JPH03105812A - 遮断器の合成試験回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電力用遮断器の短絡電流遮断性能の検証の際
に使用する合成短絡等価試験回路に係り、特に，定格電
圧の高い遮断器に要求される．波高時間の長い四パラメ
ータ過渡回復電圧（ＴＲＶ）を経済的に発生し得る試験
回路に関する。

〔従来の技術〕

第３図は、すでに提案した四パラメータＴＲＶ発生回路
である。供試遮断器１から図示の左側は，電流源回路と
呼ばれ、大電流を供給し得る電源２，電流調節用のリア
クトル３，第一の補助遮断器４，及び、サージ吸収用の
コンデンサ５とからなる。

一方、供試遮断器１から図示の右側は，電圧源回路と呼
ばれ、図示しない充電装置を備えた電圧源コンデンサ６
，放電制御ギャップ７，電圧源電流調節用のリアクトル
８，過渡回復電圧の初期上昇率調節用の抵抗９，コンデ
ンサ１０，１１，四パラメータ表示に適したＴＲＶを発
生するために，必要な時点で電圧源回路の一部を切り離
すための，第二の補助遮断器１２（少なくとも微少な電
流遮断性能を備えたスイッチ，ギャップ等でもよい）、
前述と同様に、過渡回復電圧の初期上昇率を抵抗９と共
働して調節するための抵抗１３，枝路９ー１０−４１ヒ
共働して四パラメータＴＲＶの波高値を発生するための
コンデンサ１４，１５、抵抗１６，及びインダクタンス
１７とからなる。

これら各素子の主な作用を順に説明すると、次の通り。

Ｏ）供試遮断器１と第一の補助遮断器４とを閉じている
状態で、電源２からリアクトル３を通して供試遮断器ｌ
に短絡電流ｉｃを供給し、適当な時点で、供試遮断器１
と補助遮断器４とを、ほぼ同時に開極する。これにより
、供試遮断器１と補助遮断器４ではアークが発生する。

（ｂ）やがて、供試遮断器１の吹き付け圧力、その電極
間距離など，消弧に必要な条件が満足されて、電流源電
流ｉｃは遮断されるが、ｉｃの最終零点直前で、制御ギ
ャップ７に指令を送り、これを放電させる。

（ｃ）従来の装置では、高橋功，佐藤稔；′゛四パラメ
ータＴＲＶ発生回路と特殊スイッチ”昭和６０年電気学
会全国大会ＮＧ．１３５２のように，制御ギャップ７が
放電した時点で、第二の補助遮断器１２がすでに開極し
て、その極間距離が適当な値になっているものが知られ
ている．このような方式では、制御ギャップ７の放電に
より，電圧源コンデンサ６から、放電制御ギャップ７，
リアクトル８，抵抗９，コンデンサ１０．１１へと電流
が流れる。これにより、第４図に示すように、第二の補
助遮断器１２の極間電圧ＶｇＯが上昇する。

（ｄ）第二の補助遮断器の極間電圧が、その耐圧をこえ
ると、その極間で放電が発生し、供試遮断器１へ電圧源
電流ｉ　ｖを供給する。

（ｅ）電圧源電流１ｖ通電期間中に、制御ギャップ７が
放電後、コンデンサ１０．１１等に充電された電圧は、
ほとんど消失する。

（ｆ）あらかじめ、第二の補助遮断器１２の遮断性能を
後述のように微弱に選定し、コンデンサ１０，１１．１
４及び１５の静電容量の大小関係を次式のように定めて
おく。コンデンサ１０等の静容量をＣＩＯ等と表現して
， 。ｚａ（Ｃｔｏ　　　　　　　　　　　　　・・・（】
〉Ｃｌ番《Ｃ五ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　・・・（２）Ｃｌ４＜Ｃ１Ｍ　　　　　　
　　　　　　　　　・・・（３）（ｇ）電圧源電流ｉ　
ｖの次の電流零点で、供試遮断器１は電流遮断に或功し
，第二の補助遮断器１２は、この時点では電流を遮断で
きなかったとすると，その時点でコンデンサ６には初期
の充電電圧とは逆極性の電圧が残留しているので、この
電圧により，第３図に示す電流ｉ！，ｉｚ及び１８が流
れる． （ｈｌ電流ｉｚと抵抗１３．コンデンサ１４．１５の直
列回路のインピーダンスとで発生する電圧降下により，
ＴＲＶの初期部分が発生する。

