JPS643015B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の属する技術分野＞ この発明はいずれか１相の短絡電流が零値を通
過しない三相短絡電流を交流遮断器によつて遮断
するための該交流遮断器の遮断部の構成と、動作
の制御とに関する。

＜従来技術とその問題点＞ 近年、単機容量の大きい発電機を備えた発電所
の建設がすすむにつれ、この発電所近傍の電力系
統において三相短絡故障が発生したとき、この発
電所より流出する短絡電流中に含まれた直流分の
ため、短絡電流が短絡の初期において零値を通過
せず、零値通過の時期がおくれる現象が注目され
ている。このような現象は短絡電流中に含まれる
直流分の減衰が交流分の減衰よりも小さいために
おこるものであつて、時間が経過すれば直流分は
零値に漸近し、交流分は一定値に落着くので、短
絡電流は零値を通過するようになる。しかし短絡
故障の初期において零値を通過しない短絡電流が
流通するような電力系統は一般に大容量の系統で
あつて、短絡故障が発生したとき可及的速かに故
障を除去するよう、高速度の遮断器を使用した保
護システムが形成されており、従つて遮断器は零
値のない短絡電流を遮断しなければならないこと
がある。このような短絡電流の遮断方法として従
来は零値を通過しない短絡電流の電流波形上の最
小値近傍において振動電流を重畳させて強制的に
零値をつくり、この零値において電流を遮断する
方法と、遮断時に遮断接点間に生ずるアーク電圧
ないしアーク抵抗によつて、短絡電流中に含まれ
る直流分を急速に減衰させ、交流分との合成波形
が零値を通過する際に遮断する方法とがある。こ
れらの方法のうち、前者は振動電流を発生させる
ための大量のコンデンサと、充電装置と、リアク
トルと、制御可能な放電ギヤツプとその制御装置
などとを必要とし経済的負担が重い。またアーク
電圧ないしアーク抵抗によつて短絡電流に零値を
つくる後者の方法においては、短絡電流中の直流
分を可及的速かに減衰させるために高いアーク電
圧ないしアーク抵抗を必要とするが、遮断器の各
相における並列数が１個の遮断部によつて定格遮
断電流を遮断するように設計された遮断器におい
ては、このような高いアーク電圧ないしアーク抵
抗を得ることは一般に困難である。

さらに遮断器に対する保護継電器からの遮断指
令は、短絡故障発生の時点から、送電線上の故障
点の位置や短絡電流の大きさなどによつてきまる
時間おくれをもつて与えられ、遮断器の開極時点
が短絡電流波形上の特定の位置となるような制御
は行われないので、遮断器の遮断接点が電流遮断
の可能な最小開離距離に達した後最初に零値を通
過した短絡電流がまず遮断されることになる。た
とえば第１図に示すようにＴ相に零値のない短絡
電流が流通する三相短絡電流の遮断において、遮
断接点の間隔が電流遮断の可能な最小開離距離に
達した直後にＲ相の短絡電流がＡ点において零値
を通過したとすれば、第２図に示されるようにＲ
相はこの位置で遮断されるが、当初零値を通過し
ていたＳ相の短絡電流は以後零値を通過しなくな
り、またＴ相の短絡電流も零値を通過しないまま
である。従つて遮断器のＳ、Ｔ相のアーク電圧が
電流波形の最小値近傍において十分高くならない
限り、Ｓ、Ｔ相の電流は零値を通過することがで
きず、時間の経過とともに電流波形の最小値が零
値に十分近接するまで遮断はされない。このため
遮断接点や近傍の絶縁部材の損傷が大きくなり、
遮断の寿命回数も減少する。

＜発明の目的＞ この発明は以上のような欠点を除去し、経済的
で、零値のない短絡電流を含む三相短絡電流を高
速度遮断できる遮断方法を提供することを目的と
する。

＜発明の要点＞ この発明は遮断部を各相宛複数個並列配置し、
短絡電流をそれぞれの遮断部に分流させて１遮断
部に流通する電流を小とし、これによつて各遮断
部の遮断接点間のアーク電圧を高くすることによ
り零値のない短絡電流の遮断を容易にするととも
に、零値を通過しない短絡電流が最初に、かつ遮
断器の開極後の電流波形上の最初の最小値近傍
が、遮断接点間の電流遮断の可能な最小開離距離
となるように遮断器の開極位置を制御して、零値
のない短絡電流を含む三相短絡電流を高速度遮断
するとともに、遮断部の損傷を小ならしめようと
するものである。

