４は、電力開閉制御装置１のハードウェア構成を示したブロック図である。図４に示すように、電力開閉制御装置１は、ＣＰＵ３０ａ、メモリ３０ｂおよび入出力インタフェース３０ｃを備える。図１の電圧計測部１１はＣＰＵ３０ａ、メモリ３０ｂおよび入出力インタフェース３０ｃから構成される。図１の極間電圧算出部１２はＣＰＵ３０ａおよびメモリ３０ｂから構成される。図１の目標閉極時刻決定部１３は、ＣＰＵ３０ａおよびメモリ３０ｂから構成される。図１の電流計測部１４は、ＣＰＵ３０ａ、メモリ３０ｂおよび入出力インタフェース３０ｃから構成される。図１の投入時刻検出部１５は、ＣＰＵ３０ａおよびメモリ３０ｂから構成される。図１の閉極時間予測部１６は、ＣＰＵ３０ａおよびメモリ３０ｂから構成される。図１の閉極制御部１７は、ＣＰＵ３０ａ、メモリ３０ｂおよび入出力インタフェース３０ｃから構成される。

次に、本実施の形態の動作について説明する。まず、遮断器２の閉極動作について説明する。図５から図７は、遮断器２の閉極動作時の接点の模式図である。なお、図５から図７では、図１および図２と同一の構成要素には同一の符号を付している。

図５は、遮断部３およびスイッチ５の双方が開路状態にある図である。可動主接点３ａは固定主接点３ｂと非接触の状態にあり、両接点間の距離はｇ１である。また、可動抵抗接点５ａは固定抵抗接点５ｂと非接触の状態にあり、両接点間の距離はｇ２である。ここで、距離ｇ１は距離ｇ２よりも大きい。なお、固定抵抗接点５ｂと抵抗体４との間にはコイルばね９が設けられている。

図６は、スイッチ５が閉路状態にあり、遮断部３が開路状態にある図である。可動主接点３ａは固定主接点３ｂと非接触の状態にあるが、可動抵抗接点５ａは固定抵抗接点５ｂと接触した状態にある。このように、スイッチ５は遮断部３に先行して投入される。

図７は、遮断部３およびスイッチ５の双方が閉路状態にある図である。コイルばね９が縮むことで、可動主接点３ａは固定主接点３ｂと接触した状態にあり、可動抵抗接点５ａは固定抵抗接点５ｂと接触した状態にある。

図８から図１０は、遮断器２の閉極動作時の通電状態を示す回路図である。図８は、遮断部３およびスイッチ５の双方が開路状態にあるときの回路図、図９は、スイッチ５が閉路状態にあり、遮断部３が開路状態にあるときの回路図、図１０は、遮断部３およびスイッチ５の双方が閉路状態にあるときの回路図である。なお、図８から図１０では、図１および図２と同一の構成要素には同一の符号を付している。

遮断器２に閉極制御指令が入力されると、遮断器２は図８に示す状態から図９に示す状態に移行し、スイッチ５が遮断部３に先行して投入される。この際に、抵抗体４には電流Ｉｃが流れる。電流Ｉｃは、上記した（１）式および（２）式で求められる。抵抗体４に電流Ｉｃが流れることにより、抵抗体４に並列な遮断部３の極間には、極間電圧ΔＶが発生する。極間電圧ΔＶは、上記した（３）式で求められる。図１０に示すように、遮断部３はスイッチ５の投入後に投入され、遮断部３には電流Ｉが流れる。

このように、遮断部３は極間電圧ΔＶが発生した状態で投入されるので、遮断部３には極間電圧ΔＶに応じたサージ電圧または突入電流が発生する可能性がある。

次に、目標閉極時刻決定部１３の動作、すなわち目標閉極時刻を決定するための処理について説明する。

一般に、遮断器の閉極過程では、極間距離の減少に伴い極間の絶縁耐力が低下し、この絶縁耐力が極間電圧以下になった時点で極間の絶縁破壊に伴う先行アークが発生し、遮断器が電気的に投入される。遮断器の電気的な投入点は、遮断器の極間電圧の絶対値波形と遮断器の極間絶縁耐力減少率（ＲＤＤＳ）を示す特性線との交点で与えられる。また、遮断器の機械的な投入点である閉極点は、この特性線と電圧＝０を示す直線との交点で与えられる。

