JPH06213978A - 開閉器の試験回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】直流で充電されたコンデンサを電源とし、この
コンデンサを変圧器１次巻線を介して放電させ、変圧器
２次側に所定周波数および電流値の試験電流を発生させ
る開閉器の試験回路において、変圧器２次側での試験用
開閉器による試験電流遮断後に開閉器の両端子間に現れ
る回復電圧の定常部が試験電流周波数に等しい周波数の
交流電圧となる回路構成を提供する。 【構成】閉極時間の短い高速投入器９２、あるいはトリ
ガキャップ、あるいは閉極動作が機械的に行われる短絡
器を並列に有するトリガキャップと変圧器５の１次側か
らみた洩れインダクタンスにほぼ等しいインダクタンス
を有するリアクトル４１との直列回路、または、コンデ
ンサと，変圧器１次側からみた洩れインダクタンスより
大きいインダクタンスを有するリアクトルとの直列回路
を変圧器５の１次巻線に並列に接続した回路構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、直流で充電されるコ
ンデンサと、保護用遮断器と、投入器と、変圧器の１次
巻線とが直列に接続されて構成され、変圧器の２次側に
遮断試験用開閉器を接続し前記投入器を投入して直流で
充電された前記コンデンサを放電させて変圧器の２次側
に所定周波数, 所定電流値の試験電流を発生させる開閉
器の試験回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、開閉器の電流遮断性能を検証する
ため、直流で充電されたコンデンサを電源とするととも
にコンデンサの静電容量を利用したＬＣ共振回路で交流
電流を得る試験回路が発電機を使用する大がかりな試験
回路に代わり多用されだしている。図６に基本回路を示
す。電源コンデンサ１に直列に保護用遮断器２、投入器
３、電流の周波数および電流値１２を試験値に調整する
リアクトル４と、変圧器５の１次巻線とを接続して閉回
路を形成し、前記変圧器５の２次側に試験用開閉器６を
接続し、所定の試験電流１３と試験電流遮断後の回復電
圧とが得られるように設計されている。

【０００３】図７に図６の回路の各機器のシーケンスと
遮断試験時の波形との説明図を示す。試験開始に先立
ち、保護遮断器２を閉極し、試験用開閉器６も閉極す
る。次に充電装置１０で電源コンデンサ１を所定の直流
電圧に充電して試験準備完了となる。試験シーケンスを
開始し、投入器３を閉極すると変圧器の１次回路に電流
Ｉ２１ (図７) が流れる。この電流が変圧器５の巻数比
により大きさが変わり２次側の試験用開閉器６に試験電
流１３として流れる。試験用開閉器６を図７の６１のよ
うに開極するとｔ１のアーク時間で電流の零値を迎え遮
断することになる。また、この時点では、図７に示すコ
ンデンサ１の端子電圧波形１１からも分かるように、変
圧器２次巻線の端子電圧も所定の回復電圧を有するの
で、交流開閉器の遮断性能がコンデンサによる直流電源
を用いて検証されることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、変圧器の２次
回路に流れる試験電流の遮断により、変圧器の２次回路
が開放され、変圧器の２次側巻線の対地浮遊容量５１と
変圧器の２次側巻線のインダクタンスとによる過渡振動
を伴った回復電圧が試験用開閉器の両端子間に印加され
る。しかし、変圧器の２次回路が開放されると、変圧器
１次巻線のインピーダンスが洩れインピーダンス (以下
短絡インピーダンスともいう) から値の極めて大きな励
磁インピーダンスに変化する。このため、図７の記号１
４に示すように、電源コンデンサの静電容量と変圧器の
励磁インピーダンスとで決まる極めてゆるやかな振動回
復電圧 (擬似直流電圧) になり、交流開閉器としての商
用周波数の回復電圧が得られない。

