(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主回路に挿入された主回路スイッチと、
主回路に流れる電流を検出する電流センサと、
この主回路スイッチの第１の方向の主回路電流と反対の第２の方向に高周波電流を重畳させるように充電されたコンデンサとこれに直列接続されたリアクトル、およびこれらを前記主回路スイッチに並列に接続して高周波電流を前記主回路電流に重畳させる逆並列接続された順方向および逆方向の一対の投入スイッチを含む強制転流回路と、
閉ループを介して充放電により電荷を入れ替え前記コンデンサの極性を反転させる極性反転手段と、
前記主回路電流の遮断が要求された時に、前記電流センサにより主回路電流の方向を検出する手段と、
主回路電流の方向が前記第１の方向であれば前記主回路スイッチに開極指令を発生し、所定時間経過後に前記順方向の投入スイッチを投入して主回路スイッチに前記第１の方向と反対の第２の方向の高周波電流を流す手段と、
主回路電流の方向が前記第１の方向と反対の第２の方向であれば前記主回路スイッチに開極指令を発生すると共に前記極性反転手段によりコンデンサの極性を反転させ、所定時間経過後に前記逆方向の投入スイッチを投入して主回路スイッチに前記第１の方向の高周波電流を流す手段と、
を備えたことを特徴とする開閉装置。
【請求項２】
前記極性反転手段が、前記強制転流回路と主回路スイッチからなる閉ループからなり、前記順方向の投入スイッチを投入し主回路スイッチを介して極性反転を行うことを特徴とする請求項１に記載の開閉装置。
【請求項３】
前記極性反転手段が、極性反転用スイッチを含む前記コンデンサの両端間に接続された閉ループからなり、前記極性反転用スイッチを投入しこれを介して極性反転を行うことを特徴とする請求項１に記載の開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電流の遮断を行う開閉装置、特に強制転流遮断方式の開閉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に従来のこの種の強制転流遮断式の開閉装置の構成図を示す。図において、１は主回路スイッチ、２は主回路電源、６は負荷でこれらが電力系統等の主回路を構成する。７は主回路のインダクタンスを示す。また、４は強制転流回路のコンデンサで３はこのコンデンサ４を図示の極性に充電保持する強制転流回路の直流電源、１１は転流のための順方向の投入スイッチ、１１１は転流のための逆方向の投入スイッチ、１２は強制転流回路のリアクトル、１５はエネルギー吸収素子でこれらが強制転流回路６０を構成し、コンデンサ４のＣとリアクトル１２のＬで決まる周波数の高周波電流を主回路電流に重畳させて主回路電流に零クロス点を持たせる。また、１４は主回路電流の方向、異常等の検出のための電流センサ、１３は強制転流遮断の制御を行う制御装置、２２は主回路スイッチ１に流れる電流、２３は重畳する高周波電流、２４は全電流を示す。
【０００３】
また、図７には主回路スイッチ１の構成の一例を示す。図において、９０は真空バルブ、９１は固定接点、９２は可動接点、９３は開極用コイル、９４は閉極用コイル、９５は反発板、９６は接圧発生開極保持バネ、９７は上部端子、９８は下部端子、９９は可動軸である。主回路電流は上部端子９７、固定接点９１、可動接点９２、下部端子９８の順で流れ、反発板９５と開極用コイル９３または閉極用コイル９４の間の磁力（斥力）により、可動軸９９を含む可動接点９２から反発板９５までの部分が上下に移動して、真空バルブ９０内で固定接点９１と可動接点９２の接続切り離しが行われる。接圧発生開極保持バネ９６はこの際、閉極状態での接圧の発生と開極時の開極保持の力を与えるバネである。
【０００４】