＜発明の実施例＞ 第３図に一例としてガス遮断器中におけるアー
ク電流とアーク電圧ないしアーク抵抗との関係を
示す。同図からみられるようにアーク電圧Eaは
アーク電流Ｉが大きくなるとともに減少して行く
が、あるアーク電流Ioにおいて最小値となつた
後、さらにアーク電流が大きくなるとアーク電圧
は再び上昇して行く。すなわちアーク電流Ioを境
としてこれより小さいアーク電流の領域ではアー
ク電圧Eaは負性特性を示し、これより大きいア
ーク電流の領域では正性特性を示す。アーク抵抗
Raはアーク電圧Eaをアーク電流Ｉで除した値で
あるから、前記正性特性の領域においてはアーク
抵抗Raはほぼ一定となるが、負性領域において
はアーク電流の減少とともに急速に上昇する。そ
こで第４図の実施例に示すように、遮断器の各相
をたとえば遮断部１０を２個並列に配置するとと
もに、遮断器の開極時点が、零値を通過しない短
絡電流の電流波形上で電流の瞬時値が2Io以上と
なる位置になるように、この開極時点の制御を行
なえば、開極後この短絡電流の瞬時値が2Io以上
である限り、それぞれの遮断部を流れる電流は等
分に分流された電流となる。すなわち一方の遮断
部の電流が増加し、他方の遮断部の電流が減少し
ようとしても、電流が増加する方のアーク電圧は
電流が減少する方のアーク電圧よりも高いから、
両遮断部を流れる電流の大きさは常に平衡しよう
とする。時間が経過して短絡電流の瞬時値が2Io
以下になり、かつ両遮断部の構造上のばらつきな
どに起因する分流比の僅かな変化がおこると、通
過電流の瞬時値がIo以上となつた方の遮断部のア
ーク電圧は、通過電流の瞬時値がIo以下となつた
方の遮断部のアーク電圧よりも低くなるので、分
流の不平衡は大きくなる方向となる。一方、分流
比の変化は第４図に示すように分流比の変化を与
える電流△Ｉが両遮断部を循環することに等しい
から、この循環回路を形成するループのインダク
タンスによつて△Ｉの発生が阻止されようとす
る。試験の結果によれば、適切に設計されたルー
プの場合には両遮断部の電流はほぼ均衡しながら
電流波形上の最小値まで継続する。また遮断器の
設置スペース上の制約からループを大きく形成で
きないときは、両遮断部に対して所要インダクタ
ンスを有する同一のコイルをそれぞれ附加するこ
とによつて分流を均衡させることができる。また
以上のような、分流の均衡に配慮された遮断器に
おいては、開極時の短絡電流の瞬時値が2Io以下
であつても、両遮断部の開極時点のばらつきが小
さければ、短絡電流は問題なく両遮断部に分流し
かつほぼ均衡する。以上のようにして、対象とす
る短絡電流が両遮断部に分流する場合の短絡電流
の遮断過程は次のようになる。

第５図は第１図におけるＴ相すなわち零値を通
過しない短絡電流の電流波形を示す。図において
遮断器が時刻Toにおいて開極すると、短絡電流
は上述のように両遮断部に分流する。ここで分流
比はほぼ１すなわち両遮断部に1/2づつ流れるの
で、この分流電流の波形は点線で示す波形とな
る。遮断器の開極後、短絡電流の波形が波高値を
経由してIo′すなわち第３図のIoの２倍の位置に
達すると、各遮断部における分流電流の瞬時値は
それぞれIoとなる。第３図に示されるように、Io
以下の電流領域ではアーク電圧が急速に増大する
ので、この時点T₁から短絡電流中に含まれる直
流分の減衰が顕著になる。一般に零値を通過しな
い短絡電流中に含まれる直流分の減衰時定数Tat
は次式によつて表わされる。

