JP5651508B2 - 突入電流抑制装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、遮断器を投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置に関する。

一般に、調相用コンデンサなどの進相負荷を遮断器で投入した場合、投入位相によっては、大きな突入電流が流れることが知られている。

日本国内では、コンデンサ容量の６％の直列リアクトルを挿入することで、突入電流の大きさを抑制している。しかし、系統の大容量化に伴って調相用コンデンサの容量が増加し、突入電流が増加する傾向にある。

また、海外では、直列リアクトルが用いられない場合が多い。そのため、突入電流が日本の場合よりも大きくなることが想定される。また、日本では、コンデンサの中性点は非接地とされる。しかし、海外では中性点を直接接地する場合がほとんどである。従って、コンデンサバンク（調相用コンデンサ群）の開閉は、日本における状況と海外における状況とでは、現象が異なることが想定される。

調相用コンデンサは、負荷の変動に応じて、１日に複数回開閉される。その開閉に用いられる遮断器は、電気的寿命が重要となる。このような遮断器の電気的寿命は、遮断器のアークコンタクト及びノズルの消耗が大きく影響する。また、調相用コンデンサを開閉する遮断器の場合、電気的寿命が決定される条件は、遮断器投入時の先行放電による損耗が支配的となる。

変圧器を投入するときに流れる励磁突入電流を抑制する方法としては、投入抵抗と接点とが直列に接続された抵抗体付き遮断器を遮断器主接点と並列接続した構成の遮断器を用いることが知られている。この遮断器は、抵抗体付き遮断器を遮断器主接点に先行して投入することで、励磁突入電流を抑制する。

特開平２００２−７５１４５号公報

"大容量遮断器の特殊遮断条件"，電気学会技術報告，社団法人電気学会，１９９１年，第ＩＩ部，第３８８号

しかしながら、抵抗体付き遮断器の構成された遮断器は大型化することが避けられない。また、調相用コンデンサは、６６ｋＶ又は７７ｋＶなどの電圧階級の電力系統に設置されることが多い。これらの電圧階級では、大半が三相一括操作型の遮断器である。三相一括操作型の遮断器は、三相の全てを同時に投入する。このように、調相用コンデンサを三相同時に投入する場合、突入電流の抑制をすることが困難である。

そこで、本発明の実施形態による目的は、中性点が直接接地された調相用コンデンサを三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制することのできる突入電流抑制装置を提供することにある。

本発明の実施形態の観点に従った突入電流抑制装置は、中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置であって、前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測する電源電圧計測手段と、前記遮断器に流れる電流である遮断器電流を計測する遮断器電流計測手段と、前記遮断器電流計測手段により計測された前記遮断器電流に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性を判別する残留電圧極性判別手段と、前記残留電圧極性判別手段により判別された前記残留電圧の三相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相を判別する特異相判別手段と、前記電源電圧計測手段により計測された前記電源電圧の前記特異相判別手段により判別された前記特異相が、前記残留電圧極性判別手段により判別された前記残留電圧の前記特異相の極性と同極性の波高値となる投入位相を検出する投入位相検出手段と、前記投入位相検出手段により検出された前記投入位相で前記遮断器を投入する遮断器投入手段とを備える。

本発明の第１の実施形態に係る遮断器制御装置の適用された電力系統システムの構成を示す構成図。 遮断器に流れる遮断前後の遮断器電流示す波形図。 遮断器による遮断前後の遮断器の負荷側に印加される対地電圧を示す波形図。 第１の実施形態に係る投入位相検出部による投入位相での遮断器の閉極前後のＷ相の各種電圧を示す波形図。 第１の実施形態に係る投入位相検出部による投入位相での遮断器の閉極前後の各相の遮断器電源側電圧の極間電圧を示す波形図。 投入位相と投入後の各相の遮断器電流の最大値との相関関係を示すグラフ図。 投入位相と投入後の各相の遮断器端対地電圧の最大値との相関関係を示すグラフ図。 本発明の第２の実施形態に係る遮断器制御装置の適用された電力系統システムの構成を示す構成図。 Ｗ相電圧とＵ−Ｖ間の線間電圧の位相の関係を示すベクトル図。 第２の実施形態に係る投入位相検出部による投入位相を検出するための各種電圧を示す波形図。 本発明の第３の実施形態に係る遮断器制御装置の適用された電力系統システムの構成を示す構成図。 本発明の第４の実施形態に係る遮断器制御装置の適用された電力系統システムの構成を示す構成図。 本発明の第５の実施形態に係る遮断器制御装置の適用された電力系統システムの構成を示す構成図。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る遮断器制御装置１の適用された電力系統システム１０の構成を示す構成図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。

電力系統システム１０は、遮断器制御装置１と、遮断器２と、調相設備３と、電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗと、電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗと、電源母線６とを備えている。

電源母線６は、電力系統の母線である。電源母線６には、電源から三相交流電力が供給される。

調相設備３は、電源母線６と遮断器２を介して接続されている。調相設備３は、進相負荷である。調相設備（コンデンサバンク）３は、３つの調相用コンデンサ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗで構成されている。３つの調相用コンデンサ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗは、それぞれＵ相、Ｖ相、及びＷ相の各相に設けられている。調相用コンデンサ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗは、中性点直接接地されている。

