(57)【要約】【課題】コンデンサの充電のための充電回路が不要で、かつ事故発生時のみコンデンサを充電することによって、コンデンサへの機械的ストレスを軽減することができる電流遮断装置を提供する。【解決手段】電流遮断装置１０は、遮断器１と、遮断器１の下流系統側端子に接続される第１の開閉器３と、それぞれが、第１の開閉器３と並列に接続される限流装置４およびコンデンサ６とを備える。電流遮断装置１０は、さらに限流装置４の下流系統側端子とコンデンサ６の下流系統側端子の間に配置される第２の開閉器５と、遮断器１の上流系統側端子と、コンデンサ６の下流系統側端子との間に配置される直列接続された第３の開閉器８およびリアクトル７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮断器と、
前記遮断器の下流系統側端子に接続される第１の開閉器と、
それぞれが、前記第１の開閉器と並列に接続される限流装置およびコンデンサと、
前記限流装置の下流系統側端子と前記コンデンサの下流系統側端子の間に配置される第２の開閉器と、
前記遮断器の上流系統側端子と、前記コンデンサの下流系統側端子との間に配置される直列接続された第３の開閉器およびリアクトルとを備えた電流遮断装置。
【請求項２】
事故によって前記遮断器を流れる電流が所定の値まで増加したことが検知されたときに、前記遮断器および前記第１の開閉器が開極するとともに前記第２の開閉器が閉極し、
その後前記遮断器に流れる電流が所定の値まで限流されたことが検知されたときに前記第２の開閉器が開極するとともに第３の開閉器が閉極する、請求項１に記載の電流遮断装置。
【請求項３】
前記コンデンサの上流系統側端子の接続先を前記遮断器の下流系統側端子またはグランドに切り替える回路切替器と、
前記コンデンサと並列に接続される直列接続された第４の開閉器および放電抵抗と
前記第４の開閉器および前記放電抵抗のうちの上流系統側に配置された方の上流系統側端子がグランドと接続する、請求項２記載の電流遮断装置。
【請求項４】
定常時の前記コンデンサ点検時または前記遮断器の遮断が完了した後に、前記回路切替器が、前記コンデンサの上流系統側端子とグランドとを接続し、かつ前記第４の開閉器が閉極する、請求項３記載の電流遮断装置。
【請求項５】
前記遮断器は、直列接続された真空遮断器とガス開閉器とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電流遮断装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流遮断装置に関し、特に、配電系統の正常時の負荷電流を開閉するとともに、事故時の短絡電流や地絡電流を遮断することによって、負荷側の設備を保護することを目的として使用される電流遮断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統において事故電流が発生した場合に、遮断器は、電流値が零にならなければ遮断することはできないため、遮断器は、事故電流が零になったタイミングで電流を遮断する。
【０００３】
したがって、電流の遮断のためには、直流電流のように自然に電流が零点を迎えない電流の場合には、強制的に電流値を零にする工夫が必要になる。また、交流電流では、事故電流は正弦波形のため、決まった周期で電流が零になるタイミングが到来するが、早期に遮断するためには、電流値が零になるタイミングを早めるための工夫が必要となる。
【０００４】
強制的に電流を零にするための工夫として、たとえば特許文献１（特開２０１０−２８７４６０号公報）の電流遮断装置は、主開閉器と、主開閉器に直列接続された副開閉器と、コンデンサと転流スイッチと直列回路から構成され主開閉器に並列に接続される転流回路と、コンデンサを充電するコンデンサ充電装置とを有する。転流回路は、コンデンサを介して転流スイッチの反対側に設けられた転流回路形成スイッチを備える。主開閉器の閉路時には、転流スイッチ及び転流回路形成スイッチを開放して、主回路から転流回路のコンデンサ及びコンデンサ充電装置を切り離して運転できる。
【０００５】
以上のような特許文献１の電流遮断装置は、事故発生時には事故電流と逆極性の電流が遮断器である主開閉器に通電されることによって、強制的に事故電流を零にでき、電流を遮断することができる。
