JP3777750B2 - 転流式直流遮断装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、遮断動作時に遮断器に流れる直流電流に正弦波状に変化する転流電流を重畳させることによって強制的に電流零点を生成し、この零点で電流遮断させる転流式直流遮断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は従来の転流式直流遮断装置の回路図である。この図において、転流式直流遮断装置210は直流電源100と負荷300との間に設けられて負荷300の側で地絡故障などによって負荷電流が急激に上昇するときにその電流値を検出して負荷電流を遮断するものである。交流系統における遮断器は電流の正負が反転する零点を利用して電流遮断するものであるが、直流電流の場合は零点がないために転流回路3を設けて、直流電流を遮断するときに強制的に零点を作って遮断させるのが転流式直流遮断装置の原理である。
【0003】
電流零点を設けるために真空遮断器1に並列に転流回路3が設けられる。転流回路3は転流コンデンサ31、転流リアクトル32及び転流スイッチ33の直列回路からなっていて、あらかじめ転流コンデンサ31が充電回路34によって所定の電圧に充電された状態に保っておき、制御回路40が真空遮断器1に対して遮断指令信号S3 を出力した後所定の時間の後に転流スイッチ33に対して投入指令信号S2 を出力する。
【0004】
制御回路40は外部からの遮断指令信号S1 の他に、直流変流器5によって負荷電流iL が測定されて、この電流iL が所定の値以上のときに負荷300の側の回路で地絡事故などの事故が発生したと判定したことによる事故遮断指令信号S0 を発生し、前述の外部遮断指令信号S1 とのいずれかが High になったときに真空遮断器1に対する遮断指令信号S3 と転流スイッチ33に対する投入指令信号S2 を出力する。
【0005】
なお、遮断状態にある真空遮断器1に投入指令信号を発するのも制御回路40であるが、このときの投入指令信号の図示は省略してある。
転流回路3では信号S2 に基づいて転流電流iC を発生させるが、転流電流iC の波形は転流コンデンサ31のキャパシタンスと転流リアクトル32のリアクタンスとで決まる正弦波振動波形となる。そして、最初の第1波が負荷電流iL
とは反対極性の電流になるように充電回路34によって転流コンデンサ31が充電されている。
【0006】
転流電流電流iC の波高値は遮断指令が出されるときの負荷電流iL の値よりも大きく設定されているので、転流電流iC が流れ始めてから少なくとも半波以内で真空遮断器1の電流iS の正負が反転する零点が生ずる。
図6は図5の真空遮断器の構成原理図である。この図において、転流式直流遮断装置210の真空遮断器1は、固定主接点11A、可動主接点11Bを内蔵した真空バルブ11と、可動主接点11Bに固定主接点11Aとの所要接触力を与える加圧用ワイプばね124の力を開閉駆動棒122を介して可動主接点11Bに伝達する絶縁連結バー123と、加圧ワイプばね124の足場となるばね座125を先端部に一体に有し遮断ばね131のばね力を回転軸1231を持つ絶縁連結バー123を介して開閉駆動棒122に伝達する連結バー126と、常時は遮断ばね131を開極駆動待機状態に保持するために先端に係合部を備えるとともに係合部の開放時に遮断ばね131の力で連結バー126を図の下方へ駆動して遮断ばね131の力を可動主接点11Bに伝達させる回転軸1271を持つ係合レバー127と、係合レバー127の先端の係合部と係合する係合部を備え、可動主接点11Bの遮断ばね131による開極駆動のために引き外しコイル133により引き外し駆動されて先端の係合部が引き外される回転軸1321を持つラッチレバー132と、遮断ばね131だけによる遮断動作特性をみるための手動遮断スイッチ134と、図5の制御回路40から出力される遮断ばね131による開極駆動のための遮断指令信号S3 をゲートに入力させるサイリスタThを主要構成要素として備えている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の真空遮断器1において、主接点の開閉を操作する操作機構に不具合があり、真空遮断器1を投入した後、投入状態を維持できず、すぐ開極してしまった場合には、転流電流を供給していないために電流の零点が生ずることがないために電流遮断が不可能となる。
【0008】