図１１は、遮断部３の目標閉極時刻を説明するための図である。横軸は時間（ｍｓ）、縦軸は電圧（ＰＵ）である。ここでｍｓはミリ秒、ＰＵは定格電圧を基準にした電圧を示す。電圧Ｖは、電源８の電圧の絶対値波形を示している。極間電圧ΔＶは、極間電圧ΔＶの絶対値波形を示している。特性線Ｌｒは、スイッチ５の極間絶縁耐力減少率（ＲＤＤＳ）を示している。特性線Ｌｍは、遮断部３の極間絶縁耐力減少率（ＲＤＤＳ）を示している。

特性線Ｌｒと電圧Ｖとの交点Ｐ１は、スイッチ５の電気的な投入点である。交点Ｐ１以降の時刻では、遮断部３に極間電圧ΔＶが発生する。特性線Ｌｒと横軸との交点Ｐ２は、スイッチ５の機械的な投入点であるスイッチ５の閉極点である。なお、横軸は電圧＝０を示す直線でもある。

特性線Ｌｍと極間電圧ΔＶとの交点Ｑ１は、遮断部３の電気的な投入点である。交点Ｑ１の時刻が遮断部３の目標投入時刻を与え、交点Ｑ１の位相が遮断部３の目標投入位相を与える。特性線Ｌｍと横軸との交点Ｑ２は、遮断部３の機械的な投入点である遮断部３の閉極点である。交点Ｑ２の時刻が目標閉極時刻を与える。

なお、交点Ｑ２の時刻と交点Ｐ２の時刻との差は、スイッチ５の閉極から遮断部３の閉極までの時間であり、遮断器２によって決まる上記した一定時間である。図示例では、この一定時間は１０ｍｓである。

調相器がコンデンサ１０の場合には、遮断部３でのサージ電圧または突入電流は、遮断部３の投入電圧の絶対値が小さいほど抑制される。ここで、投入電圧は、遮断部３の電気的な投入時における極間電圧ΔＶである。従って、目標投入位相は、投入電圧の絶対値を極小とする位相が望ましい。換言すれば、目標投入位相が任意に設定された場合には、サージ電圧または突入電流の抑制が困難となる。

このような目標投入位相は、特性線Ｌｍを時間方向に平行移動させながら交点Ｑ１の電圧を求めることで決定することができる。目標投入位相が決定されると、この場合の交点Ｑ１に対応する交点Ｑ２として目標閉極時刻を決定することができる。

しかしながら、遮断器２の閉極時間のばらつきに加えて遮断部３でのアークの発生が確率的な事象であることから、遮断部３の極間絶縁耐力減少率（ＲＤＤＳ）は実際には平均値を中心に変動する。遮断部３の極間絶縁耐力減少率（ＲＤＤＳ）の変動が正規分布に従うと仮定し、遮断部３の極間絶縁耐力減少率（ＲＤＤＳ）の変動の標準偏差をσとすると、特性線Ｌｍの変動範囲は特性線Ｌｍ１，Ｌｍ２により規定することができる。ここで、特性線Ｌｍ１は特性線Ｌｍを時間方向に−３σ平行移動した特性線であり、特性線Ｌｍ２は特性線Ｌｍを時間方向に＋３σ平行移動した特性線である。この場合、特性線Ｌｍは平均を表す。なお、変動範囲は平均を中心に±３σであると定義しているが、これ以外で定義してもよい。