ＴＲＶのこの戒分をＴＲＶＩ　と呼ぶことにする。

（ｉ）その後，第二の補助遮断器１２を通る電流１２は
電流零点をむかえ、補助遮断器エ２はその電流は遮断で
きるものとする。

（ｊ）この特点のＴＲＶは、（３）式から、ほとんど大
部分の電圧はコンデンサエ４間にあらわれ、コンデンサ
１５の端子電圧は低い。従って、コンデンサ１０．１１
の静電容量比をあらかじめ計算で適切に選定しておけば
、コンデンサ６に残留している電圧の一部をコンデンサ
１０．１１で分圧し、抵抗１６，リアクトル１７を通し
て、コンデンサ１５の端子電圧を遅れて，さらに高める
ことができる。

（ｋ）コンデンサ１５の端子電圧のうち、遅れて高まる
部分をΔＴＲＶと表示すると、供試遮断器１の極間には
、（ＴＲＶＬ＋ΔＴＲＶ）として第４図に示すようレこ
、四パラメータ表示に適した電圧を印加することができ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

第３図は、定格電圧の高い遮断器のための波高時間の長
い四パラメータＴＲＶを経済的に発生することをめざし
たものであり，コンデンサ６に対するコンデンサ１０．
１１の割合も比較的大きい．一例では、コンデンサ１０
，１１の直列合成静電容量は、コンデンサ６に対して３
０％程度に達することがある。

前記の公知例の回路現象の説明では，制御ギャップ７の
放電後、第二の補助遮断器ｌ２の放電の瞬間までに、コ
ンデンサ１０，ｉ１等にＭ積された電荷は、第二の補助
遮断器１２の放電により、試験回路中に無益な熱の発生
などの形で失われる。

これは、コンデンサ６を、例えば，設備限界まで充電し
たとしても、損失のために、供試遮断器ｌの試験に役立
つのは、その損失分を差し引いた電圧となる， 一例では、前述の損失はコンデンサ６の充電電圧に換算
して約２０％程度に達することもある。

長い間の研究開発により、ＳＦｇガス遮断器はめざまし
い進歩をとげ，現在では４　２　０ｋＶ５　０ｋＡ級の
遮断器も一点切りで開発できる段階に達し、さらに，　
５　２　５ｋＶ６　３ｋＡ級一点切りの開発をめざした
研究が進められている段階にあり、従って、短絡電流遮
断試験時の電圧は、ほとんど，′Ｈ備限界まで使用する
必要が生じており、２０％の電圧損失は許容できない。

本発明は、この電圧損失を低減させることを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

第二の補助遮断器１２が放電した際の電圧源コンデンサ
６の電圧損失を小さくするために、抵抗９，コンデンサ
１０の直列回路に直列に静電容量がコンデンサ１０．１
１に比較して相当小さいコンデンサを接続し，第二の補
助遮断器１２が放電した後に、その追加したコンデンサ
を追加した抵抗を通して、あるいは、直接に（追加した
抵抗値を実質的に零とする）追加した放電ギャップによ
って短絡する。

〔作用〕

一般に、コンデンサに貯えられる電荷は静電容量と、コ
ンデンサ端子間の電圧の積に比例する。

また、追加したコンデンサ，及びコンデンサ１０及び１
工の三つの直列からなる合成静電容量は、いずれの単独
静電容量よりも小さくなる。従って、追加するコンデン
サの静電容量をコンデンサ１０．１１のそれに比較して
、十分小さく選定しておくと、第二の補助遮断器１２の
放電電圧を一定として、追加したコンデンサ、コンデン
サ１０及びｌ１の三つの直列コンデンサの合成静電容量
に貯えられる電荷も小さくなる。そのため，コンデンサ
６の充電電圧の損失も小さ《なる。

