(57)【要約】【課題】遮断器の極間電圧が複周波となっている場合でも、遮断器を投入する際に発生する過電圧を抑制することのできる過電圧抑制装置を提供することにある。【解決手段】電源母線２と送電線４との接続を開閉する遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを開放後、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入する際に発生する過電圧を抑制する過電圧抑制装置１０であって、電源側電圧の波形を計測し、送電線側電圧の波形を計測し、電源側電圧の波形と送電線側電圧の波形とを乗算した波形から所定の周波数帯の成分の波形を抽出し、この波形が最大となる周期に基づいて遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入する。【選択図】      図１
2010218727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源を備えた電力系統と送電線との接続を開閉する遮断器を開放後、前記遮断器を投入する際に発生する過電圧を抑制する過電圧抑制装置であって、
前記遮断器の前記電力系統側の対地電圧である電源側電圧の波形を計測する電源側電圧計測手段と、
前記遮断器の前記送電線側の対地電圧である送電線側電圧の波形を計測する送電線側電圧計測手段と、
前記電源側電圧計測手段により計測された前記電源側電圧の波形と送電線側電圧計測手段により計測された前記送電線側電圧の波形とを乗算した波形を演算する乗算手段と、
前記乗算手段により演算された前記波形から前記電源の周波数よりも低く直流成分の周波数よりも高い周波数帯の成分の波形を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された前記波形が最大となる周期を検出する周期検出手段と、
前記周期検出手段により検出された前記周期に基づいて、前記遮断器を投入する投入手段と
を備えたことを特徴とする過電圧抑制装置。
【請求項２】
前記送電線に流れる２次アーク電流が所定時間内に消弧したか否かを判断する消弧判断手段と、
前記電源側電圧計測手段により計測された前記電源側電圧の波形と送電線側電圧計測手段により計測された前記送電線側電圧の波形との差分である前記遮断器の極間電圧の波形を演算する極間電圧演算手段と、
前記消弧判断手段により前記所定時間内に前記２次アーク電流が消弧しなかったと判断された場合、前記極間電圧演算手段により演算された前記極間電圧の波形に基づいて、前記極間電圧の瞬時値の絶対値が閾値より低い電圧値となる前記遮断器を投入するための時点を推定する遮断器投入時点推定手段と、
前記遮断器投入時点推定手段により推定された前記時点で、前記遮断器を投入する短時間投入手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の過電圧抑制装置。
【請求項３】
電源を備えた電力系統と送電線との接続を開閉する遮断器を開放後、前記遮断器を投入する際に発生する過電圧を抑制する過電圧抑制装置であって、
前記遮断器の前記電力系統側の対地電圧である電源側電圧の波形を計測する電源側電圧計測手段と、
前記遮断器の前記送電線側の対地電圧である送電線側電圧の波形を計測する送電線側電圧計測手段と、
前記電源側電圧計測手段により計測された前記電源側電圧の波形と送電線側電圧計測手段により計測された前記送電線側電圧の波形との差分である前記遮断器の極間電圧の波形を演算する極間電圧演算手段と、
前記極間電圧演算手段により演算された前記極間電圧の波形を２乗した波形を演算する２乗演算手段と、
前記２乗演算手段により演算された前記波形から前記電源の周波数よりも低く直流成分の周波数よりも高い周波数帯の成分の波形を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された前記波形が最小となる周期を検出する周期検出手段と、
前記周期検出手段により検出された前記周期に基づいて、前記遮断器を投入する投入手段と
を備えたことを特徴とする過電圧抑制装置。
【請求項４】
前記送電線に流れる２次アーク電流が所定時間内に消弧したか否かを判断する消弧判断手段と、
前記消弧判断手段により前記所定時間内に前記２次アーク電流が消弧しなかったと判断された場合、前記極間電圧演算手段により演算された前記極間電圧の波形に基づいて、前記極間電圧の瞬時値の絶対値が閾値値より低い電圧値となる前記遮断器を投入するための時点を推定する遮断器投入時点推定手段と、
前記遮断器投入時点推定手段により推定された前記時点で、前記遮断器を投入する短時間投入手段と
を備えたことを特徴とする請求項３に記載の過電圧抑制装置。
【請求項５】
前記抽出手段は、
低周波成分を抽出するローパスフィルタと、
高周波成分を抽出するハイパスフィルタとを備えたこと
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の過電圧抑制装置。
【請求項６】
前記抽出手段は、所定の周波数帯を抽出するバンドパスフィルタであること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の過電圧抑制装置。
【請求項７】
電源を備えた電力系統と送電線との接続を開閉する遮断器を開放後、前記遮断器を投入する際に発生する過電圧を抑制する過電圧抑制方法であって、
前記遮断器の前記電力系統側の対地電圧である電源側電圧の波形を計測するステップと、
前記遮断器の前記送電線側の対地電圧である送電線側電圧の波形を計測するステップと、
前記電源側電圧の波形と前記送電線側電圧の波形とを乗算した波形を演算するステップと、
前記乗算した波形から前記電源の周波数よりも低く直流成分の周波数よりも高い周波数帯の成分の波形を抽出するステップと、
抽出された前記波形が最大となる周期を検出するステップと、
前記周期に基づいて、前記遮断器を投入するステップと
を含むことを特徴とする過電圧抑制方法。
【請求項８】
前記送電線に流れる２次アーク電流が所定時間内に消弧したか否かを判断するステップと、
前記電源側電圧の波形と前記送電線側電圧の波形との差分である前記遮断器の極間電圧の波形を演算するステップと、
前記所定時間内に前記２次アーク電流が消弧しなかったと判断された場合、前記極間電圧の波形に基づいて、前記極間電圧の瞬時値の絶対値が閾値より低い電圧値となる前記遮断器を投入するための時点を推定するステップと、
前記時点で、前記遮断器を投入するステップと
を含むことを特徴とする請求項７に記載の過電圧抑制方法。
【請求項９】
電源を備えた電力系統と送電線との接続を開閉する遮断器を開放後、前記遮断器を投入する際に発生する過電圧を抑制する過電圧抑制方法であって、
前記遮断器の前記電力系統側の対地電圧である電源側電圧の波形を計測するステップと、
前記遮断器の前記送電線側の対地電圧である送電線側電圧の波形を計測するステップと、
前記電源側電圧の波形と前記送電線側電圧の波形との差分である前記遮断器の極間電圧の波形を演算するステップと、
前記極間電圧の波形を２乗した波形を演算するステップと、
前記２乗した波形から前記電源の周波数よりも低く直流成分の周波数よりも高い周波数帯の成分の波形を抽出するステップと、
抽出された前記波形が最小となる周期を検出するステップと、
前記周期に基づいて、前記遮断器を投入するステップと
を含むことを特徴とする過電圧抑制方法。
【請求項１０】
前記送電線に流れる２次アーク電流が所定時間内に消弧したか否かを判断するステップと、
前記所定時間内に前記２次アーク電流が消弧しなかったと判断された場合、前記極間電圧の波形に基づいて、前記極間電圧の瞬時値の絶対値が閾値より低い電圧値となる前記遮断器を投入するための時点を推定するステップと、
前記時点で、前記遮断器を投入するステップと
を含むことを特徴とする請求項９に記載の過電圧抑制方法。
【請求項１１】
前記抽出するステップは、低周波成分を抽出するローパスフィルタ及び高周波成分を抽出するハイパスフィルタを用いて抽出すること
を特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の過電圧抑制方法。
