JPH065982B2 - 開閉装置 - Google Patents

開閉装置

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JPH065982B2
JPH065982B2 JP59094493A JP9449384A JPH065982B2 JP H065982 B2 JPH065982 B2 JP H065982B2 JP 59094493 A JP59094493 A JP 59094493A JP 9449384 A JP9449384 A JP 9449384A JP H065982 B2 JPH065982 B2 JP H065982B2
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thyristor
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/13Modifications for switching at zero crossing
    • H03K17/136Modifications for switching at zero crossing in thyristor switches
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/001Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off

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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は開閉装置、特に交流負荷に対する交流電流を
半導体スイッチを用いて断続制御する開閉装置に関する
ものである。
〔従来技術〕
第1図は、例えば雑誌「電気計算」(昭和44年10月
号)のP258の第11図に記載されている、機械的開
閉器を用いた従来の無効電力制御用のコンデンサ開閉装
置の回路図であり、図において、1は交流電源母線、2
a〜2cは開閉器、3a〜3cはそれぞれ開閉器2a〜
2cを介して前記交流電源母線1に接続した交流負荷と
してのコンデンサである。
次に動作について説明する。第1図において交流電源母
線1の力率が低下してくると、開閉器2a〜2cを順次
にONにして、力率の程度に応じてコンデンサ3a〜3
cを投入する。この場合、開閉器2a〜2cの投入位相
によつては定格電流の6〜10倍の突入電流が流れるた
め、交流電源母線1の電圧が大きく歪み同一母線に接続
されている他の機器(例えばサイリスタ変換装置等)に
悪影響を及ぼす。従つて、コンデンサの単位バンク容量
をあまり大きくすることができず、その結果、コンデン
サバンク数が増加するため、配置スペースが大きくな
り、価格も高くなるという問題があつた。又、開閉頻度
が多い場合は、コンデンサ開閉時の過渡現象のため開閉
器2a〜2cやコンデンサ3a〜3cの寿命低下を生じ
るという問題があつた。
このため、開閉頻度の多い用途には第2図に示すよう
に、前記第1図の開閉器3a〜3cの代りにサイリスタ
の逆並列回路で構成されたサイリスタスイツチ4a〜4
cを用いて、コンデンサ3a〜3cの回路を開閉するコ
ンデンサ開閉装置(例えば特公昭50−40218号公
報に開示されている)が適用されている。
第3図は前記第2図のサイリスタスイツチ4を用いて、
コンデンサ3を開閉する場合の基本回路図を示してい
る。
次に上記基本回路の動作を第4図の波形図について説明
する。第4図は時刻t以前、サイリスタスイツチはO
FFになつている状態を示しており、第4図(b)に示す
ようにサイリスタスイツチ4には第4図(a)に示す交流
電源電圧に等しい電圧Eが印加されている。
負荷のコンデンサ3を投入する場合は投入時の投入電流
を緩和するため、サイリスタスイツチ4はその両端電圧
が0になる時に同期してONにするように、不図示の制
御回路から出力された制御信号によつて制御される。即
ち第4図においては、時刻tにサイリスタスイツチ4