【０００６】
また、特許文献２（特開昭６０−６５４１１号公報）の電流遮断装置は、導路から充電されるコンデンサ、リアクトルおよび閉路手段の直列回路を、転流遮断器へ並列接続して成る。この電流遮断装置は、コンデンサの充電回路中に設けられて一方向の電流のみを通す逆並列接続したサイリスタと、コンデンサに対する充電電流の方向を反転するよう反転制御手段を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２８７４６０号公報
【特許文献２】特開昭６０−６５４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の装置では、発生時期が不明の事故に備えて、事故電流と逆向きの電流を発生させるためのコンデンサを常に充電しておかなければならない。そのため、充電回路が必要となり、回路構成が複雑化するという問題がある。また、常時充電されるコンデンサには機械的なストレスが常時かかるため、コンデンサの使用寿命が短くなるという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２の装置でも、サイリスタや反転制御手段を備える必要があり、回路構成が複雑化する。
【００１０】
それゆえに、本発明の目的は、コンデンサの充電のための充電回路が不要で、かつ事故発生時のみコンデンサを充電することによって、コンデンサへの機械的ストレスを軽減することができる電流遮断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の電流遮断装置は、遮断器と、遮断器の下流系統側端子に接続される第１の開閉器と、それぞれが、第１の開閉器と並列に接続される限流装置およびコンデンサと、限流装置の下流系統側端子とコンデンサの下流系統側端子の間に配置される第２の開閉器と、遮断器の上流系統側端子と、コンデンサの下流系統側端子との間に配置される直列接続された第３の開閉器およびリアクトルとを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電流遮断装置によれば、コンデンサの充電のための充電回路を不要とすることができ、かつ事故発生時のみコンデンサを充電することによって、コンデンサへの機械的ストレスを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１の電流遮断装置の構成を表わす図である。
【図２】遮断器に流れる電流波形の例を表わす図である。
【図３】（ａ）は、図２の（１）の期間における電流遮断装置１０の状態を表わす図であり、（ｂ）は、図２の（２）および（３）の期間における電流遮断装置１０の状態を表わす図であり、（ｃ）は、図２の（４）の期間における電流遮断装置１０の状態を表わす図である。
【図４】実施の形態２の電流遮断装置の構成を表わす図である。
【図５】実施の形態３の電流遮断装置の構成を表わす図である。
【図６】（ａ）は、図２の（１）の期間における電流遮断装置３０の状態を表わす図であり、（ｂ）は、図２の（２）および（３）の期間における電流遮断装置３０の状態を表わす図であり、（ｃ）は、図２の（４）の期間における電流遮断装置３０の状態を表わす図であり、（ｄ）は、図２の時刻よりも後の時刻における電流遮断装置３０の状態を表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［実施の形態１］
（構成）
図１は、実施の形態１の電流遮断装置の構成を表わす図である。図１では、電流遮断装置１０に事故電流が流れない定常時の状態が示されている。図１に示すように、この電流遮断装置１０は、遮断器１と、第１の開閉器３と、限流装置４と、第２の開閉器５と、コンデンサ６と、リアクトル７と、第３の開閉器８とを備える。
【００１５】
第１の開閉器３は、遮断器１の下流系統側端子に接続される。
限流装置４およびコンデンサ６は、第１の開閉器３と並列に接続される。限流装置４は、通電電流によってインピーダンスを発生し、電流を抑制する機能を有する。
【００１６】
第２の開閉器５は、限流装置４の下流系統側端子とコンデンサ６の下流系統側端子の間に配置される。
【００１７】
第３の開閉器８およびリアクトル７は、遮断器１の上流系統側端子と、コンデンサ６の下流系統側端子との間に配置される。