【請求項１２】
前記抽出するステップは、所定の周波数帯を抽出するバンドパスフィルタを用いて抽出すること
を特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の過電圧抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮断器を投入する際に生じる過電圧を抑制する過電圧抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、リアクトルで補償されていない無負荷送電線では、遮断器が遮断した後、送電線には直流電圧が残留する。この直流電圧が残留している状態で、遮断器が再投入されると、過電圧（投入サージ）が発生することが知られている。この過電圧の大きさは、系統の電圧の数倍になる。このように大きな過電圧が発生すると、系統に設置される機器の絶縁に影響することが懸念される。
【０００３】
このため、無負荷送電線投入時の過電圧を抑制する方法としては、抵抗体付き遮断器を設けることが知られている。例えば、日本の５００ｋＶ系統では、このような過電圧を抑制するため、抵抗投入方式の遮断器が採用されている。抵抗体付き遮断器は、投入抵抗と接点とを直列に接続した構成である。抵抗体付き遮断器は、遮断器主接点のいずれかと並列接続される。抵抗体付き遮断器は、遮断器主接点よりも先行して投入される。これにより、過電圧を抑制する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
一方、リアクトルで補償された無負荷送電線では、遮断器が遮断した後、送電線にはその静電容量とリアクトルとによる振動電圧が発生する。このような場合でも、遮断器の極間電圧が大きい時点で遮断器が再投入されると、過電圧が発生することになる。リアクトルで補償された送電線を再投入するときの過電圧抑制方法として、遮断器の投入位相を制御する方法が知られている。これは極間電圧が小さな時点で遮断器を再投入させるものである。極間電圧が小さくなる時点を予測する方法として、以下が知られる。
【０００５】
一つ目の方法としては、遮断器の極間電圧を関数近似し、最適タイミングで遮断器投入する方法が、次のように開示されている。まず、電源電圧を、商用周波の正弦波とする。また、線路側の振動電圧も単一周波数であれば、正弦波と見做すことができる。これらの両電圧を正弦波で関数近似して、極間電圧を予測する。この極間電圧に基づいて、遮断器の投入時刻を決定する（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
二つ目の方法としては、遮断器の極間電圧零点間の時間を計測することにより、将来の極間電圧零点で遮断器を投入する方法が次のように開示されている。遮断後の極間電圧１周期の電圧零点間の時間と次の極間電圧１周期の電圧零点間の時間を計測する。これらの２つの極間電圧零点間の時間が同じであれば、極間電圧の周波数が分かる。これにより、極間電圧の波形に係らず、将来の極間電圧零点が推測できる（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１６８３３５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】長谷良秀，“電力系統技術の実用理論ハンドブック”，丸善株式会社，２００４年３月３０日，ｐ３０７−３０８
【非特許文献２】K.Froehlich，“Controlled Closing on Shunt Reactor Compensated Transmission Lines Part I: Closing Control Device Development”，IEEE Transactions on Power Delivery，The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.，１９９７年４月，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．２，ｐ７３４−７４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述のような過電圧抑制方法には、それぞれ以下のような問題がある。
【００１０】
抵抗体付き遮断器を用いて過電圧抑制する場合、通常の遮断器に対して抵抗体付き遮断器を特別に付加する必要がある。このため、遮断器全体としてみた場合、遮断器が大型化してしまう。
【００１１】
送電線には、その無効電力を補償するために、リアクトルが設置されることがある。リアクトルが設置された送電線を遮断器が開放すると、送電線の静電容量とリアクトルのインダクタンスで決まる周波数の電圧振動が送電線に発生する。線路の電圧振動周波数は一般に電源電圧の周波数とは異なる。この場合、遮断器の極間電圧は、複周波の様相となる。
【００１２】
このとき遮断器の極間電圧を関数近似し、最適タイミングで遮断器投入する場合、次のような問題がある。
【００１３】
線路の電圧振動の周波数を決定する送電線の静電容量には、自相の対地成分、他相との間の相互成分、及び他相の対地成分がある。これらの静電容量は、送電線の幾何学的配置によって、各相で異なる値になる。このため、線路側電圧の振動波形が単一周波の正弦波となることは、極めて稀である。一般には、その振動波形自体が既に複周波となることが多い。この場合、線路の電圧振動を関数近似させること自体が困難である。よって、極間電圧を関数近似から求めるのは、現実的には極めて困難である。
【００１４】
さらに、遮断器の極間電圧零点間の時間を計測して、遮断器を投入する場合、次のような問題がある。
【００１５】
遮断器極間に電圧が印加された状態で投入する場合、接点間の絶縁耐力を接点間の電圧が上回ると、接点間で放電が発生する。この放電が発生すると、接点が機械的に接触する前に、遮断器は電気的な接触状態となる。この放電は、プレアークと呼ばれる。
【００１６】
ここで、遮断器の極間電圧が複周波となっている場合、その電圧は電源電圧以上の波高値となる場合もある。このような場合、極間電圧が零点のときに、遮断器を投入させようとすると、極間電圧が大きな時点で、前述のプレアークによる放電によって投入状態となることもあり得る。この場合、大きな過電圧が発生することになる。よって、極間電圧が複周波の場合、極間電圧零点のみを計測するだけでは、過電圧の抑制はできない。
【００１７】
本発明の目的は、遮断器の極間電圧が複周波となっている場合でも、遮断器を投入する際に発生する過電圧を抑制することのできる過電圧抑制装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の観点に従った過電圧抑制装置は、電源を備えた電力系統と送電線との接続を開閉する遮断器を開放後、前記遮断器を投入する際に発生する過電圧を抑制する過電圧抑制装置であって、前記遮断器の前記電力系統側の対地電圧である電源側電圧の波形を計測する電源側電圧計測手段と、前記遮断器の前記送電線側の対地電圧である送電線側電圧の波形を計測する送電線側電圧計測手段と、前記電源側電圧計測手段により計測された前記電源側電圧の波形と送電線側電圧計測手段により計測された前記送電線側電圧の波形とを乗算した波形を演算する乗算手段と、前記乗算手段により演算された前記波形から前記電源の周波数よりも低く直流成分の周波数よりも高い周波数帯の成分の波形を抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された前記波形が最大となる周期を検出する周期検出手段と、前記周期検出手段により検出された前記周期に基づいて、前記遮断器を投入する投入手段とを備えている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、遮断器の極間電圧が複周波となっている場合でも、遮断器を投入する際に発生する過電圧を抑制することのできる過電圧抑制装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る過電圧抑制装置の適用された電力系統の構成を示す構成図。
【図２】第１の実施形態に係る過電圧抑制装置の構成を示す構成図。
