JP3777750B2 - 転流式直流遮断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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ｉ_L が測定されて、この電流ｉ_L 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ｉ_C を発生させるが、転流電流ｉ_C 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ｉ_L
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ｉ_C の波高値は遮断指令が出されるときの負荷電流ｉ_L の値よりも大きく設定されているので、転流電流ｉ_C 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ｉ_S 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ｉ_S 、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ｉ_L が流れるが、この時点では転流電流ｉ_C はないのでこの負荷電流ｉ_L は同時に図示の遮断電流ｉ_S 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ｉ_S 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ｉ_S 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Ｔ_D2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Ｔ_D2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、Ｓ_５ …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)

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。

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