次に動作を説明する。機械スイッチである主回路スイッチ１は自己消弧機能がなく、電流零点でないと主回路スイッチ１に流れる主回路電流の遮断ができない。交流回路において自然電流零点を待たず遮断する場合、または直流回路の場合、強制転流遮断式開閉装置（ＨＳＳ）は電路の電流にリアクトル１２およびコンデンサ４を含む強制転流回路６０から反対の方向（極性が反対）の高周波電流を重畳させて強制的に電流零点をつくることにより電流を遮断する。交流回路では電流が流れる向きは変わり、直流回路でも事故時では電流の向きが変わるので、両方向の転流回路が必要になる。しかしながら経済性から、例えば電流２２で示す方向の電流に逆極性の高周波電流を重畳させるようにコンデンサ４が充電される片方向のための強制転流回路６０のみを設け、電流２２と逆方向の電流を遮断する場合には、１周期の高周波電流を重畳することで、逆方向からの電流の零点を作って遮断している。これにより、主回路スイッチ１の接点間には主回路電流２２に加え、振幅が大きくかつ変化が急峻な高周波電流２３が流れることになり、従って主回路スイッチ１には高い遮断性能が要求される。
【０００５】
図８には主回路スイッチ１の図６に示す電流２２と逆方向の電流２２を遮断する場合に、電流２２に１周期の高周波電流２３を重畳することで、逆方向からの電流零点を作って遮断する際の図６の各部の電流、電圧のタイムチャートを示し、図６の矢印の方向を正として示されている。図８において、２２〜２４は図６に示すものにそれぞれ対応し、２５はコンデンサ４の電圧、２６は主回路スイッチ１の図７に示す接点９１、９２のトラベル状態、５７は電流センサ１４により制御装置１３が事故を判定して主回路スイッチ１に開極指令を送るタイミング、５１は主回路スイッチ１の接点間が離れるタイミング、５６は順方向、逆方向の投入スイッチ１１，１１１を投入して高周波電流を１周期重畳させるタイミングを示す。図８は結局、全電流２４は遮断できなかった状態を示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来の強制転流遮断式の開閉装置においては、経済性から片方向の強制転流回路のみしか設けず、１周期の高周波電流を重畳することで逆方向からの電流の零点も作って遮断していた。これにより、高周波電流が１周期重畳された図７の２２に示すような主回路スイッチが遮断するべき主回路電流は、電流の振幅が大きくかつ変化が急峻であるため、主回路スイッチの図７に示す真空バルブ９０内の接点９１，９２間において、アーク発弧により接点から噴き出すイオンや電子の密度が大きくなり、又、電流減少速度に真空アーク消滅が追いつかないので、電流零点での電流遮断が困難になっていた。従って主回路スイッチには高い遮断性能が要求されるという問題があった。
【０００７】
この発明は上記の課題を解消するためになされたもので、高い遮断性能を要求されることなく１つの強制転流回路で主回路スイッチにおける両方向の電流を遮断可能な強制転流遮断式の開閉装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、主回路に挿入された主回路スイッチと、主回路に流れる電流を検出する電流センサと、この主回路スイッチの第１の方向の主回路電流と反対の第２の方向に高周波電流を重畳させるように充電されたコンデンサとこれに直列接続されたリアクトル、およびこれらを前記主回路スイッチに並列に接続して高周波電流を前記主回路電流に重畳させる逆並列接続された順方向および逆方向の一対の投入スイッチを含む強制転流回路と、閉ループを介して充放電により電荷を入れ替え前記コンデンサの極性を反転させる極性反転手段と、前記主回路電流の遮断が要求された時に、前記電流センサにより主回路電流の方向を検出する手段と、主回路電流の方向が前記第１の方向であれば前記主回路スイッチに開極指令を発生し、所定時間経過後に前記順方向の投入スイッチを投入して主回路スイッチに前記第１の方向と反対の第２の方向の高周波電流を流す手段と、主回路電流の方向が前記第１の方向と反対の第２の方向であれば前記主回路スイッチに開極指令を発生すると共に前記極性反転手段によりコンデンサの極性を反転させ、所定時間経過後に前記逆方向の投入スイッチを投入して主回路スイッチに前記第１の方向の高周波電流を流す手段と、を備えたことを特徴とする開閉装置にある。
【０００９】