はONになる。この場合、コンデンサには第4図(c)に
示す電流が流れる。
次にサイリスタスイツチ4をOFFにする場合に該サイ
リスタへのゲート点弧信号をOFFにすれば良く、第4
図(c)に示すように時刻tにおいて、コンデンサ電流
が0になつた時点でサイリスタスイツチはOFFにな
る。この時刻tは電源電圧Eのピーク位相に一致して
おり、従つてコンデンサ3は時刻tにおいて電源電圧
のピーク値E迄充電されている。
上記のように時刻tでサイリスタスイツチがOFFに
なると、コンデンサ3には電圧Eが充電されたままにな
つているため、コンデンサ電圧Eに交流電圧源1の電圧
が重畳され、第4図(b)の時刻t以降に示すようにサ
イリスタスイツチ2には2Eの電圧が印加されることに
なる。このため、サイリスタ素子としては少なくとも2
E〜3Eの耐圧が必要となる。
一方、コンデンサ3を投入している期間はサイリスタス
イツチ4がONになりつぱなしであり、サイリスタ4の
順電圧降下による電気損失が大きく効率の低下を招くと
共に大きな冷却装置を必要とし、装置が高価となる。
従来のコンデンサ開閉装置は以上のように構成されてい
るので、第1図の機械的開閉器の場合には、開閉頻度の
多い所には使用できず、又、コンデンサ投入時の突入電
流による電源電圧歪の関係からコンデンサバンクの単位
容量を大きくできないという欠点があつた。又、第2図
のサイリスタスイツチを用いた場合には、サイリスタの
順電圧降下により電気損失が大きくなると共にコンデン
サバンク毎にサイリスタスイツチが必要であるため装置
が高価であるという欠点があつた。
〔発明の概要〕
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、コンデンサをサイリスタスイツチ
で電源に投入した後は開閉器でサイリスタスイツチをバ
イパスするようにし、更に複数バンクのコンデンサに対
して1つのサイリスタスイツチで対応できるようにする
ことにより、電気損失の少い小形かつ安価なコンデンサ
開閉装置を提供するものである。また、前記サイリスタ
スイツチに並列に非線形抵抗素子を接続することによ
り、過電圧を抑制することのできるコンデンサ開閉装置
を提供するものである。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の第1実施例を前記第1図と同一部分に
同一符号を付した第5図について説明する。第5図にお
いて、5は複数のコンデンサバンク3a〜3cに対し共
通に使用するサイリスタスイツチ、6a〜6cはサイリ
スタスイツチ4の負荷側端と各コンデンサ3a〜3cの
電源側端との間に設けたサイリスタスイツチ切替え用の
開閉器である。
この発明の第1実施例は上記の構成からなるもので、以
下、その動作を第7図の波形図について説明する。第5
図においてコンデンサバンク3a〜3cが電源1から切
離されている状態では、開閉器2a〜2c及び6a〜6
cは全てOFFになつており、又、サイリスタスイツチ
5もOFFになつている。
コンデンサバンク3aを交流電圧線1に投入する場合
は、まず第7図(b)に示すようにサイリスタスチツチ5
をOFFにしたままで時刻tに開閉器6aをONにす
る。この場合、第7図(d)に示すようにサイリスタスチ
ツチ5には電源電圧Eに等しい電圧が印加され、更に時
刻tにおいて、サイリスタスイツチに印加される電圧
が0になつた時に、不図示の制御回路から出力された制
御信号によつてサイリスタスイツチ5をONにし、コン
デンサバンク3aを突入電流なしに交流電圧線1に投入
する。コンデンサバンク3aが投入されると、第7図
(e)に示すように、開閉器2aを時刻t3においてONに
し、第7図(f)に示すようにサイリスタスイツチ5に流
れている電流を開閉器2aに転流させる。その後サイリ
スタスイツチ5をOFFにし更に開閉器6aを時刻t
OFFにする。
次にコンデンサバンク3bを投入する場合は、コンデン
サバンク3aを投入する場合と同様にサイリスタスイツ
チ5をOFFにしたまま開閉器6bをONにした後、サ
イリスタスイツチ5に印加される電圧が0になつた時点
でサイリスタスイツチ5をONにして、コンデンサバン
