JPS62201057A - サイリスタ変換器の過電圧保護装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は直流送電等に用いられるサイリスタ変換器の過
電圧保護装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

サイリスタを直列もしくは直並列に接続して構成される
サイリスタ変換器は、例えば直流送電や無効電力補償装
置などの高電圧分野でも高電圧サイリスタ変換器として
広く利用されている。ところで、サイリスタ変換器では
、外部から侵入してくるサージ電圧、例えば雷インパル
ス電圧又は開閉インパルス電圧等に対するいわゆる過電
圧保護が必要である。そこで従来から高電圧サイリスタ
変換器にはアレスタを用いた過電圧保護や、サイリスタ
自身の点弧機能による過電圧保護が行なわれてきた。

第５図はアレスタを用いた従来のりイリスタ変換器の過
電圧保護装置の構成を示す回路図である。

図においてサイリスタ変換器は、３相ブリツジ変換器の
１アームのみが記載されており、他は省略されている。

アームを構成する直列接続されたサイリスタ１はりアク
ドル２に直列に接続されている。リアクトル２はサイリ
スタ１の電圧勾配ｄｖ／ｄｔ、電流勾配ｄｉ／ｄｔ等を
抑制する作用を行なう。更にサイリスタ１には、高周波
の電圧を均等にするスナバ回路３及び直流電圧を均等に
する直流分圧抵抗４が並列接続されている。又、上記構
成によるアーム（以下、サイリスタバルブと称す）には
非直線抵抗体によるアレスタ５が並列接続されている。

アレスタ５はサイリスタバルブの耐電圧以下にサージ電
圧を抑え、外部から侵入してくるサージ電圧からサイリ
スタバルブの破壊を保護するものである。ところで、サ
イリスタバルブへのサージ電圧の侵入はサイリスタバル
ブの運転状態と無関係にランダムに任、意の位相で生じ
るものである。第６図は、サージ電圧がサイリスタバル
ブへ侵入する位相関係を逆変換運転時について示したタ
イムチャートである。（ａ）はサイリスタバルブのゲー
ト信号、（ｂ）はサイリスタバルブの電圧を示す。又、
（Ｃ）乃至（ｅ）は、（ｂ）に示したサイリスタバルブ
の電圧の時間関係を一部拡大して示した拡大図であり、
図中破線はサイリスタバルブに侵入するサージ電圧■、
を各種の侵入位相について示したものである。即ち、（
Ｃ）は時間ｔ３以降にサージ電圧■、がサイリスタバル
ブに侵入する場合、（ｄ）は時間ｔ２とｔ３の間のサー
ジ電圧の侵入、（ｅ）は時間ｔ１とｔ２の間のサージ電
圧の侵入を示している。図において、（Ｃ）の状態では
通電後のサイリスタのキャリアは完全に削減しており、
サイリスタバルブにはアレスタの保護レベル以下のサー
ジ電圧しか印加されないのでサイリスタバルブは充分に
サージ電圧に耐えられる。一方、（ｅ）の状態では通電
後のキャリアが削減していないので、サイリスタバルブ
に侵入するサージ電圧によってナイリスタバルブは破壊
する。（ｄ）の状態は、（Ｃ）と（ｅ）との中間的状態
で、サイリスタバルブがサージ電圧の侵入に耐えられる
場合と耐えられない場合とがある。以上の如く、サージ
電圧がサイリスタバルブに与える影響は、サイリスタバ
ルブの運転動作時点のどの位相でサージ電圧が侵入し、
そのとき通電直後のサイリスタバルブの順方向耐電圧が
どのような値にあるかによって異なることとなる。

第７図はサイリスタバルブの各運転モードにおけるサイ
リスタバルブの順方向耐電圧Ｖ　の特性とアレスタの保
護レベルＶ、との関係を示した波形図である。（ａ）は
運転モードが逆変換の場合、（ｂ）は順変換の場合、又
（Ｃ）は７０−ティング、即ち、交流電圧がサイリスタ
バルブに加わりながらゲート信号はサイリスタに加わっ
ていない場合をそれぞれ示している。図において、サイ
リスタバルブの順方向耐電圧■１は通電中は勿論、通電
直後もサイリスタ内のキャリアの存在のために零ないし
低い値である。一方、通゛電後は、キャリアの減衰と共
に順方向耐電圧は徐々に回復し、所定の時間後に一定の
耐電圧Ｖ、をもつに至る。