【０００５】一方、開閉器の電流遮断直後の主接触子開
離間隙の耐圧は、電流遮断が余裕をもって行われた場合
と辛じて行われた場合とで時間経過が異なり、辛うじて
行われた場合は、回復電圧の過渡振動部につづく定常部
領域で時間が経っても耐圧が上昇せず、横這いから徐々
に低下して、商用周波数の数サイクル後の時点で再発弧
に到る場合がある。このため、開閉器の遮断試験では、
開閉器による電流遮断後、回復電圧は少なくとも商用周
波数の数サイクル保持することが必要とされている。

【０００６】一方、主接触子開離間隙の耐圧には極性が
あり、直流回復電圧のように一方の極性のみを印加した
のでは不必要に過酷な試験となるか、緩和された試験と
なり、両極性で試験をしたとしても遮断の成否の判定は
過酷側の試験の結果から行うことになり、交流回復電圧
のように、両極性が交互に現れ、かつ両極性波高値の間
で電圧が小さくなって絶縁回復の期間が与えられる場合
との等価性を判断することは困難であるという問題点が
あった。

【０００７】この発明の目的は、冒頭記載の基本回路構
成による、直流で充電されたコンデンサを電源とする交
流開閉器の試験回路を、変圧器２次側での電流遮断後に
試験用開閉器にかかる回復電圧の定常部が直流電圧とな
ることを防止し、試験電流と同一周波数の交流回復電圧
となる回路とすることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、直流で充電されるコンデンサ
と、保護用遮断器と、投入器と、変圧器の１次巻線とが
直列に接続されて構成され、変圧器の２次側に遮断試験
用開閉器を接続し前記投入器を投入して直流で充電され
た前記コンデンサを放電させて変圧器の２次側に所定周
波数, 所定電流値の試験電流を発生させる開閉器の試験
回路を、変圧器の２次側に接続されている遮断試験用開
閉器で試験電流を遮断した直後に遮断試験用開閉器の両
端子間に現れる回復電圧の定常部が所定周波数と所定波
高値とを持つ交流回復電圧となるように前記変圧器の１
次側巻線に並列に、投入信号受信から閉極までの時間が
短い機械的な高速投入器と, 変圧器の１次側からみた洩
れインダクタンスにほぼ等しいインダクタンスを有する
リアクトルとの直列回路を備えた回路とする。

【０００９】ここで、上記高速投入器に代えてトリガキ
ャップを用いてもよい。また、上記高速投入器に代え、
トリガキャップと，このトリガキャップ閉極動作により
短絡する機械的短絡器とを並列に接続してなる短絡器付
きトリガキャップを用いるようにしてもよい。あるい
は、本発明が対象とした上記基本回路構成による試験回
路を、前記変圧器の２次側に接続されている遮断試験用
開閉器で試験電流を遮断した直後に遮断試験用開閉器の
両端子間に現れる回復電圧の定常部が所定周波数と所定
波高値とを持つ交流回復電圧となるように前記変圧器の
１次側巻線に、並列にコンデンサと，変圧器の１次側か
らみた洩れインダクタンスより大きいインダクタンスを
有するリアクトルとの直列回路を備えた回路とするのも
よい。

【００１０】

【作用】本発明は、さきに述べたように、回復電圧定常
部の電圧を直流電圧とした場合の商用周波数レベルの周
波数を有する交流電圧との等価性を理論的に証明するこ
とが困難な点に着目したものである。しかし、上述のよ
うに、変圧器１次巻線に並列に、高速投入器と，変圧器
の１次側からみた洩れインダクタンスにほぼ等しいイン
ダクタンスを有するリアクトルとの直列回路を接続した
試験回路とすることにより、変圧器２次側での電流遮断
直後の回復電圧過渡振動部につづく定常部を試験電流の
周波数に等しい周波数の交流回復電圧とすることができ
る。このために、詳細は実施例の項で説明するが、変圧
器１次側の回路に電流検出センサを設けるとともに、こ
の電流検出センサが検出した電流から電流零値前の所定
時点を検出して出力する駆動パルス発生手段を試験回路
の制御系に設け、この駆動パルス発生手段が出力した変
圧器２次側での試験電流最終零値前所定時点の信号で高
速投入器を始動させ、回復電圧過渡振動部での振動の減
衰終了時点近傍で閉極させる。これにより、変圧器１次
巻線に並列に、変圧器１次側からみた洩れインダクタン
スに等しいインダクタンスを有したリアクトルが接続さ
れるが、洩れインダクタンスは励磁インダクタンスと比
べて極めて小さいから、変圧器１次側回路の電流周波数
は電流遮断前と同じ試験電流の周波数を維持する。従っ
て、電源コンデンサの電圧を調整することにより、変圧
器２次側での電流遮断後に試験用開閉器にかかる回復電
圧定常部を、試験電流の周波数と所定の波高値とを有す
る交流回復電圧とすることができる。