Tat＝１／2πf・x₂＋x_t／γ＋γ_t (1) ここでｆは回路の商用周波数、x₂は発電機の逆
相分リアクタンス、x_tは外部リアクタンス、γは
発電機電機子の抵抗、γ_tは外部抵抗である。従つ
て遮断器の遮断動作によつてアーク抵抗が回路に
挿入されたときの直流分の減衰時定数Taaは次式
のように表わされる。

Taa＝Tat・γ＋γ_t／γ＋γ_t＋γ_a (2) ここでγ_aはアーク抵抗である。γ_aは第３図から
みられるように、電流が減少するにつれ急速に大
となるから、(2)式からうかがわれるように直流分
の減衰は加速度的に速くなる。もし短絡電流を両
遮断部に分流させず、１個の遮断部で遮断しよう
とすれば、直流分の減衰が顕著になるのは時刻
T₂以降であり、交流分との合成波形が零値を通
過するのは、両遮断部に分流させた場合に比して
かなりおくれ、短絡電流波形上の最小値近傍にお
いて、短絡電流が零値通過に失敗し、さらに１波
経過した後の最小値近傍において初めて遮断可能
となる可能性がある。

以上のように短絡電流を各遮断部に分流させ
て、個々のアーク電流を小ならしめることによ
り、アーク電流の減少過程におけるアーク電圧な
いしアーク抵抗の上昇を急速ならしめ、かつ短絡
電流中の直流分の減衰が顕著となりはじめる時点
を早めてアーク抵抗による減衰効果時間を長く
し、零値を通過しない短絡電流の零値通過を容易
にすることができる。

零値は通過しない短絡電流を遮断する際の次の
課題は、この短絡電流を可及的短かいアーク時間
をもつて遮断することである。零値を通過しない
短絡電流は、直流分の含有率の少ない通常の短絡
電流に比して絶対値が大きく、これに伴ない遮断
接点などの損傷が大きく、その程度は遮断電流の
自乗に近い。従つてこの損傷を軽減するためには
アーク時間を極力短かくすることが必要となる
が、最も短いアーク時間は遮断器の開極後の電流
波形上の最小値近傍が、電流遮断の可能な遮断接
点間の最小開離距離の位置となるように、遮断器
の開極時点を制御したときに得られる。三相短絡
故障時の電源電圧ないし回路電圧と短絡電流の交
流分とは位相がほぼ90゜ずれているので、零値を
通過しない短絡電流の最小値は交流分のみに着目
すればその波高値の位置にあり、従つてその相の
電源の対地電圧はほぼ零である。従つてその相の
遮断時の遮断接点間に現われる瞬時回復電圧もほ
ぼ零である。従つて電流遮断の可能な遮断接点間
の最小開離距離も、短絡電流が継続している他の
相や故障を発生していない他の健全回線からの電
磁誘導によつて遮断接点間に現われる電圧に耐え
る程度の距離があればよく、従つて遮断器の開極
時点は短絡電流波形の最小値の位置より僅かに先
行する位置とすることにより電流の遮断が可能と
なる。またこれによりアーク時間も短かくなるか
ら遮断部の消耗も少ない。またこのように電流遮
断の可能な遮断接点間の最小開離距離を小さくす
ることにより、短絡電流が零値を通過する他の相
がさきに遮断されることはない。これは他の相が
さきに遮断されようとしても、遮断時に遮断接点
間に現われる瞬時回復電圧が高く、遮断接点間の
絶縁が耐えないからである。