第３図の回路定数が、ある目標の西パラメータＴＲＶの
発生に適した回路定数に選定されていたと仮定すると、
ＴＲＶの発生する時点では、規格の要求する四パラメー
タＴＲＶを発生するためには、追加したコンデンサは回
路の中に存在してはならないので、第二の補助遮断器１
２の放電後に、追加したギャップを放電させて、追加し
たコンデンサの両端子を短絡する．この場合、追加した
コンデンサをインピーダンス零で短絡するのは、コンデ
ンサの寿命の上で好ましくないので、追加したギャップ
に抵抗を直列接続する。しかし、場合によっては、その
抵抗は省略できる。

〔実施例｝ 第２図は本発明の一実施例を示す。破線で図示した部分
が、第３図の従来例に追加した部分である。破線で囲ん
だ部分以外の各部分の構或要素とその作用は，従来例と
同様であるから、その詳細説明は省略する． 破線わく内には、コンデンサ１８，抵抗１９，及び、放
電制御ギャップ２０が図示のように接続される．コンデ
ンサ１８の静電容量は、コンデンサ１０．１１の直列合
成静電容量よりできるだけ小さく選ぶ。抵抗１９はギャ
ップ２０が放電した場合、コンデンサ１８を保護するた
めに設けるもので，保護上問題のない範囲で、小さく選
ばれる。

ＴＲＶの発生上，ぜひ必要ならば抵抗９’　，１９の和
を第３図の抵抗９と等しく選ぶ。

第二の補助遮断器の役目を果す、放電ギャップ１２′は
、電極間に、例えば、ＳＦｅガス等の適当な吹付けがあ
って，供試遮断器に比較して微弱な電流遮断性能を持つ
ものとする。

制御ギャップ７の放電以前の各部の作用は、第３図の従
来例の場合と同じである。制御ギャップ７が指令を受け
て放電すると、あらかじめ充電してあるコンデンサ６か
ら，制御ギャップ７，リアクトル８，コンデンサ１８，
１０．１１を通して電流が流れ、コンデンサ１８，１０
．１１の各コンデンサは充電される。この段階で、リア
クトル１７を通る微弱な電流も発生するが、本発明の主
要部の説明には直接には関係ないので、説明は省略する
。この場合、第１図で追加したコンデンサ１８の静電容
量が、コンデンサ１０．１１の直列合成静電容量より、
非常に小さく選んでいるので，前述の電流は、第３図に
示した従来例の場合に比較して小さい。

時間の経過につれて、コンデンサ１８の端子電圧が上昇
すると、第２の補助遮断器１２′の極間電圧も高まり、
その電圧が予定の電圧に達した時点で、第二補助遮断器
１２′の極間で放電する。

これにより、供試遮断器１へ電圧源電流の供給が開始さ
れる．第二の補助遮断器１２′の放電により，コンデン
サ１８の電圧は、ほぼ、コンデンサ１８の静電容量と抵
抗９′の積で定まる時定数で減衰を開始するから、第二
の補助遮断器１２′の放電を検出して、制御ギャップ２
０へ指令を送り、放電させるものとする。制御ギャップ
２０のトリガパワを適切に選定すれば、電圧源電流１ｖ
の遮断後，過渡回復電圧の発生後まで、制御ギャップ２
０の極間を、ほぼ、短絡状態に保つことができる。

これにより，供試遮断器１の遮断性能の検証に関しては
、第３図に示した従来例の回路の作用と同等のものを提
供できる。この場合、コンデンサ１８の静電容量を，コ
ンデンサ１０．１１の直列合成コンデンサのそれより小
さく選んでいるので、第二の補助遮断器１２’の放電に
より電荷の損失が少なく、電圧源コンデンサ６の電圧を
有効に利用できるという効果がある。