【００１１】ここで、高速動作をする機械的な高速投入
器に代えて、通常広く用いられているトリガキャップ
(始動キャップ) を使用するようにすれば、機械的な高
速投入器が高精度の動作時間と、その使用頻度に基づい
て要求される長寿命とから機械的にも電気的にも頑丈に
作られ、かなり高価なものになるのに対し、より安価に
目的を達成することができる。

【００１２】さらに、機械的な高速投入器に代えて、ト
リガキャップと，このトリガキャップを閉極動作で短絡
する機械的な短絡器とを並列に接続してなる短絡器付き
トリガキャップを用いるようにすることにより、短絡器
は上記高速投入器のように高速かつ高精度の動作時間を
必要としないので、トリガキャップの動作に先行して閉
極することのないように動作時間のばらつきを見込んで
閉極時点を設定するのみにて、トリガキャップのアーク
による消耗を安価に抑制することができ、長寿命で経済
的な、かつ回復電圧の過渡振動部から定常部への移行時
点の制御を精度高く行いうる高速投入手段とすることが
できる。

【００１３】また、変圧器１次巻線に並列に、コンデン
サと，変圧器１次側からみた洩れインダクタンスより大
きいインダクタンスを有するリアクトルとの直列回路を
接続した試験回路では、試験電流周波数に等しい周波数
の交流回復電圧を得るのに、実施例の項で詳述するよう
に、試験用開閉器開放後にこの直列回路に流れる電流
を、従来の試験回路で試験用開閉器閉極中に変圧器１次
巻線に流れる電流よりも大幅に小さくすることができ、
これにより、電源コンデンサ等の回路要素を大型化する
ことなく、かつ時間制御を必要とすることなく、回復電
圧定常部のみならず、過渡振動部の振動中心を含めて試
験電流周波数の交流回復電圧とすることができる。

【００１４】

【実施例】図１に本発明による試験回路の第１の実施例
を、図２に、この試験回路による遮断試験時の回路構成
機器の動作シーケンスと各部の電圧、電流とを示す。試
験回路は、電源コンデンサ１、保護用遮断器２、投入器
３、試験電流を所定の周波数、電流値に合致させるため
の微調整可能なリアクトル４および変圧器５の１次巻線
を直列に接続して構成され、変圧器５の２次巻線端子間
に試験用開閉器６が接続される。さらに、変圧器５の１
次側回路には電流検出センサ８と、その出力信号で駆動
パルスを出力する駆動パルス発生回路７が配置され、投
入器３の閉極時点を時間の起点とし、図２のシーケンス
に従って試験用開閉器６が、図示されていない時間制御
装置により開極するように駆動信号が試験用開閉器６に
与えられる。なお、図２において、記号１１はコンデン
サ１の端子電圧、１２は変圧器５の１次側回路の電流波
形、３１は投入器３の閉極動作、６１は試験用開閉器の
開極動作、７１は変圧器５の１次側巻線に並列に配置さ
れる, 高速投入器９２を駆動する駆動パルスである。９
２０は高速投入器９２の閉極動作、１３は変圧器５の２
次側回路の電流波形、１４は試験用開閉器６の端子間に
現れる電圧波形をそれぞれ示す。

