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技術 電力開閉制御装置

出願人 三菱電機株式会社
発明者 森智仁山本綾吉田大輔
出願日 2015年12月9日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2016-523352
公開日 2017年12月7日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 WO2017-098594
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード 可動抵抗 投入点 接点摩耗 投入電圧 電源側電流 電力開閉 調相器 ゼロクロス点間
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重要な関連分野

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図面 (16)

課題・解決手段

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。

概要

背景

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。

概要

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。

目的

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

効果

実績

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請求項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。

請求項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。

請求項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。

技術分野

0001

本発明は、電力開閉装置である遮断器開閉制御する電力開閉制御装置に関する。

背景技術

0002

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、系統電圧位相の調整に用いられる。

0003

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。

0004

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。

0005

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。

0006

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。

先行技術

0007

国際公開第2000/004564号

発明が解決しようとする課題

0008

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。

0009

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。

課題を解決するための手段

0010

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。

発明の効果

0011

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。

図面の簡単な説明

0012

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
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

実施例

0013

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。

0014

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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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上段は、遮断部3の入切を示し、図3中段はスイッチ5の入切を示し、図3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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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)

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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。

0040

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。

0041

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。

0042

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。

0043

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。

0044

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。

0045

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。

0046

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。

0047

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。

0048

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。

0049

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。

0050

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。

0051

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。

0052

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。

0053

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。

0054

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。

0055

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。

0056

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。

0057

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。

0058

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。

0059

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。

0060

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。

0061

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。

0062

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。

0063

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。

0064

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。

0065

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。

0066

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。

0067

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。

0068

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。

0069

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。

0070

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。

0071

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。

0072

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。

0073

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。

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