遮断器２は、三相を一括で操作する三相一括操作型の遮断器である。遮断器２が投入されると、調相設備３は、電源母線６に投入される。遮断器２が開極されると、調相設備３は、電源母線６と電気的に遮断される。

電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは、遮断器２よりも電源側（電源母線６側）の電圧である遮断器電源側電圧を相毎に計測するための計測装置である。電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは、それぞれＵ相、Ｖ相、及びＷ相の電圧を計測情報として検出する。電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは、検出した遮断器電源側電圧を遮断器制御装置１に出力する。電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは、例えば計器用変圧器(ＶＴ,voltage transformer)である。ここでは、電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは、電源母線６に設置されているが、遮断器２よりも電源側であれば何処に設置してもよい。

電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、遮断器２に流れる電流である遮断器電流を相毎に計測するための計測装置である。電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、それぞれＵ相、Ｖ相、及びＷ相の電流を計測情報として検出する。電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、例えばＣＴ(current transformer)である。電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、検出した遮断器電流を遮断器制御装置１に出力する。ここでは、電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、電源側に設置されているが、遮断器２よりも負荷側（調相設備３側）に設置してもよい。また、既存の遮断器を改造する場合には、この遮断器の両側にＣＴが設けられていれば、このＣＴを電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗとして用いることができる。

遮断器制御装置１は、遮断器２を制御する制御装置である。遮断器制御装置１は、電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗにより検出された遮断器電源側電圧及び電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗにより検出された遮断器電流に基づいて、遮断器２を閉極又は開極する。

遮断器制御装置１は、電圧計測部１１と、残留電圧極性判別部１２と、特異相判別部１３と、投入位相検出部１４と、投入指令出力部１５とを備えている。

電圧計測部１１は、電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗにより検出された遮断器電源側電圧の対地電圧（相電圧）を計測する。電圧計測部１１は、計測した遮断器電源側電圧の対地電圧を投入位相検出部１４に出力する。

残留電圧極性判別部１２は、電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗにより検出された遮断器電流に基づいて、遮断器２の開極後に、遮断器２の負荷側に残留する直流電圧（調相用コンデンサ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの残留電圧）の極性を推定する。残留電圧極性判別部１２は、推定した残留電圧の極性を特異相判別部１３に出力する。

図２及び図３を参照して、残留電圧極性判別部１２による残留電圧の極性の推定方法について説明する。

図２は、遮断器２に流れる遮断前後の遮断器電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを示す波形図である。図３は、遮断器２による遮断前後の遮断器２の負荷側に印加される対地電圧Ｖ１ｕ，Ｖ１ｖ，Ｖ１ｗを示す波形図である。即ち、図２に示す遮断器電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの遮断後の図３に示す対地電圧Ｖ１ｕ，Ｖ１ｖ，Ｖ１ｗは、調相用コンデンサ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの残留電圧を示している。

調相用コンデンサ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗのコンデンサ中性点が直接接地のため、図２及び図３に示すように、遮断器電流の零点は、三相とも異なっている。Ｕ相は、遮断第１相である。Ｗ相は、遮断第２相である。Ｖ相は、遮断第３相である。

図２を参照すると、Ｕ相遮断器電流Ｉｕの遮断点（遮断器電流の零点）前の電流半波は正極性である。一方、図３を参照すると、調相用コンデンサ３１Ｕのコンデンサ残留電圧（遮断後の負荷側の対地電圧）Ｖｕも正極性である。

同様に、図２を参照すると、Ｖ相遮断器電流Ｉｖの遮断点前の電流半波は正極性である。図３を参照すると、調相用コンデンサ３１Ｖのコンデンサ残留電圧Ｖ１ｖも正極性である。また、図２を参照すると、Ｗ相遮断器電流Ｉｗの遮断点前の電流半波は負極性である。図３を参照すると、調相用コンデンサ３１Ｗのコンデンサ残留電圧Ｖ１ｗも負極性である。

従って、遮断後の調相用コンデンサ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗのコンデンサ残留電圧Ｖ１ｕ，Ｖ１ｖ，Ｖ１ｗは、遮断器電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの遮断点前の電流半波の極性と同じである。これは、コンデンサなどの進相負荷を遮断するとき、電流の位相が電圧に対して９０°進んでいるためである。

この法則を利用して、残留電圧極性判別部１２は、各相の調相用コンデンサ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗのコンデンサ残留電圧Ｖ１ｕ，Ｖ１ｖ，Ｖ１ｗの極性を推定する。

特異相判別部１３は、残留電圧極性判別部１２により推定されたコンデンサ残留電圧の極性に基づいて、特異相を判別する。特異相判別部１３は、判別した特異相及び特異相のコンデンサ残留電圧の極性を投入位相検出部１４に出力する。

