JP6045856B2 - 過電圧抑制方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、３相遮断器により誘導性負荷を遮断するときの過電圧を抑制する過電圧抑制技術に関する。

一般に遮断器がリアクトル等の誘導性負荷を遮断する際、開極する接点間にアークが発生する。このとき、アークが発生してから消弧されるまでのアーク時間の長さによっては、遮断目標となる電流零点の前に電流零点が来てしまい、遮断器が再発弧することがある。遮断器が再発弧すると高周波の過電圧を生じるため、機器の絶縁を脅かす可能性がある。

そこで従来から、遮断器の開極時点を制御することによって過電圧を抑制する方法が提案されている。例えば、非特許文献１には、次のような過電圧抑制方法が開示されている。すなわち、遮断すべき電流零点を設定し、設定した電流零点から、再発弧の発生がなく電流を遮断可能な最短アーク時間を遡る。このような最短アーク時間は予め計測しておく。

そして、最短アーク時間の開始時点と、設定した電流零点のひとつ前の電流零点との間で、遮断器を開極するように遮断器に開極指令を与えるようにしている。以上のようにして遮断器の開極時点を制御することで、遮断すべき電流零点よりも前に電流零点が来ることをなくすことができる。これにより遮断器の再発弧を防止して過電圧の発生を防ぐことが可能である。

IEEE Transaction on Power Delivery, Vol.18, No.2, April 2003"Application of Controlled Switching to 500-kV Shunt Reactor Current Interruption"

従来の過電圧抑制方法は、各相を個別に操作する各相操作型の遮断器に対して適用されている。しかし、遮断器のタイプとしては、各相操作型だけではなく、３相を一括して操作する３相遮断器が知られている。３相遮断器の場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相という３つの遮断部を単一の操作機構で操作するため、１回の開極指令によって３相の遮断部が同時に動作する。

したがって、３相遮断器に対して従来の過電圧抑制方法を適用した場合、３相のうちのある相の遮断部においては、遮断すべき電流零点よりも前に電流零点が来ることがなかったとしても、別の相の遮断部では、遮断すべき電流零点よりも前に電流零点が来てしまうことがある。その結果、遮断器が再発弧して大きな過電圧を生じるおそれがあった。上述したように、３相遮断器では再発弧による過電圧の発生を防ぐことは困難と考えられていた。

本実施形態は上記の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、３相遮断器が誘導性負荷を遮断する際、開極時点の制御を行うことによって過電圧の発生を抑えることが可能な過電圧抑制方法およびその装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本実施形態に係る過電圧抑制方法は、３相遮断器が前記誘導性負荷を遮断するときに、前記３相遮断器の再発弧による過電圧の発生を抑制するようにした過電圧抑制方法において、
（ａ）電源と誘導性負荷の間に設置された３相遮断器が前記誘導性負荷を遮断するときに前記３相遮断器に流れる電流を計測する電流計測ステップと、
（ｂ）前記電流計測ステップの計測結果に基づいて３相の中から選択した第１遮断相およびこの第１遮断相の電流遮断点を検出する位相検出ステップと、
（ｃ）前記電流遮断点を基点として、再発弧の発生なく電流を遮断可能な最短アーク時間を遡った時点から、前記第１遮断相から１２０°位相の進んだ相における電流零点までの間を開極範囲と設定し、この開極範囲内で前記３相遮断器に開極指令を出力する開極指令出力ステップ、を含み、
（ｄ）前記開極指令出力ステップにて前記３相遮断器が前記誘導性負荷を遮断するときに、前記第１遮断相以外の相が前記開極範囲を出た後に電流零点を通過した場合に、開極時点から経過したアーク時間を短くすることを特徴とするものである。