ク3bを突入電流なしに交流電圧線1に投入する。コン
デンサバンク3bが投入されると開閉器2bをONに
し、サイリスタスイツチ5に流れている電流を開閉器2
bに転流させる。その後サイリスタスイツチ5をOFF
にし、更に開閉器6bをOFFにする。
コンデンサバンク3cを投入する場合も上記と同様の順
序でコンデンサバンクをサイリスタスイツチ5により投
入することができる。
このように、コンデンサ投入後はサイリスタスイツチ5
を介して行うことにより、突入電流を防止できると共に
投入御は開閉器2a〜2c側に電流を流すようにするた
め、サイリスタスイツチの定格としては短時間定格で良
く又、電気損失も少ない。
次にコンデンサバンク3cを開放する場合の動作につい
て以下に説明する。
第8図(b)において、時刻tに開閉器6cをONにす
ると共にサイリスタスイツチ5をONにする。その後第
8図(e)に示すように開閉器2cを時刻tでOFFに
して、第8図(c)及び(f)に示すように開閉器2cに流れ
ていた電流をサイリスタスイツチ5へ転流させる。その
後サイリスタスイツチ5のゲート信号をOFFにする
と、第8図(c)に示すようにサイリスタスイツチ5は該
サイリスタスイツチに流れる電流が0になつた時刻t
でOFFになつて、回路電流を阻止する。この時、コン
デンサ3cには電源電圧のピーク値E迄充電されている
ため、サイリスタスイツチ5には2Eの電圧が印加され
る。その後開閉器6cを時刻t4でOFFにして、コンデ
ンサンバンク3cを交流電圧線1から完全に切離す。
次に、コンデンサバンク3bを開放する場合も上記コン
デンサバンク3cを開放する場合と同様に、まず、開閉
器6bをONにすると共にサイリスタスイツチ5をON
にする。その後開閉器2bをOFFにして、開閉器2b
に流れていた電流をサイリスタスイツチ5へ転流させ
る。この後サイリスタスイツチ5のゲート信号をOFF
にすると、サイリスタスイツチ5は該サイリスタスイツ
チに流れる電流が0になつた時にOFFとなり、回路電
流を阻止する。その後、開閉器6bをOFFにしてコン
デンサバンク3bを交流電圧線1から完全に切離す。
コンデンサバンク3aを交流電圧線1から開放する場合
も上記と同様である。
以上に説明したように、コンデンサバンク3a〜3cを
開閉する場合は、常にサイリスタスイツチ5を用いて無
接点開閉を行い、開閉時は突入電流等の過渡現象なしに
行うことができるので、コンデンサ投入時、交流電圧線
1(電源側)に電圧歪を生じない。又、コンデンサ投入
時にコンデンサへの突入電流がないので、開閉頻度が多
くてもコンデンサの寿命劣化は生じない。更に、開閉器
2a〜2c及び6a〜6cを開閉する際は、電流が0又
は他に電流をバイパスできる回路がある状態で開閉され
るので、開閉器の寿命劣化は生じないという効果が得ら
れる。また開閉器は電流開閉能力を必要としないので、
断路器でも使用可能である。
第6図は前記第5図と同一部分に同一符号を付したこの
発明の第2実施例を示す回路図である。第6図におい
て、7はサイリスタスイツチ5に並列に接続した非線形
抵抗である。
第6図におけるコンデンサバンク3a〜3cの投入動作
は第5図の場合と全く同一である。ただし、コンデンサ
3a〜3cを開放する場合、第5図の実施例ではサイリ
スタスイツチ5が第8図の時刻tでOFFになつた直
後には、コンデンサ3a〜3cは電源電圧のピーク値E
迄充電されているため、サイリスタスイツチ5には、第
8図(d)に点線で示されるように2Eの電圧が印加され
るため、サイリスタスイツチ5の耐圧は少なくとも2E
が必要であつた。
しかるに、第6図の第2実施例ではサイリスタスイツチ
5と並列に非線形抵抗7を接続してあるので、第9図
(d)の実線で示すようにサイリスタスイツチ5のOFF
後の印加電圧は、非線形抵抗7よりほぼ電源電圧E程度
の大きさの波高値に制限される。
非線形抵抗7には、常時は電圧が印加されておらず、サ
イリスタスイツチ5がON又はOFFになつた時のわず
かの期間だけ印加されるだけであるため、抵抗内部の消
費エネルギーは小さく、従つて、サイリスタスイツチ5
に印加される電圧を短時間の期間ほぼE程度に制限する