このため、サイリスタバルブの耐電圧特性は、（ａ）乃
至（Ｃ）に破線で示す如く、各運転モードに応じて変化
するものとなる。

ところで、サイリスタバルブをアレスタで過電圧保護す
る場合、基本的にサイリスタバルブの耐電圧■１よりア
レスタの保護レベルＶ、が小さく設定されなければ保護
効果を生じない。ところが、前記の如く、サイリスタバ
ルブの耐電圧特性はサイリスタバルブの各動作モードに
よって変化し、例えば通電直後にはＶ、より■、が人と
なり、アレスタによるサイリスタバルブを保護する保護
協調が崩れてしまう。

即ち、第７図において（ａ）及び（ｂ）の斜線部分では
アレスタはサイリスタバルブの過電圧保護の働きをしな
いこととなる。一方、通電のないフローティング時、即
ち（Ｃ）の場合には、ｖｗよりＶ、が常に小となる関係
にあり、アレスタによるサイリスタバルブの保護が効果
的に行なわれる。従って、通電直後の過電圧保、ｉｆ　
ＩＩＡ調が崩れている場合に、外部から雷サージ等のサ
ージ電圧が侵入すると、サイリスタバルブはサージ電圧
に耐えられず、破壊してしまい、重大な故障につながる
という問題を有していた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
で、サイリスタバルブの通電直後においても外部から侵
入するサージ電圧に対してサイリスタバルブを過電圧に
よる破壊から保護することができるサイリスタ変換器の
過電圧保護装置の提供を目的とする。

（発明の概要） 本発明は、サイリスタ変換器の通電直後にサイリスタ変
換器の順方向の回復特性に関連した基準信号関数を発生
させるとともに、前記サイリスタ変換器のアームの過電
圧を検出し、前記基準信号関数と検出した過電圧信号と
を比較して、過電圧がサイリスタ変換器の耐電圧より大
きい場合には、前記サイリスタ変換器の当該アームを点
弧させるようにし、外部から侵入するサージ電圧に対し
てサイリスタ変換器を過電圧保護するようにし°たもの
である。

〔実施例〕

第１図は本発明の第一の実施例の構成を示す回路図で、
第５図に示したと同様に、３相ブリツジ変換器のサイリ
スタアームの１つのアームのみについての構成を示し、
他のアームについては記載を省略したものである。アー
ムを構成する複数のサイリスタ１は相互に直列接続され
、更にリアクトル２が直列に接続される。ここで、複数
のサイリスタ１のうらの１つを代表サイリスタ１１とし
、代表サイリスタ１１を含めたサイリスタ１には、それ
ぞれ並列にスナバ回路３及び直流分圧抵抗４が接続され
ている。なお、代表サイリスタ１１の直流分圧抵抗４に
は、発光素子７１．７２が互いに逆極性に並列接続され
ている。更に、代表サイリスタ１１を含めた各サイリス
タ１のゲートには、各サイリスタ１に対応して設けられ
たゲート信号増幅器１４からゲート信号１４１が供給さ
れるようになっている。ゲート信号増幅器１４には抵抗
１３を介して対応するサイリスタ１のアノードがら電′
ｍ電圧が供給されるとともに、信号入力手段としての受
光素子１２が接続され、ライトガイド６１を介して光信
号が加えられる。一方、代表サイリスタ１１を含むサイ
リスタ１を直列接続したサイリスタバルブには、アレス
タ５が並列接続されるとともに、抵抗２０と発光素子２
１とを直列接続した過電圧検出回路が並列接続されてい
る。

なお、発光素子２１には逆電圧保護用のダイオード２２
が並列接続されている。

上述した発光素子７１．７２．２１及び受光素子１２は
、それぞれ、ライトガイド８１，８２゜２３．６１を介
して受光素子９１．９２．２４及び発光素子６に光学的
に接続される。