ここで、特異相とは、コンデンサ残留電圧が他の２つの相と異なる極性の相をいうものとする。例えば、図３に示す状態では、Ｗ相のコンデンサ残留電圧Ｖ１ｗは、負極である。これに対し、Ｗ相以外のＵ相及びＶ相のコンデンサ残留電圧Ｖ１ｕ，Ｖ１ｖの極性は、正極である。よって、Ｗ相が特異相となる。

投入位相検出部１４は、電圧計測部１１により計測された遮断器電源側電圧の対地電圧、及び特異相判別部１３より判別された特異相及び特異相のコンデンサ残留電圧の極性に基づいて、次に遮断器２を投入する投入位相を検出する。投入位相は、遮断器電源側電圧の特異相がコンデンサ残留電圧の特異相の極性と同極性の波高値となる位相である。投入位相検出部１４は、検出した投入位相を投入指令出力部１５に出力する。

図４及び図５を参照して、投入位相検出部１４による投入位相θｃの検出方法について説明する。

図４は、本実施形態に係る投入位相検出部１４による投入位相θｃでの遮断器２の閉極前後のＷ相の各種電圧Ｖｗ，Ｖ１ｗ，Ｖ２ｗを示す波形図である。図５は、本実施形態に係る投入位相検出部１４による投入位相θｃでの遮断器２の閉極前後の各相の遮断器電源側電圧の極間電圧Ｖ２ｕ，Ｖ２ｖ，Ｖ２ｗを示す波形図である。図４及び図５は、図３に示す状態で、遮断器２を開極後に、投入位相検出部１４による投入位相θｃで遮断器２を閉極した場合の波形図である。

前述したように、図３に示す状態では、Ｗ相が特異相である。従って、投入位相検出部１４は、電圧計測部１１により計測されたＷ相の遮断器電源側電圧Ｖｗを監視する。

投入位相検出部１４は、Ｗ相の遮断器電源側電圧ＶｗがＷ相のコンデンサ残留電圧Ｖ１ｗの極性と同極性の波高値となる位相を検出する。即ち、投入位相検出部１４は、Ｗ相の遮断器電源側電圧Ｖｗが負極の波高値となる位相を検出する。この負極の波高値となる位相が投入位相θｃとなる。

図４に示すように、投入位相θｃで、Ｗ相の遮断器２の極間電圧Ｖ２ｗが低くなっている。図５に示すように、投入位相θｃで、Ｗ相以外のＵ相及びＶ相の遮断器２の極間電圧Ｖ２ｕ，Ｖ２ｖも比較的低くなっている。

投入指令出力部１５は、投入位相検出部１４により検出された投入位相θｃで、遮断器２を投入するように、遮断器２に投入指令を出力する。これにより、遮断器２は、投入位相θｃの時点で投入される。

本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。

図６及び図７を参照して、投入位相θｃで遮断器２を投入した場合の作用効果について説明する。

図６は、投入位相と投入後の各相の遮断器電流の最大値Ｉｕｍａｘ，Ｉｖｍａｘ，Ｉｗｍａｘとの相関関係を示すグラフ図である。図７は、投入位相と投入後の各相の遮断器端対地電圧Ｖｕｍａｘ，Ｖｖｍａｘ，Ｖｗｍａｘの最大値との相関関係を示すグラフ図である。図６及び図７の横軸は、Ｕ相電圧零点を基準として、投入位相（度）を表示している。図６及び図７における投入位相が１５０度（θｃ）の時点が、図４及び図５に示す投入位相検出部１４により検出された投入位相θｃの時点に相当する。

図６及び図７は、対地電圧１１０ｋＶ、コンデンサ電流４００Ａの中性点直接接地の三相調相用コンデンサ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗを遮断器２で遮断し、その後、三相同時投入したときの計算結果である。投入位相は、Ｕ相の対地電圧零点を基準（０度）として、３６０度変化させている。

図６において、投入位相１５０度で遮断器２を投入したときの遮断器電流の最大値Ｉｕｍａｘ，Ｉｖｍａｘ，Ｉｗｍａｘは、各相いずれもほぼ最小である。一方、投入位相３３０度で遮断器２を投入したときの遮断器電流の最大値Ｉｕｍａｘ，Ｉｖｍａｘ，Ｉｗｍａｘは、三相全てにおいて他の投入位相と比較して大きい。投入位相１５０度で遮断器２を投入した場合、投入位相３３０度で遮断器２を投入した場合と比較して、遮断器電流が約２分の１になっている。

図７において、投入位相１５０度で遮断器２を投入したときの遮断器端対地電圧の最大値Ｖｕｍａｘ，Ｖｖｍａｘ，Ｖｗｍａｘは、各相いずれもほぼ最小である。一方、投入位相３３０度で遮断器２を投入したときの遮断器端対地電圧の最大値Ｖｕｍａｘ，Ｖｖｍａｘ，Ｖｗｍａｘは、三相全てにおいて他の投入位相と比較して大きい。投入位相３３０度の場合のＷ相の遮断器端対地電圧の最大値Ｖｗｍａｘは、約３．５ｐ．ｕ．である。これに対して、投入位相１５０度の場合のＷ相の遮断器端対地電圧の最大値Ｖｗｍａｘは、約１．５ｐ．ｕ．である。よって、投入位相１５０度の場合のＷ相の遮断器端対地電圧の最大値Ｖｗｍａｘは、投入位相３３０度の場合の約２分の１になっている。