さらに本実施形態に係る過電圧抑制装置は、上記の過電圧抑制方法を実現するための装置として捉えたものである。

第１の実施形態のブロック図。 第１の実施形態において遮断器電流と開極時点の関係を示す波形図。 第２の実施形態において遮断器電流と開極時点の関係を示す波形図。

（１）第１の実施形態
以下、本発明に係る第１の実施形態について図１および図２を参照して説明する。なお、各図を通して同一部分には同一符号を付けることにより重複した説明は適宜省略する。図１は３相遮断器および誘導性負荷、過電圧抑制方法を実現するための過電圧抑制装置の接続関係を示すブロック図、図２は誘導性負荷に流れる電流を３相遮断器で遮断した時の電流波形および開極時点を示す波形図である。

（構成）
図１において、１００は電力系統の電源母線である。電源母線１００には、一括操作型の３相遮断器２００を介して、リアクトル等の誘導性負荷３００が接続されている。誘導性負荷３００は３相遮断器２００によって電源母線１００に投入または遮断される。誘導性負荷３００の右端は図１では示していないが、分路リアクトルのように、３相端子が接続される場合や、限流リアクトルのように他の電源母線に接続するための送電線に接続される場合もある。分路リアクトルでは前記の接続点は接地される場合もしくは接地されない場合もある。例えば、図２は誘導性負荷３００が分路リアクトルで且つ右端が非接地を想定したときの３相電流波形例を示している。

電源母線１００と３相遮断器２００との間には電流計測用機器４００が設置されている。電流計測用機器４００は、３相遮断器２００を流れる電流を計測する機器であって、具体的には計器用変流器などである。

電流計測用機器４００および３相遮断器２００には、第１の実施形態に係る過電圧抑制装置５００が接続されている。過電圧抑制装置５００は、電流計測手段５０１と、位相検出手段５０２と、開極指令出力手段５０３とから構成されている。

電流計測手段５０１は電流計測用機器４００から出力された１相の電流を取り込み、３相遮断器２００が誘導性負荷３００を遮断するときに３相遮断器２００に流れる電流を計測する（電流計測ステップ）。位相検出手段５０２は電流計測手段５０１の計測結果に基づいて、３相遮断器２００の３相の中から選択した第１遮断相およびこの第１遮断相の電流遮断点を検出する（位相検出ステップ）。図２に示した例では、Ｕ相を第１遮断相として想定し、Ｕ相の電流が遮断される電流零点を電流遮断点４とする。またＵ相以外のＶ、Ｗ相の電流は、電流遮断点５で遮断される。

開極指令出力手段５０３は３相遮断器２００に開極指令を出力する開極範囲を設定して、この開極範囲内で３相遮断器２００に開極指令を出力する（開極指令出力ステップ）。図２に示した開極範囲７は、開極指令出力手段５０３において次のように設定される。第１遮断相の電流遮断点４を基点として、最短アーク時間６を遡り、遡った時点から、第１遮断相から１２０°位相の進んだ相における電流零点１０までの間とする。第１遮断相がＵ相であれば、１２０°位相の進んだ相とはＷ相となる。このように開極範囲７を設定し、開極範囲７内で３相遮断器に開極指令を出力することが、第１の実施形態の特徴である。

前述したように、最短アーク時間６とは再発弧が発生せずに電流を遮断可能なアーク時間であり、予め計測して得られる。この最短アーク時間６よりも時間的に前に３相遮断器２００が開極すれば、少なくとも第１遮断相であるＵ相は電流遮断点４の時点で再発弧が発生することなく、電流を遮断可能である。

ところで、電流計測手段５０１は電流計測用機器４００から出力された１相の電流を取り込むので、仮にＵ相を取り込んだのであれば、電流計測手段５０１ではＶ相、Ｗ相の電流波形は計測されないことになる。しかし、Ｗ相の電流はＵ相の電流波形を１２０°位相を進めたものなので、実際にＷ相の電流を計測しなくとも、Ｕ相の電流波形が分かれば、Ｗ相の電流波形も分かり、その電流零点１０を求めることは容易である。第１の実施形態では、このようにして電流零点１０を決めることで、開極範囲７を設定可能である。

なお、３相遮断器２００の投入において、操作機構の動作ばらつきなどに起因して、開極時間にばらつきが生じることは否めない。しかし、３相遮断器２００の開極時のばらつきは、その特性を予め取得しておくことで、位相制御を行う制御装置で補正することが可能である。したがって、開極時間にばらつきがあったとしても、３相遮断器２００の開極範囲７を正確に設定することは可能である。