電流は真空遮断器1の主接点間を短絡するアークとなって流れるため、このアークが継続すると真空遮断器1の破壊、更には地絡事故に進展する危険性がある。操作機構の不具合は例えば、図6において、ラッチレバー132と係合レバー127との係合部の一方又は双方が磨耗して充分な係合が果たされないために、投入動作後この係合部が外れて係合レバー127が時計方向に回転する遮断動作をしてしまうというような場合である。
【0009】
このような投入失敗という問題が生ずる確率が甚だ小さいし、磨耗故障の一種でもあるので定期的点検において事前にその兆候を発見できることから、特に対策をとる必要がないと考えられていたが、更なる信頼性の向上のためにこの問題の対策も検討されるようになった。
この発明の目的はこのような問題を解決し、万一、投入動作が失敗して遮断器の主接点が再度開極したときに電流遮断が可能となるようにして事故に発展することのない転流式直流遮断装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明によれば、遮断器に並列に転流回路が設けられて、遮断動作時に転流回路が生成する転流電流を負荷電流に重畳させることによって電流零点を生成し、この零点で電流遮断させるべくしてなる転流式直流遮断装置において、投入動作が失敗して投入動作後に遮断器の主接点が開極したことを検出して負荷電流に転流電流を重畳させて電流零点を生成することによって、電流を遮断できるようにする転流式直流遮断装置であって、投入後に流れる負荷電流が所定の値を越え、かつ所定の時間継続したときに転流電流を重畳させる、すなわち、負荷電流が流れたとしても所定の時間以内に何らかの理由でなくなってしまったときには転流電流を重畳させないようにすれば更にエネルギーの節約になる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下この発明を実施例に基づいて説明する。図1はこの発明の実施例を示す転流式直流遮断装置の回路図であり、図5と同じ構成要素には同じ符号を付けて重複する説明を省く。図1の図5と異なる点は、制御回路4に真空遮断器1の主接点とON・OFFが同期する補助a接点41の信号S4 を入力した点である。主接点の補助a接点は種々の目的に使用されることから多数用意されている。したがって、その中の一つを補助a接点41として流用すればよい。
【0013】
制御回路4には投入動作後この補助a接点41の出力信号S4 がONからOFFになったことを検出して、真空遮断器1の主接点が投入後開極してしまった、いわゆる投入失敗したことを知り、その後所定の時間経過後に転流スイッチ33に対する投入指令信号S2 を出力する機能が追加されている。
図2は図1の転流式直流遮断装置200が投入失敗時の電流波形並びにタイムチャートを示すグラフである。この図において、横軸は時間であり、最上段は真空遮断器1に流れる遮断電流iS 、その下の段は真空遮断器1の主接点のON、OFFを、その下段はこの主接点の補助a接点41の出力信号S4 の High 、 Lowをそれぞれ示すタイムチャート、最下段は転流スイッチ33への投入指令信号S2 のタイムチャートである。これらの図において、時点t1 において、真空遮断器1が投入動作を行ってその主接点がONになったとする。したがって、この後負荷電流iL が流れるが、この時点では転流電流iC はないのでこの負荷電流iL は同時に図示の遮断電流iS である。主接点はONになったあと係止されなくて時点t2 になって開極してOFFになったとする。信号S4 は主接点とともに時点t1 でONになり時点t2 でOFFとなる。制御回路4によってこの信号S4 がOFFになったことが検出されて、時点t2 から少し遅れた時点t3 に転流スイッチ33への投入指令信号S2 を出力する。その結果遮断電流iS に正弦波形の転流電流が重畳して図示のように時点t4 で電流零点が生ずる。この時点では主接点は開極しているからこの電流零点で主接点間を短絡していたアークが消滅して電流は遮断されて以後の真空遮断器1の破壊や地絡事故への進展を防止する。時点t4 の後の破線で示す電流iS の波形はもしも時点t4 で電流遮断されなかったとしたときの電流を表す。
【0018】
図3は転流スイッチ33への投入指令信号S2 を生成するための制御回路4内に設けられる論理回路である。この図において、422は単安定マルチバイブレータ(略称モノステ)、443は遅延素子、454,452,453は反転素子、463,464,462はAND素子である。また、入力信号としての信号S4 、信号S1 及び出力信号としての信号S2 は前述の通りであり、信号S0 は制御装置4の中で直流変流器5の出力信号をもとに地絡事故などの異常あったときに High 、それ以外は Lowとなる事故検出信号である。図で○数字はその位置での信号を表す。