発光素子７１はサイリスタバルブの順電圧を検出して発
光し、ライトガイド８１を介して光信号を、受光回路１
０１を構成する受光素子９１に加える。

同様に発光素子７２はサイリスタバルブの逆電圧を検出
してライトガイド８２を介して光信号を、受光回路１０
２を構成する受光素子９２に加える。

受光回路１０１は順電圧検出信号１０３をゲート信号発
生器１５に供給する。また、受光回路１０２は逆電圧検
出信号１０４をゲート信号発生器１５と基準信号発生器
２６に供給する。ゲート信号発生器１５には、サイリス
タバルブの通常の点弧を行なわせるためのゲート指令信
号１５１が入力されるとともに、通電直後の過電圧時の
点弧を行なわせるための過電圧時のゲート指令信号１５
２が入力されている。ここで、ゲート信号発生器１５は
代表サイリスタ１１を含めたサイリスタ１に対応する発
光素子６を備え、光信号を、ライトガイド６１を介して
ゲート信号増幅器１４の受光素子１２に供給する。一方
、受光回路１０２の逆電圧検出信号１０４が加えられる
基準信号発生器２６には、更に、通常の点弧を行なわせ
るためのゲート指令信号１５１が加えられ、基準信号発
生器２６の出力信号２６１は比較器２７の一方の入力端
に供給されている。比較器２７の他方の入力端には、受
光素子２４を備える大地レベルの受光回路２５　ｈ目う
出力される過電圧検出信号２５１が供給されている。こ
こで、受光素子２４には、過電圧検出回路の発光素子２
１から出力される光信号がライトガイド２３を介して供
給されている。比較器２７は出力信号２６１と過電圧検
出信号２５１とを比較し、過電圧検出信号２５１が出力
信号２６１より大きいとき、前記通電直後の過電圧時に
点弧を行なわせるための過電圧時のゲート指令信号１５
２をゲート信号発生器１５に供給する。

なお、基準信号発生器２６は、これに入力されるゲート
指令信号１５１と逆電圧検出信号１０４とに基づいて通
電直後のサイリスタバルブの順方向の耐電圧特性に関連
した信号２６１を発生する。

即ち、基準信号発生器２６は通電状況をゲート指令信号
１５１から判定し、又、通電直後であることを逆電圧検
出信号１０４から判定すると共に、逆電圧検出信号１０
４の入力によってサイリスタバルブの順方向の電圧回復
特性に関連した基準信号関数を出力信号２６１として出
力する。このとき基準信号関数はサイリスタバルブの順
方向″の電圧回復特性より低めに設定されている。

以下、本実施例の動作について説明する。

先ず、基準信号発生器２６は代表サイリスタ１１から検
出した逆電圧検出信号１０４とゲート指令信号１５１と
を入力して通電直後の順方向の基準信号関数を出力し、
かつ、その出力をサイリスタバルブの能力に見合った余
裕度を考慮して低目にして比較器２７に加える。比較器
２７は、基準信号関数２６１と、実際にサイリスタバル
ブに加わったサージ電圧を発光索子２１で検出して得た
過電圧検出信号２５１との比較を行ない、サージ電圧が
基準値より大きい場合にはゲート指令信号１５２をゲー
ト信号発生器１５に供給し、サイリスタの点弧機能を利
用してサイリスタバルブを一斉に点弧する。このように
してサイリスタ変換器の過電圧保護を行なうものである
が、このとき、基準信号発生器２６が出力する基準信号
関数２６１は、通電直後のサイリスタバルブの順方向の
耐電圧特性を模擬しているので、サージ電圧がサイリス
タバルブに侵入する位相関係が変化しても、充分にサイ
リスタの耐電圧の範囲内で過電圧破壊からサイリスタを
保護することができる。