【図３】第１の実施形態に係る電源側電圧計測部により計測された遮断器の電源側電圧の電圧波形を示す波形図。
【図４】第１の実施形態に係る線路側電圧計測部により計測された遮断器の線路側電圧の電圧波形を示す波形図。
【図５】第１の実施形態に係る遮断器の極間電圧の電圧波形を示す波形図。
【図６】第１の実施形態に係る乗算器により演算処理された電圧波形を示す波形図。
【図７】第１の実施形態に係るローパスフィルタにより演算処理された電圧波形を示す波形図。
【図８】第１の実施形態に係るハイパスフィルタにより演算処理された電圧波形を示す波形図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る過電圧抑制装置の適用された電力系統システムの構成を示す構成図。
【図１０】第２の実施形態に係る過電圧抑制装置の構成を示す構成図。
【図１１】第２の実施形態に係る電源側電圧計測部により計測された遮断器の電源側電圧の電圧波形を示す波形図。
【図１２】第２の実施形態に係る線路側電圧計測部により計測された遮断器の線路側電圧の電圧波形を示す波形図。
【図１３】第２の実施形態に係る減算器により演算処理された遮断器の極間電圧の電圧波形を示す波形図。
【図１４】第２の実施形態に係る乗算器により演算処理された電圧波形を示す波形図。
【図１５】第２の実施形態に係るローパスフィルタにより演算処理された電圧波形を示す波形図。
【図１６】第２の実施形態に係るハイパスフィルタにより演算処理された電圧波形を示す波形図。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る過電圧抑制装置の適用された電力系統システムの構成を示す構成図。
【図１８】第３の実施形態に係る過電圧抑制装置の構成を示す構成図。
【図１９】第３の実施形態に係る電源側電圧計測部により計測された遮断器の電源側電圧の電圧波形を示す波形図。
【図２０】第３の実施形態に係る線路側電圧計測部により計測された遮断器の線路側電圧の電圧波形Ｗを示す波形図。
【図２１】第３の実施形態に係る減算器により演算処理された遮断器の極間電圧の電圧波形を示す波形図。
【図２２】第３の実施形態に係る遮断器が無負荷送電線を投入する際に発生する投入サージを模式的に描いた波形図。
【図２３】第３の実施形態に係る遮断器の投入時におけるプレアーク発生電圧特性を示す特性図。
【図２４】本発明の第４の実施形態に係る過電圧抑制装置の適用された電力系統システムの構成を示す構成図。
【図２５】本発明の第４の実施形態に係る過電圧抑制装置の構成を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る過電圧抑制装置１０の適用された電力系統システム１の構成を示す構成図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。
【００２３】
電力系統システム１は、電源母線２と、三相分の遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗと、送電線４と、三相分の電源側電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗと、三相分の線路側電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗと、過電圧抑制装置１０とを備えている。
【００２４】
電源母線２は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相からなる三相交流の電源を備えた電力系統の母線である。
【００２５】
送電線４は、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを介して、電源母線２に電気的に接続される。なお、図示していないが、送電線４の各相の対地間にリアクトルが設置されている。これらのリアクトルは、送電線４の両端に設置される場合又は片端のみに設置される場合等がある。
【００２６】
遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗは、送電線４と電源母線２との各相を互いに接続する。遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗは、相毎に個別に操作する各相操作型の遮断器である。遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に、それぞれ設けられている。
【００２７】
各電源側電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、電源母線２のそれぞれの対応する相に設けられている。電源側電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、例えば計器用変圧器である。各電源側電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、電源母線２のそれぞれの対応する相電圧（対地電圧）を検出する。即ち、各電源側電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、それぞれの対応する遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの電源側の電圧を検出する。各電源側電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、それぞれの検出した電源母線２の各相電圧を過電圧抑制装置１０に出力する。
【００２８】
各線路側電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗは、送電線４のそれぞれの対応する相に設けられている。線路側電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗは、例えば計器用変圧器である。各線路側電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗは、送電線４のそれぞれの対応する相電圧（対地電圧）を検出する。即ち、各線路側電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗは、それぞれの対応する相の遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの線路側の電圧を検出する。各線路側電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗは、それぞれの検出した送電線４の各相電圧を過電圧抑制装置１０に出力する。
【００２９】
過電圧抑制装置１０には、電源側電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗにより検出された電源母線２の各相電圧及び線路側電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗにより検出された送電線４の各相電圧が入力される。過電圧抑制装置１０は、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗが開放された場合、電源母線２の各相電圧及び送電線４の各相電圧に基づいて、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入する。
【００３０】
過電圧抑制装置１０は、電源側電圧計測部１１と、線路側電圧計測部１２と、波形演算部１３と、位相検出部１４と、投入指令出力部１５とを備えている。
【００３１】
電源側電圧計測部１１は、電源側電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗにより検出された遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの電源側の電圧を計測する。電源側電圧計測部１１は、計測した遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの電源側の電圧波形データを波形演算部１３に出力する。