よって、Ｕ相電圧零点を基準として１５０度の投入位相（遮断器制御装置１による投入位相θｃ相当）で遮断器２を投入すると、遮断器電流及び遮断器端対地電圧をともに抑制することができる。

従って、中性点が直接接地された調相用コンデンサ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗを三相一括操作型の遮断器２により投入する場合であっても、遮断器制御装置１を用いることで、遮断器電流（突入電流）及び遮断器端対地電圧（サージ電圧）をともに抑制することができる。

また、遮断器制御装置１では、遮断器電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの遮断点前の極性を監視することで、コンデンサ残留電圧Ｖ１ｕ，Ｖ１ｖ，Ｖ１ｗの極性を判別する。これにより、遮断器制御装置１は、コンデンサ残留電圧Ｖ１ｕ，Ｖ１ｖ，Ｖ１ｗを直接計測するための直流電圧計測器を設けなくとも、遮断器電流及び遮断器端対地電圧をともに抑制する投入位相で遮断器２を投入することができる。

（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る遮断器制御装置１Ａの適用された電力系統システム１０Ａの構成を示す構成図である。

電力系統システム１０Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る電力系統システム１０において、遮断器制御装置１を遮断器制御装置１Ａに代えたものである。遮断器制御装置１Ａは、第１の実施形態に係る遮断器制御装置１において、電圧計測部１１を電圧計測部１１Ａに代え、投入位相検出部１４を投入位相検出部１４Ａに代えたものである。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

電圧計測部１１Ａは、電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗにより検出された遮断器電源側電圧の対地電圧を線間電圧に変換する。電圧計測部１１Ａは、変換した線間電圧を計測する。電圧計測部１１Ａは、計測した遮断器電源側電圧の線間電圧を投入位相検出部１４Ａに出力する。

投入位相検出部１４Ａは、電圧計測部１１Ａにより計測された遮断器電源側電圧の線間電圧、及び特異相判別部１３より判別された特異相及びその特異相のコンデンサ残留電圧の極性に基づいて、次に遮断器２を投入する投入位相を検出する。投入位相は、特異相でない２つの相の線間の遮断器電源側電圧の零点の位相の中に含まれている。投入位相検出部１４Ａは、検出した投入位相を投入指令出力部１５に出力する。

図９は、Ｗ相電圧ＶｗとＵ−Ｖ間の線間電圧Ｖｕｖの位相の関係を示すベクトル図である。ここでは、特異相がＷ相である場合に、特異相でない２つの相の線間電圧をＵ−Ｖ間とした場合について説明する。なお、特異相でない２つの相の線間電圧をＶ−Ｕ間とした場合は、Ｕ−Ｖ間の場合と極性が反転することを考慮すれば、同様の構成とすることができるため、説明は省略する。

図９に示すように、Ｗ相電圧Ｖｗは、Ｕ−Ｖ間の線間電圧Ｖｕｖよりも位相が９０度進んでいる。よって、Ｕ−Ｖ間の線間電圧ＶｕｖがＷ相のコンデンサ残留電圧Ｖ１ｗと逆の極性から零点になる位相は、Ｗ相電圧Ｖｗが零点からＷ相のコンデンサ残留電圧Ｖ１ｗと同極性の波高値となる位相と同じである。即ち、投入位相検出部１４Ａは、特異相でない２つの相の線間であるＵ−Ｖ間の線間電圧Ｖｕｖが特異相であるＷ相のコンデンサ残留電圧Ｖ１ｗと逆の極性から零点になる位相を検出することで、第１の実施形態で検出する投入位相θｃと同一の位相を検出する。

図１０を参照して、投入位相検出部１４Ａによる投入位相θｃの検出方法について説明する。

図１０は、本実施形態に係る投入位相検出部１４Ａによる投入位相θｃを検出するための各種電圧Ｖｗ，Ｖ１ｗ，Ｖ２ｗ，Ｖｕｖを示す波形図である。

投入位相検出部１４Ａは、電圧計測部１１Ａにより計測された遮断器電源側電圧のＵ−Ｖ間の線間電圧Ｖｕｖを監視する。

投入位相検出部１４Ａは、遮断器電源側電圧のＵ−Ｖ間の線間電圧ＶｕｖがＷ相のコンデンサ残留電圧Ｖ１ｗと逆の極性である正極から零点になる位相を検出する。この検出したＵ−Ｖ間の線間電圧Ｖｕｖの正極から零点になる位相が投入位相θｃとなる。

図１０に示すように、投入位相θｃで、Ｗ相の遮断器２の極間電圧Ｖ２ｗが最も低くなっている。

投入指令出力部１５は、投入位相検出部１４Ａにより検出された投入位相θｃで、遮断器２を投入するように、遮断器２に投入指令を出力する。これにより、遮断器２は、投入位相θｃの時点で投入される。