ことが可能である。
このように、非線形抵抗7をサイリスタスイツチ5と並
列に接続することにより、サイリスタスイツチ5に印加
される電圧を制限することができるもので、前記第1実
施例に比べ、更に、安価な開閉装置を提供することがで
きる。
なお、上記実施例ではコンデンサバンクの開閉の場合に
ついて示したが、負荷はコンデンサのみにかかわらず交
流負荷なら何でもよい。又上記実施例は開閉器としてし
や断器の場合について示したが、断路器や開閉器であつ
てもよい。更に、上記実施例ではサイリスタの逆並列回
路で構成されるサイリスタスイツチの場合について示し
たが、GTOサイリスタやその他の半導体スイツチ素子
でもよく、これら、いずれの場合も上記実施例と同様の
効果を奏する。
〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、複数のコンデンサバ
ンクの開閉器と並列に、各コンデンサバンクに対し共通
1台のサイリスタスイツチとサイリスタスイツチ切替え
用の開閉器を接続し、コンデンサバンクの開閉は全てサ
イリスタスイツチを用いて無接点により行うように構成
したので、コンデンサ投入時の電源電圧の歪を解消でき
ると共に開閉頻度が多い場合もコンデンサや開閉器の寿
命に影響を与えず、通電中の電気損失の少ない開閉装置
が安価に得られる効果がある。又、上記サイリスタスイ
ツチと並列に非線形抵抗素子を設けてあるので、サイリ
スタスイツチがオフしたときには、コンデンサバンクの
充電電圧が上記非線形抵抗素子を通じて急速に放電す
る。その結果、サイリスタスイツチに対する過電圧印加
を抑制するという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の機械的開閉器を用いたコンデンサ開閉装
置を示す回路図、第2図は従来の各コンデンサバンク毎
にサイリスタスイツチを用いたコンデンサ開閉装置を示
す回路図、第3図はサイリスタスイツチによるコンデン
サ開閉装置の基本動作を示す回路図、第4図は第3図の
回路各部の動作波形を示す波形図、第5図はこの発明の
開閉装置の第1実施例を示す回路図、第6図はこの発明
の開閉装置の第2実施例を示す回路図、第7図は第5図
に示す第1実施例のコンデンサ投入時の動作を示す波形
図、第8図は第5図に示す第1実施例のコンデンサ開放
時の動作を示す波形図、第9図は第6図に示す第2実施
例のコンデンサ開放時の動作を示す波形図である。 1…交流電源母線、2,2a〜2c…開閉器、3,3a
〜3c…コンデンサバンク、4,4a〜4c…サイリス
タスイツチ、5…サイリスタスイツチ、6a〜6c…サ
イリスタスイツチ切替え用開閉器、7…非線形抵抗。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流電源母線に接続され突入電流を流さな
    い交流電圧位相に同期して閉成される半導体スイッチ
    と、複数の負荷の前記交流電源母線に対する接続路に夫
    々直列に接続され該負荷を該交流電源母線に投入する場
    合は、前記半導体スイッチを閉成して該半導体スイッチ
    を通じて前記負荷に通電後に閉成され、前記負荷を交流
    電源母線から切離す場合は前記半導体スイッチの閉成と
    共に開成する第1の開閉器と、前記半導体スイッチの負
    荷側と前記負荷の電源側との間に夫々接続され該負荷を
    前記交流電源母線に投入する場合に、予じめ閉成されて
    おり、前記半導体スイッチおよび前記第1の開閉器が閉
    成し引続く該半導体スイッチの開成後に開成され、前記
    負荷を交流電源母線から切離す場合は前記第1の開閉器
    の開成後に前記半導体スイッチを介して流れる負荷電流
    を該半導体スイッチの開成により阻止した後に開成する
    第2の開閉器と前記半導体スイッチがオフしたとき前記
    負荷の充電電荷を放電するように該半導体スイッチに並
    列に接続した非線形抵抗素子とを備えた開閉装置。
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