図１２は、遮断部３の目標閉極時刻を説明するための別の図である。図１２では、図１１の記載内容に加えて、特性線Ｌｍ１および特性線Ｌｍ２を示している。また、特性線Ｌｍ１と極間電圧ΔＶとの交点をＲ１で示し、特性線Ｌｍ２と極間電圧ΔＶとの交点をＲ２で示している。

図１２に示すように、特性線Ｌｍの変動範囲が特性線Ｌｍ１，Ｌｍ２により規定される場合において、調相器をコンデンサ１０としたときの目標投入位相は、以下のようにして決めることができる。すなわち、投入電圧の絶対値を極小とする目標投入電圧は、特性線Ｌｍの変動範囲内における最大投入電圧値を極小とする位相として与えられる。

詳細には、平均としての特性線Ｌｍが与えられると変動範囲が具体的に定まるので、変動範囲内で投入電圧がどのように変動するのかを具体的に求めることができる。図示例では、最大投入電圧値は交点Ｒ１の電圧値となる。そして、特性線Ｌｍを時間方向に平行移動させつつ最大投入電圧値がどのように変化するのかを調べることで、最大投入電圧値が極小化される特性線Ｌｍを求めることができる。このような特性線Ｌｍと極間電圧ΔＶとの交点Ｑ１の位相が最大投入電圧値を極小とする位相である。

次に、電力開閉制御装置１の閉極制御動作について説明する。まず、電圧計測部１１は遮断器２の電源側電圧を計測し、電源側電圧の計測値を極間電圧算出部１２に出力する。極間電圧算出部１２は、電源側電圧の計測値と抵抗体４の抵抗値Ｒとコンデンサ１０のインピーダンスＺとを用いて、スイッチ５の投入後かつ遮断部３の投入前に抵抗体４に流れる電流Ｉｃを算出し、電流Ｉｃと抵抗値Ｒとを用いて、スイッチ５の投入後かつ遮断部３の投入前における遮断部３の極間電圧ΔＶを算出する。極間電圧算出部１２は、極間電圧ΔＶを目標閉極時刻決定部１３に出力する。

続いて、目標閉極時刻決定部１３は、遮断部３の極間絶縁耐力減少率（ＲＤＤＳ）と極間電圧ΔＶとを用いて、コンデンサ１０に応じて設定された遮断部３の目標投入位相を与える目標閉極時刻を決定する。上記したように、目標投入位相は、目標投入電圧の絶対値を極小とする位相で与えられる。目標閉極位相が決まれば、目標閉極時刻は目標閉極位相を通る特性線Ｌｍの電圧零点で決まる。目標閉極時刻決定部１３は、目標閉極時刻を閉極制御部１７に出力する。

閉極制御部１７は、閉極時間予測部１６から閉極時間の予測値を取得する。そして、閉極制御部１７は、電力開閉制御装置１の外部から遮断器２の閉極指令を受けると、遮断部３が目標閉極時刻に閉極するように遮断器２に制御信号を出力する。すなわち、閉極制御部１７は、目標閉極時刻から閉極時間の予測値だけ前の時刻に、遮断器２に閉極制御指令を出力する。

従来、遮断部３は任意の投入位相で投入されていたので、投入抵抗付の遮断器であっても、極間電圧ΔＶの絶対値の大きさによってはサージ電圧または突入電流の抑制が困難となっていた。

本実施の形態によれば、スイッチ５の投入後かつ遮断部３の投入前における遮断部３の極間電圧ΔＶを予測し、コンデンサ１０に応じて設定された遮断部３の目標投入位相を与える目標閉極時刻を決定するようにしたので、遮断部３の投入の際のサージ電圧または突入電流のさらなる抑制が可能になる。

実施の形態２．
実施の形態１では、調相器がコンデンサ１０の場合について説明したが、本実施の形態では、調相器がリアクトルの場合について説明する。なお、以下では、主に実施の形態１との相違点についてのみ説明する。

図１３は、本実施の形態に係る電力開閉制御装置１の構成を示す図、図１４は、遮断部３およびスイッチ５の双方が開路状態にあるときの回路図である。図１３および図１４では、図１に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。