本実施形態によれば、遮断器電源側電圧の対地電圧を計測する代わりに、遮断器電源側電圧の線間電圧を計測することで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、遮断器電源側電圧の線間電圧の零点を検出して投入位相を検出するため、遮断器制御装置１Ａにおける演算処理を簡単でかつ正確に検出することができる。

（第３の実施形態）
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る遮断器制御装置１Ｂの適用された電力系統システム１０Ｂの構成を示す構成図である。

電力系統システム１０Ｂは、図１に示す第１の実施形態に係る電力系統システム１０において、遮断器制御装置１を遮断器制御装置１Ｂに代え、電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗを電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗに代えたものである。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗは、遮断器２よりも負荷側（調相設備３側）の電圧である負荷側電圧を相毎に計測するための計測装置である。電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗは、それぞれＵ相、Ｖ相、及びＷ相の電圧を計測情報として検出する。電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗは、検出した負荷側電圧を遮断器制御装置１Ｂに出力する。電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗは、例えば計器用変圧器である。

遮断器制御装置１Ｂは、第１の実施形態に係る遮断器制御装置１において、残留電圧極性判別部１２を残留電圧極性判別部１２Ｂに代えたものである。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

残留電圧極性判別部１２Ｂは、電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗにより検出された負荷側電圧の対地電圧を計測する。残留電圧極性判別部１２Ｂは、計測した負荷側電圧の対地電圧に基づいて、遮断器２の開極後に、遮断器２の負荷側に残留する直流電圧（調相用コンデンサ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの残留電圧）の極性を推定する。残留電圧極性判別部１２Ｂは、推定した残留電圧の極性を特異相判別部１３に出力する。

残留電圧の極性の推定方法は、次のように行う。

残留電圧極性判別部１２Ｂは、計測した負荷側電圧の対地電圧に基づいて、遮断零点直前の負荷側電圧の対地電圧の極性を判別する。残留電圧極性判別部１２Ｂは、極性を判別した対地電圧と同じ相の残留電圧の極性を、判別した極性と同一の極性と推定する。残留電圧極性判別部１２Ｂは、全ての相に対して、このように残留電圧の極性の推定を行う。

本実施形態によれば、遮断器電流を計測する電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗの代わりに、負荷側電圧を計測するための電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗを設けることで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る遮断器制御装置１Ｃの適用された電力系統システム１０Ｃの構成を示す構成図である。

電力系統システム１０Ｃは、図１に示す第１の実施形態に係る電力系統システム１０において、遮断器制御装置１を遮断器制御装置１Ｃに代えたものである。その他の点は、第１の実施形態と同様である。遮断器制御装置１Ｃの基本的な構成は、第１の実施形態に係る遮断器制御装置１と同様である。

遮断器制御装置１Ｃは、電圧計測部１１と、投入位相検出部１４Ｃと、投入指令出力部１５と、電流極性判別部１６と、開極位相検出部１７と、開極指令出力部１８とを備えている。

電流極性判別部１６は、電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗにより検出された遮断器電流の各相の極性を判別する。電流極性判別部１６は、判別した遮断器電流の各相の極性を開極位相検出部１７に出力する。

開極位相検出部１７は、電流極性判別部１６により判別された遮断器電流の各相の極性が予め設定された各相の極性と同一となる開極位相を検出する。開極位相検出部１７は、検出した開極位相を開極指令出力部１８に出力する。

開極指令出力部１８は、開極位相検出部１７により検出された開極位相の時点で遮断器２が電流遮断するように、開極指令を遮断器２に出力する。開極指令出力部１８は、開極位相検出部１７で検出された開極位相で遮断器２を開極することで、遮断器２の開極直前の各相の極性は、予め設定された各相の極性と常に同一になる。

電圧計測部１１は、計測した遮断器電源側電圧の対地電圧を投入位相検出部１４Ｃに出力する。

投入位相検出部１４Ｃは、電圧計測部１１により計測された遮断器電源側電圧の対地電圧に基づいて、投入位相θｃ（又は目標投入位相範囲）を検出する。投入位相検出部１４Ｃは、検出した投入位相を投入指令出力部１５に出力する。

次に、投入位相検出部１４Ｃによる投入位相θｃの検出方法について説明する。

開極位相検出部１７及び開極指令出力部１８により、遮断器２の開極直前の各相の極性は常に同じである。このため、遮断器２の開極後に、遮断器２の負荷側（調相設備３）に残留する直流電圧（残留電圧）の極性も常に同じである。

投入位相検出部１４Ｃには、遮断器２の開極後の残留電圧の各相の極性が予め設定されている。投入位相検出部１４Ｃは、遮断器電源側電圧を計測して、第１の実施形態と同様に、遮断器２の投入の際に生じる突入電流及びサージ電圧を抑制する最適な投入位相θｃを検出する。