つぎに零値を通過しない短絡電流の波形上にお
ける遮断器の開極位置を所定の位置とするための
検出ないし制御の手順について説明する。

まず零値を通過しない短絡電流を検出する必要
がある。零値を通過しない短絡電流は流通方向が
１方向のみであるから電流の方向変化を検出すれ
ばよい。この検出はたとえば各相の変流器の２次
側電流を、逆並列されたダイオードに通過させる
ことによつて可能である。つぎに遮断指令の位置
を与えるための時間の原点を検出する。この原点
は対象とする短絡電流中の交流分に着目し、たと
えばその波高値における電流変化の割合が零とな
ることを利用して微分回路により検出することが
できる。この時間原点が検出されたら、所定の時
間おくれをもつて、あらかじめ待機の状態にあつ
た保護継電器からの遮断指令を遮断器に向けて発
せしめればよい。遮断指令をうけた遮断器はその
遮断器固有の開極時間後に時刻Toにおいて開極
する。以上に述べた手順を図示すれば第６図のよ
うになる。同図において１は短絡電流中の零値の
有無を検出する手段３に対して入力信号を与える
変流器、４は変流器２の各相２次側の電流中、零
値のない電流のみを通過させる相選択手段であつ
て、いずれの相を選択すべきかの指示は零値の有
無を検出する手段３からうける。５は選択された
相の電流波形上で時間の原点を設定する手段を示
し、７はこの時間原点からの時間おくれを付与す
る手段を示す。保護継電器６からあらかじめ発せ
られかつ前記手段７によつて阻止されていた遮断
指令は、手段７の阻止が前記時間原点から所定の
時間おくれをもつて解除されることによつて遮断
器８に達する。これにより遮断器は時刻To（第５
図）において開極する。

＜発明の効果＞ 以上のように本発明によれば、遮断器の各相が
並列配置された複数個の遮断部を備えているの
で、各遮断部に分流されてもとの短絡電流より小
となつたアーク電流の減少過程におけるアーク電
圧ないしアーク抵抗が大となり、かつ短絡電流中
の直流分の減衰が顕著となりはじめる時点が早く
なるので、アーク抵抗による減衰効果時間が長く
なり、零値を通過しない短絡電流の零値通過を容
易にすることができる。またこれにより遮断器の
開極位置が、零値を通過しない短絡電流波形上の
所定の位置にくるように遮断器の動作を制御する
ことにより、零値を通過しない短絡電流を最初
に、かつ遮断器の開極後の電流波形上の最初の最
小値近傍において、短い遮断接点間の開離距離を
もつて遮断することができ、他相の遮断が先行す
るのを防止することができるので、三相短絡電流
を高速度で遮断することができ、また遮断部の損
傷も軽減されて遮断寿命が長くなるという効果が
得られる。また遮断器の動作の制御に必要な検出
ないし制御手段に要する費用は僅少であるから、
本発明による遮断方法は経済的にもメリツトが大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴ相の短絡電流が零値を通過しない三
相短絡電流の波形の例を示す図、第２図は短絡電
流が零値を通過する相のうち、Ｒ相を最初に遮断
したときの他の２相の電流波形の変化を示す図、
第３図はガス遮断器中におけるアーク電流とアー
ク電圧ないしアーク抵抗との関係を示す図、第４
図は本発明による遮断部の構成の実施例を示す
図、第５図は本発明の遮断部によつて零値を通過
しない短絡電流を遮断する際に、アーク電圧ない
しアーク抵抗が急速に上昇しはじめる時刻を示す
図であつて、この時刻は本発明の場合はT₁、従
来の方法の場合はT₂であることを示すものであ
る。第６図は遮断器の開極位置が、零値を通過し
ない短絡電流波形上の、本発明による所定の位置
となるように遮断器の動作を制御するための検出
ないし制御の手順を示す図である。 Ｔ相……短絡電流が零値を通過しない相、１０
……遮断部、To……遮断器の開極位置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ いずれか１相の短絡電流が零値を通過しない
   三相短絡電流を遮断する方法であつて、遮断器の
   各相が並列配置された複数個の遮断部を備え、該
   複数個の遮断部にそれぞれ前記短絡電流を分流し
   遮断時接点間のアーク電流を小ならしめることに
   よりアーク電圧ないしアーク抵抗の上昇を急速な
   らしめ、零値を通過しない短絡電流の零値通過を
   容易にするとともに、前記零値を通過しない短絡
   電流が最初に遮断されるように前記遮断器の開極
   位置が制御されることを特徴とする三相短絡電流
   の遮断方法。