【００３２】
線路側電圧計測部１２は、線路側電圧検出器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗにより検出された送電線４の電圧を計測する。線路側電圧計測部１２は、計測した送電線４の電圧波形データを波形演算部１３に出力する。
【００３３】
波形演算部１３は、電源側電圧計測部１１により計測された電源母線２の電圧波形データ及び線路側電圧計測部１２により計測された送電線４の電圧波形データに対して、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入する位相（タイミング）を検出するための波形演算処理をする。波形演算部１３は、波形演算処理がされた電圧波形データを位相検出部１４に出力する。
【００３４】
位相検出部１４は、波形演算部１３により波形演算処理された電圧波形データに基づいて、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗをそれぞれ投入する位相を検出する。位相検出部１４は、検出した各相の投入する位相を、投入指令出力部１５に出力する。
【００３５】
投入指令出力部１５は、位相検出部１４により検出された各相の位相で、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗをそれぞれ投入するための投入指令を出力する。
【００３６】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る過電圧抑制装置１０の構成を示す構成図である。なお、図２においては、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗのうちの一相分のみの構成を図示しているが、他の二相も同様に構成されているものとする。
【００３７】
なお、ここでは、一相（Ｕ相）分の構成について主に説明し、他の二相（Ｖ相及びＷ相）については、同様に構成されているものとして、説明を適宜省略する。以降の実施形態も同様にして、説明を適宜省略する。
【００３８】
波形演算部１３は、乗算器１３１と、ローパスフィルタ１３２と、ハイパスフィルタ１３３とを備えている。
【００３９】
乗算器１３１には、電源側電圧計測部１１により計測された遮断器３Ｕの電源側の電圧波形データ及び線路側電圧計測部１２により計測された遮断器３Ｕの線路側の電圧波形データが入力される。乗算器１３１は、遮断器３Ｕの電源側の電圧波形データと遮断器３Ｕの線路側の電圧波形データを乗算する。乗算器１３１は、乗算して算出した電圧波形データを、ローパスフィルタ１３２に出力する。
【００４０】
ローパスフィルタ１３２には、乗算器１３１により演算された電圧波形データが入力される。ローパスフィルタ１３２のカットオフ周波数は、商用周波数をカットできる周波数に設定されている。ローパスフィルタ１３２は、入力された電圧波形データに対して、カットオフ周波数よりも低い周波成分のみを通過させる。これにより、ローパスフィルタ１３２は、入力された電圧波形データに対して、高周波成分である商用周波数成分を取り除く。ローパスフィルタ１３２は、通過した電圧波形データを、ハイパスフィルタ１３３に出力する。
【００４１】
ここで、ローパスフィルタ１３２のカットオフ周波数について説明する。
【００４２】
遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを遮断後の送電線４の電圧振動の周波数は、設置されているリアクトルの補償率によっても変わるが、電源側電圧の周波数である商用周波数に近くなる。このため、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの極間電圧には、商用周波数よりも低周波の成分が現れる。そこで、ローパスフィルタ１３３のカットオフ周波数は、商用周波をカットできる周波数に設定される。
【００４３】
ハイパスフィルタ１３３には、ローパスフィルタ１３２を通過した電圧波形データが入力される。ハイパスフィルタ１３３のカットオフ周波数は、直流成分に近い極低周波の周波数成分をカットできる周波数に設定されている。ハイパスフィルタ１３３は、入力された電圧波形データに対して、カットオフ周波数よりも高い周波成分のみを通過させる。これにより、ハイパスフィルタ１３３は、入力された電圧波形データに対して、極低周波成分を取り除く。ハイパスフィルタ１３３は、通過した電圧波形データを、位相検出部１４の周期検出部１４１に出力する。
【００４４】
位相検出部１４は、周期検出部１４１と、投入位相演算部１４２とを備えている。
【００４５】
周期検出部１４１には、ハイパスフィルタ１３３を通過した電圧波形データが入力される。周期検出部１４１は、入力された電圧波形データに基づいて、遮断器３Ｕの極間電圧が最小となる周期を演算する。周期検出部１４１は、演算した周期を投入位相演算部１４２に出力する。
【００４６】
投入位相演算部１４２には、周期検出部１４１により演算された周期が入力される。投入位相演算部１４２は、入力された周期に基づいて、遮断器３Ｕを投入するのに最適な時刻（位相）を演算する。ここで、最適な投入時刻とは、このあとに、遮断器３Ｕの極間電圧の電圧波形が最小になると推定される時刻である。投入位相演算部１４２は、演算した時刻を投入指令出力部１５に出力する。
【００４７】
図３〜図８は、本実施形態に係る過電圧抑制装置１０における演算処理を説明するための電圧波形Ｗ３〜Ｗ８を示す波形図である。図３〜図８は、遮断器３Ｕが送電線４を遮断した時刻ｔ０付近からのそれぞれの電圧波形Ｗ３〜Ｗ８の状態を示している。図３〜図８に示す座標は、縦軸を電圧（p．u．：per unit）、横軸を時間（秒）としている。
【００４８】
図３は、電源側電圧計測部１１により計測された遮断器３Ｕの電源側電圧（電源母線２の電圧）の電圧波形Ｗ３を示す波形図である。図４は、線路側電圧計測部１２により計測された遮断器３Ｕの線路側電圧（送電線４の電圧）の電圧波形Ｗ４を示す波形図である。図５は、遮断器３Ｕの極間電圧の電圧波形Ｗ５を示す波形図である。図６は、乗算器１３１により演算処理された電圧波形Ｗ６を示す波形図である。図７は、ローパスフィルタ１３２により演算処理された電圧波形Ｗ７を示す波形図である。図８は、ハイパスフィルタ１３３により演算処理された電圧波形Ｗ８を示す波形図である。
【００４９】
遮断器３Ｕの電源側には、図３に示された電圧波形Ｗ３で表される電圧が印加されている。遮断器３Ｕの線路側には、図４に示された電圧波形Ｗ４で表される電圧が印加されている。
【００５０】
このとき、遮断器３Ｕの極間電圧は、図５に示された電圧波形Ｗ５で表される。電圧波形Ｗ５は、遮断器３Ｕの電源側の電圧波形Ｗ３から遮断器３Ｕの線路側の電圧波形Ｗ４を減算することで求まる。電圧波形Ｗ５は、時刻ｔ０よりも前では、遮断器３Ｕの電源側の電圧と遮断器３Ｕの線路側の電圧とは同一であるため、零である。
【００５１】
乗算器１３１には、電圧波形Ｗ３を示す遮断器３Ｕの電源側の電圧波形データと電圧波形Ｗ４を示す遮断器３Ｕの線路側の電圧波形データが入力される。乗算器１３１は、入力された２つの電圧波形データを乗算する。これにより、乗算器１３１は、図６に示された電圧波形Ｗ６を示す電圧波形データを算出する。電圧波形Ｗ６には、高調波成分である商用周波数成分と、低周波成分ＦＬ１と、極低周波成分ＦＬ２とが重畳されている。
【００５２】
ローパスフィルタ１３２には、乗算器１３１により算出された電圧波形Ｗ６を示す電圧波形データが入力される。これにより、ローパスフィルタ１３２は、図７に示された電圧波形Ｗ７を示す電圧波形データを算出する。電圧波形Ｗ７は、電圧波形Ｗ６に対して、商用周波数成分が抑制され、低周波成分ＦＬ１及び極低周波成分ＦＬ２が抽出された波形になっている。
【００５３】
ハイパスフィルタ１３３には、ローパスフィルタ１３２により算出された電圧波形Ｗ７を表す電圧波形データが入力される。これにより、ハイパスフィルタ１３３は、図８に示された電圧波形Ｗ８を示す電圧波形データを算出する。電圧波形Ｗ８は、電圧波形Ｗ７に対して、極低周波成分ＦＬ２が抑制され、電源母線２の周波数よりも低く直流成分の周波数よりも高い周波数帯の低周波成分ＦＬ１が抽出された波形になっている。