なお、信号S0 、信号S1 が High になることによる遮断指令が出されたときの信号S2 生成のための論理回路はこの図には示していない。
【0018】
この図のように、負荷電流有無信号S5 を入力信号として追加した点が特徴である。すなわち、投入失敗したとしても負荷電流が零又は真空遮断器1が遮断できる程度の微弱な電流であれば、敢えて転流電流を流す必要がないことから、このような場合には転流スイッチ33への投入指令信号S2 を出力しないようにしたものである。転流電流を流すということは転流コンデンサ31に蓄積されていたエネルギーを放出することから、不要なときに転流電流を流さないようにすることはエネルギーの節約になる。
【0019】
負荷電流有無信号S5 はそのままと、遅延素子443によって遅延した信号(1)とがAND素子463に入力されて信号(2)が出力され、この信号(2)はAND素子464に入力される。一方、信号S4 は反転素子454によって反転された信号(3)となって同じくAND素子464に入力される。AND素子464の出力信号(4)はAND素子462に入力されるが、このAND素子462には、事故検出信号S0 と外部遮断指令信号S1 とがそれぞれ反転素子452,453によって反転されて入力されている。したがって、投入動作直後では信号S0 、信号S1 ともに Lowなのでその反転信号はともに High になっているので、AND素子464の出力信号(4)が LowのときはAND素子462の出力信号も Low、信号(4)が High のときにAND素子462の出力信号も High になる。一方、信号S0 、信号S1 のどちらかが High 、すなわち、真空遮断器1に対して遮断指令が出されているときにはその反転信号は Lowになるので、信号(4)が High 、 LowのどちらであってもAND素子462の出力信号は Lowになる。すなわち、投入直後のように遮断指令が出ていないときにはAND素子462の出力信号は信号S4 がいったんオンになってからオフになったことによって High になり、それ以外では Lowのままなので、信号(4)が何らかの理由で間違って High になったとしても遮断指令が出ているときにはAND素子462の出力信号が High になることはない。
【0020】
図4は図3の論理回路の動作説明のためのタイムチャートである。この図において、横軸は時間で時点t1 、時点t2 は図2のそれと同じである。図2では信号S4 がOFFとなる時点t2 に対して信号S2 は少し遅れた時点t3 で立ち上がるように図示してあるが、この遅れは例えば、信号S2 生成の論理回路の最終段を遮断動作時の信号S2 生成の論理回路と共用した場合に生ずるものなので、ここではその点を無視して図2の時点t3 は図4では時点t2 に一致しているとして図示してある。
この図とともに図3の論理回路の動作説明をすると次の通りである。
時点t1 において投入動作が行われ真空遮断器1の主接点がONするとこの時点から負荷電流が流れるものとする。この負荷電流は図1の直流変流器5によって測定されて制御回路4に入力されて所定の値よりも小さいときに負荷電流は実質的に無い、大きいときに有りと判定される。この判定回路もこの実施例では追加される事項であるが、従来の技術の範囲で容易に作成できるものなので詳しい説明は省く。信号S5 は負荷電流が無いと判定されたときに Low、有ると判定されたときに High となる。負荷電流の有無を判定するための値は定格負荷電流の100分の1程度に設定される。この値は真空遮断器1が零点なしに遮断できる電流よりも小さな値となるものであり、したがって、負荷電流無しと判定された場合にはその電流は主接点の開極によって遮断されるので、真空遮断器1の破壊や地絡事故への波及の恐れはない。
【0021】
信号S5 が時点t1 で Lowから High になり、そのままAND素子463に入力されるとともに遅延素子443によって遅延された信号(1)もAND素子463に入力される。信号S5 が High の状態を継続しているときには図4に示すようにAND素子463の出力信号(2)は信号(1)と同じになる。信号(2)はAND素子464に入力されるが、このAND素子464には信号S4 の反転信号(3)も一緒に入力されて、信号S4 が High から Lowにかわる時点t2 でも信号S5 が High の状態を維持しているときにはAND素子464の出力信号(4)は High になる。
AND素子462の出力信号が High になると、その信号はモノステ422によって整形されて信号S2 となる。
時間Tは図6に示した機構及び図示しない機構によって決まるが、20ミリ秒程度である。