また、前記極性反転手段が、前記強制転流回路と主回路スイッチからなる閉ループからなり、前記順方向の投入スイッチを投入し主回路スイッチを介して極性反転を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、前記極性反転手段が、極性反転用スイッチを含む前記コンデンサの両端間に接続された閉ループからなり、前記極性反転用スイッチを投入しこれを介して極性反転を行うことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態による強制転流遮断式の開閉装置の構成図を示す。図において、上記図６と同一もしくは相当部分は同一符号で示す。１３ａはこの発明による強制転流遮断制御を行う例えばプログラム制御によるマイクロコンピュータ等からなる制御装置、ＢＣは外部からスイッチ（特に図示せず）のマニュアル操作等により入力される遮断指令信号である。また図２にはこの発明による制御装置１３ａの制御動作を示すフローチャート、図３には図１に示す電流２２の方向の主回路電流を遮断する場合の図１の各部の電流、電圧のタイムチャート、図４には図１に示す電流２２と逆方向の主回路電流を遮断する場合の図１の各部の電流、電圧のタイムチャートを示す。主回路スイッチ１の構造は図７に示すものと同様である。
【００１２】
図３および４において、２２〜２４は図１に示すものにそれぞれ対応し、また各電流、電圧は図１の矢印、符号の方向を正として示されている。２５はコンデンサ４の電圧、２６は主回路スイッチ１の図７に示す接点９１、９２のトラベル状態を示す。また図３において、５０は、例えば電流センサ１４からの電流検出に基づき制御装置１３ａが事故を判定あるいは事故とは無関係に外部から遮断指令信号ＢＣが制御装置１３ａに入力されて主回路電流の遮断が要求され、電流センサ１４からの電流検出に基づき主回路電流の方向を判断すると共に主回路スイッチ１に開極指令を送るタイミング、５１は主回路スイッチ１の接点間が離れるタイミング、５２は順方向の投入スイッチ１１を投入して高周波電流を重畳させるタイミング、５３は主回路スイッチ１の主回路電流が零点になるタイミング、５４は遮断後、回生電流が流れ終わるタイミングを示す。
【００１３】
また図４において、５１、５３、５４は図３に示すものに相当するものであり、５５は、例えば電流センサ１４からの電流検出に基づき制御装置１３ａが事故を判定あるいは事故とは無関係に外部から遮断指令信号ＢＣが制御装置１３ａに入力されて主回路電流の遮断が要求され、電流センサ１４からの電流検出に基づき主回路電流の方向を判断しこれが反対方向（図１の２２と逆方向）である場合に順方向の投入スイッチ１１を投入して半周期の高周波電流を重畳させてコンデンサ４の極性を判定させ、さらに主回路スイッチ１に開極指令を送るタイミング、５６は逆方向の投入スイッチ１１１を投入して高周波電流を重畳させるタイミング、結局、全電流２４は遮断できなかった状態を示している。
【００１４】
すなわち、この発明においては、主回路電流が図１の２２に示す方向（第１の方向：正方向）である場合には基本的に従来と同様の遮断動作を行い、主回路電流が図１の２２と反対の方向（第２の方向：逆方向）である場合には、主回路スイッチ１に開極指令が与えられその接点間が実際に離れる前に、例えば図１の順方向の投入スイッチ１１を半周期投入して投入スイッチ１１、リアクトル１２、主回路スイッチ１からなる閉ループ回路を介してコンデンサ４の電荷を入れ替えて極性を反転させるようにしておくことで、１つの強制転流回路６０で図１の２２と反対の方向の主回路電流に対しても、これと極性の反対の高周波電流を重畳させて零点をつくって遮断を行えるようにした。
【００１５】
以下、図１〜４に従って動作を説明する。例えば電流センサ１４からの電流検出に基づき制御装置１３ａが事故を判定した場合（主回路電流値が所定値を越え主回路スイッチ遮断が必要な状態等）、あるいは事故とは無関係に外部から遮断指令信号ＢＣが制御装置１３ａに入力されて主回路電流の遮断が要求されると（ステップＳ１）、電流センサ１４からの電流検出に基づき主回路電流の方向を判断する（ステップＳ２）。
【００１６】
主回路電流が図１の２２に示す方向（第１の方向：正方向）である場合には基本的に従来と同様の遮断動作を行い、主回路スイッチ１に開極指令を与え（ステップＳ３）、主回路スイッチ１の接点間が実際に離れ始めた（主回路スイッチ１はスイッチングの機械的時間遅れがある）後の所定時間経過後に順方向の投入スイッチ１１を投入して、主回路スイッチ１に電流２２（第１の方向）と反対方向（第２の方向）の高周波電流２３を流して重畳させる（ステップＳ３）。これにより、主回路スイッチ１の電流２２すなわち主回路電流は遮断される（以上図３参照）。
【００１７】