【００５４】
周期検出部１４１は、波形演算部１３により波形演算された電圧波形Ｗ８を示す電圧波形データが入力される。周期検出部１４１は、遮断器３Ｕが送電線４を遮断してから予め設定された時間が経過するまで、電圧波形Ｗ８を示す電圧波形データを監視する。周期検出部１４１は、監視した電圧波形Ｗ８において、正極性で最大となる時刻ｔｃを検出する。この検出により、周期検出部１４１は、時刻ｔｃが現れる間隔を測定する。周期検出部１４１は、この測定した間隔に基づいて、周期ＴＭを演算する。周期検出部１４１は、演算した周期ＴＭを投入位相演算部１４２に出力する。
【００５５】
図５及び図８に示すように、電圧波形Ｗ８における正極性で最大となる時刻ｔｃと電圧波形Ｗ５の複周波の電圧が最小となる時刻ｔｃとは、一致する。よって、周期検出部１４１により演算された周期ＴＭは、極間電圧の電圧波形Ｗ５の複周波の電圧が最小となる周期ＴＭと同じである。
【００５６】
投入位相演算部１４２は、周期検出部１４１により演算された周期ＴＭに基づいて、遮断器３Ｕを投入するのに最適な投入位相（投入時刻）を演算する。この投入位相は、このあとに、電圧波形Ｗ８が正極性で最大になると推定される位相の１つである。
【００５７】
投入指令出力部１５は、投入位相演算部１４２により演算された投入位相で、遮断器３Ｕが投入されるように、遮断器３Ｕに投入指令を出力する。
【００５８】
本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【００５９】
遮断器３Ｕの電源側の電圧と遮断器３Ｕの線路側の電圧とを乗算することによって、電源母線２の周波数よりも低く直流成分の周波数よりも高い周波数帯の低周波成分ＦＬ１が顕著に現れる。ＦＬ１は遮断器極間電圧Ｗ５の複周波の周波数成分である。ローパスフィルタ１３２及びハイパスフィルタ１３３により、低周波成分ＦＬ１を抽出する。低周波成分ＦＬ１が抽出された電圧波形Ｗ８において、正極性の最大となる周期ＴＭを求めることで、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの極間電圧が小さくなる時点を推定することができる。
【００６０】
これらの処理により、過電圧抑制装置１０は、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの極間電圧が小さくなる最適な投入時点で遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入することで、極間電圧が複周波となっている場合でも、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入する際に発生する過電圧を抑制することができる。
【００６１】
（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態に係る過電圧抑制装置１０Ａの適用された電力系統システム１Ａの構成を示す構成図である。
【００６２】
電力系統システム１Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る電力系統システム１において、過電圧抑制装置１０の代わりに過電圧抑制装置１０Ａを設けた構成である。その他の点については、電力系統システム１Ａは、第１の実施形態に係る電力系統システム１と同様である。
【００６３】
図１０は、本実施形態に係る過電圧抑制装置１０Ａの構成を示す構成図である。
【００６４】
過電圧抑制装置１０Ａは、図２に示す第１の実施形態に係る過電圧抑制装置１０において、波形演算部１３の代わりに波形演算部１３Ａを設けた構成である。その他の点については、過電圧抑制装置１０Ａは、第１の実施形態に係る過電圧抑制装置１０と同様である。
【００６５】
波形演算部１３Ａは、減算器１３Ａ１と、乗算器１３Ａ２と、ローパスフィルタ１３Ａ３と、ハイパスフィルタ１３Ａ４とを備えている。
【００６６】
減算器１３Ａ１には、電源側電圧計測部１１により計測された遮断器３Ｕの電源側の電圧波形データ及び線路側電圧計測部１２により計測された遮断器３Ｕの線路側の電圧波形データが入力される。減算器１３Ａ１は、遮断器３Ｕの電源側の電圧波形データから遮断器３Ｕの線路側の電圧波形データを減算する。この演算により、遮断器３Ｕの極間電圧の電圧波形データが算出される。減算器１３Ａ１は、算出した極間電圧の電圧波形データを、乗算器１３Ａ２に出力する。
【００６７】
乗算器１３Ａ２には、減算器１３Ａ１により演算された極間電圧の電圧波形データが入力される。乗算器１３Ａ２は、入力された電圧波形データを２乗する。乗算器１３Ａ２は、２乗して演算された電圧波形データを、ローパスフィルタ１３Ａ３に出力する。
【００６８】
ローパスフィルタ１３Ａ３には、乗算器１３Ａ２により２乗された電圧波形データが入力される。ローパスフィルタ１３Ａ３のカットオフ周波数は、商用周波数をカットできる周波数に設定されている。ローパスフィルタ１３Ａ３は、入力された電圧波形データに対して、カットオフ周波数よりも低い周波成分のみを通過させる。これにより、ローパスフィルタ１３Ａ３は、入力された電圧波形データに対して、高周波成分である商用周波数成分を取り除く。ローパスフィルタ１３Ａ３は、通過した電圧波形データを、ハイパスフィルタ１３Ａ４に出力する。
【００６９】
ハイパスフィルタ１３Ａ４には、ローパスフィルタ１３Ａ３を通過した電圧波形データが入力される。ハイパスフィルタ１３Ａ４のカットオフ周波数は、直流成分に近い極低周波の周波数成分をカットできる周波数に設定されている。ハイパスフィルタ１３Ａ４は、入力された電圧波形データに対して、カットオフ周波数よりも高い周波成分のみを通過させる。これにより、ハイパスフィルタ１３Ａ４は、入力された電圧波形データに対して、極低周波成分を取り除く。ハイパスフィルタ１３Ａ４は、通過した電圧波形データを、位相検出部１４の周期検出部１４１に出力する。
【００７０】
図１１〜図１６は、本実施形態に係る過電圧抑制装置１０Ａにおける演算処理を説明するための電圧波形を示す波形図である。図１１〜図１６は、遮断器３Ｕが送電線４を遮断した時刻ｔ１付近からのそれぞれの電圧波形Ｗ１１〜Ｗ１６の状態を示している。図１１〜図１６に示す座標は、縦軸を電圧（p．u．）、横軸を時間（秒）としている。
【００７１】
図１１は、電源側電圧計測部１１により計測された遮断器３Ｕの電源側電圧（電源母線２の電圧）の電圧波形Ｗ１１を示す波形図である。図１２は、線路側電圧計測部１２により計測された遮断器３Ｕの線路側電圧（送電線４の電圧）の電圧波形Ｗ１２を示す波形図である。図１３は、減算器１３Ａ１により演算処理された遮断器３Ｕの極間電圧の電圧波形Ｗ１３を示す波形図である。図１４は、乗算器１３Ａ２により演算処理された電圧波形Ｗ１４を示す波形図である。図１５は、ローパスフィルタ１３Ａ３により演算処理された電圧波形Ｗ１５を示す波形図である。図１６は、ハイパスフィルタ１３Ａ４により演算処理された電圧波形Ｗ１６を示す波形図である。
【００７２】
遮断器３Ｕの電源側には、図１１に示された電圧波形Ｗ１１で表される電圧が印加されている。遮断器３Ｕの線路側には、図１２に示された電圧波形Ｗ１２で表される電圧が印加されている。
【００７３】
減算器１３Ａ１には、電圧波形Ｗ１１を示す遮断器３Ｕの電源側の電圧波形データと電圧波形Ｗ１２を示す遮断器３Ｕの線路側の電圧波形データが入力される。減算器１３Ａ１は、遮断器３Ｕの電源側の電圧波形データから遮断器３Ｕの線路側の電圧波形データを減算する。これにより、減算器１３Ａ１は、図１３に示された電圧波形Ｗ１３を示す遮断器３Ｕの極間電圧の電圧波形データを算出する。電圧波形Ｗ１３は、時刻ｔ１よりも前では、遮断器３Ｕの電源側の電圧と遮断器３Ｕの線路側の電圧とは同一であるため、零である。
【００７４】
乗算器１３Ａ２には、減算器１３Ａ１により算出された電圧波形Ｗ１３を示す遮断器３Ｕの極間電圧の電圧波形データが入力される。乗算器１３Ａ２は、入力された電圧波形データを２乗する。これにより、乗算器１３Ａ２は、図１４に示された電圧波形Ｗ１４を示す電圧波形データを算出する。電圧波形Ｗ１４には、高調波成分である商用周波数成分と、低周波成分ＦＬ３と、図１５に示す極低周波成分ＦＬ４とが重畳されている。