（作用効果）
図２において、開極範囲７で３相遮断器２００が開極すれば、Ｕ相は電流遮断点４の時点で再発弧の発生なく電流を遮断可能である。また、Ｕ相以外のＶ、Ｗ相の電流は、電流遮断点５で遮断される。このうち、Ｗ相は開極範囲７を通過してから１度も電流零点を通過することがない。したがって、電流遮断点５の時点で再発弧なしに電流を遮断することができる。

一方、Ｖ相は、図２に示すように、開極範囲７を出た直後に、電流零点８を通過する。したがってＶ相は電流零点８で再発弧を生じることになる。ただし、電流零点８の通過は開極範囲７を出たばかりであり、開極時点から経過したアーク時間は非常に短い。一般に、アーク時間が短ければ、再発弧時の極間電圧は小さく、過電圧も小さいことが知られている。

したがって、Ｖ相では電流零点８で再発弧を発生したとしても、機器の絶縁を脅かすほどの大きな過電圧が発生することはない。つまり、Ｖ相が電流零点８を通過することで発生する過電圧は許容範囲内であって、最終的な電流遮断点５では過電圧の発生なく、Ｖ相を遮断することができる。

上述した第１の実施形態によれば、最短アーク時間６を遡った時点から開極範囲７と設定し、この開極範囲７内で３相遮断器２００に開極指令を出力する。このとき、Ｕ相およびＷ相は共に電流零点を通過することがなく、電流遮断点４および５の時点で再発弧なしに電流を遮断することができる。

また、Ｖ相は開極範囲７を出た直後に、電流零点８を通過するものの、アーク時間が非常に短いので、機器の絶縁を脅かすような大きな過電圧が発生することはない。したがって、電流零点８における小さな過電圧を許容することで、３相遮断器２００のいずれの相においても、再発弧による過電圧の発生を抑えることができ、優れた信頼性を確保することができる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態を説明するための図であり、誘導性負荷３００に流れる電流を３相遮断器２００で遮断した時の電流波形および開極時点を示す波形図である。第２の実施形態において、３相遮断器２００と誘導性負荷３００、過電圧抑制装置５００との接続構成、ならびに過電圧抑制装置５００の構成については、図１に示した第１の実施形態と同じであるため、図示は省略する。

（構成）
第２の実施形態の開極指令出力手段５０３では、第１遮断相であるＵ相における電流遮断点４から１つ前の電流零点１１と、第１遮断相であるＵ相から１２０°位相の遅れたＶ相における電流零点８との間を開極設定範囲１２とし、この開極設定範囲１２で、且つ第１遮断相の最短アーク時間６’の範囲外を開極範囲７’として設定する。

（作用効果）
第２の実施形態においては３相遮断器２００の開極後、Ｖ相は電流零点８を通過して再発弧を生じることになる。電流零点８では、前記第１の実施形態と同様に、機器の絶縁を脅かすような大きな過電圧が発生することはない。

一方、最短アーク時間６’によっては、開極時点がＷ相の電流零点９の図３中の左側となる場合も想定される。しかし、前記の通り、アーク時間が短ければ再発弧時の極間電圧は小さく過電圧も小さいため、電流零点９においても機器の絶縁を脅かすような大きな過電圧は発生しない。そのため、Ｗ相およびＶ相が電流零点８、９を通過することで発生する過電圧は許容範囲内であって、最終的な電流遮断点５では過電圧の発生なく、Ｗ相およびＶ相を遮断することができる。

以上の第２の実施形態によれば、長い最短アーク時間６’を想定した場合でも、開極範囲７’内で３相遮断器２００に開極指令を出力することにより、３相いずれにおいても再発弧による過電圧の発生を抑えることが可能となる。

（他の実施形態）
なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

４…第１遮断相の電流遮断点
５…第２、第３遮断相の電流遮断点
６、６’…最短アーク時間
７、７’…開極範囲
８、９、１０、１１…電流零点
１２…開極設定範囲
１００…電源母線
２００…遮断器
３００…誘導性負荷
４００…電流計測機器
５００…過電圧抑制装置
５０１…電流計測手段
５０２…位相検出手段
５０３…開極指令出力手段