以下、第２図を参照して更に詳しい動作を説明する。第
２図は本実施例の各部の波形を示したタイムチャートで
あり、（Ａ）はフローティング、即ち、交流入力がサイ
リスタバルブに加わりながらサイリスタにはゲート信号
が入力されていない状態のタイムチャート、（Ｂ）は運
転モードが逆変換の場合のタイムチャートをそれぞれ示
している。図中、（ａ）はサイリスタバルブの電圧波形
、（ｂ）はゲート指令信号（第１図生得号１５１）、（
Ｃ）は逆電圧検出信号（第１図符号１０４）、（ｄ）は
基準信号発生器の出力する基準信号関数（第１図中筒号
２６１）、（ｅ）は過電圧検出信号（第１図生得号２５
１）、（ｆ）は過電圧時のゲート指令信号（第１図中筒
号１５２）、（ｇ）は各サイリスタのゲート信号（第１
図中符号１４１）をそれぞれ示している。（Ａ）のフロ
ーティング状態では、通電がないので、基準信号関数２
６１は保護レベルＶ、に対応した一定の出力となってい
る。一方、（Ｂ）の運転時には、通電直後（図中１＝１
１＞にて基準信号関数２６１は一旦、零となり、その後
、サイリスタの順方向の耐電圧に対応した時間関数信号
として増加する。

１＝１３においては、基準信号関数２６１はフローティ
ング時の保護レベル■、に相当する値に戻っている。な
お、ここで、■ｐのレベルは、第７図中の■９、即ちア
レスタ５の保護レベルと同等又は若干高い値である。今
、仮りに第２図（Ｂ）に示す１＝１２の近傍でサージ電
圧が侵入したどする。過電圧検出信号２５１には（ｅ）
に破線で示すごとき波形の過電圧信号が発生し、その信
号が、（ｄ）に示すサイリスタバルブの耐電圧に関連す
る基準信号関数２６１より大であれば、図中ｔ”ｔ２の
時点で比較器２７はゲート指令信号１５２を（ｆ）の破
線で示すごとくに発生する。

その結果（ｇ）に破線で示すゲート信号１４０が各サイ
リスタに入力され、サイリスタは一斉に点弧してサイリ
スタバルブはサージ電圧による破壊から確実に保護され
る。即ち、ナイリスタは、（Ｂ）の時刻１＝１ｏから１
＝１３迄の間（図中Ｔｏ＋ＴＦの期間）において順方向
の耐電圧が他用間の耐電圧■１より小となるので、Ｔｃ
十ＴＦの期間についてのみゲート機能による過電圧保護
が行なわれることとなる。なお、期間Ｔ。については、
直ちに（ｂ）に示すゲート指令信号（第１図生得号１５
１）が供給されるので、期間ＴＦについてのみ追加保護
を行なえばよいこととなる。

又、上記期間以外についてのサイリスタの過電圧保護は
アレスタにより行なわれるものである。

次に、第３図および第４図を参照して第２の実施例を説
明する。第３図はこの実施例の主要部の構成を示したブ
ロック図、第４図はその動作を説明するタイムチャート
である。第３図において第１図に示した実施例の構成と
異なる点は、ライトガイド２３を介して過電圧を検出し
た光信号を入力する受光回路２５２が、過電圧のみでな
く、過電圧を検出した入力信号の立上りの峻度、即ち、
ｄｖ／ｄｔをも検出できるようにし、更に受光回路２５
２は峻度を検出した信号２５３を基準信号発生器２６２
に供給する。そして、基準信号発生器２６２は信号２５
３によって、異なる立上りの基準信号関数２６３を比較
器２７に供給するようにした点にある。即ち、基準信号
発生器２６２は、第４図に図示するごとく、受光回路２
５２が検出した峻度（ｄｖ／ｄｔ）の検出信号２５３に
応じて、ｄ　ｖ／ｄ　ｔがｄｖ１／ｄｔのときは基準信
号関数の立上りＱをａ　　、ｄｖ／ｄｔがｄｖ２／ｄｔ
のときはＱをｇ　　１ｄｖ／ｄｔがｄｖ３／ｄｔのとき
はｇをＱ　（ここでｄ■１／ｄｔ＜ｄｖ２／ｄｔ＜ｄＶ
３／ｄｔ）にそれぞれ基準信号関数２６３の立上りＱを
決定し、基準信号関数２６３を比較器２７に供給する。

一方、サイリスタバルブの通電後の順方向の耐電圧は、
一般に立上り峻度（ｄｖ／ｄｔ）の影響を受け、峻度ｄ
　ｖ／ｄ　ｔが高い程、耐電圧は低いものである。従っ
て本実施例によれば、基準信号発生器２６２は峻度（ｄ
ｖ／ｄｔ）をも加味した立上りをもった基準信号関数２
６３を比較器２７に供給し、比較器２７は、基準信号関
数２６３と過電圧検出信号２５１とを比較してゲート指
令信号１５２とするので、より高い精度でサイリスタ変
換器の過電圧に対する保護が行なえることとなる。