【００１８】
定常時には、図１に示すように、遮断器１と第１の開閉器３が閉極し、第２の開閉器５と第３の開閉器８は開極している。定常時に電流が流れる遮断器１および第１の開閉器３の閉極時の内部抵抗は、第１の開閉器３に並列に接続している限流装置４の内部抵抗に比べると相対的に小さく設定されている。その結果、定常時には、電流は限流装置４にほぼ流れず第１の開閉器３を流れる。
【００１９】
（動作）
図２は、遮断器１に流れる電流波形の例を表わす図である。図３（ａ）は、図２の（１）の期間における電流遮断装置１０の状態を表わす図であり、図３（ｂ）は、図２の（２）および（３）の期間における電流遮断装置１０の状態を表わす図であり、図３（ｃ）は、図２の（４）の期間における電流遮断装置１０の状態を表わす図である。
【００２０】
次に、図２および図３（ａ）〜（ｃ）を参照して、電流遮断装置１０の動作を説明する。
【００２１】
定常状態では、図３（ａ）に示すように、遮断器１と第１の開閉器３とが閉極しており、第２の開閉器５と第３の開閉器８は開極している。
【００２２】
時刻Ｔ０において、電流遮断装置１０の下流系統側で地絡事故が発生した場合、事故電流が流れるため、電流遮断装置１０に流れる電流が増加し始める。
【００２３】
時刻Ｔ１において、電流遮断装置１０を流れる電流値がある設定された閾値Ｉ０に達したことを図示しない電流検知装置が検知すると、電流検知装置は、遮断器１および第１の開閉器３に開極指令信号を発信するとともに、第２の開閉器５に閉極指令信号を発信する。その結果、図３（ｂ）に示すように、遮断器１および第１の開閉器３は速やかに開極し、第２の開閉器５は速やかに閉極する。
【００２４】
第１の開閉器３が開局することによって、遮断器１を通過した電流は、限流装置４に流れようになる。限流装置４に電流が通電されるようになると、下流系統側が地絡事故により接地電位になっているため、限流装置４の端子間電位が上昇し、限流装置４に並列に接続されたコンデンサ６が充電される。
【００２５】
時刻Ｔ２に、限流装置４の端子間電圧が系統電圧と同じ値まで上昇すると、事故電流は限流を始める。限流装置４の端子間電圧は、その後も設定された値まで上昇を続ける。
【００２６】
時刻Ｔ３に、事故電流が限流装置４によって所定の電流値Ｉ１まで限流されたことを図示しない電流検知装置が検知すると、電流検知装置は、第２の開閉器５に開極指令信号を発信するとともに、第３の開閉器８に閉極指令信号を発信する。その結果、図３（ｃ）に示すように、第２の開閉器５は速やかに開極し、限流装置４とコンデンサ６の間の電路を切り離し、第３の開閉器８が閉極する。これによって、コンデンサ６と、遮断器１と、第３の開閉器８と、リアクトル７との間で閉回路が形成され、コンデンサ６に蓄積された電荷によって、遮断器１に事故電流と逆極性の電流が流れる。逆極性の電流と事故電流とが重畳することにより電流零点が形成される。
【００２７】
時刻Ｔ４において、遮断器１に通電される電流が零点を形成すると、遮断器１が消孤して遮断する。
【００２８】
以上のように、実施の形態１の電流遮断装置によれば、コンデンサを充電するための充電回路が不要であり、かつコンデンサの充電は電流遮断時のみのためコンデンサの機械的ストレスを軽減できる。
【００２９】
また、本実施の形態によれば、直流電流遮断時には電流零点を形成することができ、交流電流遮断には本来の電流零点よりも早く零点を形成して遮断時間を短縮することができる。
【００３０】
［実施の形態２］
図４は、実施の形態２の電流遮断装置の構成を表わす図である。図４では、事故電流が流れない定常時の状態を示している。
【００３１】
図４において、図１の実施の形態１と同等部分は同じ名称で示し、説明を繰り返さない。図４の電流遮断装置２０に含まれる遮断器２１は、電流遮断手段に優れた遮断用開閉器２２と、絶縁手段に優れた絶縁用開閉器２３とを含む。
【００３２】
電流遮断手段に優れた遮断用開閉器２２としては、たとえば真空中でアークを発生させ電流を遮断する真空遮断器を用いることができる。
【００３３】
絶縁手段に優れた絶縁用開閉器２３としては、たとえばＳＦ６ガス開閉器を用いることができる。真空遮断器とガス開閉器を直列に用いることは従来から知られており、例えば特公昭４０-６６５８号公報にはその構造が開示されている。真空遮断器は遮断する電流の遮断直前の電流変化率(ｄｉ/ｄＴ)に係わらず、高い大電流遮断性能を有する。一方、ガス開閉器は、高い極間絶縁回復特性を有する。