投入指令出力部１５は、投入位相検出部１４Ｃにより検出された投入位相θｃで、遮断器２を投入するように、遮断器２に投入指令を出力する。

本実施形態によれば、開極位相検出部１７及び開極指令出力部１８により、遮断器２の開極直前の各相の極性を常に同一とすることができる。これにより、調相設備３の残留電圧の各相の極性も予め設定した極性とすることができる。

従って、遮断器制御装置１Ｃは、調相設備３の残留電圧の極性を推定しなくても、遮断器電源側電圧に基づいて、遮断器２の投入位相θｃを制御することで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る遮断器制御装置１Ｄの適用された電力系統システム１０Ｄの構成を示す構成図である。

電力系統システム１０Ｄは、図１２に示す第４の実施形態に係る電力系統システム１０Ｃにおいて、遮断器制御装置１Ｃを遮断器制御装置１Ｄに代え、電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗを第３の実施形態に係る電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗに代えたものである。その他の点は、第４の実施形態と同様である。

遮断器制御装置１Ｄは、図１２に示す第４の実施形態に係る遮断器制御装置１Ｃにおいて、電圧極性判別部１６を電圧極性判別部１６Ｄに、開極位相検出部１７を開極位相検出部１７Ｄに代えたものである。その他の点は、第４の実施形態と同様である。

電圧極性判別部１６Ｄは、電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗにより検出された負荷側電圧の対地電圧を計測する。電圧極性判別部１６Ｄは、計測した負荷側電圧の各相の極性を判別する。電圧極性判別部１６Ｄは、判別した負荷側電圧の各相の極性を開極位相検出部１７Ｄに出力する。

開極位相検出部１７Ｄは、電圧極性判別部１６Ｄにより判別された各相の極性が予め設定された各相の極性と同一となる開極位相を検出する。開極位相検出部１７Ｄは、検出した開極位相を開極指令出力部１８に出力する。

開極指令出力部１８は、開極位相検出部１７Ｄにより検出された開極位相の時点で遮断器２が電流遮断するように、開極指令を遮断器２に出力する。開極指令出力部１８は、開極位相検出部１７Ｄで検出された開極位相で遮断器２を開極することで、遮断器２の開極位相は、予め設定された位相と常に同一の位相となる。

電圧計測部１１、投入位相検出部１４Ｃ、及び投入指令出力部１５により遮断器２を投入する動作については、第４の実施形態と同様である。

本実施形態によれば、電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗの代わりに電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗを用いても、第４の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、各実施形態において、対地電圧を検出する電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗを用いたが、線間電圧を検出する電圧検出器を用いてもよい。この場合において、線間電圧を用いる実施形態では、対地電圧を線間電圧に変換する演算を省略することができる。また、対地電圧を用いる実施形態では、線間電圧を対地電圧に変換する演算を加えることで、各実施形態と同様の構成にすることができる。同様に、対地電流を検出する電流検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗの代わりに線間電流を検出する電流検出器を用いてもよいし、対地電圧を検出する電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗの代わりに線間電圧を検出する電圧検出器を用いてもよい。

また、各実施形態において、投入位相θｃの決定方法と実質的に同一の方法により投入位相を決定するのであれば、投入位相θｃを検出するための電力系統の各種の電圧及び電流は、どのように計測及び演算をしてもよい。

さらに、第３から第５の実施形態では、第１の実施形態に係る電力系統システム１０の構成を基本構成としたが、第２の実施形態に係る電力系統システム１０Ａの構成を基本構成としてもよい。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…遮断器制御装置、２…遮断器、３…調相設備、４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ…電圧検出器、５Ｕ，５Ｖ，５Ｗ…電流検出器、６…電源母線、１０…電力系統システム、１１…電圧計測部、１２…残留電圧極性判別部、１３…特異相判別部、１４…投入位相検出部、１５…投入指令出力部、３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ…調相用コンデンサ。

Claims (16)

1. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置であって、
   前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測する電源電圧計測手段と、
   前記遮断器に流れる電流である遮断器電流を計測する遮断器電流計測手段と、
   前記遮断器電流計測手段により計測された前記遮断器電流に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性を判別する残留電圧極性判別手段と、
   前記残留電圧極性判別手段により判別された前記残留電圧の三相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相を判別する特異相判別手段と、
   前記電源電圧計測手段により計測された前記電源電圧の前記特異相判別手段により判別された前記特異相が、前記残留電圧極性判別手段により判別された前記残留電圧の前記特異相の極性と同極性の波高値となる投入位相を検出する投入位相検出手段と、
   前記投入位相検出手段により検出された前記投入位相で前記遮断器を投入する遮断器投入手段と
   を備えたことを特徴とする突入電流抑制装置。
2. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置であって、
   前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測する電源電圧計測手段と、
   前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の電圧である調相用コンデンサ側電圧を計測する調相用コンデンサ側電圧計測手段と、
   前記調相用コンデンサ側電圧計測手段により計測された前記調相用コンデンサ側電圧に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性を判別する残留電圧極性判別手段と、
   前記残留電圧極性判別手段により判別された前記残留電圧の三相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相を判別する特異相判別手段と、
   前記電源電圧計測手段により計測された前記電源電圧の前記特異相判別手段により判別された前記特異相が、前記残留電圧極性判別手段により判別された前記残留電圧の前記特異相の極性と同極性の波高値となる投入位相を検出する投入位相検出手段と、
   前記投入位相検出手段により検出された前記投入位相で前記遮断器を投入する遮断器投入手段と
   を備えたことを特徴とする突入電流抑制装置。
3. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置であって、
   前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測する電源電圧計測手段と、
   前記遮断器に流れる電流である遮断器電流を計測する遮断器電流計測手段と、
   前記遮断器電流計測手段により計測された前記遮断器電流に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性を判別する残留電圧極性判別手段と、
   前記残留電圧極性判別手段により判別された前記残留電圧の三相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相を判別する特異相判別手段と、
   前記電源電圧計測手段により計測された前記電源電圧の前記特異相判別手段により判別された前記特異相と異なる他の二相の線間電圧が零点となる位相のうち前記突入電流を抑制する投入位相を検出する投入位相検出手段と、
   前記投入位相検出手段により検出された前記投入位相で前記遮断器を投入する遮断器投入手段と
   を備えたことを特徴とする突入電流抑制装置。
4. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置であって、
   前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測する電源電圧計測手段と、
   前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の電圧である調相用コンデンサ側電圧を計測する調相用コンデンサ側電圧計測手段と、
   前記調相用コンデンサ側電圧計測手段により計測された前記調相用コンデンサ側電圧に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性を判別する残留電圧極性判別手段と、
   前記残留電圧極性判別手段により判別された前記残留電圧の三相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相を判別する特異相判別手段と、
   前記電源電圧計測手段により計測された前記電源電圧の前記特異相判別手段により判別された前記特異相と異なる他の二相の線間電圧が零点となる位相のうち前記突入電流を抑制する投入位相を検出する投入位相検出手段と、
   前記投入位相検出手段により検出された前記投入位相で前記遮断器を投入する遮断器投入手段と
   を備えたことを特徴とする突入電流抑制装置。
5. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置であって、
   前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測する電源電圧計測手段と、
   前記遮断器に流れる電流である遮断器電流を計測する遮断器電流計測手段と、
   前記遮断器電流計測手段により計測された前記遮断器電流に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性がそれぞれ予め設定された各相の極性と同一になる開極位相を検出する開極位相検出手段と、
   前記開極位相検出手段により検出された前記開極位相で前記遮断器を開極する遮断器開極手段と、
   前記電源電圧計測手段により計測された前記電源電圧の前記予め設定された各相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相が、前記残留電圧の前記特異相の極性と同極性の波高値となる投入位相を検出する投入位相検出手段と、
   前記投入位相検出手段により検出された前記投入位相で前記遮断器を投入する遮断器投入手段と
   を備えたことを特徴とする突入電流抑制装置。
6. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置であって、
   前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測する電源電圧計測手段と、
   前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の電圧である調相用コンデンサ側電圧を計測する調相用コンデンサ側電圧計測手段と、
   前記調相用コンデンサ側電圧計測手段により計測された前記調相用コンデンサ側電圧に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性がそれぞれ予め設定された各相の極性と同一になる開極位相を検出する開極位相検出手段と、
   前記開極位相検出手段により検出された前記開極位相で前記遮断器を開極する遮断器開極手段と、
   前記電源電圧計測手段により計測された前記電源電圧の前記予め設定された各相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相が、前記残留電圧の前記特異相の極性と同極性の波高値となる投入位相を検出する投入位相検出手段と、
   前記投入位相検出手段により検出された前記投入位相で前記遮断器を投入する遮断器投入手段と
   を備えたことを特徴とする突入電流抑制装置。
7. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置であって、
   前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測する電源電圧計測手段と、
   前記遮断器に流れる電流である遮断器電流を計測する遮断器電流計測手段と、
   前記遮断器電流計測手段により計測された前記遮断器電流に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性がそれぞれ予め設定された各相の極性と同一になる開極位相を検出する開極位相検出手段と、
   前記開極位相検出手段により検出された前記開極位相で前記遮断器を開極する遮断器開極手段と、
   前記電源電圧計測手段により計測された前記電源電圧の前記予め設定された各相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相と異なる他の二相の線間電圧が零点となる位相のうち前記突入電流を抑制する投入位相を検出する投入位相検出手段と、
   前記投入位相検出手段により検出された前記投入位相で前記遮断器を投入する遮断器投入手段と
   を備えたことを特徴とする突入電流抑制装置。
8. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置であって、
   前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測する電源電圧計測手段と、