図１３および図１４に示すように、遮断器２は、調相器であるリアクトル３５に接続される。具体的には、リアクトル３５の一端は遮断部３に接続され、リアクトル３５の他端は接地される。電力開閉制御装置１の構成は実施の形態１のものと同じである。

調相器がリアクトル３５の場合、極間電圧算出部１２は、電源側電圧の計測値と抵抗体４の抵抗値とリアクトル３５のインピーダンスとを用いて、スイッチ５の投入後かつ遮断部３の投入前に抵抗体４に流れる電流Ｉｃを算出する。ここで、電源側電圧、すなわち電源８の電圧を電圧Ｖ、抵抗体４の抵抗値をＲ、リアクトル３５のインピーダンスをＺとすると、電流Ｉｃは上記した（１）式で与えられる。

ただし、リアクトル３５のインピーダンスＺは次式で与えられる。
Ｚ＝ｊωＬ・・・（４）
ここで、Ｌはリアクトル３５のインダクタンス値である。なお、インダクタンス値Ｌに関する情報は、予め極間電圧算出部１２に付与される。

極間電圧算出部１２は、実施の形態１と同様に、電流Ｉｃと抵抗体４の抵抗値Ｒとを用いて、上記した（３）式に従って、抵抗体４の投入後かつ遮断部３の投入前における遮断部３の極間電圧ΔＶを算出する。

図１５は、遮断部３の目標閉極時刻を説明するための図である。図１５では、図１１と同様に、電圧Ｖが電源８の電圧の絶対値波形を示し、極間電圧ΔＶがその絶対値波形を示し、特性線Ｌｒがスイッチ５の極間絶縁耐力減少率（ＲＤＤＳ）を示し、特性線Ｌｍが遮断部３の極間絶縁耐力減少率（ＲＤＤＳ）を示している。交点Ｑ１が遮断部３の電気的な投入点を与え、交点Ｑ２が遮断部３の閉極点を与える点も同様である。

調相器がリアクトル３５の場合には、リアクトル３５は誘導性負荷であるため、遮断部３でのサージ電圧または突入電流は、遮断部３の投入電圧の絶対値が大きいほど抑制される。従って、この場合の目標投入位相は、投入電圧の絶対値を極大とする位相が望ましい。換言すれば、目標投入位相が任意に設定された場合には、サージ電圧または突入電流の抑制が困難となる。

このような目標投入位相は、特性線Ｌｍを時間方向に平行移動させながら交点Ｑ１の電圧を求めることで決定することができる。目標投入位相が決定されると、この場合の交点Ｑ１に対応する交点Ｑ２として目標閉極時刻を決定することができる。図１５では、交点Ｑ１は、図１１に示す交点Ｑ１と比較して、電圧値が極間電圧ΔＶの絶対値の極大値により近い点に設定されている。

なお、遮断部３の極間絶縁耐力減少率（ＲＤＤＳ）の変動を考慮した場合も、実施の形態１と同様に、目標投入位相を決定することができる。調相器がリアクトル３５の場合には、投入電圧の絶対値を極大とする目標投入電圧は、特性線Ｌｍの変動範囲内における最小投入電圧値を極大とする位相として与えられる。

詳細には、平均としての特性線Ｌｍが与えられると変動範囲が具体的に定まるので、変動範囲内で投入電圧がどのように変動するのかを具体的に求めることができる。そして、特性線Ｌｍを時間方向に平行移動させつつ最小投入電圧値がどのように変化するのかを調べることで、最小投入電圧値が極大化される特性線Ｌｍを求めることができる。このような特性線Ｌｍと極間電圧ΔＶとの交点Ｑ１の位相が最小投入電圧値を極大とする位相である。