一方、主回路電流が図１の２２に示す方向と反対（第２の方向：逆方向）である場合には、まず順方向の投入スイッチ１１を投入して高周波電流を半周期流しコンデンサ４の極性を反転させる。なおこれは、後の主回路スイッチ１に開極指令を与えその接点間が実際に離れ始める前までに行えばよい（ステップＳ５）。以降は上記正方向の時と基本的同様で、主回路スイッチ１に開極指令を与え（ステップＳ６）、主回路スイッチ１の接点間が実際に離れ始めた後の所定時間経過後に逆方向の投入スイッチ１１１を投入して、主回路スイッチ１に電流２２（第２の方向）と反対方向（第１の方向）の高周波電流２３を流して重畳させる（ステップＳ７）。これにより、主回路スイッチ１の電流２２すなわち主回路電流は遮断される（以上図４参照）。
【００１８】
このように、主回路スイッチ１に流れる電流が逆方向の場合には、遮断する前に、強制転流回路６０のコンデンサ４の極性を充放電により反転させておくことにより、正方向の電流と同様に強制転流遮断することが可能であり、特にコンデンサ４を主回路スイッチ１を介して充放電させて極性反転を行うことにより、基本的に制御の変更のみで実施が可能となる。
【００１９】
実施の形態２．
図２はこの発明の別の実施の形態による強制転流遮断式の開閉装置の構成図を示す。この実施の形態では、極性反転用スイッチ１１２およびリアクトル１１３を含む、コンデンサ４の極性反転専用の閉ループ１１４を設け、主回路スイッチ１の電流２２が図１と逆方向である場合には極性反転用スイッチ１１２を投入して反転させるようにした。その他は上記実施の形態と同様である。
【００２０】
主回路スイッチ１に大きな電流が流れると図７に示す主回路スイッチ１の接点９１、９２間が離れようとする力が発生するが、通常これを接圧発生開極保持バネ９６で接点間を押し付けるようにしている。この実施の形態では、コンデンサ４の極性反転の際、上記実施の形態のように図４の２２に示すように主回路電流２２に同極性の高周波電流が重畳して流れることがないので押し付け力を低減でき、主回路スイッチ１の接圧発生開極保持バネ９６等の構造をより簡単なものにできる。
【００２１】
なお、主回路電流の遮断が必要な状態として、電流センサ１４からの電流検出に基づき制御装置１３ａが事故を判定した場合、事故とは無関係に外部から遮断指令信号ＢＣが制御装置１３ａに入力された場合を例に挙げたが、例えば電流センサ１４からの電流検出に基づく場合、例えば、電流レベルをチェックする、メモリ（特に図示せず）等に基準となる電流波形を格納しておき電流波形をチェックする等がある。また、さらに主回路電圧測定用の電圧計（特に図示せず）を設け、同様に、電圧レベルをチェックする、メモリ（特に図示せず）等に基準となる電圧波形を格納しておき電圧波形をチェックする等としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態による強制転流遮断式の開閉装置の構成を示す図である。
【図２】この発明による制御装置の制御動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明による装置の正方向の主回路電流を遮断する場合の図１の各部の電流、電圧のタイムチャートである。
【図４】この発明による装置の逆方向の主回路電流を遮断する場合の図１の各部の電流、電圧のタイムチャートである。
【図５】この発明の別の実施の形態による強制転流遮断式の開閉装置の構成を示す図である。
【図６】従来のこの種の強制転流遮断式の開閉装置の構成を示す図である。
【図７】主回路スイッチの構成の一例を示す図である。
【図８】従来の動作を説明するための図６の各部の電流、電圧のタイムチャートである。
【符号の説明】
１  主回路スイッチ、２  主回路電源、３  強制転流回路の直流電源、４  強制転流回路のコンデンサ、６  負荷、７  主回路のインダクタンス、１１  順方向の投入スイッチ、１２  強制転流回路のリアクトル、１３ａ  制御装置、１４電流センサ、１５  エネルギー吸収素子、６０  強制転流回路、１１１  逆方向の投入スイッチ。
【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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