説明の便宜上，第３図に示した従来例に追加した部分の
回路構成の単純な方を先に説明したが，次により実用的
な、本発明の異なる実施例を第１図に示す。

第１図でも、破線わく内の部分が，第３図に示した従来
例に追加した部分を示している。

第１図のコンデンサ１８ａ，１８ｂは静電容量，耐電圧
とも、ほぼ、等しく、その静電容量は各々、コンデンサ
１０．１１の直列合戒静電容量の５０％より相当小さく
選ぶ。抵抗１９ａ，Ｌ９ｂは、例えば、第３図の抵抗９
とほぼ同程度に選ぶ。また、抵抗１９ｃは第２図の抵抗
ｌ９と同様の作用を期待するもので、同じ考えで選ぶ．
放電ギャップ２０ａ，２０ｂは、必ずしも、トリガを与
える制御ギャップである必要はなく、単純なギャップで
よい． これら各素子の作用を、第５図に示す現象説明図を併用
して説明する． まず、制御ギャップ７を放電すると、あらかじめ充電し
てあるコンデンサ６から、制御ギャップ７，リアクトル
８，抵抗１９ａ，１９ｂを通して、コンデンサ１８ａ，
１８ｂに電流が流入し、さらに、コンデンサ１０．１１
を通して流れる第５図（ａ）。その結果，放電ギャップ
２０ａの極間には、コンデンサ１８ｂの両端子間の電圧
と、抵抗１９ａの両端子間の電圧の差が呪われる。これ
を第５図（ｂ）に示す。これは、また、コンデンサ１８
ａの端子間電圧と、抵抗１９ｂの端子間電圧の差にも等
しい。また、この電圧コンデンサ１８ｂの端子間電圧よ
りも小さい。

この場合、第二の補助遮断器１２′の極間には第５図（
ａ）のように電圧が発生する。

一方、ギャップ２０ｂの極間には、コンデンサ１８ａの
端子間電圧と抵抗１９ａの端子間電圧の和が現われてい
る。これを第５図（ｅ）に示す。

これはまた、コンデンサ１８ｂの端子間電圧と、抵抗１
９ｂの端子間電圧の和に等しい．この電圧はコンデンサ
１８ｂの端子間電圧よりも高い．時間の経過につれて、
第二の補助遮断器１２′の極間電圧が高まり（第５図（
ｄ））．ついにその耐圧の限界に達して放電すると、コ
ンデンサ１８ａ，１８ｂの電荷は、第二の補助遮断器１
２′，供試遮断器１，コンデンサ１０，コンデンサ１工
及び抵抗１９ａまたは１９ｂを通して流れるこの状態で
、抵抗１９ａまたはＬ９ｂに流れる。電流の駆動電源電
圧になるのは、コンデンサ１８ａ，１８ｂに，その段階
までに充電された電圧であり、第二補助遮断器１２′の
放電後、抵抗１９ａ，１９ｂに流れる電流の向きが逆転
する。

抵抗１９ａ，１９ｂを流れる電流の向きが逆転する結果
，放電ギャップ２０ａにはその時点のコンデンサＬ８ｂ
の端子間電圧より高い電圧が呪われる（第５図（ｂ））
．一方、放電ギャップ２０ｂには、コンデンサ１８ｂ、
または、１８ａの端子間電圧よりも低い電圧が現われる
（第５図（Ｃ））。

従って、ギャップ２０ａり放電電圧を適切に選定してお
けば、第二の補助遮断器１２′が放電した直後に、ギャ
ップ２０ａの極間電圧が急速に高まった時点で微少な時
間遅れをもって、自動的にギャップ２０ａの極間で放電
させることが可能である。