【００３４】
したがって、遮断器２１を直列接続された遮断用開閉器２２と絶縁用開閉器２３で遮断器２１を構成することによって、遮断する電流の遮断直前の電流変化率(ｄｉ/ｄＴ)に係わらず、高電圧の大電流を遮断することができる。
【００３５】
以上のように、実施の形態２による電流遮断装置によれば、コンデンサとリアクトルから遮断器に通電される振動電流の変化率ｄｉ/ｄｔが急峻であり、かつ電流遮断後に遮断器にかかる回復電圧が高い場合でも、確実に事故電流を遮断することができる。
【００３６】
［実施の形態３]
第１および第２の実施形態では、事故電流が遮断させると、図示しない電流遮断装置の上流系統側端子よりも外側に設置される断路器が開極して事故回路を系統から切り離す。その結果、電流遮断後には、コンデンサ６は、電荷が残ったままの状態で維持されることになる。そこで、次の電流遮断に備えてコンデンサ６の電荷を放電する必要が生じる。本実施の形態は、コンデンサ６の電荷を放電する仕組みを有する。
【００３７】
（構成）
図５は、実施の形態３の電流遮断装置の構成を表わす図である。図５では、電流遮断直後の状態を示している。図５において、図１の実施の形態１と同等部分は同じ名称で示し、説明は繰り返さない。図５の電流遮断装置３０は、図１の電流遮断装置１０に含まれる構成要素に加えて、コンデンサ６の残留電荷放電のために第４の開閉器３２と、回路切替器３１と、放電抵抗３３とを備える。
【００３８】
回路切替器３１は、端子Ａと端子Ｂと端子Ｃとを有する。端子Ａは、遮断器１の下流系統側端子と接続する。端子Ｂは、コンデンサ６の上流系統側端子と接続する。端子Ｃは、グランドと接続する。回路切替器３１は、端子Ｂの接続先を端子Ａと端子Ｃのうちのいずれかに切り替える。つまり、回路切替器３１は、コンデンサ６の上流系統側端子の接続先を遮断器１の下流系統側端子またはグランドに切り替える。
【００３９】
直列接続された第４の開閉器３２および放電抵抗３３は、第１の開閉器３、限流装置４、およびコンデンサ６と並列に接続される。第４の開閉器３２および放電抵抗３３のうちの上流系統側に配置された方（図５の場合には、放電抵抗３３）の上流系統側端子がグランドと接続する。
【００４０】
（動作）
図６（ａ）は、図２の（１）の期間における電流遮断装置３０の状態を表わす図であり、図６（ｂ）は、図２の（２）および（３）の期間における電流遮断装置３０の状態を表わす図であり、図６（ｃ）は、図２の（４）の期間における電流遮断装置３０の状態を表わす図であり、図６（ｄ）は、図２の時刻よりも後の時刻における電流遮断装置３０の状態を表わす図である。
【００４１】
次に、図２および図６（ａ）〜（ｄ）を参照して、電流遮断装置３０の動作を説明する。
【００４２】
定常状態では、図６（ａ）に示すように、遮断器１と第１の開閉器３とが閉極しており、第２の開閉器５と第３の開閉器８は開極している。また、第４の開閉器３２は開極しており、回路切替器３１の端子Ａと端子Ｂとが接続している。
【００４３】
時刻Ｔ０において、電流遮断装置３０の下流系統側で地絡事故が発生した場合、事故電流が流れるため、電流遮断装置１０に流れる電流が増加し始める。
【００４４】
時刻Ｔ１において、電流遮断装置３０を流れる電流値がある設定された閾値Ｉ０に達したことを図示しない電流検知装置が検知すると、図示しない制御装置は、遮断器１および第１の開閉器３に開極指令信号を発信するとともに、第２の開閉器５に閉極指令信号を発信する。その結果、図６（ｂ）に示すように、遮断器１および第１の開閉器３は速やかに開極し、第２の開閉器５は速やかに閉極する。
【００４５】
第１の開閉器３が開局することによって、遮断器１を通過した電流は、限流装置４に流れようになる。限流装置４に電流が通電されるようになると、下流系統側が地絡事故により接地電位になっているため、限流装置４の端子間電位が上昇し、限流装置４に並列に接続されたコンデンサ６が充電される。
【００４６】
時刻Ｔ２に、限流装置４の端子間電圧が系統電圧と同じ値まで上昇すると、事故電流は限流を始める。限流装置４の端子間電圧は、その後も設定された値まで上昇を続ける。
【００４７】