【００７５】
ローパスフィルタ１３Ａ３には、減算器１３Ａ２により算出された電圧波形Ｗ１４を示す電圧波形データが入力される。これにより、ローパスフィルタ１３Ａ３は、図１５に示された電圧波形Ｗ１５を示す電圧波形データを算出する。電圧波形Ｗ１５は、電圧波形Ｗ１４に対して、商用周波数成分が抑制され、低周波成分ＦＬ３及び極低周波成分ＦＬ４が抽出された波形になっている。
【００７６】
ハイパスフィルタ１３Ａ４には、ローパスフィルタ１３Ａ３により算出された電圧波形Ｗ１５を表す電圧波形データが入力される。これにより、ハイパスフィルタ１３Ａ４は、図１６に示された電圧波形Ｗ１６を示す電圧波形データを算出する。電圧波形Ｗ１６は、電圧波形Ｗ１５に対して、極低周波成分ＦＬ４が抑制され、電源母線２の周波数よりも低く直流成分の周波数よりも高い周波数帯の低周波成分ＦＬ３が抽出された波形になっている。
【００７７】
周期検出部１４１は、波形演算部１３Ａにより波形演算された電圧波形Ｗ１６を示す電圧波形データが入力される。周期検出部１４１は、遮断器３Ｕが送電線４を遮断してから予め設定された時間が経過するまで、電圧波形Ｗ１６を示す電圧波形データを監視する。周期検出部１４１は、監視した電圧波形Ｗ１６において、負極性で最大となる時刻ｔｃ１を検出する。この検出により、周期検出部１４１は、時刻ｔｃ１が現れる間隔を測定する。周期検出部１４１は、この測定した間隔に基づいて、周期ＴＭ１を演算する。周期検出部１４１は、演算した周期ＴＭ１を投入位相演算部１４２に出力する。
【００７８】
図１３及び図１６に示すように、電圧波形Ｗ１６における負極性で最大となる時刻ｔｃ１と電圧波形Ｗ１３の複周波電圧の小さくなる時刻ｔｃ１とは、一致する。よって、周期検出部１４１により演算された周期ＴＭ１は、極間電圧の電圧波形Ｗ１３の複周波電圧の小さくなる周期ＴＭ１と同じである。
【００７９】
投入位相演算部１４２は、周期検出部１４１により演算された周期ＴＭ１に基づいて、遮断器３Ｕを投入するのに最適な投入位相（投入時刻）を演算する。この投入位相は、将来において、電圧波形Ｗ１６が負極性で最大になると推定される位相の１つである。
【００８０】
投入指令出力部１５は、投入位相演算部１４２により演算された投入位相で、遮断器３Ｕが投入されるように、遮断器３Ｕに投入指令を出力する。
【００８１】
本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【００８２】
遮断器３Ｕの極間電圧を２乗することによって、電源母線２の周波数よりも低く直流成分の周波数よりも高い周波数帯の低周波成分ＦＬ３が顕著に現れる。ローパスフィルタ１３Ａ３及びハイパスフィルタ１４Ａ４により、低周波成分ＦＬ３を抽出する。低周波成分ＦＬ３が抽出された電圧波形Ｗ１６において、負極性の最大となる周期ＴＭ１を求めることで、極間電圧が小さくなる時点を推定することができる。これらの処理により、過電圧抑制装置１０Ａは、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの極間電圧が小さくなる最適な投入時点で遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入することで、極間電圧が複周波となっている場合でも、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入する際に発生する過電圧を抑制することができる。
【００８３】
また、過電圧抑制装置１０Ａでは、極間電圧を直接求め、この極間電圧を２乗しているため、第１の実施形態に係る過電圧抑制装置１０よりも、極間電圧の高低差を明確にすることができる。これにより、過電圧抑制装置１０Ａは、第１の実施形態に係る過電圧抑制装置１０よりも精度の高い制御をすることができる。
【００８４】
一方、過電圧抑制装置１０Ａでは、第１の実施形態に係る過電圧抑制装置１０での乗算器１３１での演算の代わりに、減算器Ａ１及び乗算器１３Ａ２による演算が必要である。このため、第１の実施形態に係る過電圧抑制装置１０は、過電圧抑制装置１０Ａよりも演算速度が速い。
【００８５】
（第３の実施形態）
図１７は、本発明の第３の実施形態に係る過電圧抑制装置１０Ｂの適用された電力系統システム１Ｂの構成を示す構成図である。
【００８６】
電力系統システム１Ｂは、図１に示す第１の実施形態に係る電力系統システム１において、過電圧抑制装置１０の代わりに過電圧抑制装置１０Ｂを設けた構成である。その他の点については、電力系統システム１Ｂは、第１の実施形態に係る電力系統システム１と同様である。
【００８７】
図１８は、本実施形態に係る過電圧抑制装置１０Ｂの構成を示す構成図である。
【００８８】
過電圧抑制装置１０Ｂは、図２に示す第１の実施形態に係る過電圧抑制装置１０において、波形演算部１３の代わりに波形演算部１３Ｂを設け、投入指令出力部１５の代わりに投入指令出力部１５Ｂを設けた構成である。その他の点については、過電圧抑制装置１０Ｂは、第１の実施形態に係る過電圧抑制装置１０と同様である。
【００８９】
波形演算部１３Ｂは、第１の実施形態に係る波形演算部１３に、減算器１３Ｂ１及び波形監視部１３Ｂ２を追加した構成である。
【００９０】
減算器１３Ｂ１には、電源側電圧計測部１１により計測された遮断器３Ｕの電源側の電圧波形データ及び線路側電圧計測部１２により計測された遮断器３Ｕの線路側の電圧波形データが入力される。減算器１３Ｂ１は、遮断器３Ｕの電源側の電圧波形データから遮断器３Ｕの線路側の電圧波形データを減算する。この演算により、遮断器３Ｕの極間電圧の電圧波形データが算出される。減算器１３Ｂ１は、算出した極間電圧の電圧波形データを、波形監視部１３Ｂ２に出力する。
【００９１】
波形監視部１３Ｂ２には、減算器１３Ｂ１により演算された極間電圧の電圧波形データが入力される。波形監視部１３Ｂ２は、遮断器３Ｕによる送電線４の遮断後、極間電圧の電圧波形データに基づいて、遮断器３Ｕの線路側（送電線４）に流れる２次アーク電流が予め設定された設定時間（例えば、１００ミリ秒）以内に消弧したか否かを監視する。
【００９２】
波形監視部１３Ｂ２による２次アーク電流の消弧の判断方法は、極間電圧の波形が変化したことを検出することにより行う。例えば、極間電圧の波形の変化を検出する方法としては、極間電圧の周波数により判断する方法がある。２次アーク電流が消弧していない間は、遮断器３Ｕの線路側の電圧は零である。このため、極間電圧は、遮断器３Ｕの電源側の電圧（例えば商用周波数）と同じになる。また、送電線側にリアクトルが設置されている場合、２次アーク電流が消弧すると、極間電圧は、遮断器３Ｕの電源側の周波数よりも低い低周波となる。よって、波形監視部１３Ｂ２は、極間電圧の周波数が低くなったことを検出して、２次アーク電流が消弧したことを判断することができる。
【００９３】
波形監視部１３Ｂ２は、設定時間内に２次アーク電流が消弧した場合、演算処理を終了する。波形監視部１３Ｂ２は、設定時間内に２次アーク電流が消弧しなかった場合、極間電圧の電圧波形データに基づいて、乗算器１３１などの演算による波形処理を行わずに、投入サージ（過電圧）を抑制させて、遮断器３Ｕを投入するための演算処理を行う。波形監視部１３Ｂ２は、演算結果に基づいて、投入指令出力部１５Ｂに出力する。
【００９４】
ここで、２次アーク電流について説明する。
【００９５】
一般に、送電線に故障が発生し、遮断器が送電線を遮断した後、健全相若しくは健全回線からの誘導によって故障点に小さな電流が流れることが知られている。この電流は、２次アーク電流と呼ばれる。２次アーク電流は、遮断器が送電線を遮断した後、数十ミリ秒から数百ミリ秒程度で、自然消弧するといわれている。この２次アーク電流が流れている間は、故障が継続している。その間、２次アークによるアーク電圧が存在するが、その大きさは電源電圧に比べて小さいため、遮断器が送電線を遮断しても、送電線の電圧は、ほぼ零である。２次アーク電流が消弧すると、送電線の電圧振動が始まる。そこで、波形監視部１３Ｂ２では、遮断器３Ｕの線路側の電圧が零でなくなったことを検知して、２次アーク電流が消弧したと判断する。
【００９６】
次に、波形監視部１３Ｂ２に設定される設定時間について説明する。
【００９７】