ギャップ２０ａの極間が放電すると，ギャップ２０ｂの
極間には、コンデンサ１８ａ，１８ｂの電圧の和が現わ
れ、その極間電圧を第５図（ｅ）に示すように、再び急
速に高めることができる．従って、ギャップ２０ｂの放
電電圧を適切に選定しておけば、ギャップ２０ａの放電
後、ギャップ２０ｂを放電させることが可能になる．例
えば、ギャップ２０ｂを大気中ギャップとしておけば、
第二の補助遮断器１２′の放電後、電圧源電流ｉ，を供
給し、その後の過渡回復電圧発生の期間の、数ｍｓ程度
の期間は、ギャップ２０ｂの極間を導通状態に保てる。

ギャップ２０ｂの放電後は、第１図の回路の作用は、第
３図に示した従来例と同様であり，西パラメータＴＲＶ
を発生できる。

この実施例では、第二の補助遮断器１２′，放電ギャッ
プ２０ａ，２０ｂのいずれに対しても、時間的に放電指
令を与えなくとも、自動的に、順次、放電させることに
より、取扱いが便利で，放電エネルギの損失の少ない四
パラメータＴＲＶを発生できる合成短絡等価試験回路を
提供することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば，従来、第二補助遮断器の放電直後に無
駄に失なわれていたエネルギを減少させることができる
ので、電圧源コンデンサの充電電圧を有効に、ＴＲＶの
発生に利用し得る、波高時間が長くて，電圧の高い四パ
ラメータＴＲＶ発生回路を提供できる。

また、従来の回路では第二補助遮断器の放電電圧がばら
つくと、各部の初期条件が変化して、ＴＲＶ波形もその
影響を受けたが，本発明によれば、第二補助遮断器の放
電以前に回路に流れる電流は微小なために、その影響が
なくなるという好ましい効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図は本発明の
他の実施例の回路図，第３図は従来の回路図、第４図は
現象の説明線図、第５図は電圧，電流の説明線図である
。 ｌ・一・供試遮断器、２・・・電流源電源、３，８．１
７・・・リアクトル、４，１２，１２’・・・補助遮断
器、５，６，１０，１１，１４，１５，１８，１８ａ，
１８ｂ・・・コンデンサ．７．２０・・・放電制御ギャ
ップ、９，１３，１６，１９，１９ａ，１９ｂ−抵抗、
７　．　２　０−・・放電制御ギャップ、２０ａ，２０
ｂ第 １ 図 第 ４ 図 む Ｉ 時間 −うト 第２図 第３図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、供試遮断器に第一の補助遮断器を経由して短絡大電
   流を供給する電流源回路と、充電装置を備えた電圧源コ
   ンデンサから放電制御ギャップとリアクトル及び第二の
   補助遮断器を通して前記供試遮断器に電圧源電流を供給
   する遮断器の合成等価試験回路であつて、前記供試遮断
   器にくらべて遮断性能が微弱であり、前記電圧源電流の
   通電開始からその遮断後、微少時間経過後までは導通状
   態にある前記第二の補助遮断器を前記供試遮断器と前記
   電圧源回路との間に挿入し、前記第二の補助遮断器の両
   端子と大地間に、それぞれ抵抗と多段のコンデンサとの
   直列回路を接続し、前記第二補助遮断器の供試遮断器側
   に接続されるコンデンサは、静電容量の比較的小さいコ
   ンデンサと静電容量が大きく、アース側に接続されたコ
   ンデンサとからなり、前記第二の補助遮断器がその通過
   電流を遮断後、前記第二の補助遮断器の電圧源側端子と
   大地間に接続された過渡回復電圧調整用のコンデンサの
   適当な段数を、あらかじめインダクタンスを含む適当な
   インピーダンスを通して、前記第二の補助遮断器の前記
   供試遮断器側に接続された直列コンデンサの静電容量の
   大きなコンデンサに接続することにより、四パラメータ
   過渡回復電圧を発生するように構成した合成試験回路に
   おいて、 前記第二の補助遮断器の放電によつて電圧源電流を供給
   し、しかも前記第二の補助遮断器の放電後、前記第二の
   補助遮断器の電圧源回路側に接続された過渡回復電圧調
   整用の多段直列静電容量を大きくするような手段を設け
   たことを特徴とする遮断器の合成試験回路。