なお、上記第１及び第２の実施例の説明では、フローテ
ィング、及び順、逆変換の運転モードについて説明した
が、本実施例の過電圧保護はそれに限られることなく、
運転中の電流断続直後、又は、バイパスベアの通電直後
に生じる同様な現象についても適用できるものであるこ
とは勿論である。また、上記実施例では、基準信号発生
器、受光回路を含めた過電圧検出回路及び比較器をサイ
リスタバルブを単位として設け、しかも受光回路系を含
めて大地レベルで処理するようにしているが、同様の過
電圧検出や信号処理を行なう手段を各サイリスタを単位
として設けることにより、あるいは各サイリスタ単位に
ついて検出や処理を行なうようにすることができ、上記
実施例と同様の効果を実現できるものである。

更に、上記実施例の説明では基準信号発生器が出力する
基準信号関数の定常値■。を、アレスタの保護レベルと
同等又はそれ以上に設定するとして説明したが、下記の
如く設定することにより保護機能の範囲を最適に変化さ
せることができる。

即ち、基準信号発生器の定常出力■。をアレスタの保護
レベルより大きくしたときは、定常時の保護をアレスタ
により、又、基準信号発生器の定常出力ｖｐをアレスタ
の保護レベルと同等としたときは、定常時の保護をアレ
スタ又は本発明のゲートによる過電圧保護により、更に
、基準信号発生器の定常出力■　をアレスタの保護レベ
ルより小としたときは、定常時の保護を本発明のゲート
による過電圧保護とすることができる。

（発明の効果） 以上の如く本発明では、通電直後のサイリスタバルブの
順方向の耐電圧が低くなること及び、時間的に変化する
ことに着目し、耐電圧回復特性に関連した関数出力と、
侵入づる過電圧の検出信号とを比較して、過電圧検出信
号が関数出力より大の場合にはサイリスタのゲート点弧
曙能を利用して−斉にサイリスタを点弧させ、過電圧に
よるサイリスタの破壊を保護するので、サイリスタバル
ブの通電直後に加えるサージ電圧に対しても確実に過電
圧保護を行なうことのできるサイリスタ変換器を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す回路図、第
２図は同実施例の動作を説明するためのタイムチャート
、第３図は本発明の第２の実施例の構成を示すブロック
図、第４図はその動作を説明するためのタイムチャート
、第５図は従来装置の構成を示す回路図、第６図は従来
装置の動作を説明するためのタイムチャート、第７図は
同じ〈従来装置の動作を説明するためのタイムチャート
である。 １．１１・・・サイリスタ、２・・・リアクトル、３・
・・スナバ回路、４・・・直流分圧抵抗、５・・・アレ
スタ、６．２１．７１．７２・・・発光素子、２３，６
１゜８１．８２・・・ライトガイド、１２．２４．９１
゜９２・・・受光素子、１４・・・ゲート信号増幅器、
１５・・・ゲート信号発生回路、２５，１０１゜１０２
・・・受光回路、２６・・・基準信号発生回路、２７・
・・比較器。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ち　１　図 汽　３　図 ６４　口 （９）Ｏ□ （Ａ） 島 ２　図 もう　図 ６６　図 氾７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、通電直後にサイリスタ変換器の順方向の回復特性に
   関連した基準信号関数を発生する基準信号発生手段と、
   前記サイリスタ変換器のアームの過電圧を検出する過電
   圧検出手段と、前記基準信号関数と前記過電圧検出手段
   の出力とを比較する比較手段とを備え、前記過電圧検出
   手段の出力が前記基準信号関数より大きいとき前記サイ
   リスタ変換器のアームを点弧させるようにしたことを特
   徴とするサイリスタ変換器の過電圧保護装置。 ２、前記過電圧検出手段は、被検出信号の立上り峻度を
   判定する峻度判定手段を備え、前記基準信号発生手段は
   前記峻度判定手段の判定結果に応じて基準信号関数の出
   力波形を変化させるような手段であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のサイリスタ変換器の過電圧
   保護装置。