財団法人電気学会（IEEJ: The Institute of Electrical Engineers of Japan）における電気規格調査会（JEC: Japanese Electrotechnical Committee）標準規格ＪＥＣ−２３００−１９９８「交流遮断器」では、遮断器の動作責務が決められている。この規格では、遮断器は、高速度再閉路の場合、遮断−θ−投入・遮断−（１分）−投入・遮断という責務が決められている。ここで、θは、０．３５秒が標準とされている。
【００９８】
一方、遮断器３Ｕが開放されてから２次アーク電流が消弧するまでの時間は、気象条件によっても左右されるため、一定ではない。よって、２次アーク電流の消弧時点が遅れると、上述の高速度再閉路のθの時間内に、極間電圧が小さくなる時点を波形処理によって推定することが困難となる場合がある。
【００９９】
そこで、波形監視部１３Ｂ２には、極間電圧が小さくなる時点を波形処理により推定をしても、θの時間内に遮断器３Ｕを投入することができる時間内で、遮断器３Ｕが開放されてから２次アーク電流が消弧するまでに費やすことのできる最大時間が、設定時間として設定されている。即ち、この設定時間よりも長く２次アーク電流が消弧するまでに時間が掛かった場合には、過電圧抑制装置１０Ｂは、波形処理をして、極間電圧が小さくなる時点を推定すると、遮断器３Ｕの再投入を上述の動作責務に必要なθの時間内に出来なくなるということである。
【０１００】
設定時間内に２次アーク電流が消弧すれば、過電圧抑制装置１０Ｂは、波形処理をして、極間電圧が小さくなる時点を推定する。設定時間内に２次アーク電流が消弧しない場合、過電圧抑制装置１０Ｂは、波形監視部１３Ｂ２により演算された投入時点で、遮断器３Ｕの投入を行う。
【０１０１】
図１９〜図２１は、本実施形態に係る過電圧抑制装置１０Ｂにおける演算処理を説明するための電圧波形を示す波形図である。図１９〜図２１は、遮断器３Ｕが送電線４を遮断した時刻ｔ２付近からのそれぞれの電圧波形Ｗ１９〜Ｗ２１の状態を示している。図１９〜図２１に示す座標は、縦軸を電圧（p．u．）、横軸を時間（秒）としている。
【０１０２】
図１９は、電源側電圧計測部１１により計測された遮断器３Ｕの電源側電圧（電源母線２の電圧）の電圧波形Ｗ１９を示す波形図である。図２０は、線路側電圧計測部１２により計測された遮断器３Ｕの線路側電圧（送電線４の電圧）の電圧波形Ｗ２０を示す波形図である。図２１は、減算器１３Ｂ１により演算処理された遮断器３Ｕの極間電圧の電圧波形Ｗ２１を示す波形図である。
【０１０３】
遮断器３Ｕの電源側には、図１９に示された電圧波形Ｗ１９で表される電圧が印加されている。遮断器３Ｕの線路側には、図２０に示された電圧波形Ｗ２０で表される電圧が印加されている。
【０１０４】
図１９及び図２０では、送電線Ｕ相が１線地絡故障状態としている。このため、図１９及び図２０の時刻ｔ２以前において、電圧側電圧Ｗ１９及び線路側電圧Ｗ２０が零となっている。時刻ｔ２で遮断器３Ｕが遮断するため、その後、電源側電圧Ｗ１９は電源電圧が現れている。一方、送電線４の故障は時刻ｔ２１まで継続している。即ち、時刻ｔ２１まで２次アーク電圧が継続している。時刻ｔ２１は、２次アーク電流が消弧した時点を示している。従って、送電線４の電圧を表している電圧波形Ｗ２０は、時刻ｔ２１までは、零である。
【０１０５】
減算器１３Ｂ１には、電圧波形Ｗ１９を示す遮断器３Ｕの電源側の電圧波形データ及び電圧波形Ｗ２０を示す遮断器３Ｕの線路側の電圧波形データが入力される。減算器１３Ｂ１は、遮断器３Ｕの電源側の電圧波形データから遮断器３Ｕの線路側の電圧波形データを減算する。これにより、減算器１３Ｂ１は、図２１に示された電圧波形Ｗ２１を示す遮断器３Ｕの極間電圧の電圧波形データを算出する。電圧波形Ｗ２１は、時刻ｔ２よりも前では、遮断器３Ｕの電源側の電圧と遮断器３Ｕの線路側の電圧とは同一であるため、零である。
【０１０６】
波形監視部１３Ｂ２には、減算器１３Ｂ１により算出された電圧波形Ｗ２１を示す遮断器３Ｕの極間電圧の電圧波形データ及び電圧波形Ｗ２０を示す遮断器３Ｕの線路側の電圧波形データが入力される。波形監視部１３Ｂ２は、遮断器３Ｕが開放された時刻ｔ２から２次アーク電流が消弧した時刻ｔ２１までの時間を計測する。
【０１０７】
波形監視部１３Ｂ２は、遮断器３Ｕが開放された時刻ｔ２から２次アーク電流が消弧した時刻ｔ２１までの時間が設定時間よりも短い場合、演算処理を終了する。
【０１０８】
波形監視部１３Ｂ２は、遮断器３Ｕが開放された時刻ｔ２から２次アーク電流が消弧した時刻ｔ２１までの時間が設定時間よりも長い場合、電圧波形Ｗ２１を示す遮断器３Ｕの極間電圧の電圧波形データが予め設定された瞬時値の電圧閾値ＴＨＰ，ＴＨＮ（ここでは、±１．５ｐ．ｕ．とする。）よりも低い電圧値の時点を検出する。この検出結果に基づいて、波形監視部１３Ｂ２は、遮断器３Ｕの極間電圧が定常時の電源電圧の波高値の１．５ｐ．ｕ．以下で、遮断器３Ｕが投入されるように、投入指令出力部１５Ｂに投入指令を出力する。
【０１０９】
ここで、投入サージＶＳについて説明する。
【０１１０】
図２２は、遮断器が無負荷送電線を投入する際に発生する投入サージＶＳを模式的に描いた波形図である。図２２は、時刻ｔ３で遮断器を投入し、対地で３ｐ．ｕ．の投入サージ（過電圧）ＶＳが発生した状態を示している。
【０１１１】
電源電圧ＶＰは、波高値が１ｐ．ｕ．の正弦波である。遮断器が再投入される前に送電線に残留していた直流電圧ＶＬは、１ｐ．ｕ．である。対地で３ｐ．ｕ．の投入サージＶＳが発生した時刻ｔ３での極間電圧（電源電圧ＶＰの瞬時値と直流電圧ＶＬと差）は、２ｐ．ｕ．である。即ち、投入サージＶＳは、極間電圧の約１．５倍の電圧となる。
【０１１２】
そこで、波形監視部１３Ｂ２は、極間電圧が２ｐ．ｕ．よりも低い電圧の時点で、遮断器３ｕを投入することで、投入サージによる過電圧を３ｐ．ｕ．よりも低く抑制する。
【０１１３】
次に、波形監視部１３Ｂ２による遮断器３Ｕを投入するタイミングについて説明する。
【０１１４】
図２３は、本実施形態に係る遮断器３Ｕの投入時におけるプレアーク発生電圧特性ＶＴ０，ＶＴ１，ＶＴ２を示す特性図である。図２３において、極間電圧ＶＤは、絶対値で示している。極間電圧ＶＤの波高値は、１．５ｐ．ｕ．としている。
【０１１５】
プレアーク発生電圧特性ＶＴ０は、遮断器３Ｕの標準となるプレアーク発生電圧特性を示している。また、遮断器には、一般的に、動作ばらつき及び放電ばらつきがある。プレアーク発生電圧特性ＶＴ１，ＶＴ２は、プレアーク発生電圧特性ＶＴ０を基準として、遮断器３Ｕの動作ばらつき及び放電ばらつきを考慮したプレアーク発生電圧特性を示している。
【０１１６】
ばらつきを考慮したプレアーク発生電圧特性ＶＴ２が極間電圧ＶＤと接触しないように遮断器３Ｕを投入させようとすると、もう一方のばらつきを考慮したプレアーク発生電圧特性ＶＴ１と極間電圧ＶＤとの交点が約１ｐ．ｕ．である。よって、遮断器３Ｕのばらつきを考慮しても、図２３においては、極間電圧ＶＤを１ｐ．ｕ．以内で遮断器３Ｕを投入できる。
【０１１７】
プレアーク発生電圧特性、動作ばらつき、及び放電ばらつきは、遮断器によって異なる。即ち、図２３に示すようなプレアーク発生電圧特性ＶＴ０，ＶＴ１，ＶＴ２の傾きは、遮断器によって異なる。
【０１１８】
但し、プレアーク発生電圧特性は、遮断器の個体差に関係なく、時間に対して右下がりの直線になる。即ち、どの遮断器であっても、遮断器の極間の絶縁が破壊する電圧は、時間の経過に伴い、即ち、接点間距離の低下に伴い、比例して低下する。よって、遮断器の極間電圧が波高値で１．５ｐ．ｕ．であれば、遮断器３Ｕは必ず１．５ｐ．ｕ．以下の極間電圧のときに遮断器３Ｕを投入できる。
【０１１９】
また、波形監視部１３Ｂ２は、波形処理をしなくとも、極間電圧が瞬時値で１．５ｐ．ｕ．以下となるような遮断器３Ｕを投入する位相を、演算処理により推定することができる。従って、波形監視部１３Ｂ２は、設定時間よりも長く２次アーク電流が消弧するまでに時間が掛かった場合、遮断器３Ｕのプレアーク発生電圧特性ＶＴ０，ＶＴ１，ＶＴ２を考慮して、極間電圧が１．５ｐ．ｕ．以下のタイミングで遮断器３Ｕを投入する。これにより、遮断器３Ｕは、投入される際の投入サージによる過電圧が最大の３ｐ．ｕ．よりも小さく抑制される。