時刻Ｔ３に、事故電流が限流装置４によって所定の電流値Ｉ１まで限流されたことを図示しない電流検知装置が検知すると、図示しない制御装置は、第２の開閉器５に開極指令信号を発信するとともに、第３の開閉器８に閉極指令信号を発信する。その結果、図６（ｃ）に示すように、第２の開閉器５は速やかに開極し、限流装置４とコンデンサ６の間の電路を切り離し、第３の開閉器８が閉極する。これによって、コンデンサ６と、遮断器１と、第３の開閉器８と、リアクトル７との間で閉回路が形成され、コンデンサ６に蓄積された電荷によって、遮断器１に事故電流と逆極性の電流が流れる。逆極性の電流と事故電流とが重畳することにより電流零点が形成される。
【００４８】
時刻Ｔ４において、遮断器１に通電される電流が零点を形成すると、遮断器１が消孤して遮断する。
【００４９】
その後、電流遮断装置３０の上流系統側にある図示しない断路器が開極して事故線路を系統から切り離すと、図示しない制御装置は、図６（ｄ）に示すように、回路切替器３１の端子Ｂと端子Ｃとを接続する。これによって、コンデンサ６がグランドに接続される。その後、制御装置は、第４の開閉器３２に閉極指令信号を発信し、第４の開閉器３２が閉極する。この結果、コンデンサ６の残留電荷は、コンデンサ６のキャパシタと放電抵抗３３の抵抗値の積で決まる時定数で放電され、コンデンサ６は無充電状態になる。ここで、回路切替器３１の端子Ｂの端子Ｃへの接続と、第４の開閉器３２の閉極の順番は逆でも同様の効果を得られる。
【００５０】
回路切替器３１および第４の開閉器３２の動作によって、コンデンサ６を無充電状態にした後は、図示しない制御装置は、遮断器１を閉極させ、第１の開閉器３を閉極させ、第２の開閉器５を開局させ、第３の開閉器８を開局させ、第４の開閉器３２を開局させ、回路切替器３１の端子Ａと端子Ｂとを接続することによって、電流遮断装置３０を初期状態に戻し、次の電流遮断に備える。
【００５１】
以上のように、実施の形態３の電流遮断装置によれば、電流遮断後に次の電流遮断に備えてコンデンサに充電されている電荷の放電を行うことができる。
【００５２】
（変形例）
また、電流遮断装置３０は一定の周期で点検をされなければならないが、その際に行うコンデンサ６の点検において、第４の開閉器３２、回路切替器３１、および放電抵抗３３を使用するものとしてもよい。
【００５３】
定常時において、コンデンサ６は第１の開閉器３と並列に接続されているため、第１の開閉器３で生じる電圧降下分の電圧によりわずかであるが充電状態にある。この状態で不用意にコンデンサ６の点検を行うと作業員が感電する恐れがあるため、点検時においてコンデンサ６を完全に無充電状態にする必要がある。
【００５４】
そこで、電流遮断装置３０の点検時には、電流遮断装置３０の両端子の外側に設置される図示しない断路器を開極させて電流遮断装置を系統から切り離した後、実施の形態３で説明したように、図示しない制御装置は、図６（ｄ）に示すように、回路切替器３１の端子Ｂと端子Ｃとを接続する。これによって、コンデンサ６がグランドに接続される。その後、制御装置は、第４の開閉器３２に閉極指令信号を発信し、第４の開閉器３２が閉極する。この結果、コンデンサ６の残留電荷は、コンデンサ６のキャパシタと放電抵抗３３の抵抗値の積で決まる時定数で放電され、コンデンサ６は無充電状態になる。こで、回路切替器３１の端子Ｂの端子Ｃへの接続と、第４の開閉器３２の閉極の順番は逆でも同様の効果を得られる。
【００５５】
以上のように、本変形例では、電流遮断装置３０の点検時に、コンデンサ６を無充電状態にするので、安全にコンデンサの点検を行うことができる。
【００５６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５７】
１，２１  遮断器、３  第１の開閉器、４  限流装置、５  第２の開閉器、６  コンデンサ、７  リアクトル、８  第３の開閉器、１０，２０，３０  遮断装置、２２  遮断用開閉器、２３  絶縁用開閉器、３１  回路切替器、３２  第４の開閉器、３３  放電抵抗。
【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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