【0022】
遅延素子443による信号S5 の遅延時間TD2は時間Tに比べて小さい値、例えば前述のように時間Tが20ミリ秒程度のときには10ミリ秒程度に設定される。この遅延時間TD2は「有り」と判定される程度の大きさの負荷電流がある時間継続して流れて始めて実際に「有り」と判定するためである。
ただ、投入失敗という現象は非常に稀な現象なので、たとえ負荷電流の流れる時間が短いときでも転流電流を重畳させるようにする、すなわち、遅延素子443とAND素子463を省いて信号S5 を信号(2)とする回路構成であっても差し支えない場合が多い。
【0023】
なお、転流スイッチ33に対する投入信号S2 を生成する論理回路として示した図3は単なる一例であって、この発明の目的に反しない限り従来の技術の範囲でどのような回路構成を採用しても差し支えない。
【0024】
【発明の効果】
この発明は前述のように、投入動作後に遮断器の主接点が開極したことを検出して転流電流を負荷電流に重畳させて電流零点を生成すれば、開極した主接点間を短絡して生じていたアークがこの零点で消滅して負荷電流が遮断されることから、アークが継続することによる転流式直流遮断装置の破壊、更に波及的に生ずる地絡事故を未然に防止することができるという効果が得られる。
【0025】
投入後に流れる負荷電流が所定の時間以内に何らかの理由でなくなってしまったときには転流電流を重畳させないようにすれば更にエネルギーの節約になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例を示す転流式直流遮断装置の回路図
【図2】 図1の動作説明のための波形図
【図3】 図2の信号S2 生成のための論理回路図
【図4】 図3の動作説明のためのタイムチャート
【図5】 従来の転流式直流遮断装置の回路図
【図6】 図5の真空遮断器の構成原理図
【符号の説明】
200,210…転流式直流遮断装置、1…真空遮断器、2…非線形抵抗、3…転流回路、31…転流コンデンサ、32…転流リアクトル、33…転流スイッチ、S1 …外部遮断指令信号、S2 …転流スイッチの投入指令信号、S4 …補助a接点からの信号、S5 …負荷電流有無信号、4,40…制御回路、100…直流電源、300…負荷、41…補助a接点、422…モノステ、441,443…遅延素子、452,453,454…反転素子、462,463,464…AND回路
Claims (1)
- 遮断器に並列に転流回路が設けられて、遮断動作時に転流回路が生成する転流電流を負荷電流に重畳させることによって電流零点を生成し、この零点で電流遮断させるべくしてなる転流式直流遮断装置において、
投入動作が失敗して投入動作後に遮断器の主接点が再度開極したことを検出して負荷電流に転流電流を重畳させて電流零点を生成することを特徴とする転流式直流遮断装置であって、
投入後に流れる負荷電流が所定の値を越え、かつ所定の時間継続したときに負荷電流に転流電流を重畳させることを特徴とする転流式直流遮断装置。
Priority Applications (1)
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JP28679297A JP3777750B2 (ja) | 1997-10-20 | 1997-10-20 | 転流式直流遮断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP28679297A JP3777750B2 (ja) | 1997-10-20 | 1997-10-20 | 転流式直流遮断装置 |
Publications (2)
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JPH11120871A JPH11120871A (ja) | 1999-04-30 |
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JP28679297A Expired - Lifetime JP3777750B2 (ja) | 1997-10-20 | 1997-10-20 | 転流式直流遮断装置 |
Country Status (1)
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-
1997
- 1997-10-20 JP JP28679297A patent/JP3777750B2/ja not_active Expired - Lifetime
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