【０１２０】
本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
【０１２１】
過電圧抑制装置１０Ｂは、波形監視部１３Ｂ２を設け、各遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗのそれぞれに対して、遮断されてから２次アーク電流が消弧するまで時間を監視する。過電圧抑制装置１０Ｂは、設定時間以内に２次アーク電流が消弧しない場合、乗算器１３１などによる波形処理を行わずに、過電圧をある程度抑制する時点で、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入する。このとき、過電圧抑制装置１０Ｂは、波形処理を行わずに、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入する位相を演算するため、波形処理を行う場合よりも短時間で遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入できる。
【０１２２】
これにより、過電圧抑制装置１０Ｂは、２次アーク電流が消弧する時間が遅くなり、乗算器１３１などによる波形処理をして投入位相を演算すると、動作責務を果せない場合であっても、波形監視部１３Ｂ２により、動作責務を果せる時間内に、投入サージによる過電圧を抑制させて、各遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入することができる。
【０１２３】
（第４の実施形態）
図２４は、本発明の第４の実施形態に係る過電圧抑制装置１０Ｃの適用された電力系統システム１Ｃの構成を示す構成図である。
【０１２４】
電力系統システム１Ｃは、図１に示す第１の実施形態に係る電力系統システム１において、過電圧抑制装置１０の代わりに過電圧抑制装置１０Ｃを設けた構成である。その他の点については、電力系統システム１Ｃは、第１の実施形態に係る電力系統システム１と同様である。
【０１２５】
図２５は、本実施形態に係る過電圧抑制装置１０Ｃの構成を示す構成図である。
【０１２６】
過電圧抑制装置１０Ｃは、図１８に示す第３の実施形態に係る過電圧抑制装置１０Ｂにおいて、波形演算部１３Ｂの代わりに波形演算部１３Ｃを設けた構成である。その他の点については、過電圧抑制装置１０Ｃは、第３の実施形態に係る過電圧抑制装置１０Ｂと同様である。
【０１２７】
波形演算部１３Ｃは、図１０に示す第２の実施形態に係る波形演算部１３Ａに、図１８に示す第３の実施形態に係る波形監視部１３Ｂ２を追加した構成である。波形監視部１３Ｂ２には、減算器１３Ａ１により演算された極間電圧の電圧波形データが入力される。その他の点については、波形演算部１３Ｃは、第２の実施形態に係る波形演算部１３Ａと同様である。
【０１２８】
本実施形態によれば、第２の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
【０１２９】
過電圧抑制装置１０Ｃは、波形監視部１３Ｂ２を設け、各遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗのそれぞれに対して、遮断されてから２次アーク電流が消弧するまで時間を監視する。過電圧抑制装置１０Ｃは、設定時間以内に２次アーク電流が消弧しない場合、乗算器１３Ａ２などによる波形処理を行わずに、過電圧をある程度抑制する時点で、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入する。このとき、過電圧抑制装置１０Ｃは、波形処理を行わずに、遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入する位相を演算するため、波形処理を行う場合よりも短時間で遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入できる。
【０１３０】
これにより、過電圧抑制装置１０Ｃは、２次アーク電流が消弧する時間が遅くなり、乗算器１３Ａ２などによる波形処理をして投入位相を演算すると、動作責務を果せない場合であっても、波形監視部１３Ｂ２により、動作責務を果せる時間内に、投入サージによる過電圧を抑制させて、各遮断器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを投入することができる。
【０１３１】
なお、各実施形態において、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを用いる構成としたが、これらのフィルタの代わりに、バンドパスフィルタを用いる構成としてもよい。バンドパスフィルタは、特定の周波数帯のみを透過させることができる。このため、バンドパスフィルタには、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタのそれぞれのカットオフ周波数によりカットされない周波数帯を透過させる設定することができる。即ち、バンドパスフィルタを、商用周波数（電源周波数）よりも低く直流成分相当の低周波数よりも高い所定の周波数帯のみを透過させる設定をすることができる。このようにすることにより、バンドパスフィルタを用いて構成することにより、各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１３２】
また、各実施形態で用いる構成要素は、ソフトウェアでもよいし、ハードウェアでもよいし、これらを組み合わせたものでもよい。例えば、各種フィルタは、アナログフィルタでもよいし、ディジタルフィルタでもよい。また、減算器などの各種演算器は、ハードウェアの構成（電圧を取り込む配線の結線による演算なども含む。）でもよいし、ディジタルデータをコンピュータで計算させる構成でもよい。
【０１３３】
さらに、各実施形態において、ハイパスフィルタを設けずに、波形の最大値や最小値を算出するアルゴリズムで対処してもよい。例えば、電源母線２の周波数よりも低く直流成分の周波数よりも高い周波数帯の低周波成分ＦＬ１，ＦＬ３がある程度明確に現れていれば、直流成分を取り除かずに、アルゴリズムにより、低周波成分ＦＬ１，ＦＬ３の最大値や最小値を求めてもよい。即ち、実質的に低周波成分ＦＬ１，ＦＬ３の最大値や最小値を求められるのであれば、低周波成分ＦＬ１，ＦＬ３を抽出したことと同じであるため、どのような構成としてもよい。過電圧抑制装置に用いるコンピュータの計算速度の性能や、遮断器の動作責務との兼ね合いなどにより、適宜構成を変更することができる。
【０１３４】
また、第２の実施形態及び第４の実施形態において、極間電圧の電圧波形データを２乗する構成としているが、２以上の偶数であれば、何乗してもよい。即ち、２×ｎ（ｎは自然数）乗であれば、ｎ乗した値を２乗することになるため、結果として、２乗していることに変わりはないからである。
【０１３５】
さらに、第３の実施形態及び第４の実施形態において、遮断器３Ｕの線路側（送電線４）に流れる２次アーク電流の消弧の判断は、実施形態に限らない。例えば、２次アーク電流の消弧の判断は、極間電圧の周波数ではなく、他の要素（位相又は電圧値など）によるものでもよいし、極間電圧に基づいて判断しなくてもよい。送電線４に直流電流検出器や直流電圧検出器を設けて、２次アーク電流を検出する構成としてもよい。
【０１３６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１３７】
１…電力系統システム、２…電源母線、３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ…三相分の遮断器、４…送電線、５Ｕ，５Ｖ，５Ｗ…三相分の電源側電圧検出器、６Ｕ，６Ｖ，６Ｗ…三相分の線路側電圧検出器、１０…過電圧抑制装置、１１…電源側電圧計測部、１２…線路側電圧計測部、１３…波形演算部、１４…位相検出部、１５…投入指令出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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