Claims (4)

1. 電源と誘導性負荷の間に設置された３相遮断器が前記誘導性負荷を遮断するときに前記３相遮断器に流れる電流を計測する電流計測ステップと、
   前記電流計測ステップの計測結果に基づいて３相の中から選択した第１遮断相およびこの第１遮断相の電流遮断点を検出する位相検出ステップと、
   前記電流遮断点を基点として、再発弧の発生なく電流を遮断可能な最短アーク時間を遡った時点から、前記第１遮断相から１２０°位相の進んだ相における電流零点までの間を開極範囲と設定し、この開極範囲内で前記３相遮断器に開極指令を出力する開極指令出力ステップ、を含み、
   前記開極指令出力ステップにて前記３相遮断器が前記誘導性負荷を遮断するときに、前記第１遮断相以外の相が前記開極範囲を出た後に電流零点を通過した場合に、開極時点から経過したアーク時間を短くすることを特徴とする過電圧抑制方法。
2. 電源と誘導性負荷の間に設置された３相遮断器が前記誘導性負荷を遮断する前後で前記３相遮断器に流れる電流を計測する電流計測ステップと、
   前記電流計測ステップの計測結果に基づいて３相の中から選択した第１遮断相および第１遮断相の電流遮断点を検出する位相検出ステップと、
   前記第１遮断相における電流遮断点の１つ前の電流零点と、前記第１遮断相から１２０°位相の遅れた相における電流零点との間で、且つ前記電流遮断点を基点として、前記第１遮断相が再発弧の発生なく電流を遮断可能な最短アーク時間を除く範囲を開極範囲と設定し、この開極範囲内で前記３相遮断器に開極指令を出力する開極指令出力ステップ、を含み、
   前記開極指令出力ステップにて前記３相遮断器が前記誘導性負荷を遮断するときに、前記第１遮断相以外の相が前記開極範囲を出た後に電流零点を通過した場合に、開極時点から経過したアーク時間を短くすることを特徴とする過電圧抑制方法。
3. 電源と誘導性負荷の間に設置された３相遮断器を流れる電流を計測する電流計測手段と、
   前記電流計測手段の計測結果から第１遮断相および第１遮断相の電流遮断点を検出する位相検出手段と、
   前記電流遮断点を基点として、再発弧の発生なく電流を遮断可能な最短アーク時間を遡った時点から、前記第１遮断相から１２０°位相の進んだ相における電流零点までの間を開極範囲と設定し、この開極範囲内で前記３相遮断器に開極指令を出力する開極指令出力部、を備え、
   前記開極指令出力部にて前記３相遮断器が前記誘導性負荷を遮断するときに、前記第１遮断相以外の相が前記開極範囲を出た後に電流零点を通過した場合に、開極時点から経過したアーク時間を短くすることを特徴とする過電圧抑制装置。
4. 電源と誘導性負荷の間に設置された３相遮断器が前記誘導性負荷を遮断する前後で前記３相遮断器に流れる電流を計測する電流計測手段と、
   前記電流計測手段の計測結果に基づいて３相の中から選択した第１遮断相および第１遮断相の電流遮断点を検出する位相検出手段と、
   前記第１遮断相における電流遮断点の１つ前の電流零点と、前記第１遮断相から１２０°位相の遅れた相における電流零点との間で、且つ前記電流遮断点を基点として、前記第１遮断相が再発弧の発生なく電流を遮断可能な最短アーク時間を除く範囲を開極範囲と設定し、この開極範囲内で前記３相遮断器に開極指令を出力する開極指令出力手段、を備え、
   前記開極指令出力手段にて前記３相遮断器が前記誘導性負荷を遮断するときに、前記第１遮断相以外の相が前記開極範囲を出た後に電流零点を通過した場合に、開極時点から経過したアーク時間を短くすることを特徴とする過電圧抑制装置。

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