   前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の電圧である調相用コンデンサ側電圧を計測する調相用コンデンサ側電圧計測手段と、
   前記調相用コンデンサ側電圧計測手段により計測された前記調相用コンデンサ側電圧に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性がそれぞれ予め設定された各相の極性と同一になる開極位相を検出する開極位相検出手段と、
   前記開極位相検出手段により検出された前記開極位相で前記遮断器を開極する遮断器開極手段と、
   前記電源電圧計測手段により計測された前記電源電圧の前記予め設定された各相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相と異なる他の二相の線間電圧が零点となる位相のうち前記突入電流を抑制する投入位相を検出する投入位相検出手段と、
   前記投入位相検出手段により検出された前記投入位相で前記遮断器を投入する遮断器投入手段と
   を備えたことを特徴とする突入電流抑制装置。
9. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置の制御方法であって、
   前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測し、
   前記遮断器に流れる電流である遮断器電流を計測し、
   計測した前記遮断器電流に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性を判別し、
   判別した前記残留電圧の三相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相を判別し、
   計測した前記電源電圧の前記特異相が、判別した前記残留電圧の前記特異相の極性と同極性の波高値となる投入位相を検出し、
   検出した前記投入位相で前記遮断器を投入すること
   を含むことを特徴とする突入電流抑制装置の制御方法。
10. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置の制御方法であって、
    前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測し、
    前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の電圧である調相用コンデンサ側電圧を計測し、
    計測した前記調相用コンデンサ側電圧に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性を判別し、
    判別した前記残留電圧の三相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相を判別し、
    計測した前記電源電圧の前記特異相が、判別した前記残留電圧の前記特異相の極性と同極性の波高値となる投入位相を検出し、
    検出した前記投入位相で前記遮断器を投入すること
    を含むことを特徴とする突入電流抑制装置の制御方法。
11. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置の制御方法であって、
    前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測し、
    前記遮断器に流れる電流である遮断器電流を計測し、
    計測した前記遮断器電流に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性を判別し、
    判別した前記残留電圧の三相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相を判別し、
    計測した前記電源電圧の前記特異相と異なる他の二相の線間電圧が零点となる位相のうち前記突入電流を抑制する投入位相を検出し、
    検出した前記投入位相で前記遮断器を投入すること
    を含むことを特徴とする突入電流抑制装置の制御方法。
12. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置の制御方法であって、
    前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測し、
    前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の電圧である調相用コンデンサ側電圧を計測し、
    計測した前記調相用コンデンサ側電圧に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性を判別し、
    判別した前記残留電圧の三相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相を判別し、
    計測した前記電源電圧の前記特異相と異なる他の二相の線間電圧が零点となる位相のうち前記突入電流を抑制する投入位相を検出し、
    検出した前記投入位相で前記遮断器を投入すること
    を含むことを特徴とする突入電流抑制装置の制御方法。
13. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置の制御方法であって、
    前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測し、
    前記遮断器に流れる電流である遮断器電流を計測し、
    計測した前記遮断器電流に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性がそれぞれ予め設定された各相の極性と同一になる開極位相を検出し、
    検出した前記開極位相で前記遮断器を開極し、
    計測した前記電源電圧の前記予め設定された各相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相が、前記残留電圧の前記特異相の極性と同極性の波高値となる投入位相を検出し、
    検出した前記投入位相で前記遮断器を投入すること
    を含むことを特徴とする突入電流抑制装置の制御方法。
14. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置の制御方法であって、
    前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測し、
    前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の電圧である調相用コンデンサ側電圧を計測し、
    計測した前記調相用コンデンサ側電圧に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性がそれぞれ予め設定された各相の極性と同一になる開極位相を検出し、
    検出した前記開極位相で前記遮断器を開極し、
    計測した前記電源電圧の前記予め設定された各相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相が、前記残留電圧の前記特異相の極性と同極性の波高値となる投入位相を検出し、
    検出した前記投入位相で前記遮断器を投入すること
    を含むことを特徴とする突入電流抑制装置の制御方法。
15. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置の制御方法であって、
    前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測し、
    前記遮断器に流れる電流である遮断器電流を計測し、
    計測した前記遮断器電流に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性がそれぞれ予め設定された各相の極性と同一になる開極位相を検出し、
    検出した前記開極位相で前記遮断器を開極し、
    計測した前記電源電圧の前記予め設定された各相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相と異なる他の二相の線間電圧が零点となる位相のうち前記突入電流を抑制する投入位相を検出し、
    検出した前記投入位相で前記遮断器を投入すること
    を含むことを特徴とする突入電流抑制装置の制御方法。
16. 中性点が直接接地された調相用コンデンサを電源側の三相交流電力系統に遮断器により三相同時に投入する際に生じる突入電流を抑制する突入電流抑制装置の制御方法であって、
    前記遮断器の前記電源側の電圧である電源電圧を計測し、
    前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の電圧である調相用コンデンサ側電圧を計測し、
    計測した前記調相用コンデンサ側電圧に基づいて、前記遮断器の開極後の前記遮断器の前記調相用コンデンサ側の残留電圧の三相の極性がそれぞれ予め設定された各相の極性と同一になる開極位相を検出し、
    検出した前記開極位相で前記遮断器を開極し、
    計測した前記電源電圧の前記予め設定された各相の極性のうち他の二相と異なる極性である特異相と異なる他の二相の線間電圧が零点となる位相のうち前記突入電流を抑制する投入位相を検出し、
    検出した前記投入位相で前記遮断器を投入すること
    を含むことを特徴とする突入電流抑制装置の制御方法。

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