本実施の形態のその他の構成および動作は実施の形態１と同様である。本実施の形態によれば、スイッチ５の投入後かつ遮断部３の投入前における遮断部３の極間電圧ΔＶを予測し、リアクトル３５に応じて設定された遮断部３の目標投入位相を与える目標閉極時刻を決定するようにしたので、遮断部３の投入の際のサージ電圧または突入電流のさらなる抑制が可能になる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 電力開閉制御装置、２ 遮断器、３ 遮断部、３ａ 可動主接点、３ｂ 固定主接点、３ｃ 可動アーク接点、３ｄ 固定アーク接点、４ 抵抗体、５ スイッチ、５ａ 可動抵抗接点、５ｂ 固定抵抗接点、７ 母線、８ 電源、９ コイルばね、１０ コンデンサ、１１ 電圧計測部、１２ 極間電圧算出部、１３ 目標閉極時刻決定部、１４ 電流計測部、１５ 投入時刻検出部、１６ 閉極時間予測部、１７ 閉極制御部、１８ 計器用変圧器、１９ 計器用変流器、２０ 消弧室、２１ 金属容器、２２ 操作機構、２５ 送電線、３０ａ ＣＰＵ、３０ｂ メモリ、３０ｃ 入出力インタフェース、３５ リアクトル。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力開閉制御装置は、遮断部と、前記遮断部に並列に接続された抵抗体と、前記遮断部に並列にかつ前記抵抗体に直列に接続され、前記遮断部に先行して投入されるスイッチとを備え、前記遮断部の一端が交流電源に接続され、前記遮断部の他端が調相器に接続された遮断器の開閉を制御する電力開閉制御装置であって、前記遮断器の電源側電圧を計測する電圧計測部と、前記電源側電圧の計測値と前記抵抗体の抵抗値と前記調相器のインピーダンスとを用いて、前記スイッチの投入後かつ前記遮断部の投入前に前記抵抗体に流れる電流を算出し、前記電流と前記抵抗値とを用いて、前記スイッチの投入後かつ前記遮断部の投入前における前記遮断部の極間電圧を算出する極間電圧算出部と、前記遮断部の極間絶縁耐力減少率と前記極間電圧とを用いて、前記遮断部の目標投入位相が前記調相器に応じて設定された位相となるように前記遮断部の目標閉極時刻を決定する目標閉極時刻決定部と、前記目標閉極時刻に前記遮断部が閉極するように前記遮断器に制御信号を出力する閉極制御部と、を備えることを特徴とする。

Claims (3)

1. 遮断部と、前記遮断部に並列に接続された抵抗体と、前記遮断部に並列にかつ前記抵抗体に直列に接続され、前記遮断部に先行して投入されるスイッチとを備え、前記遮断部の一端が交流電源に接続され、前記遮断部の他端が調相器に接続された遮断器の開閉を制御する電力開閉制御装置であって、
   前記遮断器の電源側電圧を計測する電圧計測部と、
   前記電源側電圧の計測値と前記抵抗体の抵抗値と前記調相器のインピーダンスとを用いて、前記スイッチの投入後かつ前記遮断部の投入前に前記抵抗体に流れる電流を算出し、前記電流と前記抵抗値とを用いて、前記スイッチの投入後かつ前記遮断部の投入前における前記遮断部の極間電圧を算出する極間電圧算出部と、
   前記遮断部の極間絶縁耐力減少率と前記極間電圧とを用いて、前記調相器に応じて設定された前記遮断部の目標投入位相を与える前記遮断部の目標閉極時刻を決定する目標閉極時刻決定部と、
   前記目標閉極時刻に前記遮断部が閉極するように前記遮断器に制御信号を出力する閉極制御部と、
   を備えることを特徴とする電力開閉制御装置。
2. 前記調相器は、コンデンサであり、
   前記目標投入位相は、前記遮断部の電気的な投入時における前記極間電圧の絶対値を極小とする位相であることを特徴とする請求項１に記載の電力開閉制御装置。
3. 前記調相器は、リアクトルであり、
   前記目標投入位相は、前記遮断部の電気的な投入時における前記極間電圧の絶対値を極大とする位相であることを特徴とする請求項１に記載の電力開閉制御装置。

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