【００１５】この回路の試験はつぎの手順で実施され
る。試験用開閉器６が図２のシーケンスにおける記号６
１のように動作して、所定のアーク時間ｔ₁ で試験電流
の零値を迎え遮断する。試験電流１３が零になるのと同
時に変圧器５の２次側巻線端子間に図１の浮遊容量５１
と変圧器２次側巻線のインダクタンスとで決まる過渡振
動電圧が重畳された回復電圧１４が発生する。この電圧
波形の定常部を試験電流周波数で振動させるため、変圧
器５の１次巻線に流れる電流１２の零値前Δｔ₁で駆動
パルス発生回路７により駆動パルスを発生させ、試験電
流１３が零になり変圧器５の２次側巻線端子間の発生す
る回復電圧１４の過渡振動部が無くなる時間Δｔ₂ 後に
高速投入器９２を閉極させる。駆動パルス発生から高速
投入器９２閉極までの時間 (Δｔ₁ ＋Δｔ₂ ) に高速投
入器９２の閉極動作時間が含まれる。なお、変圧器５の
１次側回路の電流波形１２の内、１２１は変圧器５の１
次巻線に流れる電流であり、１２２は高速投入器９２と
リアクトル４１との直列回路に流れる電流を示す。

【００１６】図３は図１の高速投入器９２の代わりにト
リガキャップ９１を使用した, 図１と別の実施例を示
す。変圧器５の１次側回路の電流波形１２の零値前Δｔ
₁ で駆動パルスを発生させ回復電圧１４ (図２) の過渡
振動部が無くなる時間Δｔ₂ までのトリガキャップ９１
の動作時間調整は駆動パルス発生回路７に遅延時間回路
(図示されていない) を設けることで達成される。さら
に、図３(b) は図３(a)と別の実施例として、前記トリ
ガキャップ９１に機械的に閉極動作をする短絡器９４を
並列に配置し、トリガキャップ９１の損傷を防ぐためト
リガキャップ９１の動作後できるだけ速く閉極させトリ
ガキャップ９１のアークを消滅させるようにしたものを
示す。

【００１７】図４は本発明の第２の実施例を示す。図１
の高速投入器９２とリアクトル４２との直列回路の代り
にコンデンサ９３( Ｃ₁ ) とリアクトル４２( Ｌ₂ ) と
の直列回路を配置したもので、図５に動作シーケンスを
示す。試験用開閉器が所定のアーク時間ｔ₁ で試験電流
１３の零値を迎え遮断されると、変圧器５の２次側が開
放されるために変圧器５の１次側からの短絡インピーダ
ンスが励磁インピーダンスになり、コンデンサ１の直流
電圧が全て変圧器５の１次巻線に印加されるから、並列
に接続されているコンデンサ９３とリアクトル４２との
直列回路に、図５の１次側電流１２の内、１２３の電流
が流れ出し、変圧器の変圧比に応じ２次側に回復電圧１
４が発生する。

【００１８】ここで、コンデンサ９３とリアクトル４２
との直列回路が変圧器１次巻線に並列に接続されていな
いと仮定したときに試験用開閉器６が閉じている期間で
の変圧器５の１次巻線電流と、変圧器５の２次側電流が
試験用開閉器で遮断された後のコンデンサ９３とリアク
トル４１との直列回路に流れる電流との関係は次のよう
になり、実用的に問題なく変圧器５の２次側発生電圧を
試験電流周波数の交流回復電圧とすることができる。

【００１９】即ち、開閉器６が閉極中であれば次の式が
成立する。

【００２０】

【数１】

【００２１】ここで、 Ｉ₁₂₁ ：変圧器１次巻線に流れる電流の波高値 Ｖ₁ ：コンデンサ１の充電電圧 Ｌ₁ ：リアクトルのインダクタンス Ｌ_T ：変圧器１次側からみた洩れインダクタンス Ｃ₁ ：コンデンサ１の静電容量

【００２２】

【数２】 Ｉ₁₃ ＝Ｎ・Ｉ₁₂₁ (2) ここで、 Ｉ₁₃ ：変圧器２次巻線に流れる電流の波高値 Ｎ ：変圧器の変圧比

【００２３】

【数３】 (２πｆ₀ ) ² ＝Ｃ₁ ( Ｌ₁ ＋Ｌ_T ) (3) ここで、 ｆ₀ ：Ｉ₁₂₁ , Ｉ₁₃の周波数 また、開閉器６が開放され電流１３が流れていない状態
では次の式が成立する。なお、この場合には、変圧器１
次側からみた励磁インダクタンスが極めて大きいので、
計算上無限大とみなす。

【００２４】

【数４】

【００２５】ここで、 Ｉ₁₂₃ ：コンデンサ９３とリアクトル４２との直列回
路に流れる電流の波高値

【００２６】

【数５】

【００２７】ここで、 Ｃ₀ ：コンデンサ１とコンデンサ９３との直列静電容量 Ｃ₂ ：コンデンサ９３の静電容量( ＜＜Ｃ₁ )

【００２８】

【数６】

【００２９】(3) 式および上記(6) 式より、

【００３０】

【数７】 Ｃ₁ ( Ｌ₁ ＋Ｌ_T )＝Ｃ₂ ( Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ) (7) ここで、Ｃ₁ ＞＞Ｃ₂ であるから、Ｌ_T ＜＜Ｌ₂よっ
て、

【００３１】

【数８】

【００３２】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明では、本発
明が対象とした開閉器の試験回路、すなわち、直流で充
電されるコンデンサと、保護用遮断器と、投入器と、変
圧器の１次巻線とが直列に接続されて構成され、変圧器
の２次側に遮断試験用開閉器を接続し前記投入器を投入
して直流で充電された前記コンデンサを放電させて変圧
器の２次側に所定周波数, 所定電流値の試験電流を発生
させる開閉器の試験回路において、試験用開閉器による
変圧器２次側の試験電流遮断直後に試験用開閉器の両端
子間に現れる回復電圧の過渡振動部の振動減衰終了近傍
の時点で変圧器１次巻線に並列に、投入信号受信から閉
極までの時間が短い機械的な高速投入器と変圧器１次側
からみた洩れインダクタンスにほぼ等しいインダクタン
スを有するリアクトルとの直列回路、この高速投入器を
トリガキャップとした，前記リアクトルとの直列回路、
あるいは高速投入器を閉極動作が機械的に行われる短絡
器を並列に有するトリガキャップとして前記リアクトル
と直列にした回路を接続するようにし、あるいは、コン
デンサと変圧器の１次側からみた洩れインピーダンスよ
り大きいインダクタンスを有するインピーダンスとの直
列回路を変圧器１次巻線に並列に接続しておくようにし
たので、回復電圧定常部を試験電流周波数に等しい周波
数の交流回復電圧とすることができ、開閉器の電流遮断
能力の正しい評価が可能となった。これにより、通常段
階的に設定される開閉器の定格遮断容量の適用に際し、
不必要に１段階上位の定格のものを選択したり、あるい
は回復電圧定常部を直流電圧とする場合に極性の過酷さ
のちがいを誤認し、１段階下位の定格のものを選択した
りするようなことがなくなり、開閉器の選択に当たり、
信頼性と経済性とを両立させることができるようになっ
た。

【００３３】そして、請求項１の回路では、機械的な高
速投入器が、投入信号のみにて閉極時点の精度高くリア
クトルを変圧器１次巻線に並列に接続することができ、
試験回路の制御が単純, 確実に行われうるメリットを有
する。また、請求項２の回路では、請求項１の場合と比
べ、高速投入手段としてのトリガキャップの寿命が短い
ものの、より経済的に本発明の目的を達成できるメリッ
トがある。

【００３４】さらに、請求項３の回路では、上記機械的
な高速投入器を使用する場合と比べ、試験回路の制御は
やや複雑となるものの、長寿命で経済的な，かつ時間制
御の精度の高い高速投入手段を得ることができる。そし
て、請求項４の回路では、従来の試験回路に新たな制御
手段を付加することなく試験を実施できるメリットがあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による試験回路構成の第１の実施例を示
す回路図

【図２】図１に示す試験回路による遮断試験時の試験回
路構成機器の動作シーケンスと回路各部の電圧, 電流波
形とを示す説明図

【図３】図１に示す試験回路構成の変形例を示す図であ
って、同図(a) はその第１の変形例を示す回路図、同図
(b) は第２の変形例を示す要部の回路図

【図４】本発明による試験回路構成の第２の実施例を示
す回路図

【図５】図４に示す試験回路による遮断試験時の試験回
路構成機器の動作シーケンスと回路各部の電圧, 電流波
形とを示す説明図

【図６】従来の試験回路構成の一例を示す回路図

【図７】図６に示す試験回路による遮断試験時の試験回
路構成機器の動作シーケンスと回路各部の電圧, 電流波
形とを示す説明図

【符号の説明】

１ コンデンサ ２ 保護用遮断器 ３ 投入器 ４ リアクトル ５ 変圧器 ６ 開閉器（遮断試験用開閉器） ４１ リアクトル ４２ リアクトル ９１ トリガキャップ ９２ 高速投入器 ９３ コンデンサ ９４ 短絡器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流で充電されるコンデンサと、保護用遮
   断器と、投入器と、変圧器の１次巻線とが直列に接続さ
   れて構成され、変圧器の２次側に遮断試験用開閉器を接
   続し前記投入器を投入して直流で充電された前記コンデ
   ンサを放電させて変圧器の２次側に所定周波数, 所定電
   流値の試験電流を発生させる開閉器の試験回路におい
   て、前記変圧器の２次側に接続されている遮断試験用開
   閉器で試験電流を遮断した直後に遮断試験用開閉器の両
   端子間に現れる回復電圧の定常部が所定周波数と所定波
   高値とを持つ交流回復電圧となるように前記変圧器の１
   次側巻線に並列に、投入信号受信から閉極までの時間が
   短い機械的な高速投入器と, 変圧器の１次側からみた洩
   れインダクタンスにほぼ等しいインダクタンスを有する
   リアクトルとの直列回路を備えたことを特徴とする開閉
   器の試験回路。
2. 【請求項２】請求項第１項に記載の試験回路において、
   高速投入器に代えてトリガキャップを用いることを特徴
   とする開閉器の試験回路。
3. 【請求項３】請求項第１項に記載の試験回路において、
   高速投入器に代えてトリガキャップと，このトリガキャ
   ップを閉極動作により短絡する機械的な短絡器とを並列
   に接続してなる短絡器付きトリガキャップを用いること
   を特徴とする開閉器の試験回路。
4. 【請求項４】直流で充電されるコンデンサと、保護用遮
   断器と、投入器と、変圧器の１次巻線とが直列に接続さ
   れて構成され、変圧器の２次側に遮断試験用開閉器を接
   続し前記投入器を投入して直流で充電された前記コンデ
   ンサを放電させて変圧器の２次側に所定周波数, 所定電
   流値の試験電流を発生させる開閉器の試験回路におい
   て、前記変圧器の２次側に接続されている遮断試験用開
   閉器で試験電流を遮断した直後に遮断試験用開閉器の両
   端子間に現れる回復電圧の定常部が所定周波数と所定波
   高値とを持つ交流回復電圧となるように前記変圧器の１
   次側巻線に並列に、コンデンサと，変圧器の１次側から
   みた洩れインダクタンスより大きいインダクタンスを有
   するリアクトルとの直列回路を備えたことを特徴とする
   開閉器の試験回路。